细菌

肠道细菌

细菌是地球一种微生物的尊称,按照对人类的有益来说,细菌分为有益细菌和有害细菌。在地球上生命的起源来说,细菌的出现标志着地球生命的开头,细菌对于生命的诞生起到了至关重要的作用。在地球上,细菌有很多种类,其个数比人类的数量还要多,可以说地球上的任何一个地方都有细菌的存在。

细菌是指生物的主要类群之一,属于细菌域。也是所有生物中数量最多的一类,据估计,其总数约有五乘以十的三十次方个。细菌的形状相当多样,主要有球状、杆状,以及螺旋状。

细菌也对人类活动有很大的影响。一方面,细菌是许多疾病的病原体,包括肺结核、淋病、炭疽病、梅毒、鼠疫、沙眼等疾病都是由细菌所引发。然而,人类也时常利用细菌,例如乳酪以及酸奶和酒酿的制作、部分抗生素的制造、废水的处理等,都与细菌有关。在生物科技领域中,细菌也有着广泛的运用。

细菌最早是被荷兰人列文虎克在一位从未刷过牙的老人牙垢上发现的,但那时的人们认为细菌是自然产生的。直到后来,巴斯德用鹅颈瓶实验指出,细菌是由空气中已有细菌产生的,而不是自行产生,并发明了“巴氏消毒法”,被后人誉为“微生物之父”

细菌这个名词最初由德国科学家艾伦伯格在1828年提出,用来指代某种细菌。这个词来源于希腊语βακτηριον,意为“小棍子”。1866年,德国动物学家海克尔建议使用“原生生物”,包括所有单细胞生物(细菌、藻类、真菌和原生动物)。1878年,法国外科医生塞迪悦提出“微生物”来描述细菌细胞或者更普遍的用来指微小生物体。

因为细菌是单细胞微生物,用肉眼无法看见,需要用显微镜来观察。1683年,安东·列文虎克最先使用自己设计的单透镜显微镜观察到了细菌,大概放大200倍。路易·巴斯德和罗伯特·科赫统一指出细菌可导致疾病。


细菌按照形状大致可以分为三种:球菌、杆菌以及螺旋菌

球菌


球菌是外形呈圆球形或椭圆形的细菌,直径0.5~1微米,有以下几种类型:

单球菌:沿一个平面进行分裂,子细胞分散而单独存在,如尿素小球菌。

双球菌:在一个平面上分裂成双排列,如肺炎双球菌。

链球菌:细胞沿一个平面分裂,常排列成链状的细菌,如乳酸链球菌。

四联球菌:形成的4个细胞排列在一起,成田字,如四联球菌。

八叠球菌:是一种革兰阳性、无芽抱、不运动的厌氧性球菌,如尿素生孢八叠球菌。

葡萄球菌:是一群革兰氏阳性球菌,因常堆聚成葡萄串状,如金黄色葡萄球菌。

杆菌


外形为杆状的细菌称杆菌,常有长宽接近的短杆或球杆状菌,如甲烷短杆菌属;长宽相差较大的棒杆状或长杆状菌,如枯草芽孢杆菌、梭状杆菌;分枝状或叉状菌,如双歧杆菌属;竹节状(两端平截),如炭疽芽孢杆菌等。

杆菌一般呈正圆柱形,也有近卵圆形的,菌体大多平直,亦有稍弯曲的,菌体两端多钝圆,少数是平截状或尖突状。可分为单杆菌(大肠杆菌)、双杆菌(鼠疫杆菌)、链杆菌(猪痢疾杆菌)、球杆菌(多杀性巴氏杆菌)、棒状杆菌(白喉棒状杆菌)、分枝杆菌(结核分枝杆菌)、双歧杆菌(双歧乳杆菌)等。

(单杆菌和双杆菌基本上是生活中常见的杆菌,其形状如同呈正圆柱形,也有近卵圆形的,菌体大多平直,亦有稍弯曲的,菌体两端多钝圆,少数是平截状或尖突状,单个排列的为单杆菌,双排列的为双杆菌。)

链杆菌:呈链状排列,称为链杆菌。

球杆菌:是一种形状介于球菌和杆菌之间的微生物。它的形状是非常短的杆形,因而常常被误认为是球菌。

棒状杆菌:指的是革兰氏染色阳性杆菌。因其成员的一端或两端膨大呈棒状而得名。多形态,排列不规则,常呈栅栏状或V字状等;染色不均匀,两端有着色较深的异染颗粒。无芽孢,大多数菌株无动力。

分枝杆菌:是一类细长略弯曲的,有时有分枝或出现丝状体。细胞壁含有大量脂质,主要是分枝菌酸。这和其染色性、生长特性、致病性、抵抗力等密切相关。一般不易着色,若经加温或延长染色时间而着色后能抵抗强脱色剂盐酸乙醇的脱色,故又称抗酸杆菌。该菌属无鞭毛、无芽胞、不产生内、外毒素,其致病性和菌体成分有关。

双歧杆菌:是一种革兰氏阳性、不运动、细胞呈杆状、一端有时呈分叉状、严格厌氧的细菌属,广泛存在于人和动物的消化道、阴道和口腔等生境中。双歧杆菌属的细菌是人和动物肠道菌群的重要组成成员之一。一些双歧杆菌的菌株可以作为益生菌而用在食品、医药和饲料方面。

螺旋菌


螺旋状的细菌称螺旋菌,一般长5~50微米,宽0.5~5微米,根据菌体的弯曲可分为:

弧菌:是菌体短小,弯曲成弧形,螺旋不足一环,尾部带一鞭毛的革兰氏阴性菌。如霍乱弧菌。

螺菌:满2~6环的小型、坚硬的螺旋状细菌,如小螺菌。

螺旋体:旋转周数多(通常超过6环),是一类细长、柔软、弯曲呈螺旋状、运动活泼的原核细胞型微生物。在生物学位置上介于细菌与原虫之间。如梅毒螺旋体。


按细菌的生活方式来分类,分为两大类:自养菌和异养菌。

自养菌:是指能以简单的无机碳水化合物(如二氧化碳、碳酸盐)作为碳源,以无机的氮、氨、或硝酸盐作为氮源,合成菌体所需的复杂有机物质的细菌。此类细菌所需能量可来自无机化合物的氧化,亦可通过光合作用而获得能量

异养菌:是指从有机化合物中获取碳营养的一类微生物。依能量来源不同又分为化能异养菌和光能异养菌。该类菌必须以多种有机物为原料,如蛋白质、糖类等,才能合成菌体成分并获得能量。异养菌包括腐生菌和寄生菌。


细菌的结构分为基本结构和特殊结构。基本结构是各种细菌都具有的结构,包括细菌的细胞壁、细胞膜、细胞质、核质。某些细菌特有的结构称为特殊结构,包括细菌的荚膜、鞭毛、菌毛、芽胞

细胞壁: 位于菌细胞的最外层,包绕在细胞膜的周围,组成较复杂,并随细菌不同而异。革兰阳性菌和革兰阴性菌细胞壁的共有组分为肽聚糖,但各自有其特殊组分。细胞壁厚度因细菌不同而异,一般为15-30nm。

细胞膜:是典型的单位膜结构,厚约8~10nm,外侧紧贴细胞壁,某些革兰阴性菌还具有细胞外膜。通常不形成内膜系统,除了核糖体外,没有其它类似真核细胞的细胞器,呼吸和光合作用的电子传递链位于细胞膜上。

细胞质与核质体:细菌和其它原核生物一样,只有拟核,没有核膜,DNA集中在细胞质中的低电子密度区,称核区或核质体细菌一般具有1-4个核质体,多的可达20余个。核质体是环状的双链DNA分子,所含的遗传信息量可编码2000~3000种蛋白质,空间构建十分精简,没有内含子。由于没有核膜,因此DNA的复制、RNA的转录与蛋白质的合成可同时进行,而不像真核细胞的这些生化反应在时间和空间上是严格分隔开来的。

荚膜:许多细菌的最外表还覆盖着一层多糖类物质,边界明显的称为荚膜。荚膜对细菌的生存具有重要意义,细菌不仅可利用荚膜抵御不良环境;保护自身不受白细胞吞噬;而且能有选择地粘附到特定细胞的表面上,表现出对靶细胞的专一攻击能力。还有就是当在细菌入侵免疫系统时,荚膜可以防止免疫系统识别细菌,从而存活下来。

鞭毛:是某些细菌的运动器官,由一种称之为鞭毛蛋白的弹性蛋白构成,结构上不同于真核生物的鞭毛。细菌可以通过调整鞭毛旋转的方向(顺和逆时针)来改变运动状态。

菌毛:是在某些细菌表面存在着一种比鞭毛更细、更短而直硬的丝状物,须用电镜观察。特点是:细、短、直、硬、多,菌毛与细菌运动无关,根据形态、结构和功能,可分为普通菌毛和性菌毛两类。

芽孢:有些细菌在生长发育的后期,个体缩小,细胞壁增厚,形成芽孢。芽孢是细菌的休眠体,对不良环境有较强的抵抗能力。小而轻的芽孢还可以随风四处飘散,落在适当环境中,又能萌发成为细菌。



古细菌


在细菌分类中,还有一种细菌是非常特别的,那就是古细菌, 它是一类很特殊的细菌,多生活在极端的生态环境中。具有原核生物的某些特征,如无核膜及内膜系统;也有真核生物的特征,如以甲硫氨酸起始蛋白质的合成、核糖体对氯霉素不敏感、RNA聚合酶和真核细胞的相似、DNA具有内含子并结合组蛋白;此外还具有既不同于原核生物也不同于真核细胞的特征,如:细胞膜中的脂类是不可皂化的;细胞壁不含肽聚糖,有的以蛋白质为主,有的含杂多糖,有的类似于肽聚糖,但都不含胞壁酸、D型氨基酸和二氨基庚二酸。

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