细菌（bacterium)是属原核生物界（prokaryotae)的一种单细胞微生物，有广义和狭义两种范畴。广义上泛指各类原核细胞型微生物，包括细菌、放线菌、支原体、衣原体、立克次体、螺旋体。狭义上则专指其中数量最大、种类最多、具有典型代表性的细菌，是本章讨论的对象。它们形体微小，结构简单，具有细胞壁和原始核质，无核仁和核膜，除核糖体外无其他细胞器。
了解细菌的形态和结构对研究细菌的生理活动、致病性和免疫性，以及鉴别细菌、诊断疾病和防治细菌性感染等均有重要的理论和实际意义。
第一节 细菌的大小与形态
观察细菌最常用的仪器是光学显微镜，其大小可以用测微尺在显微镜下进行测量，一般以微米（μm)为单位。不同种类的细菌大小不一，同一种细菌也因菌龄和环境因素的影响而有差异。
细菌按其外形，主要有球菌、杆菌和螺形菌三大类。
球菌 多数球菌（coccus)直径在1μm左右，外观呈圆球形或近似球形。由于繁殖时细菌分裂平面不同和分裂后菌体之间相互粘附程度不一，可形成不同的排列方式，这对一些球菌的鉴别颇有意义。
1．双球菌（diplococcus) 在一个平面上分裂，分裂后两个菌体成对排列，如脑膜炎奈瑟菌、肺炎链球菌。
2．链球菌（streptococcus) 在一个平面上分裂，分裂后多个菌体粘连成链状，如乙型溶血性链球菌。
3．葡萄球菌（staphylococcus) 在多个不规则的平面上分裂，分裂后菌体无一定规则地粘连在一起似葡萄状，如金黄色葡萄球菌。
4．四联球菌（tetrads) 在两个互相垂直的平面上分裂， 分裂后四个菌体粘附在一起呈正方形，如 四联加夫基菌。
5．八叠球菌（sarcina) 在三个互相垂直的平面上分裂，分裂后八个菌体粘附成包裹状立方体， 如藤黄八叠球菌
各类球菌在标本或培养物中除上述的典型排列方式外，还可有分散的单个菌体存在。
杆菌 不同杆 菌（bacillus)的大小、长短、粗细很不一致。 大的杆菌如炭疽芽胞杆菌长3~10μm，中等的如大肠埃希菌长2-3μm，小的如布鲁菌长仅 0.6-1.5μm。
杆菌形态多数呈直杆状，也有的菌体稍弯；多数呈分散存在，也有的呈链状排列，称为链杆菌（streptobacillus)；菌体两端大多呈钝圆形，少数两端平齐（如炭疽芽胞杆菌)或两端尖细（如梭杆菌)。有的杆菌末端膨大成棒状，称为棒状杆菌（corynebacterium)；有的菌体短小，近于椭圆形，称为球杆菌（coccobacillus)；有的常呈分支生长趋势，称为分枝杆菌（mycobacterium)；有的末端常呈分叉状，称为双歧杆菌（bifidobacterium)。
螺形菌 螺形菌（spiral bacterium)菌体弯曲，有的菌体长2-3μm，只有一个弯曲，呈弧形或逗点状称为弧菌（vibrio), 如霍乱弧菌；有的菌体长3~6μm，有数个弯曲称为螺菌（spirillum), 如鼠咬热螺菌；也有的菌体细长弯曲呈弧形或螺旋形，称为螺杆菌（helicobacterium)，如幽门螺杆菌。
细菌的形态受温度、pH 、培养基成分和培养时间等因素影响很大。一般是细菌在适宜的生长条件下培养8-18d时形态比较典型， 在不利环境或菌龄老时常出现梨形、气球状和丝状等不规则的多形性（polymorphism)，称为衰退型（involution form)。因此，观察细菌的大小和形态，应选择适宜生长条件下的对数期为宜。
第二节 细菌的结构
细菌虽小，仍具有一定的细胞结构和功能。细胞壁、细胞膜、细胞质和核质等各种细菌都有，是细菌的基本结构；荚膜、鞭毛、菌毛、芽胞仅某些细菌具有，为其特殊结构。
一、细菌的基本结构
细胞壁 细胞壁（cell wall)位于菌细胞的最外层，包绕在细胞膜的周围。是一种膜状结构，组成较复杂， 并随不同细菌而异。 用革兰染色法可将细菌分为两大类，即革兰阳性菌和革兰阴性菌。两类细菌细胞壁的共有组分为肽聚糖，但各自有其特殊组分。
1．肽聚糖（peptidoglycan)
肽聚糖是一类复杂的多聚体，是细菌细胞壁中的主要组分，为原核细胞所特有，又称为粘肽（mucopeptide)、糖肽（glycopeptide)或胞壁质（murein)。革兰阳性菌的肽聚糖由聚糖骨架、四肽侧链和五肽交联桥三部分组成（图1-3)，革兰阴性菌的肽聚糖仅由聚糖骨架和四肽侧链两部分组成（图1-4)。
2．革兰阳性菌细胞壁特殊组分
革兰阳性菌的细胞壁较厚（20～80nm)，除含有15～50层肽聚糖结构外，大多数尚含有大量的磷壁酸（teichoic acid)，少数是磷壁醛酸（teichuroic acid)，约占细胞壁干重的50%（图1-5)。
此外，某些革兰阳性菌细胞壁表面尚有一些特殊的表面蛋白质，如金黄色葡萄球菌的Ａ蛋白， A群链球菌的M蛋白等。
3．革兰阴性菌细胞壁特殊组分 革兰阴性菌细胞壁较薄（10～15nm)，但结构较复杂。除含有1~2层的肽聚糖结构外，尚有其特殊组分外膜（outer membrane)，约占细胞壁干重的80%（图1-6)。
外膜由脂蛋白、脂质双层和脂多糖三部分组成。
革兰阳性和阴性菌细胞壁结构显著不同，导致这两类细菌在染色性、抗原性、致病性及对药物的敏感性等方面的很大差异。
4．细胞壁的功能
细菌细胞壁坚韧而富弹性，其主要功能维持菌体固有的形态，并保护细菌抵抗低渗环境。细菌细胞质内有高浓度的无机盐和大分子营养物质，其渗透压高达5~25个大气压。由于细胞壁的保护作用，使细菌能承受内部巨大的渗透压而不会破裂，并能在相对低渗的环境下生存。细胞壁上有许多小孔，参与菌体内外的物质交换。菌体表面带有多种抗原表位，可以诱发机体的免疫应答。
5．细菌细胞壁缺陷型（细菌L型)
细菌细胞壁的肽聚糖结构受到理化或生物因素的直接破坏或合成被抑制，这种细胞壁受损的细菌一般在普通环境中不能耐受菌体内的高渗透压而将会胀裂死亡。但在高渗环境下，它们仍可存活。革兰阳性菌细胞壁缺失后， 原生质仅被一层细胞膜包住，称为原生质体（protoplast)；革兰阴性菌肽聚糖层受损后尚有外膜保护，称为原生质球（spheroplast)。这种细胞壁受损的细菌能够生长和分裂者称为细菌细胞壁缺陷型或L型（bacterial L form)， 因1935年klieneberger首先在Lister研究院发现而得名。
细胞膜 细胞膜（cell membrane)或称胞质膜（cytoplasmic membrane)，位于细胞壁内侧，紧包着细胞质。厚约7.5nm，柔韧致密，富有弹性，占细胞干重的10%~30%。细菌细胞膜的结构与真核细胞者基本相同，由磷脂和多种蛋白质组成，但不含胆固醇。
细胞质 细胞膜包裹的溶胶状物质为细胞质（cytoplasm)或称原生质（protoplasm)，由水、蛋白质、脂类、核酸及少量糖和无机盐组成，其中含有许多重要结构。
核质 细菌是原核细胞，不具成形的核。细菌的遗传物质称为核质（nuclear material)或拟核（nucleoid)，集中于细胞质的某一区域，多在菌体中央，无核膜、核仁和有丝分裂器；因其功能与真核细胞的染色体相似，故习惯上亦称之为细菌的染色体（chromosome)。
二、细菌的特殊结构
荚膜 某些细菌在其细胞壁外包绕一层粘液性物质，为疏水性多糖或蛋白质的多聚体，用理化方法去除后并不影响菌细胞的生命活动。凡粘液性物质牢固地与细胞壁结合，厚度≥0.2μm ，边界明显者称为荚膜（capsule)或大荚膜（macrocapsule)（图1-10)。厚度<0.2μm者称为微荚膜（microcapsule)，伤寒沙门菌的Vi抗原，以及大肠埃希菌的K抗原等属之。若粘液性物质疏松地附着于菌细胞表面，边界不明显且易被洗脱者称为粘液层（slime layer)。介于荚膜和粘液层之间的结构称为糖萼（glycocalyx)，由多糖或糖蛋白组成，是从菌体伸出的疏松纤维网状结构。
鞭毛 许多细菌，包括所有的弧菌和螺菌，约半数的杆菌和个别球菌，在菌体上附有细长并呈波状弯曲的丝状物，少仅1~2根，多者达数百。这些丝状物称为鞭毛（flagellum)，是细菌的运动器官。鞭毛长5~20μm，直径12~30nm，需用电子显微镜观察（图1-11)，或经特殊染色法使鞭毛增粗后才能在普通光学显微镜下看到（图1-12)。
菌毛 许多革兰阴性菌和少数革兰阳性菌菌体表面存在着一种比鞭毛更细、更短而直硬的丝状物，与细菌的运动无关，称为菌毛（pilus或fimbriae)。菌毛由结构蛋白亚单位菌毛蛋白（pilin)组成，呈螺旋状排列成圆柱体，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，其编码基因位于细菌的染色体或质粒上。菌毛在普通光学显微镜下看不到，必须用电子显微镜观察（图1-15)。根据功能不同，菌毛可分为普通菌毛和性菌毛两类。
芽胞 某些细菌在一定的环境条件下，能在菌体内部形成一个圆形或卵圆形小体，是细菌的休眠形式，称为内芽胞(endospore)，简称芽胞(spore)，以别于真菌在菌体外部形成的孢子。产生芽胞的细菌都是革兰阳性菌，重要的有芽胞杆菌属(炭疽芽胞杆菌等)和梭菌属(破伤风梭菌等)。
第三节 细菌形态与结构检查法
一、显微镜放大法
细菌形体微小，肉眼不能直接看到，必须藉助显微镜放大后才能看到。
普通光学显微镜 普通光学显微镜（light microscope)以可见光（日光或灯光)为光源，波长0.4~0.7μm，平均约0.5μm。其分辨率为光波波长的一半，即0.25μm。0.25μm的微粒经油镜放大1000倍后成 0.25mm，人的眼睛便能看清。一般细菌都大于0.25μm，故可用普通光学显微镜予以观察。
电子显微镜 电子显微镜（electron microscope)是利用电子流代替可见光波，以电磁圈代替放大透镜。电子波长极短，约为0.005nm，其放大倍数可达数十万倍，能分辨1nm 的微粒。不仅能看清细菌的外形，内部超微结构也可一览无遗。电子显微镜显示的形象，可投射到荧光屏上，也可照像拍摄。当前使用的电子显微镜有两类，即透射电子显微镜（transmission electron microscope, TEM)和扫描电子显微镜（scanning electron microscope, SEM)。SEM的分辨率一般较TEM低，但可清楚地显露观察物体的三维立体图像。配合电子显微镜观察使用的标本制备方法有用磷钨酸或钼酸铵作负染色、投影法（shadowing)、超薄切片（ultrathin section)、冰冻蚀刻法（freeze etching)等。电子显微镜标本须在真空干燥的状态下检查，故不能观察活的微生物。
此外，尚有暗视野显微镜（darkfield microscope)、相差显微镜（phase contrast microscope)、荧光显微镜（fluorescence microscope)和同焦点显微镜（cofocal microscope)等，适用于观察不同情况下的细菌形态和（或)结构。
二、染色法
细菌体小半透明，经染色后才能观察较清楚。染色法是染色剂与细菌细胞质的医学检验网结合。最常用的染色剂是盐类。 其中，碱性染色剂（basic stain)由有色的阳离子和无色的阴离子组成，酸性染色剂（acidic stain)则相反。菌细胞富含核酸，可以与带正电荷的碱性染色剂结合；酸性染色剂不能使细菌着色，而使背景着色形成反差，故称为负染（negative staining)。
染色法有多种，最常用最重要的分类鉴别染色法是革兰染色法（Gram stain)。该法是丹麦细菌学家革兰（Hans Christian Gram)于1884年创建，至今仍在广泛应用。标本固定后，先用碱性染料结晶紫初染，再加碘液媒染，使之生成结晶紫—碘复合物；此时不同细菌均被染成深紫色。然后用95%乙醇处理，有些细菌被脱色，有些不能。最后用稀释复红或沙黄复染。此法可将细菌分为两大类：不被乙醇脱色仍保留紫色者为革兰阳性菌，被乙醇脱色后复染成红色者为革兰阴性菌。革兰染色法在鉴别细菌、选择抗菌药物、研究细菌致病性等方面都具有极其重要的意义。
革兰染色法的原理尚未完全阐明。但与菌细胞壁结构密切相关，如果在结晶紫—碘染之后，乙醇脱色之前去除革兰阳性菌的细胞壁，革兰阳性菌细胞就能够被脱色。目前，对革兰阳性和革兰阴性菌细胞壁的化学组分已十分清楚，但对革兰阳性菌细胞壁阻止染料被溶出的原因尚不清楚。
细菌染色法中尚有单染色法、抗酸染色法、以及荚膜、芽胞、鞭毛、细胞壁、核质等特殊染色法。
