第一节 细菌学基础
一、细菌的形态与大小
细菌很小，通常以微米（μm）作为测量单位。观察细菌形态要用光学显微镜放大几百倍到上千倍才能看到。细菌按其外形描述可分为球菌、杆菌和螺形菌三类，见下图。
1.球菌
球菌外形呈球形或近似球形，平均直径0.8～1.2μm。球菌根据繁殖时的细胞分裂层面以及分裂后的黏附方式可分为双球菌、链球菌、四联球菌、八叠球菌、葡萄球菌。
细菌中对人致病的球菌为病原性球菌，主要引起化脓性炎症，因此又将其称为化脓性球菌，其革兰氏阳性菌主要包括葡萄球菌、链球菌和肺炎球菌等，革兰氏阴性菌包括痢疾杆菌、伤寒杆菌、大肠杆菌等。
2.杆菌
各种杆菌的大小、长短、弯度和粗细差异较大。大的杆菌如炭疽杆菌，中等大小的杆菌如肠道杆菌，小的如野兔热杆菌。
杆菌的形态各异。如球杆菌菌体短呈椭圆形；梭杆菌两端尖细；棒状杆菌末端膨大呈棒状；分枝杆菌呈V形或Y形。
3.螺形菌
菌体有一个弯曲或几个弯曲的细菌称为螺形菌。
二、消毒与灭菌
（一）物理消毒灭菌法
消毒灭菌的物理因素主要包括热力、紫外线、电离辐射、过滤、超声波、干燥和低温等。
1.热力消毒灭菌法
热力消毒灭菌法利用高温杀死微生物。热力消毒灭菌可分为湿热灭菌与干热灭菌两大类。湿热灭菌与干热灭菌各有特点，但湿热灭菌的效果较干热灭菌好，所以使用也更普遍。
（1）干热消毒灭菌法
干热的杀菌作用是通过脱水干燥和大分子变性而实现的。一般细菌繁殖体在干燥状态下，80～100℃经1h即可被杀死；芽孢则需在160～170℃经2h才会死亡。
1）焚烧 直接点燃或在焚烧炉内焚烧是一种彻底的灭菌方法。仅适用于废弃物或动物尸体。
2）烧灼法 直接用火焰灭菌。适用于微生物学实验室的接种环和试管口等的灭菌。
3）干烤法 利用电热烤箱的热空气消毒灭菌。一般繁殖体在80～100℃中经1h可以被杀死，芽孢和病毒需160～170℃经2h才会死亡。热空气消毒灭菌法适用于玻璃器皿、瓷器、玻璃注射器等。灭菌待箱内温度降至40℃以下才能开启柜门，以防器皿炸裂。
4）微波消毒灭菌法 微波是一种高频电磁波，其杀菌作用原理为热效应（所及之处产生分子内部剧烈运动，使物体内外温度迅速升高）与综合效应（如化学效应、电磁共振效应和场致力效应）。目前已广泛应用于食品和药物的消毒。
5）红外线灭菌法 红外线是一种波长为0.11μm的电磁波，可因产生高热而发挥灭菌作用，其中1～10μm波长的热效应最强。但热效应只在照射表面产生。此法多用于不适宜干烤的医疗器械的灭菌。
（2）湿热消毒灭菌法
湿热灭菌法是指用饱和水蒸气、沸水或流通蒸汽进行灭菌的方法，以高温高压水蒸气为介质，由于蒸汽潜热大，穿透力强，容易使蛋白质变性或凝固，最终导致微生物的死亡，所以该法的灭菌效率比干热灭菌法高。
1）巴氏消毒法 亦称低温消毒法、冷杀菌法，是一种利用较低的温度既可杀死病菌又能保持物品中营养物质风味不变的消毒法。此法由巴斯德创造，用以消毒酒类，故得名。
2）煮沸法 即利用煮沸（100℃）经5min可杀死一切细菌的繁殖体的消毒法。一般消毒以煮沸10min 为宜。用于一般外科器械、胶管和注射器、饮水和食具的消毒。
3）流通蒸汽消毒法 在一个大气压（1atm=101325Pa）下利用100℃的水蒸气进行消毒。器械是Arnold消毒器或普通蒸笼。15～30min可杀灭细菌繁殖体，但不保证杀灭芽孢。消毒物品的包装不宜过大、过紧以利于蒸汽穿透。
4）间歇灭菌法 利用反复多次地流通蒸汽加热，杀灭所有微生物，包括芽孢。方法同流通蒸汽灭菌法，但要重复3次以上，每次间歇时将要灭菌的物体放到37℃孵箱过夜，目的是使芽孢发育成繁殖体。若被灭菌物不耐100℃高温，可将温度降至75～80℃，加热延长为30～60min，并增加次数。适用于不耐高热的含糖或牛奶的培养基。
5）高压蒸汽灭菌法 用高温加高压灭菌不仅可杀死一般的细菌、真菌等微生物，对芽孢、孢子也有杀灭效果，是最可靠、应用最普遍的物理灭菌法。主要用于能耐高温的物品，如培养基、金属器械、玻璃、搪瓷、敷料、橡胶及一些药物的灭菌。
2.辐射杀菌法
辐射杀菌法包括电离辐射灭菌法和紫外线消毒（非电离辐射灭菌法）两种。
（1）电离辐射灭菌法
应用放射性同位素γ源或β射线加速器发生的高能量电子束进行灭菌。常用的有60Co照射装置和电子加速器照射装置，目前60Co照射装置的应用最为普遍。其中，多数用于对一次性使用医疗卫生产品的消毒和灭菌。两种电离辐射灭菌方法的比较见下表。
（2）紫外线消毒
利用适当波长的紫外线能够破坏微生物机体细胞中的DNA（脱氧核糖核酸）或RNA（核糖核酸）的分子结构，造成生长性细胞死亡和（或）再生性细胞死亡，达到杀菌消毒的效果。紫外线消毒对杆菌杀菌力强，对球菌较弱，对霉菌和酵母菌更弱。对生长期细菌敏感，对芽孢敏感性差。紫外线的穿透能力弱，不能通过普通玻璃、尘埃，只能用于消毒物体表面及空气、手术室、无菌操作实验室及烧伤病房，也可用于不耐热物品表面消毒。杀菌波长的紫外线对人体皮肤和眼睛均有损伤作用，使用时应注意防护。
3.过滤除菌
过滤除菌利用物理阻留和静电吸附等原理去除液体或空气中的微生物，以达到无菌目的。
4.超声波杀菌
超声波杀菌是利用频率在20～200kHz 内的声波，使细菌裂解以达到消毒目的的消毒法。超声波可裂解多数细菌，尤其是革兰氏阴性菌更为敏感。
5.干燥及低温抑菌法
（1）干燥
细菌抗干燥能力依菌种和环境有所不同。有些细菌的繁殖体在空气中干燥会很快死亡，如脑膜炎奈瑟菌等；但有些细菌的繁殖体抗干燥能力较强。芽孢抗干燥的能力更强，如炭疽芽孢杆菌的芽孢耐干燥可达20 余年。干燥主要用于保存食物。
（2）低温
除脑膜炎球菌和淋球菌等少数细菌外，多数细菌耐低温。在低温状态下，这些菌的新陈代谢减慢，当温度回升至适宜范围又能恢复生长繁殖，故低温常用于保存细菌菌种。低温保存细菌，必须迅速降温，否则可致细菌死亡。
（二）化学消毒灭菌法
1.化学消毒剂作用机制
不同的化学消毒剂作用原理也不完全相同，大致可归纳为三个方面。一种化学消毒剂对细菌的影响常以其中一方面为主，兼有其他方面的作用。
① 改变细胞膜通透性。表面活性剂、酚类及醇类可导致胞浆膜结构紊乱并干扰其正常功能。使小分子代谢物质溢出胞外，影响细胞传递活性和能量代谢，甚至引起细胞破裂。
② 蛋白质变性或凝固。酸、碱和醇类等有机溶剂可改变蛋白质构型而扰乱多肽链的折叠方式，造成蛋白质变性。如乙醇、大多数重金属盐、氧化剂、醛类、染料和酸碱等。
③ 改变蛋白质与核酸功能。基团的因子作用于细菌胞内酶的功能基（如SH基）而改变或抑制其活性。如某些氧化剂和重金属盐类能与细菌的—SH 结合并使之失去活性。
2.消毒剂的种类
（1）漂白粉
常用消毒剂。主要成分为次氯酸钙，其杀菌作用取决于次氯酸钙中含的有效氯的量。由于其性质不稳定，使用时应进行测定，一般以有效氯含量＞25%为标准，少于25%则不能使用。漂白粉有乳剂、澄清液和粉剂3种剂型。常用浓度为0.2%，用于浸泡、清洗、擦拭、喷洒墙面。对结核杆菌和肝炎病毒用5%澄清液作用1～2h。漂白粉不适宜对衣服、纺织品、金属品和家具进行消毒。
（2）过氧乙酸
为无色透明液体，有刺激性酸味，有腐蚀、漂白作用。是强氧化剂，杀菌能力强，0.01%溶液可杀死各种细菌，0.2%溶液可灭活各种病毒，是肝炎病毒较好的消毒剂，1%～2%溶液可杀灭菌与芽孢。过氧乙酸具有腐蚀性和漂白性，因此一些物品及衣物消毒后必须立即洗涤干净。
（3）戊二醛
无色或淡黄色油状液体，有微弱甲醛气味。性质稳定，腐蚀性小。为广谱杀菌剂，杀灭细菌需10～20min；对肝炎病毒和乙型肝炎表面抗原（HBsAg）需作用30min；对芽孢需作用4～12h。
（4）新洁尔灭
属季铵盐类消毒剂，为淡黄色胶状液，易溶于水，呈碱性反应，性质稳定，摇动时有大量泡沫。对化脓菌、肠道菌及某些病毒有较好杀灭能力，但对结核菌及真菌作用效果差，对芽孢只有抑制作用，对肝炎病毒无灭活作用。很多因素如有机物、硬质水和拮抗物质都能降低其杀菌效果。少量肥皂和阴离子表面活性剂可使其杀菌力消失，故新洁尔灭不能与肥皂和洗衣粉同时使用。
（5）甲醛
含甲醛36%的水溶液，又称福尔马林，是一种古老的消毒剂，具有刺激性臭味，主要用于熏蒸消毒。对于皮毛、衣物和污染房间均有效。有强大杀菌作用，能杀灭芽孢，对细菌繁殖体效果更好。
（6）环氧乙烷
低温下为无色透明液体，沸点10.8℃，储于钢瓶、耐压铝瓶或玻瓶内，是一种气体灭菌剂。其气体穿透力强，有较强的杀菌能力，对细菌芽孢、病毒和真菌也有很好的杀灭作用。对大多数物品不造成损坏，所以可用于皮毛、皮革、丝毛织品和医疗用精密器械等的熏蒸消毒。对人有毒，而且其蒸气遇明火会燃烧以至爆炸，所以必须注意安全，具备一定条件时才可使用。
（三）生物因素对细菌的影响
1.噬菌体对细菌的作用
噬菌体是能感染细菌、放线菌、真菌和螺旋体的病毒。噬菌体分布广泛，凡是有细菌存在的场所，都可能有相应噬菌体的存在。噬菌体有严格的宿主特异性，只寄居于易感宿主菌体内。可通过对细菌的侵犯进入菌体内，在菌体内增殖后造成细菌的损伤或死亡，用于一些环境细菌污染的治理以及废水的净化等。
2.抗生素对细菌的影响
抗生素是人类控制和治疗感染性疾病，保障身体健康以及用来防治动植物病害的重要化学药物。抗生素主要通过影响微生物的某一些代谢环节，从而抑制微生物的生长或者导致其死亡。主要的作用机制有抑制细胞壁的合成、影响细胞膜的功能、干扰蛋白质的合成、抑制核酸的合成及干扰细胞的能量代谢和电子传递体系。
3.细菌素对细菌的影响
细菌素是由一些细菌合成的一种具有杀菌作用的蛋白质物质。细菌素的作用类似于抗生素，但其抗菌谱较窄，仅对与产生菌亲缘关系较近的细菌有杀伤作用。某些敏感菌表面有相应的受体，可吸附细菌素，进而杀死细菌。
三、影响消毒效果的因素
许多因素会影响消毒剂的作用，且各消毒剂对这些因素的敏感性差异很大。
1.消毒剂的性质、浓度和作用时间
理化性质不同的消毒剂对微生物的作用大小也不同。例如，表面活性剂对革兰氏阳性菌的杀灭效果比对革兰氏阴性菌好；龙胆紫对葡萄球菌的作用较强。同一消毒剂浓度不同，其消毒效果也不同。绝大多数消毒剂在高浓度时杀菌作用大，浓度降低至一定程度时只有抑菌作用。但醇类例外，70%乙醇或50%～80%异丙醇的消毒效果最好。其机制是高浓度乙醇，能使菌体表面的蛋白质迅速凝固，反而影响其继续渗入，杀菌效力反而降低。消毒剂在一定浓度下对细菌的作用时间越长，消毒效果也越强。
2.微生物的种类
不同类型的病原微生物对消毒剂抵抗力不同，必须根据消毒对象选择合适的消毒剂。
（1）细菌繁殖体
易被消毒剂消灭，一般革兰氏阳性细菌对消毒剂较敏感，革兰氏阴性杆菌则常有较强的抵抗力。繁殖体对热敏感，消毒方法以热力消毒为主。
（2）细菌芽孢
芽孢对消毒剂耐力最强，杀灭细菌芽孢最可靠的方法是热力灭菌、电离辐射和环氧乙烷熏蒸。化学消毒剂，如戊二醛、过氧乙酸能杀灭芽孢，但可靠性不如热力灭菌法。
（3）病毒
对消毒剂的耐力因种类不同而有很大差异，亲水病毒的耐力较亲脂病毒强。
（4）真菌
对干燥、日光、紫外线以及多数化学药物耐力较强，但不耐热。
3.微生物的数量
微生物数量越多需要消毒的时间越长，剂量也越大。
4.有机物的存在
① 有机物在微生物的表面形成保护层，妨碍消毒剂与微生物的接触或延迟消毒剂的作用发挥，导致微生物逐渐产生对药物的适应性。
② 有机物和消毒剂作用，形成溶解度比原来更低或杀菌作用比原来更弱的化合物。
③ 一部分消毒剂与有机物发生了作用，则对微生物的作用浓度降低。
④ 有机物可中和一部分消毒剂。消毒剂中重金属类和表面活性剂等受有机物影响较大，戊二醛受影响较小。
5.温度
随着温度的升高，杀菌作用增强，但温度的变化对各种消毒剂影响不同。
如甲醛、戊二醛和环氧乙烷在温度升高1 倍时，杀菌效果可增加10 倍，而酚类和酒精受温度影响小。
6.pH值
pH值从以下两方面影响杀菌作用。
（1）对消毒剂的作用
改变消毒剂溶解度和分子结构。
（2）对微生物的生长有影响
在酸性条件下，细菌表面负电荷减少，阴离子型消毒剂杀菌效果好。在碱性条件下，细菌表面负电荷增多，有利于阳离子型消毒剂发挥作用。
其他影响消毒灭菌效果的因素还有湿度、穿透力、表面张力及拮抗物质等。