细菌的特点是什么？
细菌是生物的主要类群之一，属于细菌领域。细菌是所有生物中最丰富的，估计其总数约为5×10的三十次方。细菌非常小，已知最小的细菌只有0.2微米长，因此大多数细菌只能在显微镜下才能看到。细菌一般为单细胞，细胞结构简单，缺少细胞核、细胞骨架和膜状细胞器，如线粒体和叶绿体。根据这些特征，细菌属于原核生物。原核生物中还有一类生物叫古细菌，是科学家根据它们的进化关系创造的新类别。为了区别起见，这种生物也被称为真细菌。
细菌广泛分布在土壤和水中，或与其他生物生活在一起。人体也携带相当多的细菌。据估计，人体和表皮的细菌细胞总数约为人体的十倍。此外，一些物种分布在极端环境中，如温泉，甚至放射性废物。它们被归类为极端微生物，其中最著名的物种之一是Thermotoga maritima，这是科学家在意大利的一座海底火山中发现的。然而，细菌的种类如此之多，以至于科学家们只研究了其中的少数几种并给它们命名。在细菌领域的所有门当中，只有大约一半包含可以在实验室培养的种类。
细菌有自养和异养两种营养模式，其中异养腐生菌是生态系统中重要的分解者，使碳循环得以顺利进行。有些细菌会进行固氮，使氮转化为生物可以利用的形式。
分类状态
领域:细菌领域
门:
水产养殖真菌
热原动物门
热脱硫细菌
奇异球菌属，一个异常球菌门
一门产金细菌
氯柔纲，氯柔门
热微生物，热微生物
硝化螺菌，硝化螺菌门
脱铁动物门，脱铁动物门。
蓝藻，蓝藻门
氯霉素的氯铋
变形菌，变形菌
厚壁门
放线菌，放线菌
浮游菌，一门漂浮的霉菌
衣原体
螺旋体属的螺旋体
纤维细菌门
酸孢霉属
拟杆菌
黄杆菌属
鞘脂的鞘氨醇细菌
梭杆菌属
疣微菌，疣微菌的一个门
网状线虫属
gemmatimonadetes，gemmatimonadetes门
学习历史
细菌一词最早是由德国科学家埃伦贝尔(1795-1876)在1828年提出的，用来指某种细菌。这个词来源于希腊语βακριν，意思是“小棍子”。
1866年，德国动物学家黑克尔(1834-1919)建议使用“原生动物”，包括所有单细胞生物(细菌、藻类、真菌和原生动物)。
1878年，法国外科医生查尔斯·伊曼纽尔·塞迪洛(1804-1883)提出“微生物”来描述细菌细胞或者更一般地指微小的生物体。
因为细菌是单细胞微生物，肉眼看不到，需要用显微镜观察。1683年，安东尼·范·列文虎克(Antony van Leeuwenhoek，1632–1723)第一次用自己的单透镜显微镜观察到了细菌，显微镜放大了约200倍。路易斯·巴斯德(1822-1895)和罗伯特·科赫(1843-1910)指出，细菌可以致病。
形态形成
芽孢杆菌、球菌、螺旋菌、弧菌形态各异，但主要由以下结构组成。
(1)细胞壁
细胞壁的厚度因细菌而异，一般为15-30nm。主要成分是肽聚糖，是由N-乙酰氨基葡萄糖和N-乙酰胞壁酸组成的二糖单位，通过β(1-4)糖苷键连接成大分子。N-乙酰胞壁酸分子上有四肽侧链，相邻多糖纤维间的短肽通过肽桥(革兰氏阳性菌)或肽键(革兰氏阴性菌)桥接，形成肽聚糖片层，像胶合板一样胶合成多层。
肽聚糖中的多糖链在所有物种中都是相同的，但横向短肽链在物种之间是不同的。革兰氏阳性菌细胞壁厚约20-80 nm，有15-50层肽聚糖，每层厚1nm，含20-40%磷壁酸，部分有少量蛋白质。革兰氏阴性菌的细胞壁约10nm厚，仅有2-3层肽聚糖。其他成分复杂，从外到内包括脂多糖、细菌外膜和脂蛋白。此外，在外膜和细胞之间有一个间隙。
肽聚糖是革兰氏阳性菌细胞壁的主要成分，所有能破坏肽聚糖结构或抑制其合成的物质都具有抗菌或杀菌作用。比如溶菌酶是N-乙酰溶菌酶，青霉素抑制转肽酶的活性和肽桥的形成。
细菌细胞壁的功能包括:保持细胞形状；抑制机械性和渗透性损伤(革兰氏阳性菌的细胞壁可承受20kg/cm2的压力)；介导细胞间的相互作用(侵入宿主)；防止大分子的入侵；协助细胞运动和分裂。
具有脱壁的细胞称为细菌原生质体或原生质球，脱壁后细菌原生质体的生存力和活性大大降低。
(2)细胞膜
是典型的单元膜结构，厚度约8~10nm，外侧紧贴细胞壁。一些革兰氏阴性菌也有外膜。通常没有内膜系统，除了核糖体之外，没有其他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。在一些从事光合作用的原核生物(蓝藻和紫细菌)中，质膜折叠形成带有色素的内膜，这与光捕获反应有关。一些革兰氏阳性菌的质膜折叠形成小的管状结构，称为中体或中间体(图3-11)。中体扩大了细胞膜的表面积，提高了代谢效率，称为软骨样，也可能与DNA复制有关。
(3)细胞质和核小体
细菌和其他原核生物一样，没有核膜，DNA集中在细胞质的低电子密度区域，称为核区或核体。细菌一般有1-4个核小体，多则20个。核小体是环状双链DNA分子，内含2000 ~ 3000种蛋白质，空间结构非常简单，没有内含子。由于没有核膜，DNA复制、RNA转录和蛋白质合成可以同时进行，不像真核细胞在时间和空间上严格分离。
每个细菌细胞含有约5000 ~ 50000个核糖体，其中一部分附着在细胞膜内部，大部分游离在细胞质中。细菌核糖体的沉降系数为70S，由一个大亚基(50S)和一个小亚基(30S)组成。大亚基含有23SrRNA、5SrRNA和30多种蛋白质，小亚基含有16SrRNA和20多种蛋白质。30S的小亚基对四环素和链霉素敏感，50S的大亚基对红霉素和氯霉素敏感。
细菌核区DNA以外的一种能自主复制的遗传因子叫做质粒。质粒是裸露的环状双链DNA分子，含有2~200个基因，能自我复制，有时整合到核DNA中。质粒DNA在基因工程研究中非常重要，经常被用作基因重组和基因转移的载体。
细胞质颗粒是细胞质中的颗粒，起到暂时储存营养物质的作用，包括多糖、脂类和多磷酸盐。
(4)其他结构
很多细菌的最外层表面覆盖着一层多糖，边界明显的叫荚膜，如肺炎球菌，边界不明显的叫黏液层，如葡萄球菌。胶囊对细菌的生存意义重大，不仅可以利用胶囊抵御不良环境；保护自己免受白细胞侵害；而且可以选择性地粘附在特定细胞的表面，表现出对靶细胞的特异性攻击能力。例如，伤寒沙门氏菌可以特异性地侵入肠道淋巴组织。细菌荚膜的纤维还可以储存细菌分泌的消化酶，用于攻击靶细胞。
鞭毛是一些细菌的运动器官，由一种叫做鞭毛蛋白的弹性蛋白组成，在结构上与真核生物的鞭毛不同。细菌可以通过调整鞭毛旋转的方向(顺时针和逆时针)来改变运动状态。
菌毛是某些细菌表面的一种细而短的硬丝，需要用电子显微镜观察。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种。前者与细菌吸附和感染宿主有关，后者是空心管，与遗传物质的传递有关。
种类
细菌可以用不同的方法分类。细菌有不同的形状。大多数细菌分为以下三类:杆菌呈杆状；球菌为球形(如链球菌或葡萄球菌)；螺旋菌是螺旋形的。另一种是弧菌，呈逗号状。
细菌的结构非常简单。原核生物没有线粒体、叶绿体等膜结构细胞器，但有细胞壁。根据细胞壁的组成，细菌可分为革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌。“革兰氏”来自丹麦细菌学家汉斯·克里斯蒂安·革兰氏，他发明了革兰氏染色法。
有些细菌在细胞壁外面有一个由多糖形成的被膜，形成一个盖或被膜。胶囊可以帮助细菌在干旱季节保持休眠状态，并可以储存食物和处理废物。
细菌分类的变化从根本上反映了发展史的变化，许多物种甚至频繁地改变或变更名称。近年来，随着基因测序、基因组学、生物信息学和计算生物学的发展，细菌学被置于一个合适的位置。
起初，除了蓝藻(根本没有被归为细菌，而是被归为蓝绿藻)，其他细菌都被认为是真菌的一种。随着发现它们特殊的原核细胞结构，明显区别于其他生物(它们都是真核生物)，细菌被归为一个单一的物种，在不同的时期被称为原核生物、细菌和monera王国。一般认为真核生物来源于原核生物。
通过研究rRNA序列，美国微生物学家卡尔·乌斯在1976中提出原核生物包括两大类群。他称它们为真细菌和古细菌，后来又改名为细菌和古细菌。伍兹指出，这两种细菌和真核细胞是起源于一种原始生物的不同物种。研究人员已经放弃了这个模型，但是三域系统已经获得了普遍的认可。这样，细菌就可以分为几个领域，在其他系统中被认为是一个领域。他们通常被认为是一个单一来源的群体，但这种方法仍有争议。
古细菌
古细菌(古细菌或古细菌)是一类非常特殊的细菌，大多生活在极端的生态环境中。它具有原核生物的一些特征，如无核膜和内膜系统；还具有真核生物的特征，如以蛋氨酸为起始合成蛋白质，核糖体对氯霉素不敏感，RNA聚合酶与真核细胞相似，DNA有内含子并结合组蛋白等。此外，它还具有不同于原核细胞和真核细胞的特性，如:细胞膜中的脂质不皂化；细胞壁不含肽聚糖，有些主要是蛋白质，有些含有杂多糖，有些与肽聚糖相似，但都不含胞壁酸、D-氨基酸和二氨基庚二酸。
类型
细菌可以无性繁殖，也可以通过基因重组进行繁殖，最主要的方式是二元分裂的无性繁殖:一个细菌细胞的细胞壁侧向分裂形成两个子细胞。并且单个细胞也会通过以下方式发生遗传变异:突变(细胞本身的遗传密码随机改变)、转化(未修饰的DNA在溶液中从一种细菌转移到另一种细菌)、转染(病毒或细菌DNA，或者两种DNA都通过噬菌体转移到另一种细菌)、细菌接合(一种细菌的DNA通过两种细菌之间形成的特殊蛋白质结构转移到另一种细菌)。细菌可以通过这些方式获得DNA，然后分裂并把重组基因组传递给后代。许多细菌含有含有染色体外DNA的质粒。
当处于有利的环境中时，细菌可以形成肉眼可见的聚集体，如菌群。
细菌以二元分裂的方式繁殖。当某些细菌处于不利环境或营养耗尽时，内生孢子又称孢子，是一种对不良环境有很强抵抗力的休眠体。因为孢子是在细菌细胞中形成的，所以通常被称为内生孢子。
孢子的生命力非常顽强。在湖底的一些沉积物中，芽胞杆菌在500-1000年后仍然存活，肉毒梭菌的孢子能耐受100℃、pH 7.0的煮沸5-9.5小时。孢子从内到外由以下几部分组成:
1.孢子原生质体(核心):包含浓缩的原生质。
2.内膜:由原生殖菌的细胞膜形成，包围孢子原生质。
3.孢子壁:由生殖细菌的肽聚糖组成，包围内膜。发芽后成为细菌的细胞壁。
4.皮层:是孢子被中最厚的一层，由肽聚糖组成，但其结构与细胞壁不同，交联较少。多糖支架由细胞壁酸酐代替细胞壁酸组成，四肽侧链由L-Ala组成。
5.外膜:也是由细菌细胞膜形成的。
6.被膜:孢子壳，质地坚韧致密，由类角蛋白组成，含有大量二硫键，具有疏水特性。
7.孢子外膜:孢子被，即孢子的最外层，由脂蛋白和碳水化合物(糖)组成，结构疏松。
使…新陈代谢
细菌有许多不同的代谢模式。一些细菌只需要二氧化碳作为碳源，被称为自养生物。那些通过光合作用从光获取能量的被称为光合自养生物。那些依靠氧化化合物获得能量的被称为化能自养生物。其他细菌依靠有机碳作为碳源，称为异养菌。
光合自养细菌包括蓝细菌，蓝细菌是已知最古老的生物，可能在地球大气中产生氧气方面发挥重要作用。其他光合细菌进行一些不产生氧气的过程。包括绿色硫细菌、绿色非硫细菌、紫色硫细菌、紫色非硫细菌和Heliobacter。
正常生长所需的营养包括氮、硫、磷、维生素和金属元素，如钠、钾、钙、镁、铁、锌和钴。
根据它们对氧的反应，大多数细菌可分为以下三类:有的只能在有氧的情况下生长，称为需氧菌；另一些只能在无氧条件下生长，称为厌氧菌；还有一些兼性厌氧菌可以在有氧或无氧条件下生长。细菌也可以在人类认为的极端环境中茁壮成长。这种生物被称为极端微生物。有些细菌存在于温泉中，称为嗜热菌；另一些生活在高盐湖中，被称为嗜盐微生物；其他细菌存在于酸性或碱性环境中，称为嗜酸细菌和嗜碱细菌。另一些存在于高山冰川中，被称为嗜冷细菌。
运动
运动细菌可以通过鞭毛、细菌滑动或改变浮力来移动。另一种细菌，螺旋体，有一些鞭毛样结构，称为轴丝，连接周质的两个细胞膜。当它们移动时，它们的身体呈现出扭曲的螺旋形状。螺旋菌没有轴丝，但有鞭毛。
细菌的鞭毛以不同的方式排列。细菌可以在一端有一个极性鞭毛，或一簇鞭毛。周生生物表面有散在的鞭毛。
运动细菌可以被特定的刺激物吸引或驱逐，这就是所谓的趋化性，例如趋化性、趋光性和机制性。在一种特殊的细菌——粘细菌中，单个细菌相互吸引，聚集在一起形成子实体。
使用和危害
细菌对环境、人类和动物既有用又有害。一些细菌成为病原体，导致破伤风、伤寒、肺炎、梅毒、霍乱和肺结核。在植物中，细菌引起叶斑病、火疫病和萎蔫。感染方式包括接触、空气传播、食物、水和携带细菌的微生物。病原体可以用抗生素治疗，分为杀菌型和抑菌型。
细菌通常与酵母和其他种类的真菌一起用于发酵食品中。比如在传统的醋的制造过程中，利用空气中的醋酸菌将酒精转化为醋。细菌制造的其他食物还有奶酪、泡菜、酱油、醋、酒、酸奶等。细菌还能分泌多种抗生素，例如链霉素就是由丝孢菌分泌的。
细菌降解多种有机化合物的能力经常被用来去除污染，这被称为生物修复。例如，科学家在美国佐治亚州利用甲烷氧化菌分解三氯乙烯和四氯乙烯污染。
细菌对人类的活动也有很大的影响。一方面，细菌是许多疾病的病原体，包括结核病、淋病、炭疽、梅毒、鼠疫和沙眼。然而，人类经常使用细菌，如奶酪和酸奶的生产，一些抗生素的制造，废水的处理等。，这些都和细菌有关。细菌广泛应用于生物技术领域。
(一)细菌发电
生物学家预测21世纪将是细菌发电造福人类的时代。说起细菌发电，可以追溯到1910年。英国植物学家利用铂作为电极，将其放入大肠杆菌的培养液中，成功制造出世界上第一个细菌电池。1984年，美国科学家为航天器设计了一种细菌电池，其电极的活性物质是宇航员尿液和活细菌。但当时的细菌电池放电效率较低。直到20世纪80年代末，细菌发电才取得重大突破。英国化学家让细菌分解电池组中的分子，释放电子移动到阳极发电。方法是在糖溶液中加入一些芳香族化合物，如染料，作为稀释剂，提高生物系统传递电子的能力。细菌发电期间，应不断给电池充气，以搅拌细菌培养液和氧化物质的混合物。据计算，使用这种细菌电池，每65，438+000克糖可获得65，438+0，352，930库仑的电量，其效率可达40%，远高于目前使用的电池，还有65，438+00%的潜力可挖掘。只要不断往电池里加糖，就能获得2安培的电流，而且能持续几个月。
利用细菌发电的原理，也可以建立细菌发电站。用细菌培养液装满一个100方立方的容器，可以建成一个1000 kW的细菌发电站。每小时耗糖200斤，发电成本高一点。然而，这是一个不会污染环境的“绿色”电站。而且技术发展后，糖液完全可以用木屑、秸秆、落叶等废弃有机物的水解物代替。
现在，八仙等发达国家展示了它们的神奇力量:美国设计了一种综合细菌电池，其中单细胞藻类首先利用阳光将二氧化碳和水转化为糖，然后细菌利用这些糖发电；在日本，将两种细菌放入电池的专用糖浆中，使一种细菌吞食糖浆产生乙酸和有机酸，另一种细菌将这些酸转化为氢气，进入磷酸燃料电池发电；英国发明了以甲醇为电池液，乙醇脱氢酶铂为电极的细菌电池。
而现在，各种各样的细菌电池相继问世。比如有一个全面的细菌电池。首先，电池中的单细胞藻类利用阳光将二氧化碳和水转化为糖，然后细菌利用这些糖发电。另一种细菌电池是将两种细菌放入电池的专用糖浆中，让一种细菌吞下糖浆产生乙酸和有机酸，然后另一种细菌将这些酸转化为氢气，氢气可以用来进入磷酸燃料电池发电。
人们还惊讶地发现，细菌还具有捕捉太阳能并将其直接转化为电能的“特殊功能”。最近，美国科学家在死海和大盐湖中发现了一种嗜盐细菌。它们含有一种紫色色素，当大约10%的阳光转化为化学物质时，这种色素可以产生电荷。科学家用它们制作了一个小型的实验性太阳能细菌电池，结果证明嗜盐菌可以用来发电，用盐代替糖，成本大大降低。可见，让细菌为人类提供动力并不是遥远的想法，而是近在咫尺的现实。
(二)细菌对胃有益
人体大肠中的细菌靠分解小肠中的废物而生存。因为这些东西无法消化，人类系统拒绝处理它们。这些细菌配备了一系列的酶和代谢通道。这样，它们可以继续分解剩余的有机化合物。他们中的大多数致力于分解植物中的碳水化合物。大肠中的大多数细菌都是厌氧菌，这意味着它们在没有氧气的情况下生存。它们不是呼出和吸入氧气，而是通过将碳水化合物的大分子分解成小脂肪酸分子和二氧化碳来获取能量。这个过程叫做“发酵”。
有些脂肪酸通过大肠的肠壁被重吸收，会给我们提供额外的能量。剩余的脂肪酸帮助细菌快速生长。速度如此之快，它们每20分钟就能繁殖一次。因为它们合成的维生素B和K比它们需要的多，所以它们非常慷慨地向群体中的其他生物和你，也就是它们的宿主，提供额外的维生素。虽然你自己不能产生这些维生素，但是你可以依靠这些对你非常友好的细菌来源源不断地供给你。
科学家们刚刚开始了解这个群体中不同细菌之间的复杂关系以及它们与人类宿主的相互作用。这是一个动态的系统，随着宿主饮食结构和年龄的变化，这个系统也做出相应的调整。你一出生，就开始在体内收集你选择的细菌种类。当你的饮食从母乳变成牛奶，变成不同的固体食物时，新的细菌就会在你的体内占主导地位。
积聚在大肠壁上的细菌是艰难旅程后的幸存者。从口腔开始，经过小肠，受到消化酶和强酸的攻击。那些完成旅行后安然无恙的细菌，到达时会遇到更多阻碍。为了生长，它们必须与已经在那里生存的细菌竞争空间和营养。幸运的是，这些“友好”的细菌可以非常巧妙地将自己粘在任何可用的地方的大肠壁上。这些友好的细菌中的一些可以产生酸和抗菌化合物，称为细菌素。这些细菌素可以帮助抵御那些讨厌的细菌。
那些友好的细菌可以控制更危险细菌的数量，增加人们对“前生命”食物的兴趣。这种食物含有培养的细菌，酸奶就是其中之一。当你喝一瓶酸奶时，检查标签，看看哪些细菌将是你体内的下一个客人。
培养
常用细菌培养基
配方1牛肉膏琼脂培养基
牛肉酱0.3g，蛋白胨1.0g，氯化钠0.5g，琼脂1.5g，
水1000毫升
在烧杯中加入100 ml水，加入牛肉酱、蛋白胨和氯化钠，用蜡笔在烧杯上做标记，在火上加热。待烧杯中的成分溶解后，加入琼脂，不断搅拌，以免粘底。待琼脂完全溶解后，补足失水，用10%盐酸或10%氢氧化钠调节pH值至7.2 ~ 7.6，分装于各试管中，加棉塞，高压蒸汽灭菌30分钟。
配方II马铃薯培养基
取新鲜牛心250克(不含脂肪和血管)，用刀细细剁成肉末，然后加入500毫升蒸馏水和5克蛋白胨。在烧杯上做好标记，煮沸后小火炖2小时。过滤，干燥过滤后的肉末，调节滤液的pH值至7.5左右。在每个试管中加入10 ml肉汤和少量牛心碎，灭菌备用。
配制根瘤菌培养基
葡萄糖10g磷酸氢二钾0.5g
3克碳酸钙和0.2克硫酸镁。
酵母粉0.4g，琼脂20g。
水1000ml 1%结晶紫溶液1ml。
首先将琼脂煮沸溶解于水中，然后分别加入其他组分，搅拌溶解，然后包装灭菌备用。