第三課:細菌的形態與結構(下)

　　導語

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　　在上一課《細菌的形態與結構（上）》中我們學到了細菌的基本結構，細菌的四層基本結構非常類似於我們平時喜歡吃的雞蛋的結構，想想雞蛋殼、殼裡的膜、雞蛋清和雞蛋黃分別類比細菌基本結構的哪一層呢？所有細菌都有的結構就是基本結構（可以看做是細菌界的「公平結構」），但是也有極少數細菌總愛搞特殊，形成了一些特殊結構（也可以看做是細菌界的「不公平結構」），還有些細菌在一些特殊時期形成的結構也叫特殊結構。

　　重點

　　2

　　細菌細胞結構模式圖

　　設問：上圖中的特殊結構只有三種，為什麼沒有看到芽孢？

　　（二）細菌的特殊結構：莢膜、鞭毛、菌毛、芽孢。

　　1、莢膜：某些細菌細胞壁外包饒的一層較厚的粘液性物質（像不像我們在冬天穿上了厚厚的棉襖？）。

　　作用：抵抗吞噬細胞的吞噬作用，與細菌的致病性有關。

　　解釋：有莢膜的細菌表面會形成大量負電荷（原來所穿的這件厚厚的「棉襖」還是帶電的呢），而在我們體內有很多負責吞噬細菌的免疫細胞叫吞噬細胞，這些吞噬細胞表面也有大量負電荷，這樣當吞噬細胞想要靠近細菌進行吞噬時，就會產生「同性相斥」的排斥力，故無法吞噬細菌。細菌在與我們的免疫系統鬥智鬥勇，形成莢膜這一招，讓細菌暫時居於上風。不得不感嘆：細菌雖小，卻是大大地狡猾呀。

　　2、鞭毛：某些細菌菌體上附著的細長呈波狀彎曲的絲狀物。

　　鞭毛類型模式圖：

　　鞭毛菌照片：

　　那麼，細菌的鞭毛有什麼作用呢？

　　上圖是霍亂弧菌的單鞭毛，看起來像蝌蚪的尾巴，想一想蝌蚪的尾巴有什麼作用？宏觀世界的生物現象在微觀世界似乎也能找到志同道合者，故細菌的鞭毛也有相同的作用。

　　作用：使細菌運動。單鞭毛細菌運動模擬動畫圖（放慢了一百倍的慢動作）。而真正的單鞭毛運動速度堪比流星，速度超快：

　　想不到細菌也有個性，有的喜靜，有的喜動，而那些活潑好動的細菌只是因為它們比其他細菌多了鞭毛這個神器。

　　當霍亂弧菌活著的時候，可以隨著人們喝的被汙染的水進入胃，憑藉鞭毛，以流星般的速度快速通過胃，逃避了胃酸的殺菌作用，堂而皇之地到達小腸並逐步引起霍亂。所以，跑得快，有時還可幫助細菌逃命呢。隨著細菌狡猾級數加大，不禁開始毛骨悚然……

　　3、菌毛：許多革蘭陰性菌表面比鞭毛短、細、多、直的絲狀物。必須用電子顯微鏡才能觀察到。分為普通菌毛和性菌毛。

　　鞭毛和普通菌毛圖：

　　觀察分析：下圖左是普通菌毛，下圖右是蒼耳的果實，一個是電鏡下才能看到的細菌結構，一個是肉眼能直接看到的黃豆大小的植物果實，它們難道五百年前是一家嗎？怎麼長得如此相似？

　　回憶：蒼耳最愛粘在動物的皮毛上，讓動物幫它們傳播種子，藉此繁衍後代。下圖是幼兒園課本中的插圖——蒼耳媽媽有辦法：

　　那麼菌毛有沒有類似於蒼耳的作用呢？下圖是志賀菌（痢疾桿菌）粘附小腸黏膜的照片，有圖有真相，果然連作用都與蒼耳神似啊，不服不行：

　　作用：普通菌毛通過粘附，與細菌致病性有關。

　　解讀：細菌就是這麼狡猾，害怕我們的腸蠕動把它們趕出腸道，所以就形成了菌毛這個渺小但強大的抓手，牢牢地抓住我們的腸黏膜，死皮賴臉地在這裡住了下來……看來不是我們脆弱，而是敵人太強大了！在與我們的免疫系統鬥智鬥勇中，細菌憑藉著菌毛這個武器再勝一籌。

　　4、芽孢（芽胞）：某些細菌在一定條件下，細胞質脫水濃縮形成的一個圓形或橢圓形的具有多層膜結構的休眠體。

　　細菌芽孢形態與位置模式圖

　　芽孢一般是在高溫和乾燥等不適合細菌生存的條件下脫水濃縮形成的，在環境合適的時候芽孢又會吸水膨脹重新發育成繁殖體（未形成芽孢的細菌在合適條件下可繁殖故稱為繁殖體）。

　　看到「脫水濃縮」這四個字，我們想一想在現實世界裡，也有脫水濃縮的現象。比如把葡萄曬乾的過程就是葡萄脫水濃縮，直到濃縮成小小的葡萄乾。

　　芽孢的特點：

　　對熱和乾燥抵抗力強。

　　芽孢的遺傳物質和有效成分都被包在「核心部分」，外面有6層膜的保護，可以說是「裡三層外三層」，形成了一個嚴密的銅牆鐵壁，故對外界抵抗力強，芽孢存活時間很長，最長的活了40多年呢！因此成為細菌界的「長壽」分子（想一想葡萄乾的保質時間也比葡萄長很多啊）。

　　唉，細菌不僅狡猾，而且還能通過形成芽孢的方式抵抗外界不良環境，延長細菌壽命，在與人類的較量中又添加了一個勝利的砝碼。不過，魔高一尺道高一丈，我們的免疫系統不會坐以待斃，在後面的免疫學部分我們會逐漸了解到它們調兵遣將智勇雙全奮勇殺敵的颯爽英姿……期待！

　　由於細菌芽孢抵抗力很強，故殺滅芽孢難度極大，在滅菌（滅菌的概念和方法請看後面的課程）時應以殺滅芽孢為標準。

　　課後練習

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　　一、填空：

　　1、細菌的特殊結構包括______、_____、______、______。

　　2、與細菌運動有關的結構是______。

　　3、與細菌抵抗力有關的結構是______。

　　4、與細菌致病力有關的結構是______、______。

　　二、單選題：

　　1、具有抗吞噬作用的細菌特殊結構是

　　A、菌毛

　　B、莢膜

　　C、芽孢

　　D、鞭毛

　　E、性菌毛

　　2、可粘附細胞的細菌結構是

　　A、菌毛

　　B、莢膜

　　C、芽孢

　　D、鞭毛

　　E、中介體

　　3、光學顯微鏡下無法看到的細菌結構是

　　A、芽孢

　　B、鞭毛

　　C、莢膜

　　D、中介體

　　E、菌毛

　　三、名詞解釋：

　　1、莢膜2、鞭毛3、菌毛4、芽孢

　　四、簡答題：

　　細菌的特殊結構在醫學上各有何意義？

　　打開腦洞——《三體》中的「芽孢人」

　　4

　　本次課的重點難點和考點「芽孢」是細菌的細胞質脫水濃縮形成的，在條件合適的時候芽孢又會吸水膨脹重新發育成繁殖體。本次課非常榮幸邀請到了著名科幻作家、陽泉人的驕傲——劉慈欣先生，請看他如何打開腦洞，為我們展示科幻作品中另類的「脫水濃縮」現象——「芽孢人（本小編命名）」。

　　劉慈欣創作了多部科幻作品，其中的《三體》三部曲被普遍認為是中國科幻文學的裡程碑之作，將中國科幻推上了世界的高度。2015年8月23日，劉慈欣憑藉《三體》獲第73屆世界科幻大會頒發的雨果獎最佳長篇小說獎，為亞洲首次獲獎。

　　作品講述了地球人類文明和三體文明的信息交流、生死搏殺及兩個文明在宇宙中的興衰歷程。在三體世界裡，由於行星圍繞三顆恆星（相當於三顆太陽）運行，故其在季節乃至晝夜上出現不可預測的混沌，毫無規則可言，被稱為「亂紀元」。與「亂紀元」相對的是「恆紀元（地球只有一顆太陽，故地球文明始終是恆紀元）」。三體文明在亂紀元和恆紀元的無規律交替中一次次被毀滅，又一次次重新開始。

　　在恆紀元的時候人們可以正常生活，但是在亂紀元，人們或者處於寒冷的「永夜」，或者處於炎熱的「永晝」，這時多數人就會在太陽下「脫水」變成「人幹」或者「軟皮」暫停生命，被其他人捲起來後堆放在地下「幹倉」裡貯存起來，只有極少數的統治者和士兵能在地下建築裡依靠提前儲存的糧食和水繼續生活。當恆紀元到來時，再把這些皮卷放到湖水裡浸泡，皮卷吸水膨脹後變成圓潤的肉體，恢復生命……世界獲得新生。

　　劉慈欣先生對三體世界亂紀元的描述中，人們「脫水」成「人幹」不就是受到細菌脫水濃縮成芽孢的啟發嗎？小編認為這些「人幹」可以稱為「芽孢人」！網上好多人都在討論大劉這樣描述的現實依據是什麼，其實答案就在這裡！大劉不僅物理學的好，而且微生物學得更棒，關鍵是腦洞大的離譜，想像力豐富得驚人！

　　建議大家利用業餘時間讀一讀《三體》三部曲，那是三部真正貨真價實的超一流硬科幻小說。劉慈欣，陽泉人的驕傲！連美國前總統歐巴馬都是他的粉絲呢！

　　好吧，最後是給大家發放福利的環節，想快速了解《三體》梗概嗎？請看視頻《84分鐘讀完全集》：