細(xì)菌
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細(xì)菌（英文：germs；學(xué)名：bacteria）是生物的主要類群之一，屬于細(xì)菌域。廣義的細(xì)菌即為原核生物, 是指一大類細(xì)胞核無核膜包裹，只存在擬核區(qū)（nuclear region)(或擬核)的裸露DNA的原始單細(xì)胞生物，包括真細(xì)菌（eubacteria）和古生菌（archaea）兩大類群。其中除少數(shù)屬古生菌外，多數(shù)的原核生物都是真細(xì)菌。本條目說的細(xì)菌專指真細(xì)菌。
細(xì)菌為原核微生物的一類，是一類形狀細(xì)短，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，多以二分裂方式進(jìn)行繁殖的原核生物。細(xì)菌一般是單細(xì)胞，細(xì)胞結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，主要由細(xì)胞壁、細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)、核質(zhì)體等部分構(gòu)成，有的細(xì)菌還有莢膜、鞭毛、菌毛等特殊結(jié)構(gòu), 缺乏細(xì)胞核、細(xì)胞骨架以及膜狀胞器，例如粒線體和葉綠體。絕大多數(shù)細(xì)菌的直徑大小在0.5~5μm之間。 細(xì)菌是所有生物中數(shù)量最多的一類，據(jù)估計(jì)，其總數(shù)約有 5×10的三十次方個(gè)。
細(xì)菌的個(gè)體非常小，目前已知最小的細(xì)菌只有0.2微米長(zhǎng)，因此大多只能在顯微鏡下看到它們。但處于有利環(huán)境中時(shí)，細(xì)菌可以形成肉眼可見的集合體，例如菌簇。
細(xì)菌廣泛分布于土壤和水中，或者與其他生物共生。人體是大量細(xì)菌的棲息地；可以在皮膚表面、腸道、口腔、鼻子和其他身體部位找到。據(jù)估計(jì)，人體內(nèi)及表皮上的細(xì)菌細(xì)胞總數(shù)約是人體細(xì)胞總數(shù)的十倍。此外，也有部分種類分布在極端的環(huán)境中，例如溫泉，甚至是放射性廢棄物中，它們被歸類為嗜極生物，其中最著名的種類之一是海棲熱袍菌（Thermotoga maritima），科學(xué)家是在意大利的一座海底火山中發(fā)現(xiàn)這種細(xì)菌的。
目錄 |
細(xì)菌分類
- 細(xì)菌具有不同的形狀。大部分細(xì)菌是如下三類：桿菌是棒狀；球菌是球形（例如鏈球菌或葡萄球菌）；螺旋菌是螺旋形。另一類，弧菌，是逗號(hào)形。
- 根據(jù)細(xì)胞壁的組成成分，細(xì)菌分為革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌。(“革蘭氏”來源于丹麥細(xì)菌學(xué)家革蘭(Hans Christian Gram)，他發(fā)明了革蘭氏染色。)
- 細(xì)菌具有許多不同的代謝方式。一些細(xì)菌只需要二氧化碳作為它們的碳源，被稱作自養(yǎng)菌。那些通過光合作用從光中獲取能量的，稱為光合自養(yǎng)生物。那些依靠氧化化合物中獲取能量的，稱為化能自養(yǎng)生物。另外一些細(xì)菌依靠有機(jī)物形式的碳作為碳源，稱為異養(yǎng)菌。其中異養(yǎng)菌包括腐生菌和寄生菌。
- 根據(jù)細(xì)菌對(duì)氧氣的反應(yīng)，可分為：一些只能在氧氣存在的情況下生長(zhǎng)，稱為需氧菌；另一些只能在沒有氧氣存在的情況下生長(zhǎng)，稱為厭氧菌；還有一些無論有氧無氧都能生長(zhǎng)，稱為兼性厭氧菌。
- 根據(jù)細(xì)菌生長(zhǎng)環(huán)境:一些細(xì)菌存在于溫泉中，被稱為嗜熱細(xì)菌；另一些居住在高鹽湖中，稱為喜鹽微生物；還有一些存在于酸性或堿性環(huán)境中，被稱為嗜酸細(xì)菌和嗜堿細(xì)菌；另有一些存在于阿爾卑斯山冰川中，被稱為嗜冷細(xì)菌
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視頻：細(xì)菌的分離培養(yǎng)法
細(xì)菌的結(jié)構(gòu)
桿菌，球菌，螺旋菌，弧菌的形態(tài)各不相同，但主要都是由以下結(jié)構(gòu)組成。
基本結(jié)構(gòu)
- 細(xì)胞壁（Cell wall）細(xì)胞壁為細(xì)菌表面比較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。是一層較厚（5～80nm）、質(zhì)量均勻的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，可承受細(xì)胞內(nèi)強(qiáng)大的滲透壓而不破壞。細(xì)胞壁堅(jiān)韌而有彈性。
- 細(xì)胞膜（Cell membrane）或稱胞膜(Cytoplasmic membrane)位于細(xì)胞壁內(nèi)側(cè)，包繞在細(xì)菌胞漿外的具有彈性的半滲透性脂質(zhì)雙層生物膜。
- 胞漿（Cytoplasm）是無色透明膠狀物，基本成份是水、蛋白質(zhì)、脂類、核酸及少量無機(jī)鹽。細(xì)胞漿中還存在一些胞漿顆粒。
- 質(zhì)粒（Plasmid） 這是染色體外的遺傳物質(zhì)，為雙股環(huán)狀DNA。分子量比染色體小，可攜帶某些遺傳信息，例如耐藥因子、細(xì)菌素及性菌毛的基本均編碼在質(zhì)粒上。質(zhì)粒能進(jìn)行獨(dú)立復(fù)制，失去質(zhì)粒的細(xì)菌仍能正常存活。質(zhì)粒可通過接合、轉(zhuǎn)導(dǎo)作用等將有關(guān)性狀傳遞給另一細(xì)菌。
- 核糖體（Ribosome）電鏡下可見到胞漿中有大量沉降系數(shù)為70S的顆粒，即核糖體。其化學(xué)組成70%為RNA，30%為蛋白質(zhì)。細(xì)胞中約90%的RNA和40%的蛋白質(zhì)存在于核糖體中。當(dāng)mRNA連成多聚核蛋白體（Polyribosome）,就成為合成蛋白質(zhì)的場(chǎng)所。細(xì)菌的70S核糖體由50S和30S兩個(gè)亞基組成。鏈霉素能與細(xì)菌核糖體的30S基結(jié)合，紅霉素能與50S亞基結(jié)合，從而干擾細(xì)菌蛋白質(zhì)的合成而導(dǎo)致細(xì)菌的死亡；真核細(xì)胞的核糖體為80S，因此對(duì)人體細(xì)胞則無影響。
- 胞漿顆粒（Cytoplasma granula）大多數(shù)為營養(yǎng)貯藏物，較為常見的是貯藏高能磷酸鹽的異染顆粒（Metachrometic granula），嗜堿性較強(qiáng)，用特殊染色法可以看得更清晰。根據(jù)異染顆粒的形態(tài)及位置，可以鑒別細(xì)菌。
- 核質(zhì)（Nnclear materal）或擬核(Nucleoid)是細(xì)菌的遺傳物質(zhì)，決定細(xì)菌的遺傳特征。
特殊結(jié)構(gòu)
- 莢膜（Capsule）許多細(xì)菌胞壁外圍繞一層較厚的粘性、膠凍樣物質(zhì)。大多數(shù)細(xì)菌（如肺炎球菌、腦膜炎球菌等）的莢膜由多糖組成。 莢膜除對(duì)鑒別細(xì)菌有幫助外，還能保護(hù)細(xì)菌免遭吞噬細(xì)胞的吞噬和消化作用，因而與細(xì)菌的毒力有關(guān)。莢膜抗吞噬的機(jī)理還不十分清楚，可能由于莢膜粘液層比較光滑，不易被吞噬細(xì)胞捕捉之故。莢膜能貯留水分使細(xì)菌能抗干燥，并對(duì)其他因子（如溶菌酶、補(bǔ)體、抗體、抗菌藥物等）的侵害有一定抵抗力。
- 鞭毛（Flagllum）在某些細(xì)菌菌體上具有細(xì)長(zhǎng)而彎曲的絲狀物，稱為鞭毛。鞭毛是細(xì)菌的運(yùn)動(dòng)器官，往往有化學(xué)趨向性，常朝向有高濃度營養(yǎng)物質(zhì)的方向移動(dòng)，而避開對(duì)其在害的環(huán)境。
- 菌毛（Pilus）菌毛是許多革蘭氏陰性菌菌體表面遍布的比鞭毛更為細(xì)、短、直、硬、多的絲狀蛋白附屬器，也叫做纖毛（Fimbriae)。菌毛與運(yùn)動(dòng)無關(guān)。菌毛可分為普通菌毛(Commonpilus)和性菌毛(Sexpilus)兩種。
- 芽胞（Spore）在一定條件下，芽胞桿菌屬（如炭疽桿菌）及梭狀芽胞桿菌屬（如破傷風(fēng)桿菌、氣性壞疽病原菌）能在菌體內(nèi)形成一個(gè)折光性很強(qiáng)的不易著色小體，稱為內(nèi)芽胞（Endospore），簡(jiǎn)稱芽胞。
視頻：顯微鏡下的細(xì)菌
細(xì)菌繁殖
細(xì)菌可以以無性或者遺傳重組兩種方式繁殖，細(xì)菌一般以簡(jiǎn)單的二分裂法進(jìn)行無性繁殖，個(gè)別細(xì)菌如結(jié)核桿菌偶有分枝繁殖的方式。二分裂方式無性繁殖，其突出的特點(diǎn)為繁殖速度極快。大腸桿菌的代時(shí)(細(xì)菌分裂倍增的必須時(shí)間)為20分鐘，以此計(jì)算，在最佳條件下8小時(shí)后，1個(gè)細(xì)胞可繁殖到200萬上，10小時(shí)后可超過10億，24小時(shí)后，細(xì)菌繁殖的數(shù)量可龐大到難以計(jì)數(shù)據(jù)和程度。
單個(gè)細(xì)胞也會(huì)通過如下幾種方式發(fā)生遺傳變異：突變（細(xì)胞自身的遺傳密碼發(fā)生隨機(jī)改變），轉(zhuǎn)化（無修飾的DNA從一個(gè)細(xì)菌轉(zhuǎn)移到溶液中另一個(gè)細(xì)菌中），轉(zhuǎn)染（病毒的或細(xì)菌的DNA，或者兩者的DNA，通過噬菌體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)細(xì)菌中），細(xì)菌接合（一個(gè)細(xì)菌的DNA通過兩細(xì)菌間形成的特殊的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，接合菌毛，轉(zhuǎn)移到另一個(gè)細(xì)菌）。細(xì)菌可以通過這些方式獲得DNA，然后進(jìn)行分裂，將重組的基因組傳給后代。許多細(xì)菌都含有包含染色體外DNA的質(zhì)粒。
細(xì)菌運(yùn)動(dòng)
運(yùn)動(dòng)型細(xì)菌可以依靠鞭毛，細(xì)菌滑行或改變浮力來四處移動(dòng)。另一類細(xì)菌，螺旋體，具有一些類似鞭毛的結(jié)構(gòu)，稱為軸絲，連接周質(zhì)的兩細(xì)胞膜。當(dāng)他們移動(dòng)時(shí)，身體呈現(xiàn)扭曲的螺旋型。螺旋菌則不具軸絲,但其具有鞭毛。
細(xì)菌鞭毛以不同方式排布。細(xì)菌一端可以有單獨(dú)的極鞭毛，或者一叢鞭毛。周毛菌表面具有分散的鞭毛。
運(yùn)動(dòng)型細(xì)菌可以被特定刺激吸引或驅(qū)逐，這個(gè)行為稱作趨性，例如，趨化性，趨光性，趨機(jī)械性。在一種特殊的細(xì)菌，粘細(xì)菌中，個(gè)體細(xì)菌互相吸引，聚集成團(tuán)，形成子實(shí)體。
細(xì)菌的分布
土壤中的細(xì)菌
土壤中含有大量的微生物，以細(xì)菌為主，放線菌次之，另外還有真菌、螺旋體等。土壤中微生物絕大多數(shù)對(duì)人是有益的，它們參與大自然的物質(zhì)循環(huán)，分解動(dòng)物的尸體和排泄物；固定大氣中的氮，供給植物利用；土壤中可分離出許多能產(chǎn)生抗生素的微生物。進(jìn)入土壤中的病原微生物容易死亡，但是一些能形成芽胞的細(xì)菌如破傷風(fēng)桿菌、氣性壞疽病原菌、肉毒桿菌、炭疽桿菌等可在土壤中存活多年。因此土壤與創(chuàng)傷及戰(zhàn)傷的厭氧性感染有很大關(guān)系。
水中的細(xì)菌
水中的病菌如傷寒桿菌、痢疾桿菌、霍亂弧菌、鉤端螺旋體等主要來自人和動(dòng)物的糞便及污染物。
空氣中的細(xì)菌
室外空氣中常見產(chǎn)芽胞桿菌、產(chǎn)色素細(xì)菌及真菌孢子等；室內(nèi)空氣中的微生物比室外多，尤其是人口密集的公共場(chǎng)所、醫(yī)院病房、門診等處，容易受到帶菌者和病人污染。室內(nèi)空氣中常見的病原菌有腦膜炎奈瑟氏菌、結(jié)核桿菌、溶血性球菌、白喉?xiàng)U菌、百日咳桿菌等。空氣細(xì)菌衛(wèi)生檢查有時(shí)用甲型溶血性鏈球菌作為指示菌，表明空氣受到人上呼吸道分泌物中微生物的污染程度。
細(xì)菌的用途與危害
細(xì)菌對(duì)環(huán)境，人類和動(dòng)物既有用處又有危害。一些細(xì)菌成為病原體，導(dǎo)致了破傷風(fēng)、傷寒、肺炎、梅毒、霍亂和肺結(jié)核、淋病、炭疽病、鼠疫、砂眼等。在人類歷史上，由細(xì)菌引起的傳染病曾奪去無數(shù)人的生命。在植物中，細(xì)菌導(dǎo)致葉斑病、火疫病和萎蔫。感染方式包括接觸、空氣傳播、食物、水和帶菌微生物。
細(xì)菌通常與酵母菌及其他種類的真菌一起用于酦酵食物，例如在醋的傳統(tǒng)制造過程中，就是利用空氣中的醋酸菌（Acetobacter）使酒轉(zhuǎn)變成醋。其他利用細(xì)菌制造的食品還有奶酪、泡菜、醬油、醋、酒、優(yōu)格等。細(xì)菌也能夠分泌多種抗生素，例如鏈霉素即是由鏈霉菌（Steptomyces）所分泌的。
細(xì)菌能降解多種有機(jī)化合物的能力也常被用來清除污染，稱做生物復(fù)育（bioremediation ）。舉例來說，科學(xué)家利用嗜甲烷菌（methanotroph）來分解美國佐治亞州的三氯乙烯和四氯乙烯污染。
細(xì)菌也是生物學(xué)的重要實(shí)驗(yàn)材料，科學(xué)家曾用肺炎球菌發(fā)現(xiàn)并證實(shí)DNA是遺傳物質(zhì)。隨著遺傳工程的興起，科學(xué)家已獲得了能產(chǎn)生胰島素等的大腸桿菌和對(duì)烴類有很強(qiáng)分解能力的假單胞菌的新菌株。
參看
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