細菌（bacterium)是屬原核生物界（prokaryotae)的一種單細胞微生物，有廣義和狹義兩種范疇。廣義上泛指各類原核細胞型微生物，包括細菌、放線菌、支原體、衣原體、立克次體、螺旋體。狹義上則專指其中數(shù)量最大、種類最多、具有典型代表性的細菌，是本章討論的對象。它們形體微小，結(jié)構(gòu)簡單，具有細胞壁和原始核質(zhì)，無核仁和核膜，除核糖體外無其他細胞器。
了解細菌的形態(tài)和結(jié)構(gòu)對研究細菌的生理活動、致病性和免疫性，以及鑒別細菌、診斷疾病和防治細菌性感染等均有重要的理論和實際意義。
第一節(jié) 細菌的大小與形態(tài)
觀察細菌最常用的儀器是光學顯微鏡，其大小可以用測微尺在顯微鏡下進行測量，一般以微米（μm)為單位。不同種類的細菌大小不一，同一種細菌也因菌齡和環(huán)境因素的影響而有差異。
細菌按其外形，主要有球菌、桿菌和螺形菌三大類。
球菌 多數(shù)球菌（coccus)直徑在1μm左右，外觀呈圓球形或近似球形。由于繁殖時細菌分裂平面不同和分裂后菌體之間相互粘附程度不一，可形成不同的排列方式，這對一些球菌的鑒別頗有意義。
1．雙球菌（diplococcus) 在一個平面上分裂，分裂后兩個菌體成對排列，如腦膜炎奈瑟菌、肺炎鏈球菌。
2．鏈球菌（streptococcus) 在一個平面上分裂，分裂后多個菌體粘連成鏈狀，如乙型溶血性鏈球菌。
3．葡萄球菌（staphylococcus) 在多個不規(guī)則的平面上分裂，分裂后菌體無一定規(guī)則地粘連在一起似葡萄狀，如金黃色葡萄球菌。
4．四聯(lián)球菌（tetrads) 在兩個互相垂直的平面上分裂， 分裂后四個菌體粘附在一起呈正方形，如 四聯(lián)加夫基菌。
5．八疊球菌（sarcina) 在三個互相垂直的平面上分裂，分裂后八個菌體粘附成包裹狀立方體， 如藤黃八疊球菌
各類球菌在標本或培養(yǎng)物中除上述的典型排列方式外，還可有分散的單個菌體存在。
桿菌 不同桿 菌（bacillus)的大小、長短、粗細很不一致。 大的桿菌如炭疽芽胞桿菌長3~10μm，中等的如大腸埃希菌長2-3μm，小的如布魯菌長僅 0.6-1.5μm。
桿菌形態(tài)多數(shù)呈直桿狀，也有的菌體稍彎；多數(shù)呈分散存在，也有的呈鏈狀排列，稱為鏈桿菌（streptobacillus)；菌體兩端大多呈鈍圓形，少數(shù)兩端平齊（如炭疽芽胞桿菌)或兩端尖細（如梭桿菌)。有的桿菌末端膨大成棒狀，稱為棒狀桿菌（corynebacterium)；有的菌體短小，近于橢圓形，稱為球桿菌（coccobacillus)；有的常呈分支生長趨勢，稱為分枝桿菌（mycobacterium)；有的末端常呈分叉狀，稱為雙歧桿菌（bifidobacterium)。
螺形菌 螺形菌（spiral bacterium)菌體彎曲，有的菌體長2-3μm，只有一個彎曲，呈弧形或逗點狀稱為弧菌（vibrio), 如霍亂弧菌；有的菌體長3~6μm，有數(shù)個彎曲稱為螺菌（spirillum), 如鼠咬熱螺菌；也有的菌體細長彎曲呈弧形或螺旋形，稱為螺桿菌（helicobacterium)，如幽門螺桿菌。
細菌的形態(tài)受溫度、pH 、培養(yǎng)基成分和培養(yǎng)時間等因素影響很大。一般是細菌在適宜的生長條件下培養(yǎng)8-18d時形態(tài)比較典型， 在不利環(huán)境或菌齡老時常出現(xiàn)梨形、氣球狀和絲狀等不規(guī)則的多形性（polymorphism)，稱為衰退型（involution form)。因此，觀察細菌的大小和形態(tài)，應選擇適宜生長條件下的對數(shù)期為宜。
第二節(jié) 細菌的結(jié)構(gòu)
細菌雖小，仍具有一定的細胞結(jié)構(gòu)和功能。細胞壁、細胞膜、細胞質(zhì)和核質(zhì)等各種細菌都有，是細菌的基本結(jié)構(gòu)；莢膜、鞭毛、菌毛、芽胞僅某些細菌具有，為其特殊結(jié)構(gòu)。
一、細菌的基本結(jié)構(gòu)
細胞壁 細胞壁（cell wall)位于菌細胞的最外層，包繞在細胞膜的周圍。是一種膜狀結(jié)構(gòu)，組成較復雜， 并隨不同細菌而異。 用革蘭染色法可將細菌分為兩大類，即革蘭陽性菌和革蘭陰性菌。兩類細菌細胞壁的共有組分為肽聚糖，但各自有其特殊組分。
1．肽聚糖（peptidoglycan)
肽聚糖是一類復雜的多聚體，是細菌細胞壁中的主要組分，為原核細胞所特有，又稱為粘肽（mucopeptide)、糖肽（glycopeptide)或胞壁質(zhì)（murein)。革蘭陽性菌的肽聚糖由聚糖骨架、四肽側(cè)鏈和五肽交聯(lián)橋三部分組成（圖1-3)，革蘭陰性菌的肽聚糖僅由聚糖骨架和四肽側(cè)鏈兩部分組成（圖1-4)。
2．革蘭陽性菌細胞壁特殊組分
革蘭陽性菌的細胞壁較厚（20～80nm)，除含有15～50層肽聚糖結(jié)構(gòu)外，大多數(shù)尚含有大量的磷壁酸（teichoic acid)，少數(shù)是磷壁醛酸（teichuroic acid)，約占細胞壁干重的50%（圖1-5)。
此外，某些革蘭陽性菌細胞壁表面尚有一些特殊的表面蛋白質(zhì)，如金黃色葡萄球菌的Ａ蛋白， A群鏈球菌的M蛋白等。
3．革蘭陰性菌細胞壁特殊組分 革蘭陰性菌細胞壁較�。�10～15nm)，但結(jié)構(gòu)較復雜。除含有1~2層的肽聚糖結(jié)構(gòu)外，尚有其特殊組分外膜（outer membrane)，約占細胞壁干重的80%（圖1-6)。
外膜由脂蛋白、脂質(zhì)雙層和脂多糖三部分組成。
革蘭陽性和陰性菌細胞壁結(jié)構(gòu)顯著不同，導致這兩類細菌在染色性、抗原性、致病性及對藥物的敏感性等方面的很大差異。
4．細胞壁的功能
細菌細胞壁堅韌而富彈性，其主要功能維持菌體固有的形態(tài)，并保護細菌抵抗低滲環(huán)境。細菌細胞質(zhì)內(nèi)有高濃度的無機鹽和大分子營養(yǎng)物質(zhì)，其滲透壓高達5~25個大氣壓。由于細胞壁的保護作用，使細菌能承受內(nèi)部巨大的滲透壓而不會破裂，并能在相對低滲的環(huán)境下生存。細胞壁上有許多小孔，參與菌體內(nèi)外的物質(zhì)交換。菌體表面帶有多種抗原表位，可以誘發(fā)機體的免疫應答。
5．細菌細胞壁缺陷型（細菌L型)
細菌細胞壁的肽聚糖結(jié)構(gòu)受到理化或生物因素的直接破壞或合成被抑制，這種細胞壁受損的細菌一般在普通環(huán)境中不能耐受菌體內(nèi)的高滲透壓而將會脹裂死亡。但在高滲環(huán)境下，它們?nèi)钥纱婊�。革蘭陽性菌細胞壁缺失后， 原生質(zhì)僅被一層細胞膜包住，稱為原生質(zhì)體（protoplast)；革蘭陰性菌肽聚糖層受損后尚有外膜保護，稱為原生質(zhì)球（spheroplast)。這種細胞壁受損的細菌能夠生長和分裂者稱為細菌細胞壁缺陷型或L型（bacterial L form)， 因1935年klieneberger首先在Lister研究院發(fā)現(xiàn)而得名。
細胞膜 細胞膜（cell membrane)或稱胞質(zhì)膜（cytoplasmic membrane)，位于細胞壁內(nèi)側(cè)，緊包著細胞質(zhì)。厚約7.5nm，柔韌致密，富有彈性，占細胞干重的10%~30%。細菌細胞膜的結(jié)構(gòu)與真核細胞者基本相同，由磷脂和多種蛋白質(zhì)組成，但不含膽固醇。
細胞質(zhì) 細胞膜包裹的溶膠狀物質(zhì)為細胞質(zhì)（cytoplasm)或稱原生質(zhì)（protoplasm)，由水、蛋白質(zhì)、脂類、核酸及少量糖和無機鹽組成，其中含有許多重要結(jié)構(gòu)。
核質(zhì) 細菌是原核細胞，不具成形的核。細菌的遺傳物質(zhì)稱為核質(zhì)（nuclear material)或擬核（nucleoid)，集中于細胞質(zhì)的某一區(qū)域，多在菌體中央，無核膜、核仁和有絲分裂器；因其功能與真核細胞的染色體相似，故習慣上亦稱之為細菌的染色體（chromosome)。
二、細菌的特殊結(jié)構(gòu)
莢膜 某些細菌在其細胞壁外包繞一層粘液性物質(zhì)，為疏水性多糖或蛋白質(zhì)的多聚體，用理化方法去除后并不影響菌細胞的生命活動。凡粘液性物質(zhì)牢固地與細胞壁結(jié)合，厚度≥0.2μm ，邊界明顯者稱為莢膜（capsule)或大莢膜（macrocapsule)（圖1-10)。厚度<0.2μm者稱為微莢膜（microcapsule)，傷寒沙門菌的Vi抗原，以及大腸埃希菌的K抗原等屬之。若粘液性物質(zhì)疏松地附著于菌細胞表面，邊界不明顯且易被洗脫者稱為粘液層（slime layer)。介于莢膜和粘液層之間的結(jié)構(gòu)稱為糖萼（glycocalyx)，由多糖或糖蛋白組成，是從菌體伸出的疏松纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。
鞭毛 許多細菌，包括所有的弧菌和螺菌，約半數(shù)的桿菌和個別球菌，在菌體上附有細長并呈波狀彎曲的絲狀物，少僅1~2根，多者達數(shù)百。這些絲狀物稱為鞭毛（flagellum)，是細菌的運動器官。鞭毛長5~20μm，直徑12~30nm，需用電子顯微鏡觀察（圖1-11)，或經(jīng)特殊染色法使鞭毛增粗后才能在普通光學顯微鏡下看到（圖1-12)。
菌毛 許多革蘭陰性菌和少數(shù)革蘭陽性菌菌體表面存在著一種比鞭毛更細、更短而直硬的絲狀物，與細菌的運動無關，稱為菌毛（pilus或fimbriae)。菌毛由結(jié)構(gòu)蛋白亞單位菌毛蛋白（pilin)組成，呈螺旋狀排列成圓柱體，新形成的菌毛蛋白分子插入菌毛的基底部。菌毛蛋白具有抗原性，其編碼基因位于細菌的染色體或質(zhì)粒上。菌毛在普通光學顯微鏡下看不到，必須用電子顯微鏡觀察（圖1-15)。根據(jù)功能不同，菌毛可分為普通菌毛和性菌毛兩類。
芽胞 某些細菌在一定的環(huán)境條件下，能在菌體內(nèi)部形成一個圓形或卵圓形小體，是細菌的休眠形式，稱為內(nèi)芽胞(endospore)，簡稱芽胞(spore)，以別于真菌在菌體外部形成的孢子。產(chǎn)生芽胞的細菌都是革蘭陽性菌，重要的有芽胞桿菌屬(炭疽芽胞桿菌等)和梭菌屬(破傷風梭菌等)。
第三節(jié) 細菌形態(tài)與結(jié)構(gòu)檢查法
一、顯微鏡放大法
細菌形體微小，肉眼不能直接看到，必須藉助顯微鏡放大后才能看到。
普通光學顯微鏡 普通光學顯微鏡（light microscope)以可見光（日光或燈光)為光源，波長0.4~0.7μm，平均約0.5μm。其分辨率為光波波長的一半，即0.25μm。0.25μm的微粒經(jīng)油鏡放大1000倍后成 0.25mm，人的眼睛便能看清。一般細菌都大于0.25μm，故可用普通光學顯微鏡予以觀察。
電子顯微鏡 電子顯微鏡（electron microscope)是利用電子流代替可見光波，以電磁圈代替放大透鏡。電子波長極短，約為0.005nm，其放大倍數(shù)可達數(shù)十萬倍，能分辨1nm 的微粒。不僅能看清細菌的外形，內(nèi)部超微結(jié)構(gòu)也可一覽無遺。電子顯微鏡顯示的形象，可投射到熒光屏上，也可照像拍攝。當前使用的電子顯微鏡有兩類，即透射電子顯微鏡（transmission electron microscope, TEM)和掃描電子顯微鏡（scanning electron microscope, SEM)。SEM的分辨率一般較TEM低，但可清楚地顯露觀察物體的三維立體圖像。配合電子顯微鏡觀察使用的標本制備方法有用磷鎢酸或鉬酸銨作負染色、投影法（shadowing)、超薄切片（ultrathin section)、冰凍蝕刻法（freeze etching)等。電子顯微鏡標本須在真空干燥的狀態(tài)下檢查，故不能觀察活的微生物。
此外，尚有暗視野顯微鏡（darkfield microscope)、相差顯微鏡（phase contrast microscope)、熒光顯微鏡（fluorescence microscope)和同焦點顯微鏡（cofocal microscope)等，適用于觀察不同情況下的細菌形態(tài)和（或)結(jié)構(gòu)。
二、染色法
細菌體小半透明，經(jīng)染色后才能觀察較清楚。染色法是染色劑與細菌細胞質(zhì)的醫(yī)學檢驗網(wǎng)結(jié)合。最常用的染色劑是鹽類。 其中，堿性染色劑（basic stain)由有色的陽離子和無色的陰離子組成，酸性染色劑（acidic stain)則相反。菌細胞富含核酸，可以與帶正電荷的堿性染色劑結(jié)合；酸性染色劑不能使細菌著色，而使背景著色形成反差，故稱為負染（negative staining)。
染色法有多種，最常用最重要的分類鑒別染色法是革蘭染色法（Gram stain)。該法是丹麥細菌學家革蘭（Hans Christian Gram)于1884年創(chuàng)建，至今仍在廣泛應用。標本固定后，先用堿性染料結(jié)晶紫初染，再加碘液媒染，使之生成結(jié)晶紫—碘復合物；此時不同細菌均被染成深紫色。然后用95%乙醇處理，有些細菌被脫色，有些不能。最后用稀釋復紅或沙黃復染。此法可將細菌分為兩大類：不被乙醇脫色仍保留紫色者為革蘭陽性菌，被乙醇脫色后復染成紅色者為革蘭陰性菌。革蘭染色法在鑒別細菌、選擇抗菌藥物、研究細菌致病性等方面都具有極其重要的意義。
革蘭染色法的原理尚未完全闡明。但與菌細胞壁結(jié)構(gòu)密切相關，如果在結(jié)晶紫—碘染之后，乙醇脫色之前去除革蘭陽性菌的細胞壁，革蘭陽性菌細胞就能夠被脫色。目前，對革蘭陽性和革蘭陰性菌細胞壁的化學組分已十分清楚，但對革蘭陽性菌細胞壁阻止染料被溶出的原因尚不清楚。
細菌染色法中尚有單染色法、抗酸染色法、以及莢膜、芽胞、鞭毛、細胞壁、核質(zhì)等特殊染色法。
