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  • 細菌

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    細菌(英文:germs;學名:bacteria)是生物的主要類群之一,屬于細菌域。廣義的細菌即為原核生物, 是指一大類細胞核核膜包裹,只存在擬核區(nuclear region)(或擬核)的裸露DNA的原始單細胞生物,包括真細菌(eubacteria)和古生菌(archaea)兩大類群。其中除少數屬古生菌外,多數的原核生物都是真細菌。本條目說的細菌專指真細菌。

    細菌為原核微生物的一類,是一類形狀細短,結構簡單,多以二分裂方式進行繁殖的原核生物。細菌一般是單細胞,細胞結構簡單,主要由細胞壁細胞膜細胞質核質體等部分構成,有的細菌還有莢膜鞭毛菌毛等特殊結構, 缺乏細胞核、細胞骨架以及膜狀胞器,例如粒線體葉綠體。絕大多數細菌的直徑大小在0.5~5μm之間。 細菌是所有生物中數量最多的一類,據估計,其總數約有 5×10的三十次方個。

    細菌的個體非常小,目前已知最小的細菌只有0.2微米長,因此大多只能在顯微鏡下看到它們。但處于有利環境中時,細菌可以形成肉眼可見的集合體,例如菌簇。

    細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。據估計,人體內及表皮上的細菌細胞總數約是人體細胞總數的十倍。此外,也有部分種類分布在極端的環境中,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),科學家是在意大利的一座海底火山中發現這種細菌的。

    目錄

    細菌分類

    視頻:細菌的分離培養法

    細菌的結構

    桿菌,球菌,螺旋菌,弧菌的形態各不相同,但主要都是由以下結構組成。

    基本結構

    1. 細胞壁(Cell wall)細胞壁為細菌表面比較復雜的結構。是一層較厚(5~80nm)、質量均勻的網狀結構,可承受細胞內強大的滲透壓而不破壞。細胞壁堅韌而有彈性。
    2. 細胞膜(Cell membrane)或稱胞膜(Cytoplasmic membrane)位于細胞壁內側,包繞在細菌胞漿外的具有彈性的半滲透性脂質雙層生物膜。
    3. 胞漿(Cytoplasm)是無色透明膠狀物,基本成份是水、蛋白質脂類核酸及少量無機鹽。細胞漿中還存在一些胞漿顆粒
      1. 質粒(Plasmid) 這是染色體外的遺傳物質,為雙股環狀DNA分子量比染色體小,可攜帶某些遺傳信息,例如耐藥因子、細菌素及性菌毛的基本均編碼在質粒上。質粒能進行獨立復制,失去質粒的細菌仍能正常存活。質粒可通過接合、轉導作用等將有關性狀傳遞給另一細菌。
      2. 核糖體(Ribosome)電鏡下可見到胞漿中有大量沉降系數為70S的顆粒,即核糖體。其化學組成70%為RNA,30%為蛋白質。細胞中約90%的RNA和40%的蛋白質存在于核糖體中。當mRNA連成多聚核蛋白體(Polyribosome),就成為合成蛋白質的場所。細菌的70S核糖體由50S和30S兩個亞基組成。鏈霉素能與細菌核糖體的30S基結合,紅霉素能與50S亞基結合,從而干擾細菌蛋白質的合成而導致細菌的死亡;真核細胞的核糖體為80S,因此對人體細胞則無影響。
      3. 胞漿顆粒(Cytoplasma granula)大多數為營養貯藏物,較為常見的是貯藏高能磷酸鹽異染顆粒(Metachrometic granula),嗜堿性較強,用特殊染色法可以看得更清晰。根據異染顆粒的形態及位置,可以鑒別細菌。
    4. 核質(Nnclear materal)或擬核(Nucleoid)是細菌的遺傳物質,決定細菌的遺傳特征。

    特殊結構

    1. 莢膜(Capsule)許多細菌胞壁外圍繞一層較厚的粘性、膠凍樣物質。大多數細菌(如肺炎球菌腦膜炎球菌等)的莢膜由多糖組成。 莢膜除對鑒別細菌有幫助外,還能保護細菌免遭吞噬細胞的吞噬和消化作用,因而與細菌的毒力有關。莢膜抗吞噬的機理還不十分清楚,可能由于莢膜粘液層比較光滑,不易被吞噬細胞捕捉之故。莢膜能貯留水分使細菌能抗干燥,并對其他因子(如溶菌酶補體抗體抗菌藥物等)的侵害有一定抵抗力。
    2. 鞭毛(Flagllum)在某些細菌菌體上具有細長而彎曲的絲狀物,稱為鞭毛。鞭毛是細菌的運動器官,往往有化學趨向性,常朝向有高濃度營養物質的方向移動,而避開對其在害的環境。
    3. 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、短、直、硬、多的絲狀蛋白附屬器,也叫做纖毛(Fimbriae)。菌毛與運動無關。菌毛可分為普通菌毛(Commonpilus)和性菌毛(Sexpilus)兩種。
    4. 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(如破傷風桿菌氣性壞疽病原菌)能在菌體內形成一個折光性很強的不易著色小體,稱為內芽胞(Endospore),簡稱芽胞。

    視頻:顯微鏡下的細菌

    細菌繁殖

    細菌可以以無性或者遺傳重組兩種方式繁殖,細菌一般以簡單的二分裂法進行無性繁殖,個別細菌如結核桿菌偶有分枝繁殖的方式。二分裂方式無性繁殖,其突出的特點為繁殖速度極快。大腸桿菌的代時(細菌分裂倍增的必須時間)為20分鐘,以此計算,在最佳條件下8小時后,1個細胞可繁殖到200萬上,10小時后可超過10億,24小時后,細菌繁殖的數量可龐大到難以計數據和程度。

    單個細胞也會通過如下幾種方式發生遺傳變異突變(細胞自身的遺傳密碼發生隨機改變),轉化(無修飾的DNA從一個細菌轉移到溶液中另一個細菌中),轉染病毒的或細菌的DNA,或者兩者的DNA,通過噬菌體轉移到另一個細菌中),細菌接合(一個細菌的DNA通過兩細菌間形成的特殊的蛋白質結構,接合菌毛,轉移到另一個細菌)。細菌可以通過這些方式獲得DNA,然后進行分裂,將重組的基因組傳給后代。許多細菌都含有包含染色體外DNA的質粒。   

    細菌運動

    運動型細菌可以依靠鞭毛,細菌滑行或改變浮力來四處移動。另一類細菌,螺旋體,具有一些類似鞭毛的結構,稱為軸絲,連接周質的兩細胞膜。當他們移動時,身體呈現扭曲的螺旋型。螺旋菌則不具軸絲,但其具有鞭毛。

    細菌鞭毛以不同方式排布。細菌一端可以有單獨的極鞭毛,或者一叢鞭毛。周毛菌表面具有分散的鞭毛。

    運動型細菌可以被特定刺激吸引或驅逐,這個行為稱作趨性,例如,趨化性趨光性趨機械性。在一種特殊的細菌,粘細菌中,個體細菌互相吸引,聚集成團,形成子實體。      

    細菌的分布

    土壤中的細菌

    土壤中含有大量的微生物,以細菌為主,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對人是有益的,它們參與大自然的物質循環,分解動物的尸體和排泄物;固定大氣中的,供給植物利用;土壤中可分離出許多能產生抗生素的微生物。進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菌如破傷風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。因此土壤與創傷及戰傷的厭氧性感染有很大關系。

    水中的細菌

    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物的糞便及污染物。

    空氣中的細菌

    室外空氣中常見產芽胞桿菌產色素細菌真菌孢子等;室內空氣中的微生物比室外多,尤其是人口密集的公共場所、醫院病房、門診等處,容易受到帶菌者和病人污染。室內空氣中常見的病原菌腦膜炎奈瑟氏菌結核桿菌溶血性球菌白喉桿菌百日咳桿菌等。空氣細菌衛生檢查有時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。

      

    細菌的用途與危害

    細菌對環境,人類和動物既有用處又有危害。一些細菌成為病原體,導致了破傷風傷寒肺炎梅毒霍亂肺結核淋病炭疽病鼠疫砂眼等。在人類歷史上,由細菌引起的傳染病曾奪去無數人的生命。在植物中,細菌導致葉斑病火疫病萎蔫。感染方式包括接觸、空氣傳播、食物、水和帶菌微生物。

    細菌通常與酵母菌及其他種類的真菌一起用于酦酵食物,例如在的傳統制造過程中,就是利用空氣中的醋酸菌(Acetobacter)使轉變成醋。其他利用細菌制造的食品還有奶酪、泡菜、醬油、醋、酒、優格等。細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。

    細菌能降解多種有機化合物的能力也常被用來清除污染,稱做生物復育(bioremediation )。舉例來說,科學家利用嗜甲烷菌(methanotroph)來分解美國佐治亞州的三氯乙烯四氯乙烯污染。

    細菌也是生物學的重要實驗材料,科學家曾用肺炎球菌發現并證實DNA是遺傳物質。隨著遺傳工程的興起,科學家已獲得了能產生胰島素等的大腸桿菌和對烴類有很強分解能力的假單胞菌的新菌株。

    參看

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