同时,它也给顽固的反科学的教会当头一击。这是科学由黑暗走向光明迈出的坚实的一步。
由此,这种被肉眼所不能看到的微小生命——微生物的概念出现了,微生物作为生物圈的一个重要组成部分,也开始被人们所注意。
在列文虎克写给英国皇家学会的200多封附有图画的书信里,他还第一次描绘了细菌的运动。
列文虎克可以说是全世界第一个观察到球形、杆状和螺旋形的细菌和原生动物的人。同时,微生物的发现对18世纪和19世纪初期细菌学和原生动物学的研究和发展,起到了奠基作用。
第三节细菌的结构
人们在发现了细菌之后,就开始探索它的构成。那么,它的结构到底是什么样的呢?
科学家发现,细菌结构分为表面结构、附件与内部结构。有些细菌在一定条件下才能形成芽孢,芽孢形成后菌体逐渐消失。细菌的L型是细菌通过变异而产生的细胞壁缺陷型,具有致病作用。
1.细胞的壁垒——表面结构
细菌的表面结构由细胞壁和表面黏着物组成。
细胞壁:革兰氏阳性菌的细胞膜外面有由肽聚糖组成的厚厚的一层细胞壁。革兰氏阴性菌的肽聚糖层很薄,在这层外还有个由脂双分层组成的外膜,其构造和里面的细胞膜相似。
这个双分子层的外层中有脂多糖分子,又叫内毒素。
它具有极强的抗原性,是引发细菌性休克的主要发病因子。
荚膜或黏液层:许多细胞在细胞壁外还有荚膜和黏液层,其化学组成主要是多糖或多肽,作用是保护细胞壁免受溶菌酶、补体等的损伤,也能对抗白细胞的吞噬和消化。
因此,有荚膜或黏液层的细菌致病力和侵袭力较强。
2.附件——鞭毛或菌毛
细菌表面可有鞭毛或菌毛。
鞭毛细长呈现螺旋状,其与细菌的运动有关。鞭毛一般在染色状态下由于太细看不到,必须通过特殊染色才能看到。实际上,有无鞭毛也是鉴别细菌的一种方法。
菌毛可在电子显微镜下看到,主要存在于肠道的革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌,分普通菌毛和性菌毛,二者可以同时或单独存在。
普通菌毛主要起吸附作用,可吸附在红细胞、消化道、呼吸道或泌尿道的上皮细胞上。而性菌毛比普通菌毛粗而长,中空呈现管状,末端有一个基点。
有性菌毛者为雄性菌,通过性菌毛末端的基点黏附在雌菌上。
结合后,雄菌质粒的双股DNA中的一股经性菌毛进入雄菌体内,或雌雄两菌结合后直接发生基因的转移,以此传递遗传信息、耐药性和致病性。性菌毛还有吸附噬菌体的作用。
3.核心部分——内部结构
用溶菌酶可以将革兰氏染色阳性细菌外面的糖肽除去,剩下部分称为原生质体,其在高渗溶液中仍能存活,这部分细菌的内部结构包括细胞膜、中间体、核质和其他。
细胞膜:细胞膜是由两层脂质构成的薄膜,含蛋白质约60%~70%、脂质20%~30%及少量糖类,细菌裂解后所剩细胞膜重量占整个细胞的30%。
细胞膜含量如此高是因为有很多结构与之相连,如DNA、核糖体、信使核糖核酸以及许多酶的复合体,如青霉素结合蛋白。
青霉素结合蛋白是一类酶,主要是在糖肽的合成中起作用,一旦被β-内酰胺类抗生素结合则会影响糖肽的合成。
细胞膜的功能主要有:营养物质选择性渗透与转运;细菌的电子转运与氧化磷酸化;酶通过胞膜分泌到菌体外表;部分细菌的生物合成在胞膜中进行。
中间体:细胞膜内呈折迭形成的泡状或管状结构,具有线粒体样功能,多见于革兰氏阳性菌。
核质:细胞蕴藏遗传信息的场所,控制着细胞的代谢、生长与繁殖。
细菌属于原核细胞,不存在有形的核,其DNA散在胞浆中。
部分DNA在染色体外以质粒的形式存在,这些质粒上的DNA像染色体一样也能复制,各携带不同的遗传信息,如耐药因子等。
但并非所有质粒都能自身复制或结合到染色体上,又由染色体脱离下来。因此,有人认为质粒可以分为可转移和不可转移两种,可以丢失或以药物除掉。
核糖体:蛋白质合成的场所,其稳定性与镁离子的浓度有关。
胞质颗粒:生长旺盛的细胞质均匀,衰老的细菌可见颗粒,一般颗粒为细菌贮存的食物,如多糖、脂类、多磷酸复合物等。
另一种颗粒为异染颗粒,用美蓝等染色时着色较深呈紫色,与菌体不同,因此称为异染。这种颗粒多见于白喉杆菌、鼠疫和分枝杆菌等。
第四节细菌的分类与地位
1.物以类聚——细菌的分类
在生物界中,细菌的种类繁多,根据不同标准可以分成不同的类别。其一,在细菌学中,最普遍的分类方式是按照细菌的形态分类。
有的细菌的身体圆鼓鼓的,像个小球,我们称之为球菌。
在球菌中,有的我行我素,独来独往,过着独行侠式的生活,如尿素微球菌;有的喜欢成双成对,彼此依靠着生活,我们称之为双球菌,如肺炎双球菌;也有的家伙喜欢成群结队地排成一排过日子,极像我们穿成一串的珍珠项链,我们称之为链球菌,这些链球菌行为比较恶劣,常常给人体带来麻烦,而且危害很严重,如它们可以一起引发伤口化脓、扁桃体炎、肺炎、败血症以及儿童的猩红热等;还有一些球菌喜欢挤在一起成一簇,像一串串葡萄一样,我们称之为葡萄球菌,如金黄色葡萄球菌就是最常见的引起化脓炎症的坏家伙。
有的细菌身体长得比较苗条,像一个火柴梗,我们称之为杆菌。
如我们常听说的大肠杆菌,它生活在人的大肠里与我们终生相伴;也有些杆菌品质恶劣,会给人类带来疾病,如炭疽杆菌、结核杆菌、坏死杆菌、破伤风杆菌等。
有些细菌形体也像一根细棍,但它们不是直的。有的身体弯曲成弧状,我们叫它弧菌,典型代表就是霍乱细菌。有的细菌则弯成一圈一圈的,像弹簧一样,这样的细菌叫螺旋菌,常见的螺旋菌如口腔螺旋体。
其二,根据代谢方式的不同,细菌可以分为自养细菌和异养细菌。
一类细菌只需要二氧化碳作为它们的碳源,被称作自养细菌。
其中一些通过光合作用获得能量叫光合自养生物。还有一些依靠氧化化合物获得能量,叫化能自养生物。光合自养生物包括蓝细菌,它是已知的最古老的生物,可能在制造地球大气过程中作出过突出贡献。还有一些细菌光合作用不制造氧气,如绿硫细菌、绿非硫细菌、紫硫细菌、紫非硫细菌和太阳杆菌。
其三,根据它们对氧气的需求可以将细菌分为以下三类。
只能在氧气存在的情况下生长的,称为需氧菌;只能在没有氧气的情况下生长的,叫厌氧菌;无论有氧无氧都能生长的,我们称之为兼性厌氧菌。
2.论门第——细菌的生物学地位
细菌作为生物的主要类群之一,它在生物学中的地位是怎样的呢?细菌又是怎样分门别类的呢?
细菌属于细菌域。细菌域又分为产水菌门、热袍菌门、热脱硫杆菌门、异常球菌、栖热菌门、产金菌门、绿弯菌门、热微菌门、硝化螺旋菌门、脱铁杆菌门、蓝藻门、绿菌门、变形菌门、厚壁菌门、放线菌门、浮霉菌门、衣原体门、螺旋体门、纤维杆菌门、酸杆菌门、拟杆菌门、黄杆菌门、鞘脂杆菌门、梭杆菌门、疣微菌门、网团菌门、芽单胞菌门。
产水菌门包括了一些在多种严酷环境条件下生存的细菌,如在热泉、硫黄池、海底热泉口等。其中产水菌属中的一些种类可以在85℃~95℃的环境中繁衍。
产水菌门属于真细菌,是细菌中最接近古菌和真核生物的一支,而古菌中也存在大量生活在超高温环境下的种类。
热袍菌门又成为栖热袍菌门,是一类嗜热或者超嗜热细菌,其细胞外面有一层“袍”一样的膜包裹,可以利用碳水化合物。不同的种类可以适应不同的盐浓度和氧含量。这一门中重要的属有热袍菌属等。
异常球菌-栖热菌门这一类的名称还没有确定,目前根据伯杰氏手册暂称为异常球菌-栖热菌门。本门包括一些能抵抗严酷环境的球状细菌,分为两个目。
异常球菌目只有一个属,即异常球菌属,它包括几个耐辐射的种,并且由于能够吃掉核污染和一些有毒物质而出名。
栖热菌目包括几个耐热的属。其中水生栖热菌的耐高温DNA聚合酶被广泛应用于聚合酶链式反应。