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前言
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上篇 细菌与病原细菌要览
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第1章 细菌与细菌学概说
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1 细菌的形态与结构
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1.1 细菌细胞的化学成分
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细菌细胞的化学成分，以有机物和无机物的两种形式存在。有机物包括蛋白质、核酸、类脂和碳水化合物等各种大分子，其中的蛋白质主要是各种酶类，也有一些蛋白质存在于菌细胞结构成分中；类脂是不溶于水的化合物，其中的甘油三酯是富含能量的贮藏物质、磷脂是各种膜的组分，它们的非水溶性特征与控制透过性有关；碳水化合物既是结构成分，也是贮藏物质；核酸是贮藏遗传信息的物质，并在蛋白质合成中具有重要功能。菌细胞中也存在许多较小的有机分子，如氨基酸、嘌呤和嘧啶核苷酸以及各种辅酶。在菌细胞的干物质中，有机成分可达99%。
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各类有机成分中都有为数众多的不同种化合物，已知一个大肠埃希氏菌（Escherichia coli）细胞中至少有5000多种有机物分子，表1-2列出了细菌细胞中化学物质的种类和数量；菌细胞中的无机成分包括小分子无机物和多种离子，可分为常量元素和微量元素两类，它们在菌细胞中的含量仅约为干物质的1%，表1-3列出了菌细胞中常见的无机离子及其主要功能。表1-2、表1-3均引自李阜棣、胡正嘉主编《微生物学》第5版（2000）。
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表1-2 细菌细胞中化学物质的种类和数量
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表1-3 细菌细胞中的无机离子及其功能
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在菌细胞的各种组分中，水是含量最多的物质，以重量计含水量占70%～90%。细胞中的生化反应都是在液相中进行的，水是理想的生物学溶剂。虽然纯水的电化学性质呈中性，即电子和质子数相同，但其氢、氧两元素成分的负电性完全不同，其电荷有些不对称，因而产生极性，于是水成为很好的溶剂，易于同其他分子的氢键结合及具有黏附性，显示大的表面张力和高比热，水的极性也有利于使非极性物质团聚在一起。
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1.2 细菌的形态与大小
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不同种细菌的形态差别较大，但就单个菌细胞来讲，常见的基本形态为球菌（coccus，复数为cocci）、杆菌（bacillus，复数为bacilli）及螺形菌（spiral bacterium）等三种（图1-1，引自路福平主编《微生物学》2005）；细菌的大小，通常以微米（μm）为测量单位。实践中常根据细菌的基本形态与排列方式进行描述，如球菌中单个存在的为单球菌（cocci），成双存在的为双球菌（diplococci），三个及其以上排列呈链状的为链球菌（streptococci），四个在一起呈田字状排列的为四联球菌（tetrads），八个叠在一起的为八叠球菌（sarcinae），多个排列在一起呈葡萄串状的为葡萄球菌（staphylococci）；杆菌中近似球状的为球杆菌（coccobacillus），单独散在的为单杆菌（bacilli），成双存在的为双杆菌（diplobacilli），三个及其以上排列呈链状的为链杆菌（streptobacilli），菌体形成分枝的杆菌为分枝杆菌（mycobacterium），菌体末端膨大的为棒杆菌（coryneform bacillus）；螺形菌中螺旋不足1周（菌体仅一个弯曲呈弧形或逗点状）的为弧菌（vibrio），螺旋为1周或多周（菌体有两个及其以上弯曲捻转呈螺旋状）的为螺菌（spirillum）。
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图1-1 细菌的三种基本形态模式图
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球菌呈正规的圆球状或近似球状（如豆状、肾状或矛头状等），表示其大小的是菌体直径（μm），一般在1.0μm左右；杆菌一般呈正规的圆柱状，也有的近似于卵圆状（即上述的球杆菌），两端多为钝圆（也有的为平截或稍尖）的，菌体的大小差异较大，表示其大小的是菌体的宽度和长度，即宽（μm）×长（μm），在常见的杆菌中，较大的为1.0～1.25μm×3.0～8.0μm，中等大的为0.5～1.0μm×2.0～3.0μm，较小的为0.2～0.4μm×0.7～1.5μm；螺形菌呈弯曲（弧菌）或螺旋状（螺菌）的圆柱状，两端钝圆或尖突，表示螺形菌大小为同杆菌的，但其长度仅为菌体两端间距，并不是像杆菌那样菌体实际的长度，其真正长度应按螺旋的直径和圈数来计算，弧菌一般长2.0～3.0μm，螺菌一般长3.0～6.0μm。
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除了上述三种基本的细菌形态外，还有一些具有其他形态的细菌。如柄细菌（stalked bacteria）的细胞上有柄（stalk）、菌丝（hyphae）、附器（appendages）等细胞质伸出物，菌细胞呈杆状或梭状，并有特征性的细柄；鞘衣细菌（sheathed bacteria）如球衣菌（Sphaerotilus）能形成衣鞘（sheath），杆状菌体呈链状排列在衣鞘内成丝状；另外，人们还发现了细胞呈星状、方形的细菌。可见图1-2、图1-3（引自M.T.马迪根、J.M.马丁克、J.帕克著，杨文博等译《微生物生物学》2001）及图1-4（引自沈萍主编《微生物学》2000）。在水产养殖动物中的病原细菌，一般多数为杆菌，其次是弧菌及球菌。
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图1-2 柄细菌特征形态的电子显微镜照片
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图1-3 浮游球衣菌（Sphaerotilus natans）（单个细胞2μm宽）
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图1-4 星状细菌（Stella ，a star-shaped bacteria）
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另外，古生菌（又称古细菌）与真细菌具有类似的个体形态，但它们多生活于一些生存条件十分恶劣的极端环境中，如高温、高盐和高酸等。图1-5（引自沈萍、陈向东主编《微生物学》第2版2006）所示的隐蔽热网菌（Pyrodictium occultum）是迄今所发现的最耐热的生物之一，它的最适生长温度为105℃，该菌不同细胞的直径差异范围可达0.3～2.5μm；图1-6（引自沈萍、陈向东主编《微生物学》第2版 2006）所示的热原体属（Thermoplasma）没有细胞壁，其形态也像真细菌中的支原体属（Mycoplasma）一样呈多形性。
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图1-5 隐蔽热网菌
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图1-6 从热泉（hot spring）中分离的火山热原体（T.volcanium）细胞电镜照片（投影技术）
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对于细菌形态的描述，通常是借助于普通光学显微镜进行的。描述时包括菌细胞的基本形态特征、排列形式、大小、有无芽孢和荚膜及鞭毛等特殊结构、染色反应（尤其是革兰氏染色）等方面；其中的芽孢（常规染色不易着色）、荚膜及鞭毛等均需相应的专门染色才能显示，所以常是在特定需要时才予以描述。如常可引发水产养殖动物病害的嗜水气单胞菌（Aeromonas hydrophila），其形态与大小的特征一般为：革兰氏染色阴性，两端钝圆，散在或有的成双排列，无芽孢，端生单鞭毛，大小多在0.3～0.8μm×1.0～2.0μm的杆菌。
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需要说明的，细菌的形态明显地受环境条件的影响，如培养温度、培养时间、培养基的成分与浓度及pH、气体的性质与量等均可使细菌形态发生变化。一般情况下，细菌在适宜的生长条件下呈对数生长期（logarithmic phase）时的形态比较典型；在菌龄老或生长环境中含有不适宜于细菌生长的物质，如抗生素、药物、抗体、溶菌酶以及高浓度NaCl等，细菌常可出现不规则的多形性（polymorphism），称为衰老型或衰退型（involution form）。由环境条件改变所引起的这种多形性是暂时的，当获得适宜的环境后又可恢复本来的正常形态。另外，有的细菌即使是在适宜条件下生长，其形态本身即成很不一致的多形性，如嗜血菌属（Haemophilus）的细菌。再者，在显微镜下观察到的细菌大小与所用固定、染色方法有关，经干燥固定的菌体比活菌体的实际长度一般要缩短1/3～1/4；若用衬托菌体的负染色法，其菌体往往大于普通染色法的，甚至比活菌体还要大，在具有荚膜的细菌中最易出现这种现象。因此，实践中对细菌形态、大小的描述，需指明所用培养基、培养温度与时间、气体环境和所用染色方法等。
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在沈萍、陈向东主编《微生物学》第2版（2006）中，综合记述了“最小和最大的细菌”，现将其列出供参考：芬兰科学家E.O.Kajander等（1998）发现了一种能引起尿结石的纳米细菌（nanobacteria），其细胞直径最小仅为50nm，甚至比最大的病毒更小一些。这种细菌分裂缓慢，3d才分裂1次，是目前所知最小的具有细胞壁的细菌。纳米细菌的发现，引起了科学界就独立生命个体到底能有多小的讨论。因为人们一般认为，维持一个独立细胞生活的生物大分子所需的基本空间至少需要140nm，如果低于250nm，就没有足够的空间进行生命必需的生化活动了。病毒可以更小，但病毒是依赖寄主细胞进行复制的，通常并不把它们视为独立的生命个体。所以，纳米细菌很可能是以一种特殊的生活规律维持生命的。有人认为，1996年在火星陨石中发现的一种直径10nm的微小化石成分，可能就是一种纳米细菌。而20世纪90年代初期，从地下数公里发现的超微型细菌，则被认为是由于在地下深处营养的长期极度贫乏导致细菌细胞的萎缩所致，这些细菌的大小通常仅为正常细菌大小的千分之一，也是纳米级的细菌；用代谢产生的CO2作指标，计算出这些超微菌的代谢速率仅为地上正常细菌的10-15，有人认为它们需要100年才能分裂一次。
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迄今为止所知的个体最大的细菌，则是德国科学家舒尔茨（H.N.Schulz）等（1999）在纳米比亚海岸的海底沉积物中发现的一种硫细菌（sulfur bacterium），其大小一般在0.1～0.3mm，但有些可达0.75mm，能够清楚地用肉眼看到。这些细菌生活在几乎没有氧气的海底环境，细胞基本上全部由液体组成，利用吸收到体内的磷酸盐和硫化物获得维持生命的能量。这些积累在细胞内的硫化物使细菌呈现出白色，甚至像珍珠一样，因此科学家将这种细菌命名为Thiomargarita namibiensis，即“纳米比亚硫黄珍珠菌”。见图1-7，图中箭头所指的是直径在0.5mm的一个Thiomargarita namibiensis菌体，其体积几乎与下面所示的果蝇头部的大小相当。最近的研究表明，这种细菌的代谢活动，可在其生活的海底水域中产生丰富的磷酸盐，足以构成磷灰石沉淀的条件，可能是地球上磷元素循环的关键环节。
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图1-7 Thiomargarita nami-biensis菌体
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1.3 细菌细胞的结构与功能
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1.3.1 细胞壁
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1.3.1.1 革兰氏阳性菌的细胞壁
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G+菌细胞壁的特点是厚度大（20～80nm）和化学组分简单，一般只含90%的肽聚糖和10%的磷壁酸（teichoic acid，亦称垣酸）。肽聚糖是以15～50层的网格状分子交织成的网套覆盖在整个细胞上，与细胞膜的外层紧密相连（图1-10，引自路福平主编《微生物学》2005）。磷壁酸为大多数革兰氏阳性菌所特有，是由多个（8～50个）核糖醇（ribitol）或甘油（glycerol）残基经磷酸二酯键互相连接成的一种酸性多糖（图1-11，引自黄秀梨主编《微生物学》第2版 2003），在核糖醇或甘油上通常还含有D-丙氨酸和其他的糖（如葡萄糖、半乳糖和鼠李糖等）。根据结合部位，可将磷壁酸分为壁磷壁酸（wall teichoic acik）和膜磷壁酸（membrane teichoic acid）两种，其中的壁磷壁酸长链一端与肽聚糖上的胞壁酸共价联结，另一端伸出肽聚糖层游离于细胞壁外，其含量会随培养基成分有所改变，用稀酸或稀碱液可以提取；膜磷壁酸又称脂磷壁酸（LTA），其长链末端糖脂与细胞膜外层糖脂共价联结，另一端则亦穿越肽聚糖层呈游离状态，可用45%热酚水提取，也可用热水从脱脂的冻干细菌中提取。
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图1-10 G+细菌细胞壁结构
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图1-11 磷壁酸的结构
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大部分革兰氏阳性细菌细胞壁的含脂量极低，但在棒杆菌属（Corynebacterium）和分支杆菌属（Mycobacterium）细菌的细胞壁却含有丰富的叫做分支菌酸（mycolicacid）的脂类，其结构（）中的R1和R2为很长的碳氢链，棒杆菌的分支菌酸由32～35个碳原子组成，分支杆菌的分支菌酸由75～85个碳原子组成，分支菌酸与肽聚糖复合在一起；分支杆菌之所以具有抗酸染色（acid-fast staining）的特性，是因其细胞中含分支菌酸的缘故。在白喉棒杆菌（C.diphtheriae）和结核分支杆菌中，有一种被称为索状因子（cord factor）的分支菌酸的衍生物，具有毒性，与致病性密切相关。
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另外，在A群链球菌（streptococcus A）细胞壁中有特异性M蛋白，具有抗吞噬作用。绝大多数金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）细胞壁中有葡萄球菌A蛋白（SPA），是一种单链多肽（相对分子质量约13000），它与肽聚糖共价结合，对胰酶敏感，具有抗吞噬作用，在金黄色葡萄球菌感染中起着重要作用；同时，SPA将磷壁酸上的噬菌体受体遮盖住，所以它还有抗金黄色葡萄球菌噬菌体的作用。
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1.3.1.2 革兰氏阴性菌的细胞壁
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G-菌细胞壁的特点是较薄（10～15nm），但结构较复杂（图1-12，引自路福平主编《微生物学》2005），除含有1～2层的肽聚糖结构外，还有其特殊组分的外膜（OM）。外膜位于G-菌细胞壁外层，是由脂多糖、磷脂和脂蛋白三部分组成的膜，有时也称其为外壁（OW）。
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图1-12 G-细菌细胞壁结构
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（1）脂多糖 脂多糖（LPS）是G-菌细胞壁最外层的一层较厚（8～10nm）的类脂多糖类物质，由类脂A（lipid A）、核心多糖（core polysaccharide）、O-特异侧链（O-specific side chain）三部分组成，习惯上将G-菌细胞壁中的LPS分子作为一个整体称为细菌内毒素（endotoxins）。LPS三部分的特性为：①类脂A也称脂质A，是一种糖磷脂，由N-乙酰葡糖胺双糖、磷酸与多种长链脂肪酸组成，它是G-菌内毒素生物学活性的主要成分，各种G-菌类脂A的化学结构与成分极为相似，无种属特异性；②核心多糖位于类脂A的外层，由2-酮基-3-脱氧辛糖酸（KDO）、一种七碳糖（L-甘油-D-甘露庚糖）、半乳糖及葡糖胺组成，一端通过KDO残基连接在类脂A上，另一端通过葡萄糖残基与O-特异侧链相连，同一属细菌的核心多糖相同，所以具有属的特异性；③O-特异侧链位于LPS的最外层，露在表面之外，是由数个至数十个（最多可达40个）重复的寡糖单位如（甘露糖—鼠李糖—半乳糖）n及阿可比糖（3，6-二脱氧-D-半乳糖）或其他糖所构成的多糖链，糖的种类、顺序和空间构型是菌株特异的，这就形成了G－菌的菌体抗原（O抗原），具有种及株的特异性。
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（2）外膜蛋白 外膜蛋白（OMP）是指嵌合在LPS和磷脂层外膜上的蛋白，有20余种，但多种OMP的功能还未清楚。其中的脂蛋白（lipoprotein）是一种通过共价键使外膜层牢固地连接在肽聚糖内壁层上的蛋白，相对分子质量约为7200。另有两种蛋白研究的较为清楚，都称为孔蛋白（porin），每个孔蛋白分子是由三个相同相对分子质量（3600）蛋白亚基组成的一种三聚体跨膜蛋白，中间有一直径约1nm的孔道，通过孔的开、闭可阻止某些抗生素进入外膜层。已知有两种孔蛋白，一是非特异性孔蛋白（nonspecific porin），其充水孔道可通过相对分子质量小于800～900的任何亲水性分子，如双糖、氨基酸、二肽和三肽；另一为特异性孔蛋白（specific porin或specific channel protein），其上存在专一性结合位点，只容许一种或少数几种相关物质通过，其中最大的孔蛋白可通过相对分子质量较大的物质如维生素B12和核苷酸等。除脂蛋白和孔蛋白外，还有一些OMP与噬菌体的吸附或细菌素的作用有关。
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（3）周质空间 周质空间（periplasmic space，periplasm）又称周浆空隙、壁膜间隙，在G－菌中一般指细胞壁的外膜与细胞膜之间的狭窄空间（厚约12～15nm），一薄层肽聚糖处于其间，呈胶状。在周质空间中，存在着多种周质蛋白（periplasmic proteins），包括水解酶类（如蛋白酶和核酸酶等）、合成酶类（如肽聚糖合成酶等）、结合蛋白（具有运送营养物质的作用）、受体蛋白（与细胞的趋化性相关）等。目前对周质空间存在着不同的认识，有的认为在G+菌中无周质空间、有的认为也存在；在G-菌中，有的认为是仅在肽聚糖内膜与细胞膜之间。
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1.3.1.3 古生菌的细胞壁
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尽管古生菌可以是革兰氏染色阳性或阴性，但研究表明其细胞壁的结构和化学特性却与真细菌不同。
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在古生菌中，除了热原体属没有细胞壁外，其余都具有与真细菌类似功能的细胞壁。然而，从细胞壁的化学成分来看，则差别甚大。已研究过的一些古生菌，在它们的细胞壁中没有真正的肽聚糖，而是由多糖（假肽聚糖）、糖蛋白或蛋白质构成的。综合起来，古生菌的细胞壁大致可分为以下几类：
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（1）假肽聚糖细胞壁 甲烷杆菌属（Methanobacterium）古生菌的细胞壁，是由假肽聚糖（pseudopeptidoglycan）组成的。它的多糖骨架是由N-乙酰葡糖胺和N-乙酰塔罗糖胺糖醛酸（N-acetyltalosaminouronic acid）以β-1，3糖苷键（不被溶菌酶水解）交替连接而成，连在后一氨基糖上的肽尾由L-Glu、L-Ala和L-Lys三个L型氨基酸组成，肽桥则由L-Glu一个氨基酸组成。
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（2）独特多糖细胞壁 甲烷八叠球菌属（Methanosarcina）古生菌的细胞壁，含有独特的多糖，并可染成革兰氏阳性。这种多糖含半乳糖胺、葡糖醛酸、葡萄糖和乙酸，不含磷酸和硫酸。
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（3）硫酸化多糖细胞壁 一属极端嗜盐古生菌——盐球菌属（Halococcus）的细胞壁，是由硫酸化多糖组成的。其中，含葡萄糖、甘露糖、半乳糖和它们的氨基糖，以及糖醛酸和乙酸。
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（4）糖蛋白细胞壁 极端嗜盐的另一属古生菌——盐杆菌属（Halobacterium）的细胞壁，是由糖蛋白（glycoprotein）组成的。其中，包括葡萄糖、葡糖胺、甘露糖、核糖和阿拉伯糖，而它的蛋白部分则由大量酸性氨基酸尤其是天冬氨酸组成。这种带强负电荷的细胞壁，可以平衡环境中高浓度的Na+，从而使其能很好地生活在20%～25%高盐溶液中。
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（5）蛋白质细胞壁 少数产甲烷菌的细胞壁，是由蛋白质组成的。但有的是由几种不同蛋白组成，如甲烷球菌属（Methanococcus）和甲烷微菌属（Methanomicrobium）；而另一些则是由同种蛋白的许多亚基组成的，如甲烷螺菌属（Methanospirillum）。
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1.3.1.4 缺壁细菌
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缺壁细菌泛指那些无细胞壁或细胞壁成分不全的细菌，可以是自然形成的，也可以是通过人工方法去除的。虽然细胞壁是原核生物的最基本构造，但在自然界长期进化中和在实验室菌种的自发突变中，都会发生缺细胞壁的种类；此外，在实验室中，还可用人为的方法抑制新生细胞壁的合成或对现成细胞壁进行酶解获得缺壁细菌。现将四种类型的缺壁细菌，做以下归纳：
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水产养殖动物病原细菌学
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（1）L型细菌 1935年，Klieneberger等在所工作的英国李斯德预防医学研究所（Lister Institure of Preventive Medicine），发现一种由自发突变所形成的细胞壁缺损细菌——念珠状链杆菌（Streptobacillus moniliformis），它的细胞膨大，对渗透敏感，在固体培养基上形成“油煎蛋”似的小菌落。由于李斯德预防医学研究所的第一字母是“L”，故称其为L型细菌（L-form of bacteria）。后来发现，许多革兰氏阳性或阴性细菌，在实验室或宿主体内都可形成L型。严格地说，L型细菌应专指那些实验室或宿主体内通过自发突变所形成的遗传性稳定的细胞壁缺陷菌（CWDB）菌株。
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（2）原生质体及球状体 原生质体（protoplast）是指在人为条件下，用溶菌酶除尽原有细胞壁或用青霉素抑制新生细胞壁合成后，所得到的仅有一层细胞膜包裹着的圆球状、渗透敏感的细胞，一般由革兰氏阳性细菌形成；球状体（sphaeroplast）又称原生质球，指还残留着部分细胞壁（尤其是革兰氏阴性细菌外膜）的原生质体，一般由革兰氏阴性细菌形成。原生质体和球状体的共同特点是：无完整的细胞壁，细胞呈球状，对渗透压极其敏感，革兰氏染色阴性，即使有鞭毛也无法运动，对相应噬菌体不敏感，细胞不能分裂，等等；当然，如在形成原生质体或球状体以前已有噬菌体侵入，则噬菌体仍能正常复制、增殖和裂解菌体；同样，如在形成原生质体前正在形成芽孢，则该芽孢也仍能正常形成。原生质体或球状体比正常有细胞壁的细菌更易导入外源遗传物质，故是研究遗传规律和进行原生质体育种的良好实验材料。
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（3）支原体 支原体属（Mycoplasma）是在长期进化过程中形成的、适应自然生活条件的无细胞壁的原核生物。因它的细胞膜中含有一般原核生物所没有的甾醇，所以即使缺乏细胞壁，其细胞膜仍有较高的机械强度。
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1.3.2 细胞壁外的表层结构
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1.3.2.1 表面层
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表面层简称S层（S-layer），是某些细菌的一种特殊表层结构，完整地包裹菌体。由同型蛋白或糖蛋白组成，呈类晶格结构，分子量为40～170ku，多为弱酸蛋白，含有40%～60%的疏水氨基酸，没有或很少有含硫氨基酸。在G＋真细菌和G＋古生菌中，S层存在于胞壁肽聚糖层上；在G－真细菌中，S层同胞壁外膜的LPS相连接；在某些缺肽聚糖层的G－古生菌中，S层同细胞质膜直接相连并部分嵌入其中，这时它成为细胞质膜外的唯一的胞壁组分。S层具有多方面的作用，如可作为保护性外被、细胞吸附和识别、分子筛、捕捉分子和离子、酶的支架和毒力因子等，细菌表面的很多酶是以S层作支架而存在的。
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1.3.2.2 糖被
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糖被又称被外多糖，是包被于某些细菌细胞壁外的一层厚度不定的胶状物质。糖被的有无、厚薄等除与菌种的遗传性相关外，还与环境（尤其是营养）条件密切相关。按糖被的结构有关固定层次、层次厚薄等，又可将其分为荚膜（capsule或macrocapsule，大荚膜）、微荚膜（microcapsule）、黏液层（slime layer）和菌胶团（zoogloea）。糖被的主要成分是多糖、多肽或蛋白质，尤以多糖居多。
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（1）荚膜及微荚膜 荚膜是细菌在生活过程中，分泌并包裹在细胞壁外的一层黏液性物质，较紧密地结合于细胞壁外。荚膜较厚（一般≥0.2μm），具有明显的外缘和一定的形状，可经特殊的荚膜染色后用光学显微镜观察，因此亦称大荚膜；微荚膜较薄（＜0.2μm），不能用光学显微镜观察到，可用免疫血清学方法显示。图1-13显示一种不动杆菌（Acinetobacter sp.）的荚膜（负染色的不着色区），此图引自黄秀梨主编《微生物学》第2版（2003）。
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图1-13 一种不动杆菌的荚膜
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（2）黏液层及菌胶团 若产生的黏液性物质量大，与细胞表面的结合比较疏松且边界不明显，比较容易变形，所以也常易扩散到培养基中。在液体培养时，会使培养基的黏度增加，则称为黏液层。另外，有的细菌如生枝动胶菌（Zoogloea ramigera）分泌的黏液，能将许多菌体黏合在一起形成大型黏胶物，则称为菌胶团，它是细菌群体的共同糖被。
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糖被中富含水，其含糖组分依菌种不同有所差异，甚至在同种细菌的不同菌株间也有所不同。因此，在实践中可依此进行细菌的免疫血清学分型。大部分细菌的糖被由多糖组成，如肠膜明串珠菌（Leuconostoc mesenteroides）与变异链球菌（Streptococcus mutans）等的糖被是葡萄糖和果聚糖，棕色固氮菌（Azotobacter vinelandii）等的糖被是杂多糖；有些细菌的糖被由多肽或多肽与多糖的复合物组成，如炭疽芽孢杆菌的是聚-D-谷氨酸，巨大芽孢杆菌（B.megaterium）的为多肽与多糖的复合物，痢疾志贺氏菌（Shigella dysenteriae）的糖被为多肽—多糖—磷酸复合物。糖被的存在并不是细菌生存所必需的，用理化方法将其去除后，并不影响细菌的生命活动。
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糖被的功能，主要表现为以下几个方面：①保护作用。因其富含水分，可保护细菌免于干燥的损伤；抗吞噬作用，能够逃避体内吞噬细胞的吞噬；有保护菌体避免或减少受溶菌酶、补体、抗菌抗体、抗菌药物等物质的损伤作用。②致病功能。糖被为细菌主要表面抗原，它构成了某些病原菌的毒力因子，同时也是某些病原菌发挥致病作用时所必需的黏附因子。③贮藏养料。糖被是聚合物，所以也是细菌的一种贮藏性物质，可以在营养缺乏时动用。
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1.3.3 细胞壁外的附件
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1.3.3.1 鞭毛
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细菌的鞭毛是一端连于细胞膜、一端游离，细长的波形纤丝状物。几乎所有螺形菌、约半数的杆菌和少数球菌均有鞭毛，鞭毛长15～20μm、直径0.01～0.02μm；不同种细菌的鞭毛数量不一，从1～2根到数十根；化学本质是蛋白质，亦称鞭毛蛋白（flagellin）。
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根据鞭毛着生的位置和数目，可将其分为几种类型。仅在菌体的一端着生一根鞭毛的，称为一端单毛菌（monotricha）或单毛菌；在菌体两端各着生一根鞭毛的，称为两端单毛菌（amphitrichate）或双毛菌；在菌体的一端或两端生有多根（一丛）鞭毛的，称为丛毛菌（lophotricha），仅在一端着生的也常称一端丛毛菌（cephalotricha）；在菌体周身遍布有许多根鞭毛的，称为周毛菌（peritricha）。图1-14和图1-15均引自黄秀梨主编《微生物学》第2版（2003）。
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图1-14 几种主要类型鞭毛菌
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图1-15 伤寒沙门氏菌（Salmonella typhi）的鞭毛与菌毛（×15 000）
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（1）鞭毛的结构 细菌鞭毛由基体（base body）、鞭毛钩（hook）和鞭毛丝（filament）三部分构成。图1-16及图1-17，引自路福平主编《微生物学》（2005）。
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图1-16 革兰氏阴性菌鞭毛的超微结构
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图1-17 细菌鞭毛超微结构示意图
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①基体：又称基础小体，指嵌在细胞壁与细胞膜中的鞭毛根部，由10～13种不同的蛋白质亚基组成。G－菌的基体由一根圆柱和两对同心环组成，一对是M（membrane）环和S（supramembrane）环，简称M环（M ring）和S环（S ring），附着在细胞膜上；另一对是P（peptidoglycan）环和L（lipopolysaccharide）环，简称P环（P ring）和L环（L ring），连接在细胞壁的肽聚糖和外膜的脂多糖上。G+菌的细胞壁无外膜，其鞭毛只有M和S一对同心环。
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②鞭毛钩：又称钩状体，位于鞭毛伸出菌体之处，呈约90°的钩状弯曲。鞭毛由此转弯向外延伸，成为鞭毛丝。它是连接鞭毛丝与基体的部分，较短，直径较鞭毛丝大（约0.017μm），由与鞭毛蛋白不同的单一蛋白质组成。
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③鞭毛丝：又称丝状体，指伸在细胞壁之外的纤丝状部分，呈波形，是由数条鞭毛蛋白亚基并排螺旋状排列围成的一个中空圆柱体。鞭毛丝抗原即细菌的鞭毛抗原，简称H（hauch，H）抗原。鞭毛蛋白是一种弹力纤维蛋白，其氨基酸组成与骨骼肌中的肌动蛋白（actomyosin）相似，可能与鞭毛的运动性有关。
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（2）鞭毛与细菌的运动 鞭毛具有推动细菌运动的功能，因此也常将鞭毛称为细菌的运动器官。一般认为，细菌鞭毛主要是通过其基部旋转（rotation）来推动细菌运动的，它犹如轮船的螺旋桨。鞭毛基部的基体可视为“马达（motor）”，它以细胞膜上的质子动势（proton motive potential）作为能量，在有关蛋白的共同作用下推动鞭毛旋转（顺时针或逆时针方向），使菌体运动（图1-18及图1-19，引自路福平主编《微生物学》2005）。细菌的运动速度很快，如单鞭毛的霍乱弧菌每秒钟移动可达55μm；周毛菌的移动较慢，每秒钟为25～30μm。
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图1-18 鞭毛旋转与细菌运动之间的关系
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图1-19 鞭毛的运动机制
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细菌的运动具有趋向性（taxis或tactic movement），表现为趋化性（chemotaxis）和趋渗性（osmotaxis）等。这是因为能运动的细菌具有接收环境信号的特异信号受体（signal receptor），能接收不同的理化和生物性刺激而作出相应反应，如果信号是化学物质则表现为趋化性。在G－菌中，受体分子存在于壁膜间隙，有的受体分子也是具有运输功能的结合蛋白（作为相应化学物质的结合受体）；在G+菌中，受体分子是胞壁蛋白，有的也具有运输作用。在水体沉积物中的有些细菌，如向磁水螺菌（Aquaspirillum magnetotacticum）具有趋磁性（magnetotaxis），沿地球磁场方向运动。当环境中存在对菌体损伤的有害物质时，有鞭毛的细菌当获得信号后，可以转变运动方向，逃离有害物质以保存自体。另一方面，有些细菌的鞭毛是与致病性有关的，如霍乱弧菌、空肠弯曲菌（Campylobacter jejuni）等能通过活泼的鞭毛运动，可以穿透覆盖在小肠黏膜表面的黏液层，使菌体黏附于肠黏膜上皮细胞，生长繁殖并产生毒性物质等，以致病变的发生。
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已知鞭毛并非是使细菌具有运动功能的唯一结构，有些细菌能运动但并非依赖于鞭毛。如螺旋体（Spirochaeta）无鞭毛，可靠其轴丝（axial fiber，axial filament）的旋转或收缩进行弯曲扭动或蛇一样运动，若游离生活则细胞沿纵轴游离、若固着在固体表面则细胞就向前爬行；另一群称为螺原体（Spiroplasma）的细菌，也是靠细胞弯曲运动的，但未发现其有轴丝，其运动机制尚不清楚；还有一些细菌如黏细菌（myxobacteria）及发硫菌属（Thiothrix）、无色杆菌属（Achromobacter）、颤蓝细菌属（Oscillatoria）、纤发菌属（Leptothrix）、螺菌属（Spirillum）、噬纤维菌属（Cytophage）中的少数细菌，能做沿着固体表面的滑行运动即滑动（gliding motiligy）；某些水生细菌，可通过其气泡来调节它们在水中的位置；某些蓝细菌（Cyanobacteria），它们只能在潮湿的固体表面移动。
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（3）鞭毛的位相变异 在沙门氏菌属（Salmonella）中，有的细菌鞭毛抗原（H抗原）具有两相（第Ⅰ相和第Ⅱ相），被称为双相菌，仅有其中一相的为单相菌。将同时存在第Ⅰ相和第Ⅱ相的双相菌株接种于琼脂平板培养基，所得菌落有的是第Ⅰ相、有的是第Ⅱ相；若任意挑选第Ⅰ相或第Ⅱ相中的1个菌落在培养基上多次移种后，其后代可以出现部分是第Ⅰ相，另一部分是第Ⅱ相的菌落，这种现象被称为鞭毛的位相变异（phase variation）。在刘志恒主编《现代微生物学》（2002）中，简述了鼠伤寒沙门氏菌（S.typhimurium）鞭毛抗原位相变异的机制，现摘录如下供参考。
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鼠伤寒沙门氏菌的鞭毛蛋白抗原有两种，分别由H1和H2基因编码。细菌鞭毛蛋白由H1基因编码表达时，细菌的鞭毛血清型为H1型，即Ⅰ相；细菌鞭毛蛋白由H2基因编码表达时，细菌鞭毛的血清型为H2型，即Ⅱ相。Ⅰ相或Ⅱ相的细菌进行分裂时，分别以1/100的频率产生另一相的子细菌。
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H1基因和H2基因分别位于不同位置，H2基因与编码阻遏H1基因表达的阻遏蛋白Rh1（repressor of H1）基因连锁（图1-20）。H2基因表达时，rh1基因也同时表达，阻遏蛋白Rh1便阻遏H1基因的表达；当H2基因不表达时，rh1也不表达，这时H1基因便表达，鞭毛的血清型便从H2型转变为H1型。
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图1-20 编码H1与H2-rh1基因结构与表达
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H2-rh1转录单位的表达受其上游995bp一段DNA的排列方向控制，这段DNA的两端为14bp的反向重复序列（1RL 1RR）。H2-rh1的启动子位于995bp序列的末端，起始密码子与这段序列相隔16bp。这段序列中有编码重组酶基因hin，催化这段序列末端的反向重复序列进行特异性位点重组。当启动子靠近H2-rh1转录单位时，则H2-rh1转录单位表达，细菌鞭毛的血清型为H2型。995bp片段倒位后，启动子结构就远离H2-rh1转录单位，H2-rh1就不能表达，H1基因便表达，细菌的血清型便转变为H1型。
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1.3.3.2 菌毛
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菌毛曾有多种译名，如纤毛、伞毛、线毛或须毛等，是一种长在细菌体表的纤细（直径0.003～0.014μm）、中空、短（长0.2～2.0μm）、直、数量较多的蛋白质类附属物，具有使菌体黏附于物体表面的功能（图1-21，由本书作者提供）。菌毛着生于细胞膜上，穿过细胞壁后伸展于体表。在许多G－菌和少数G+菌的菌体表面均存在菌毛，每个菌体约有250～300根菌毛，其化学组分是菌毛蛋白（pilin），菌毛由许多菌毛蛋白亚基围绕中心作螺旋状排列，呈中空管状。
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图1-21 显示一株大肠埃希氏菌的菌毛（F1987）
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菌毛的功能主要表现为黏附作用，尤其是肠致病性的大肠埃希氏菌、沙门氏菌和霍乱弧菌等，能依赖其菌毛黏附于肠上皮细胞发挥致病作用；淋病奈瑟氏球菌（Neisseria gonorrhoeae）能借菌毛，在泌尿生殖道上皮细胞定殖致病；还有的通过在有机物质表面黏附，在某些传染病的传播上发挥作用，如副溶血弧菌（Vibrio parahaemolyticus）借其菌毛，黏附在甲壳类水产动物表面传播疾病；还有的细菌（好氧菌或兼性厌氧菌）能通过菌毛使菌体吸附在固体或液体表面，形成菌膜（pellicle）和浮渣（scum），以获得充分的氧气。另外，菌毛也是许多G－菌的抗原成分，称为菌毛抗原，属于表面抗原即K（K）抗原的范畴。
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1.3.3.3 性毛
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又称性菌毛（sex-pili或F-pili）或性丝，见于少数的G－菌中（图1-22，由本书作者提供）。其构造与组成同菌毛相似，但比菌毛少（一个菌体一般仅1～10根）、长且粗。性毛受质粒携带的一种称为致育因子（fertility factor，F factor）的基因编码，故亦常将性毛称为F菌毛，带有性毛的细菌称为F+菌或雄性菌，无性毛的为F－菌或雌性菌。当F+菌与F－菌相遇时，F+菌的性毛与F－菌的相应性毛受体结合，F+菌体内的质粒或核质片段等遗传物质，可通过中空的性毛进入F－菌体内，这个过程称为接合（conjugation）。细菌的毒力、耐药性等性状，可通过此方式传递。此外，性毛也是某些噬菌体吸附于菌细胞的受体。
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图1-22 显示一株（同图1-21的）大肠埃希氏菌的性毛
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1.3.3.4 纤丝
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纤丝指存在于菌细胞表面、比菌毛短且细的多、可覆盖整个菌细胞表面的一种毛发状结构。目前，对多数细菌这种纤丝的性质与功能尚未十分明了，对有的已有所了解。已知酿脓链球菌（Streptococcus pyogenes）细胞壁上的脂磷壁酸（LTA）就是这种纤丝结构，它与M蛋白结合交织排列于菌体表面，能够介导细菌与宿主细胞的纤连蛋白（fibronectin）或其他表面分子相结合，发挥细菌对宿主细胞的黏附作用；LTA是几乎所有G＋菌都有的一种组分，可能对许多G＋菌都有促进黏附的作用。
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1.3.3.5 微管与微泡
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细菌中存在的微管与微泡结构，在一般的《微生物学》书中尚较少记载。下述的相应内容及图，均引自蔡保健著《医学微生物电子显微镜图谱》（1990），以供参考。
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微管是几乎所有真核细胞中均有的蛋白质性质的细胞器，曾有人报道过细菌中的奇异变形菌（Proteus mirabilis）有微管构造，但在其他细菌中很少见到。通过对脑膜炎奈瑟氏球菌（Neisseria meningitidis）的超微结构研究，发现血清群B的细菌中有微管结构存在。微管的直径大约为9～16nm，至于它的功能尚不能确定。图1-23显示细菌的微管结构，微管直径12～14nm，在菌体内、外均可见到；图1-24显示细菌经负染色后，可见到微管样构造从菌体内通向菌体外；图1-25显示菌体内大量的微管样构造；图1-26显示微管从菌体内通向菌体外，并可见右上侧的一根鞭毛与菌体内的基体相连。
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图1-23 细菌的微管结构（×82 000）
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图1-24 显示经负染后可见的微管样构造从菌体内通向菌体外（×38 500）
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图1-25 显示菌体内含有的大量微管（×150 000）
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图1-26 显示微管从菌体内通向菌体外及鞭毛（×176 000）
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微泡是很多种细菌中都存在的大小不等的泡状结构，一般只见到它有一层电子较致密的膜，有些细菌在菌体内和菌体外都有这种结构，直径为10～70nm。微泡的形成是由菌体内出现，通过细胞壁形成，开始时可见到菌体与微泡相连，然后渐渐脱离菌体。微泡内含有细菌内毒素，并可能与细菌的毒力和致病力有关。图1-27显示经负染后见微泡与菌体相连，这种微泡较大，它只有一层电子致密的膜；图1-28为超薄切片图像，显示菌体周围有数量较多、直径为30nm大小的小微泡。
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图1-27 细菌的较大的微泡（×88 000）
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图1-28 细菌的小微泡（×78 000）
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1.3.4 细胞质膜
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细胞质膜（cytoplasmic membrane）又称质膜（plasma membrane）、细胞膜（cell membrane）或内膜（inner membrane），是紧贴在细胞壁内侧，包围着细胞质的一层柔软、脆弱、富有弹性、呈双层膜结构的半透性薄膜（图1-29，引自沈萍、陈向东主编《微生物学》第2版2006）。
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图1-29 细菌细胞质膜结构的模式图
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细胞质膜很薄（约5～10nm），由磷脂（占20%～30%）和蛋白质（占50%～70%）组成。其基本结构是磷脂双层（phospholipid bilayer），含有高度疏水的脂肪酸和相对亲水的甘油两部分，磷脂的亲水和疏水两重性质使它具有方向性。由双层磷脂构成的质膜，其疏水的两层脂肪酸链相对排列在内，亲水的两层磷酸基则相背排列在外，类似于G-菌细胞壁外层的双层磷脂结构，称为单位膜。这种排列结构，使质膜成为有效控制物质通过的屏障。
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在常温下，磷脂双分子层呈液态，其中嵌埋着许多具有运输功能、有的分子内含有运输通道的整合蛋白（integral protein）或称内嵌蛋白（intrinsic protein），含量约为膜蛋白的70%～80%，不容易从质膜中抽提出来，也不溶于水溶液，具有两亲性（amphipathic）。其疏水区段埋于类脂中、亲水区段伸向质膜外，有的伸向质膜内、外两边又称跨膜蛋白（transmembrane protein）；在磷脂双分子层的上面“漂浮”着（疏松地附着于膜）许多具有酶促作用的周边蛋白（peripheral protein，亦称边缘蛋白或周缘蛋白）或称膜外蛋白（extrinsic protein），含量约为膜蛋白的20%～30%，它们可溶于水溶液。此两类蛋白均可在磷脂表层或内层作侧向移动，以执行其相应的生理功能。
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古生菌的质膜不同于其他原核生物，它含二醚而不是酯，其中甘油单位通过醚键连接到分支的长链碳氢化合物类异戊二烯上，而不是同脂肪酸相连。古生菌能够在严酷的极端环境中滋生，可能是由于醚键对高温和低pH等条件具有较大的稳定性。
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原核生物的细胞质膜上一般不含胆固醇等甾醇，这一点与真核生物明显不同。但缺乏细胞壁的原核生物支原体则属例外，在其细胞膜上因含有五环类固醇物（hopanoides）而增强了坚韧性，因此在一定程度上弥补了因缺壁所带来的不足。多烯类抗生素因可破坏含甾醇的细胞质膜，所以可抑制支原体和真核生物的生长，但对其他原核生物则无抑制作用。
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细胞质膜的生理功能，主要表现在：①选择性地控制细胞内、外的营养物质和代谢产物的运送；②构成维持细胞内正常渗透压的屏障；③合成细胞壁和糖被的各种组分（肽聚糖、磷壁酸、LPS、荚膜和多糖等）的重要基地；④膜上含有氧化磷酸化或光合磷酸化等能量代谢的酶系，是细胞的产能场所；⑤鞭毛基体的着生部位和鞭毛旋转的供能部位。
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1.3.5 内膜系统
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1.3.5.1 间体
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间体（mesosome）又称中体或中介体，是一种由细胞质膜内褶形成的囊状结构，其中充满着层状或管状的泡囊。多见于G+菌，每个菌细胞含一至少数几个，常位于菌体侧面（侧中介体）或靠近中部（横隔中介体），侧中介体与某些酶（如青霉素酶）的分泌有关，横隔中介体可能与DNA复制、分配以及细胞分裂有关。
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1.3.5.2 光合作用内膜
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光合细菌有这种内膜系统，细胞内的捕光色素存在其内。不同光合细菌的内膜结构不一样，有的只是简单地陷入细胞之中；有的则具备复杂的层状排列结构，称为类囊体（thylakoids），如蓝细菌的光合作用膜。
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1.3.5.3 非光合作用内膜
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有些需氧的、氧化无机物和一碳化合物的细菌其呼吸酶类位于复杂的内膜系统上，这些简单物质氧化时产生的能量低，为获得强呼吸性活性，需要大量内膜以作补偿。
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1.3.6 细胞质及内含物
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1.3.6.1 核糖体与协作蛋白
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核糖体或核蛋白体是核糖核蛋白体（ribosome）的简称，是由蛋白质和RNA构成的复杂细胞基质，其中1/3为蛋白质、2/3为核糖体核糖核酸（rRNA）。呈粗糙的球形，大小约14～15nm×20nm，分子质量大约为2.7×106u；由50S和30S两个亚单位组成的70S，其中50S亚单位含有1个5S rRNA和1个23S rRNA以及约32种不同蛋白，30S亚单位含有1个16S rRNA和约21种不同的蛋白（图1-30，引自李阜棣、胡正嘉主编《微生物学》第5版2000），是细胞中合成蛋白质的场所。有些抗菌药物，如链霉素及红霉素能分别与细菌核糖体30S亚基和50S亚基结合后，干扰其蛋白质合成，从而呈现抑菌作用，但这些药物对人的核糖体（真核生物为80S）则无作用。
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图1-30 原核生物核糖体结构示意图
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由多肽链折叠形成蛋白质的不同自然形式并非自发完成的，现已明了新合成的多肽链是依靠一类特殊的“协作蛋白（helper protein）”来完成折叠的，这种蛋白被称作“分子伴侣（molecular chaperone）”。它仅能识别未折叠的多肽或部分变性蛋白，不与天然蛋白结合，在原核细胞与真核细胞中都是不可缺少的。同时，在有些情况下当新的多肽发生不适当折叠或聚集为非功能复合物时，分子伴侣总是参加抑制折叠错误的发生或转变任何错误的折叠。另外，分子伴侣还有保护细胞免受热损伤及其他不利的恶劣条件的作用，当细胞遇到高温及其他不利因素时，分子伴侣的浓度显著增加，此时的分子伴侣往往也被称作热激蛋白（heat-shock protein）或恶劣蛋白（stress protein）。如将大肠杆菌的培养温度从30℃提高到42℃，则在5min内有20种不同的热激蛋白大量增加；若提高到致死温度，热激蛋白仍然被合成，但其他蛋白大都停止合成。再者，分子伴侣还在其他蛋白质越膜运输过程中起着重要作用。
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1.3.6.2 贮藏物
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贮藏物（reserve materials）是一类由不同化学成分累积而成的不溶性沉淀颗粒，不是细菌的恒定结构，不同种细菌有不同的胞质颗粒，同一种细菌在不同环境或生长期亦可不同，可作为能源或结构成分的材料，它们无膜或有一层薄膜包裹。
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（1）聚-β-羟丁酸 聚-β-羟丁酸（PHB）是细菌所特有的一种折射的、单层膜包起来的、大小变化很大的类脂性质的碳源类贮藏物，不溶于水，可溶于氯仿，用亲脂类染料苏丹黑（sudan black）或尼罗蓝（nile blue）染色后，可在光学显微镜下清晰见到。PHB颗粒是D-3-羟丁酸的直链聚合物，其中的n一般大于106。PHB于1929年被发现，现今已发现60个属以上的细菌能合成并贮藏PHB。这类细菌大多数在富碳源、贫氮源的条件下生长时有PHB颗粒积累，当生长条件逆转时则PHB颗粒便降解，所以PHB颗粒是一种碳源和能源的贮藏物，它相当于真核细胞中的脂肪。近年来，又发现在一些好氧菌和厌氧光合菌中，还存在类PHB化合物，它们与PHB仅是R基不同（R＝CH3时，即为PHB），这类化合物统称为聚羟链烷酸（PHA）。
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（2）多糖类贮藏物 包括糖原和淀粉类，在真细菌中以糖原为多，许多细菌在碳源过量而氮源限量的条件下生长时有大量（可高达菌体干重的50%）糖原积累。细菌淀粉和糖原同属于葡聚糖，都是碳源和能源的贮藏物。
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（3）异染粒 异染粒（metachromatic granules）又称迂回体或捩转菌素（volutin granules），这是因其最早是在迂回螺菌（Spirillum volutans）中被发现并可用美蓝或甲苯胺蓝染成红紫色的缘故。颗粒大小为0.5～1.0μn，是无机偏磷酸的聚合物，分子呈线状，其n值在26～106之间，一般在含磷丰富的环境下形成，功能是贮藏磷元素和能量，并可降低细胞的渗透压。在白喉棒杆菌和结核分支杆菌中很易见到，因此也可用于对有关细菌的鉴定。异染粒常位于菌体两端，因此又称极体（polar body）。
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（4）藻青素 藻青素（cyanophycin）通常存在于蓝细菌（cyanobacteria）中，是一种内源性氮源贮藏物，同时还兼有贮存能源的作用。一般呈颗粒状，由含精氨酸和天冬氨酸（1：1）的分支多肽所构成，相对分子质量在25000～125000范围内。
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（5）元素硫颗粒 硫细菌（sulfur bacteria）、紫色细菌（purple bacteria）、绿色细菌（green bacteria）和蓝细菌等光合细菌，在富含H2S的环境中会有高折射的元素硫颗粒形成，或贮存在菌体内或分泌到菌体外，元素硫颗粒也是硫源与能源的贮存物。
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1.3.6.3 磁小体
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1975年，由勃莱克摩（R.P.Blakemore）在一种称为折叠螺旋体（Spirochaete plicatilis）的趋磁细菌中发现。目前，所知的趋磁细菌主要为水螺菌属（Aquaspirillum）和嗜胆球菌属（Bilophococcus）的细菌。这些细菌细胞中含有大小均匀（长度在20～100nm）、数目不等（每个细胞内有5～40颗）的磁小体（magnetosome），其成分为Fe3O4；是外包一层磷脂、蛋白或糖蛋白膜的磁块，晶体，形状为平截八面体、平行六面体或六棱柱体等。其功能是导向作用，即借鞭毛游向对该菌最有利的泥、水界面微氧环境等处生活。
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图1-31为水螺菌属的向磁水螺菌的负染色电镜照片，该菌现已归入磁螺菌属（Magnetospirillum），名为向磁磁螺菌（Magnetospirillum magnetotacticum）。菌细胞大小为0.3μm×2μm，菌细胞内含有排列成链的磁小体（磁小体颗粒使菌细胞沿磁场线排列），该菌株分离于Durham New Hampshire的一个水处理厂；图1-32显示了从向磁磁螺菌细胞内分离出来的磁小体颗粒，每个颗粒约50nm长；此两个图均引自M.T.马迪根、J.M.马丁克、J.帕克著，杨文博等译《微生物生物学》（2001）。
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图1-31 向磁磁螺菌
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图1-32 磁小体
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1.3.6.4 羧酶体
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在某些硫杆菌（Thiobacillusspp.）细胞内，散布着由单层膜（非单位膜）围成的多角体内含物，大小约10nm，因其内含1，5-二磷酸核酮糖羧化酶，所以被称为羧酶体（carboxysome），又称羧化体，它在自养细菌的CO2固定中起作用。
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1.3.6.5 气泡
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气泡（gas vocuoles）是在许多光合营养型、无鞭毛运动的水生细菌中存在的充满气体的泡囊状内含物，大小约0.2～1.0μm×0.075μm，内由数排柱形小空泡组成，气泡膜不具有常规的膜结构，仅由片状排列的蛋白质（相对分子质量约20000）组成。其功能是调节细胞比重，以使漂浮在最适水层中获得光能、O2和营养物质，每个细胞中含几个至几百个气泡。如鱼腥蓝细菌属（Anabaema）、顶孢蓝细菌属（Gloeotrichia）、盐杆菌属（Halobacterium）、暗网菌属（Pelodictyon）、红假单胞菌属（Rhodopseudomonas）细菌的一些种中都有气泡。
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1.3.6.6 质粒
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质粒（plasmid）是存在于多种细菌中能自主复制的染色体外的遗传物质，通常都是共价闭合环状的超螺旋小型双链DNA（cccDNA），但在疏螺旋体（Borrelia）和链霉菌（Streptomyces）中发现有线状双链DNA质粒。此外，在链球菌（Streptococcus）、枯草芽孢杆菌（B.subtilis）、梭菌（Clostridium）和链霉菌等革兰氏阳性菌中，还发现有单链环状质粒的存在。质粒上只有很少的基因（一般不超过30个），它们所携带的遗传信息，控制着细菌的某些特定遗传性状（如接合或致育、抗药、产毒和致病等），但这些性状并非细菌生命活动所必需的，失去质粒的细菌仍能正常存活。多数质粒会自行或经某种理化因子处理后消失，这一过程叫做质粒消除或自愈（curing）。有的质粒还能以附加体（episome）的形式整合到细菌染色体中，在染色体的控制下与染色体一起复制。有的质粒（如抗药性质粒）DNA中还有插入序列（IS）或转座子（Tn），因而能在质粒与质粒之间、质粒与染色体之间“跳来跳去”，所以具有介导细菌之间基因交换与遗传重组的重要功能。质粒有一定的宿主菌范围，如G-菌的某些质粒不能在G+菌体内复制和表达，反之亦然；但有些质粒如RP4等耐药性质粒和性因子F质粒，可在多种宿主菌细胞内存在，它们被称为随和性质粒（promiscuous plasmid）或随意性质粒。在基因工程实验中，为克服宿主范围的障碍，往往可构建一些“穿梭质粒（shuttle plasmid）”，使“穿梭”于G+菌和G-菌之间，或大肠杆菌与酵母菌（yeast）这样的原核生物与真核生物细胞之间。质粒的种类很多，相互间有相容性（compatible）和不相容性（incompatible）现象，相容是指不同类的质粒能在同一宿主菌中共存，不相容是指亲缘关系密切的不同质粒不能在同一宿主菌中共存。质粒分子的大小相差很大，小至几个kb，大至1000kb以上。有的质粒仅1个拷贝，有的可超过100拷贝。有的质粒人们尚不知其特性和表型，被称为隐蔽质粒（cryptic plasmid）或隐性质粒。有的质粒是与细菌染色体同步复制的，其复制受到较严格的控制，称为严谨型质粒（stringet plasmid），一般每个宿主细胞中仅含1～3个较低的拷贝数，分子量一般较大，如F、pSC101、RK2质粒等；与染色体不完全同步复制的质粒为松弛型质粒（relaxed plasmid），其复制是在松弛控制之下，每个宿主细胞中含有10个以上的较多拷贝数，分子量一般较小，作为基因工程载体，主要是经改建的松弛型质粒，如ColE1、pBR322质粒等。
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1.3.7 核区
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核区（nuclear region）又称核质体（nuclear body）、原核（prokaryon）、拟核（nucleoid）、核基因组（genome）、细菌染色体（bacterial chromosome）和染色质体（chromatinic body）等，指原核生物所特有的无核膜结构、无固定形态的原始细胞核，是细菌遗传信息的载体即基因组。它是一个大型环状双链DNA分子，经高度缠绕而成的超螺旋结构，其中央部位还有RNA与支架蛋白，长度一般为0.25～3.00mm。每个细菌所含的核区数与该细菌的生长速度有关，一般为1～4个，在快速生长的细菌中，核区DNA可占细胞总体积的20%。细菌的核区除在染色体复制的短时间内呈双倍体外，一般均为单倍体。另外，有的细菌本身就含两条染色体，这与细胞生长分裂过程中复制的染色体的几个拷贝是不同的，如类球红细菌（Rhodobacter sphaeroides）就存在两条染色体。再者，细菌染色体一般以环状DNA分子存在，但也有以线状存在的，如根癌土壤杆菌（Agrobacterium fumefaciens）就有一条环状染色体和一条线状染色体。
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细菌染色体DNA分子是一个很长的闭合环状（closed-circular）双链，只有反复折叠形成高度缠绕的致密结构——超螺旋（supercoiled），才能存在于长度仅有DNA分子几百万分之一的菌体内。如大肠埃希氏菌染色体DNA是由约4700kb组成，长约1.0mm，但其菌体长仅2～3μm。小心地将大肠埃希氏菌染色体分离出来，置于电镜下观察发现，其由50～100个结构域（domain）或环（loop）组成（图1-33，引自黄秀梨主编《微生物学》第2版2003）。每个环的大小在50～100kb，这些结构域的环其末端都固定在蛋白质—膜的核心（core）或支架（scaffold）上，此核心或支架与内膜系统中的间体相连。这种支架结构可起着阻止DNA分子旋转的屏障作用，以确保结构域在拓扑学上是相互独立的。此外，还在DNA复制后两个DNA子分子的分离中起作用。
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图1-33 大肠埃希氏菌染色体的结构域
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1.3.8 芽孢
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芽孢（spore）是为数不多的产芽孢细菌（spore-forming bacteria）于生长发育后期，在其菌体细胞内形成的一个圆形或椭圆形、厚壁、折光性强、含水量极低、具有抗逆性的休眠体。它是在一定条件下，细菌细胞质、核质脱水浓缩形成的，因其在菌细胞内形成，所以也常称为内芽孢（endospore）或偶译为“内生孢子”。芽孢形成后，其菌体细胞即失去活性，芽孢可暂时留存于菌体，但通常是菌体自溶、崩溃，芽孢脱出，游离于环境之中。每个细菌细胞只产生一个芽孢，所以芽孢无繁殖能力，一个芽孢发芽只能形成一个菌体（细菌数量并未增加），它不是细菌的繁殖方式；与其相比，未形成芽孢而具有繁殖能力的菌体则可称为繁殖体（vegetative form）。芽孢的大小、形状和在菌体中的位置，随菌种的不同有所差异，此亦可作为对细菌鉴别的一个依据。如破伤风梭菌（C. tetani）的芽孢呈圆球形，位于菌体顶端，直径比菌体宽，使细菌形似鼓槌，此类芽孢常被称为顶端芽孢；枯草芽孢杆菌的芽孢比菌体窄，呈椭圆形，位于菌体中央，此类芽孢常被称为中央芽孢；产气荚膜梭菌（C.perfringens）的芽孢多数为近端生，呈椭圆形，此类芽孢被称为偏端芽孢；游离于菌体之外的芽孢，称为游离芽孢；图1-34显示了几种主要类型的芽孢（引自黄秀梨主编《微生物学》第2版2003）。成熟的芽孢具有多层结构（图1-35，引自路福平主编《微生物学》2005；图1-36，引自沈萍、陈向东主编《微生物学》第2版2006），由外到内依次为：①芽孢外壁（exosporium），这是一个保护层，主要由蛋白质、脂质和糖类组成；②一层或几层芽孢衣（sporecoat），主要成分为蛋白质，大多数为角蛋白，其中半胱氨酸和疏水氨基酸的含量很高，芽孢衣很致密，通透性差，能抗酶和化学物质的渗入；③皮层（cortex）很厚，约占芽孢总体积的一半，主要由一种为芽孢所特有的肽聚糖组成，此种肽聚糖由丙氨酸亚单位、四肽亚单位、胞壁酸内酯亚单位重复组成（图1-37，a）。此外，还含有一种芽孢特有的化学物质——吡啶二羧酸（DPA）以及大量的Ca2+，两者结合成吡啶二羧酸钙（DPA-Ca）（图1-37，b）（引自黄秀梨主编《微生物学》第2版2003），它们赋予了芽孢异常的抗热性，皮层的渗透压很高；④芽孢核心（core）通常由芽孢壁、芽孢膜、芽孢质和芽孢核区组成，内含核糖体与DNA，含水量极低。
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图1-34 细菌芽孢的几种类型示意图
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图1-35 炭疽芽孢杆菌的芽孢（×151 000）
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图1-36 细菌芽孢结构模式图
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图1-37 芽孢特有的皮层肽聚糖和DPA-Ca的结构
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芽孢是代谢活性很低，对干燥、热、化学药物（酸类和染料）和辐射等具有高度抗性的休眠体。在很难觅到生物的沙漠中，就有大量枯草杆菌和巨大芽孢杆菌的芽孢。
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绝大多数产芽孢细菌为革兰氏阳性杆菌，其中主要为好氧的芽孢杆菌属和厌氧的梭菌属细菌，还有芽孢乳杆菌属（Sporolactobacillus）、芽孢八叠球菌属（Sporosarcina）和颤螺菌属（Oscillospira）等；只有脱硫肠状菌属（Desulfotomaculum）和锥柱杆菌属（Metabacterium）是革兰氏阴性菌。放线菌中的高温放线菌属（Thermoactinomyces），也能产生芽孢。
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在黄秀梨主编《微生物学》第2版（2005）中记述：产芽孢细菌通常在必需的养料（碳源和/或氮源）耗尽后停止生长（即过了对数期转入稳定期）时形成芽孢，各种细菌有其形成芽孢的最适条件（包括pH、供氧情况、温度、营养、培养基中的离子浓度和种类等）。从形态上看芽孢形成（sporegenesis）可以划分为7个阶段（图1-38），形成芽孢前在菌体中往往先出现两个核区。阶段Ⅰ：轴丝形成，两个核区中的核物质渐渐浓缩并融合成一种丝状结构即轴丝（axial filament）；阶段Ⅱ：芽孢隔壁形成，细胞膜内陷形成横膈膜即芽孢隔壁（septum），将菌体隔成一大一小的两个细胞；阶段Ⅲ：前芽孢形成，小细胞被大细胞的细胞膜包在里面形成具有双膜的前芽孢（forespore），此时抗辐射性提高；阶段Ⅳ：原皮层形成，先是合成芽孢肽聚糖并沉淀在双膜之间，然后合成DPA并吸收大量Ca2+，产生DPA-Ca复合物，形成原皮层（primordialcortex），此时折光率提高，芽孢外壁于此阶段开始出现且外膜消失；阶段Ⅴ：芽孢外衣形成，先合成半胱氨酸和疏水氨基酸，并沉淀在膜外表形成芽孢外衣；阶段Ⅵ：形成芽孢内衣，芽孢衣形成结束，此时内、外皮层也发育完毕，芽孢成熟并出现抗热性；阶段Ⅶ：芽孢释放，此时菌体裂解释放出芽孢，遇合适条件后芽孢萌发形成营养细胞。
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图1-38 芽孢形成的各个阶段
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芽孢的萌发分为活化、发芽和生长三个阶段。通常一个芽孢如果没有被活化，它在营养丰富的基质中也不会发芽。活化可由热刺激引起（60～70℃热处理几分钟常能引起休眠终止），然后开始发芽，芽孢休眠期破坏，芽孢膨胀，芽孢衣破裂和溶解，芽孢内容物释放出来，代谢活动增强，芽孢的耐热和其他抗性消失，折光缺失。许多营养物质如氨基酸和糖类，能在芽孢活化后引发萌芽。在营养环境里，萌发后的核心开始生长，芽孢原生质体形成新的物质，最终发育成一个不含芽孢的营养体细菌（图1-39，取自诸葛健、李华钟主编《微生物学》2004）。
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图1-39 芽孢的萌发
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1.3.9 伴孢晶体
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少数芽孢杆菌，如苏云金芽孢杆菌（B.thuringiensis）在其形成芽孢的同时，还在芽孢旁边形成一粒菱形或双锥形的碱溶性蛋白晶体（δ-内毒素），称为伴孢晶体（parasporal crystal）（图1-40，引自诸葛健、李华钟主编《微生物学》2004；图1-41，引自黄秀梨主编《微生物学》第2版2003）。一个细菌一般只产生一个伴孢晶体，它的干重可达芽孢囊重的30%左右，由 18种氨基酸组成。伴孢晶体能杀死200多种昆虫尤其是鳞翅目的幼虫，所以可将这类产伴孢晶体的细菌制成有利于环境保护的生物农药，即细菌杀虫剂。
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图1-40 苏云金芽孢杆菌的芽孢和伴孢晶体
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图1-41 苏云金芽孢杆菌的伴孢晶体示意图
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1.3.10 细菌其他休眠状态的结构
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细菌的休眠结构除上述的芽孢外，还有其他一些形式。如固氮菌属（Azotobacter）细菌可产生厚壁、球形的孢囊（cyst），能抗干旱、紫外线和电离辐射，但抗热性不强，一个营养细胞仅能形成一个孢囊，因此与芽孢一样，也没有繁殖功能，在适宜的外界条件下可发芽和重新进行营养生长；甲基弯曲菌属（Methylosinus）细菌能形成外生孢子（exospore），虽抗干旱和热，但不含吡啶二羧酸（DPA）；黏球菌（Myxococcus）产生的黏液孢子（myxospore），对干旱、超声震动和紫外线等有较强的抗性，但其抗热性远比细菌芽孢差；此外，还有由蛭弧菌属（Bdellovibrio）形成的蛭孢囊（bdellocyst）；等等。
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2 细菌的营养与代谢
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2.1 营养物质及其生理功能
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2.1.1 碳源
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碳源（source of carbon）是在细菌生长繁殖过程中，为细菌提供碳素来源的物质。碳是细菌的基本营养元素，可占一般细菌细胞干重的50%。从CO2到各种各样的天然有机化合物，都可以作为细菌的碳源，只是不同种类的细菌能够利用的碳素化合物存在一定的差异，有的仅能吸收利用CO2作为唯一碳源，许多种类细菌能利用各种糖类和有机酸、很复杂的化合物，如纤维素和木质素等仅能被很少种类的细菌所利用。绝大部分碳源物质被利用时还常常同时使细菌获得氧和氢，分子氧是一些细菌不可缺少的成分，分子氢则可作为能量来源。因此，碳源物质通常也是能源物质，但有些以CO2作为唯一或主要碳源的细菌所需能源，则并非来自碳源物质。通常在实验室中培养细菌时，所用碳源主要有葡萄糖、蔗糖、果糖、淀粉、甘油和一些有机酸等。
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2.1.2 氮源
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氮源（source of nitrogen）为细菌提供氮素来源，此类物质主要用来合成菌细胞的含氮物质，一般不作为能源，只有少数自养菌能利用铵盐、硝酸盐同时作为氮源与能源。在碳源物质缺乏的情况下，某些厌氧菌在厌氧条件下，能利用某些氨基酸作为能源物质。氮是蛋白质的基本成分，也是核酸等重要细胞物质的必要元素。细菌能利用的氮源较广泛，从分子态氮和无机氮化合物到有机含氮化合物都可以作为氮源，只是不同细菌能够利用的氮源种类有较大差异。分子态氮一般只能被一部分细菌吸收同化，多数细菌都能利用铵盐和硝酸盐，绝大多数细菌都能从各种有机含氮化合物如尿素、氨基酸、多肽和蛋白质等吸收氮素成分。通常在实验室中培养细菌时，所用氮源主要有蛋白胨（peptone）、牛肉浸膏（beef extract）、酵母浸膏（yeast extract）、铵盐、硝酸盐和尿素等。
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2.1.3 无机盐
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无机盐（inorganic salt）是细菌生长必不可少的，主要的生理功能是作为酶活性中心的组成部分，维持生物大分子和细胞结构的稳定性，调节并维持细胞的渗透压平衡，控制细胞的氧化还原电位和作为某些细菌生长的能量物质等。其中，又可分为大量元素和微量元素两大类。前者包括磷、钾、镁、钙、硫、钠等，后者有铁、硼、铜、锌、钼和钴等。由于不同种细菌对营养物质的需求不尽相同，所以微量元素这个概念也是相对的。通常在培养细菌时，一般常是加入磷酸盐、硫酸盐、氯化钠等作为大量元素的来源；在没有特殊要求的情况下，一般并不需要专门加入某种微量元素，因为这些微量元素可以从其他营养物质所含的微量矿物质、自来水等中获得，过量的微量元素会对细菌产生毒害作用。
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2.1.4 生长因子
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生长因子（growth factor）通常指那些细菌生长所必需且需要量很小，但细菌自身又不能合成或合成量不足以满足生长需要的有机化合物，通常包括某种维生素、氨基酸和核苷三类。最早发现的生长因子在化学本质上是维生素（vitamin），即早在1901年E.Wildiers发现酵母菌不能合成对其自身生长所需要的全部成分，需要外界加入称为“生物活素（bios）”（以前曾用于表明促进酵母生长物质的专有名词）的生长因子，还发现在麦芽中存在这种可透析的、耐热的“bios”（实际上即维生素B复合物）。目前发现的许多维生素，都能起到生长因子的作用。不同细菌对生长因子的需要量和种类不同，大肠杆菌等多种细菌具有自己合成它们生长所需的全部生长因子的能力，因而能在只含碳源、氮源、无机盐的基础培养基上正常生长；对于不能合成或只能合成部分它们所需生长因子的细菌，培养时则需加入所需生长因子，如科氏梭菌（C.kluyveri）生长需要生物素和对氨基苯甲酸。除了我们所了解的必需加入某种生长因子才能正常生长的细菌在培养时加入培养基中外，有时对某些细菌生长所需生长因子的本质还不了解，通常在培养基中要加入酵母浸膏、牛肉浸膏及动植物组织液等天然物质以满足其需求。
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2.1.5 水
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水是细菌生长必不可少的，其生理功能主要有：①起到溶剂与运输介质的作用；②参与细胞内一系列生化反应；③维持蛋白质、核酸等生物大分子稳定的天然构象；④作为热的良好导体，能有效地吸收代谢过程中产生的热并及时将热迅速地散发到胞外，从而有效地控制细胞内温度的变化；⑤保护充足的水分，是细胞维持自身正常形态的重要因素；⑥细菌通过水合作用与脱水作用控制由多亚基组成的结构，如酶、鞭毛等的组装与解离。因此，在培养细菌时，培养基中的水分是要充足的。
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2.2 细菌的营养类型
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2.2.1 光能无机营养型
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光能无机营养型（photolithotroph）或称光能无机自养型（photolithoautotrophy），亦称光能自养型（photoautotrophy），是一类能以CO2作为唯一碳源或主要碳源、并利用光能进行生长的细菌，蓝细菌（cyanobacteria）、光合细菌（photosynthetic bacteria）属于这种类型。这些细菌都具有光合色素，所以能使光能转变成为化学能供菌体利用。
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2.2.2 光能有机营养型
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光能有机营养型（photoorganotroph）或称光能有机异养型（photoorganoheterotrophy），亦称光能异养型（photoheterotrophy）。此类细菌不能以CO2作为主要碳源或唯一碳源，需以简单的有机物（如有机酸、醇等）作为供氢体，利用光能将CO2还原为细胞物质。另外，此类细菌在生长时大多数除需要某些简单有机物外，还需少量维生素。它们中的一些类群还能在黑暗、好氧条件下停止合成光合色素，依赖于环境中的少量有机物进行化能异养，在有光、厌氧条件下才表现为光能有机营养型。
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2.2.3 化能无机营养型
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化能无机营养型（chemolithotroph）或称化能无机自养型（chemolithoautotrophy），亦称化能自养型（chemoautotrophy），是一类能从无机物氧化过程中获得能量，并以CO2作为唯一碳源或主要碳源进行生长的细菌。由于无机物氧化时产能有限，以致此类细菌的生长较迟缓。按被氧化无机物种类的不同，可将此类细菌分为不同的类群，包括氢细菌（hydrogen bacteria）、硝化细菌（nitrifying bacteria）、硫化细菌（sulfur bacteria）和铁细菌（iron bacteria）。此类细菌广泛分布在土壤和水域环境中，在自然界物质转换过程中起重要作用。
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2.2.4 化能有机营养型
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化能有机营养型（chemoorganotroph）或称化能有机异养型（chemoorganoheterotrophy），亦称化能异养型（chemoheterotrophy）。这是一类以有机物作为能源和碳源的细菌，大多数细菌均属此类，已知的所有致病菌均属此种类型。另外，根据此类型细菌利用有机物性质的不同，又可将它们分为腐生型（metatrophy）和寄生型（paratrophy）两大类，前者可利用无生命的有机物（如动植物尸体和残体）作为碳源，后者则是寄生在活的寄主机体内吸取营养物质（离开寄主就不能生存）；在腐生型和寄生型之间还存在着一些中间类型，即兼性腐生型（facultive metatrophy）和兼性寄生型（facultive paratrophy），已知的致病菌几乎都是这种兼性寄生型。
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某些菌株发生突变（自然突变或人工诱变）后，失去合成某种（或某些）对该菌株生长必不可少物质（通常是生长因子如某种氨基酸、维生素等）的能力，必须从外界环境获得该物质才能正常生长繁殖，这种突变型菌株则称为营养缺陷型（auxotroph），相应的野生型菌株称为原养型（prototroph）。这种营养缺陷型菌株，常用来进行细菌遗传学方面的研究。
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另需明确，无论何种分类方式，不同营养类型之间的界限并非绝对的。异养型细菌并非绝对不能利用CO2，只是不能以CO2为唯一或主要碳源进行生长，而且在有机物存在的情况下也可将CO2同化为细胞物质；同样，自养型细菌也并非不能利用有机物进行生长。另外，有些细菌在不同生长条件下生长时，其营养类型也会发生改变，如紫色非硫细菌（purple nonsulphur bacteria）在无有机物时可以同化CO2（为自养型），当存在有机物时又可以利用有机物进行生长（此时它为异养型）。再者，紫色非硫细菌在光照和厌氧条件下可利用光能生长（为光能营养型），在黑暗与好氧条件下能依靠有机物氧化产生的化学能生长（此时为化能营养型）。细菌营养类型的可变性，无疑有利于提高细菌在环境条件变化时的生存适应能力。
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2.3 细菌的代谢
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2.3.1 分解代谢
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分解代谢亦称异化作用，是指通过一系列分解代谢酶系的催化作用，将复杂的大分子物质降解成小分子物质，同时产生能量的过程。一般可将分解代谢分为三个阶段（图1-42，引自沈萍主编《微生物学》2000）：第一阶段是将蛋白质、多糖及脂类等大分子营养物质降解成氨基酸、单糖及脂肪酸等小分子物质；第二阶段是将第一阶段产物进一步降解成更为简单的乙酰辅酶A、丙酮酸以及能进入三羧酸循环的某些中间产物，在这个阶段会产生一些ATP、NADH及FADH2；第三阶段是通过三羧酸循环将第二阶段产物完全降解生成CO2，并产生ATP、NADH及FADH2。第二阶段和第三阶段产生的ATP、NADH及FADH2，通过电子传递链被氧化，可产生大量的ATP。
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图1-42 分解代谢的三个阶段
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2.3.2 合成代谢
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合成代谢亦称同化作用，是指从简单的小分子物质合成复杂的大分子物质，如蛋白质、核酸、多糖、脂类等化合物。合成作用必须具备三要素，即小分子前体物质、能量和还原力，这三要素主要是从分解代谢中获得，因此细胞中分解代谢与合成代谢是密切相关的，分解反应常常不进行到底，有些中间产物根据细菌的需要直接转入合成途径。合成代谢所利用的小分子物质除来源于分解代谢过程中产生的中间产物（图1-43，引自沈萍主编《微生物学》2000）外，也可是环境中的小分子营养物质。
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图1-43 合成代谢示意图
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在代谢过程中，细菌通过分解代谢产生化学能，光合细菌还可将光能转换成化学能，这些能量除用于合成代谢外，还可用于细菌的运动和运输，另有部分能量以热或光的形式释放到环境中，细菌产生和利用能量及其与代谢的关系如图1-44（引自沈萍主编《微生物学》2000）所示。
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图1-44 能量与代谢关系示意图
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无论是分解代谢还是合成代谢，代谢途径都是由一系列连续的酶促反应构成的，前一步反应的产物是后续反应的底物，细胞通过各种方式有效地调节相关的酶促反应，来保证整个代谢途径的协调性和完整性，从而保证细胞的生命活动得以正常进行。某些细菌在代谢过程中除了产生其生命活动所必需的初级代谢产物和能量外，还会产生一些次级代谢产物，大多是分子结构比较复杂的化合物，如色素、抗生素、细菌素、激素、生物碱和毒素等。次级代谢产物通常都是限定在某些特定细菌中生成，因此它们没有一般性的生理功能，也不是细菌生长繁殖所必需的物质，虽然对它们本身可能是重要的。尽管次级代谢产物对菌细胞本身的生理功能目前尚无一致的看法，但这类产物与人类的生产、生活密切相关，因此也是细菌学研究的一个重要领域。另外，已知有的次级产物是与病原菌的致病作用相关联的，如病原菌所产生的毒素，是构成病原菌直接的毒力因素。
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3 细菌的生长繁殖
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3.1 细菌的个体生长
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细菌一般是以二等分分裂法（binary fission）进行无性繁殖的裂殖（fission）。一个菌体分裂为两个菌体的间隔被称为世代（generation），一个世代所需的时间称为世代时间（generation time），即代时。因而代时也就是群体菌细胞数目扩大1倍所需的时间，所以有时也被称为倍增时间（doubling time）。大肠埃希氏菌及许多其他病原菌在适宜的条件下，分裂一次仅需20min（称为一代），但细菌染色体DNA的复制约需40min，之所以如此，是因为在上一轮的复制还未完成时，下一轮的细胞分裂已经启动；此外，染色体DNA存在多个复制叉，可使子代的染色体DNA同时开始部分复制。结核分支杆菌的繁殖较慢，一般需18～20h才分裂一次。分子生物学的研究表明，细菌二分裂时DNA先复制，接着形成横隔壁，最后子细胞分裂。另有少数细菌以其他方式进行繁殖，如柄杆菌属（Caulobacter）细菌的不等二分裂（unequal binary fission），即通过二分裂后形成两个不同的子细胞，其一有柄、不运动，另一有鞭毛、无柄、能运动；暗网菌属（Pelodictyon）细菌的三分裂（trinary fission），即该属的细菌一般也是按二分裂方式进行繁殖，但有时一个菌细胞也可以按Y形形成三个子细胞；蛭弧菌属（Bdellovibrio）细菌的多分裂亦称复分裂（multiple fission），即蛭弧菌寄生于细菌细胞内，先形成弯曲的长杆状菌体，然后多处同时分裂成多个弧形子细胞；生丝微菌属（Hyphomicrobium）细菌的出芽繁殖亦称芽殖（budding），即先在母体细胞表面形成一个小突起并逐渐增大，再脱离母体细胞后形成新的个体子细胞。
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3.2 细菌的群体生长与生长曲线
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3.2.1 迟缓期
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迟缓期（lag phase）亦称延缓期，是细菌在一个新环境中的适应过程，表现为细菌体积增大、代谢活跃，合成和积累足够量的酶、辅酶和某些中间代谢产物，但分裂迟缓、繁殖极少。此期持续的时间长短不一，按菌种、接种菌的菌龄和菌量以及营养物质的不同表现出差异，一般约为1～4h。
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3.2.2 对数期
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对数期（logarithmic phase）又称指数期（exponential phase），细菌表现生长迅速，以恒定速度进行分裂繁殖。此期的菌数以几何级数增长（20→21→22→23→24……），在生长曲线图上活菌数的对数呈直线上升，增长极快，达到顶峰状态。此期细菌的形态、染色性、生理活性等均较典型，对外界环境因素包括抗菌药物的作用均较敏感。因此，研究细菌的生物学性状（形态与染色、理化反应、药物敏感性、致病作用与毒力强度等），均以选用此期的为佳。一般的细菌，对数期在培养后的8～18h。
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3.2.3 稳定期
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随着培养时间的延长，培养基中营养物质消耗，毒性产物积聚，pH下降等使细菌繁殖速度渐趋下降，死亡菌数逐渐上升，细菌的繁殖数与死亡数大致平衡时为稳定期（stationary phase）。此期的总菌数虽仍有增加，但活菌数保持相对不变。此期的细菌形态和生理性状常有改变，如革兰氏阳性菌的染色反应可变为阴性，一些细菌的芽孢、外毒素和抗生素等代谢产物也多在此期产生。
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3.2.4 衰亡期
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细菌繁殖越来越慢，死亡数越来越多，死菌数超过活菌数，为衰亡期（decline phase或death phase）。此期细菌形态明显改变，出现多形态的衰退型，菌体变长、肿胀或扭曲，有的菌体自溶以致难于辨认，生理代谢活动也趋于停滞。因此，陈旧培养的细菌难以鉴定。
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细菌的生长曲线，在研究工作和生产实践中均有一定意义。但需明确，这种生长曲线只是在体外人工培养的条件下才能观察到；细菌在自然界或人类、动物体内生长繁殖时，因受多种环境因素和机体免疫因素等多方面影响和制约，情况甚为复杂，是不可能出现在人工培养基中那种典型生长曲线的。
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3.3 环境因素对细菌生长繁殖的影响
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3.3.1 温度的影响
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3.3.1.1 细菌生长的温度
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根据细菌的生长温度范围和最适生长温度的不同，通常可将细菌分为低温型（psychrophiles）、中温型（mesophiles）和高温型（thermophiles）三种类型（表1-5）。
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表1-5 细菌的生长温度类型
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（1）低温型 亦称嗜冷型，只能在较低温度环境条件下生存，一般分布在终年冰冻的两极地区，也常被称为专性低温型。另外，则是兼性低温型（psychrotrophs），此类菌分布较广，主要存在于海洋、河流、湖泊及冷藏食品中，水产养殖动物的病原菌多数都属于这种兼性低温型。另外，冷藏食品的变质，往往是低温型细菌作用的结果。
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（2）中温型 亦称嗜温型，自然界中大多数细菌都属于此种类型，广泛分布于土壤、水、空气中，动植物体上及哺乳动物生活的各种环境中。人、哺乳动物及禽类等陆生动物的病原菌，都属于这种中温型；水产养殖动物的一些病原菌，也属于这种中温型。
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（3）高温型 亦称嗜热型，主要存在于堆肥和沼气发酵池等环境中。另外，则是极端嗜热型（hyperthermophiles），亦称超嗜热型或超高温型，主要存在于温（热）泉和大洋底火山喷口等处。此类高温型菌，常在堆肥、厩肥和秸秆分解的高温阶段大量生长繁殖。
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掌握某种细菌的生长温度类型，对于人工培养细菌是很重要的。另一方面，在细菌生长温度范围内的不同温度条件下，其形态特征、代谢产物等常会表现不一致，这并不是细菌的变异。因此，在对细菌的分离、鉴定时都需为其提供最适的生长温度；对某种细菌在形态、理化特性等生物学性状方面的记载，在没有特定指出某种温度条件的情况下，一般均指的是最适温度的结果。
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3.3.1.2 抑制或杀灭细菌的温度
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低于细菌生长的最低温度，可以降低酶反应速度，使细菌生长受到抑制，但并不能杀死细菌。通常情况下，常用这种方法在实验室里保存菌种，如在4℃（普通冰箱）、-20℃（普通冰柜）、-78℃（干冰）、-196℃（液氮）条件下，对不同种类的细菌做菌种保藏。当高于细菌生长的最适温度时，有时细菌虽能生长，但会发生一定的变异，如在形态、代谢和毒力等方面的变异。毒力变异有时可获得能够用于制备疫苗的弱毒菌株，即所谓通过逐渐提高培养温度来进行毒力的诱变。另外，再提高温度，细菌不仅生长受到抑制，作用一定的时间还能致死细菌。在一般的细菌学实验室，常采用干热及湿热的方法灭菌（sterilization），以杀灭不需要的细菌（也包括培养基等实验所需物品）。干热灭菌，常采用的是干热灭菌箱的热空气法（一般是171℃加热1h或160℃加热2h以上）、火焰烧灼法（如实验室中常使用的酒精灯火焰烧灼接种环等）；湿热灭菌常使用的主要有水煮沸法（在水中加入1%碳酸钠或2%～5%石炭酸可增强效力）、高压蒸汽灭菌法（常是115℃或121℃作用15～30min）。
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3.3.2 氧的影响
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氧对于好氧细菌的生长虽然可以通过好氧呼吸产生更多的能量，以满足其生长需要。但另一方面，需氧细菌在有氧条件下生长时，进行呼吸作用中的O2被还原为H2O，这一过程需要依次加入4个电子，形成的中间产物过氧化氢（H2O2）和超氧化物（O-2）对细菌又有毒害作用。但需氧菌（aerobe）具有破坏毒性中间产物的酶类，接触酶（catalase）和过氧化物酶（peroxidase）催化H2O2的分解，超氧化物歧化酶（SOD）能使2分子超氧化物形成1分子H2O2和1分子氧（O2）。
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水产养殖动物病原细菌学
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厌氧菌（anaerobe）细胞中不存在上述分解有害氧化物的酶类，因此厌氧菌一旦接触氧气就会停止生长甚至死亡。此外，氧还可以改变环境中的氧化还原势（Eh）。兼性厌氧菌（facultative anaerobe）在有氧或无氧环境中均能生存，它们具有两套呼吸酶系，一套是有氧时能以O2作为最终电子受体（氢受体）的好氧呼吸酶系，一套是无氧时以代谢中间产物为受氢体进行发酵作用的酶系。属于微需氧菌（microaerobe）的种类不多，它们在充分通气或严格厌氧的环境中均不能生长，只能在微量氧环境中才能良好生长。
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3.3.3 氢离子浓度
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环境中的氢离子浓度即酸碱度（pH），对细菌的生命活动有很大影响，酸碱度通常以氢离子浓度的负对数即pH来表示。自然界中从pH1～11范围内都有细菌生活，但仅有很少数种类能在pH2以下和pH10以上生长，大多数种类生活在pH4～9的环境中，要求低pH或高pH的细菌分别称为嗜酸菌（acidophiles）和嗜碱菌（alkalinophiles），有的细菌生活在pH10～11的碱湖和高碳酸钠的土壤中。每种细菌都有最适pH和一定的pH适应范围，大多数细菌的最适pH在6.5～7.5，在培养细菌时需要对培养基的pH进行调节，以保证细菌的正常生长；有的细菌种类可在pH1时生活，在中性pH时完全不能生长，被称为专性嗜酸菌（obligate acidophiles），如真细菌中的硫杆菌（Thiobacillus）、古生菌中的硫化叶菌（Sulfolobus）和热原体（Thermoplasma）。氢离子浓度对细菌的作用机制，一是影响细胞膜电荷和营养吸收，二是影响酶的活性，三是改变环境中营养的可给性或有害物质的毒性。
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3.3.4 营养物质的组成和浓度
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在前面述及了营养物质及其功能，培养细菌时要根据不同种类细菌的营养需要，为其提供相应的营养物质。培养基中营养物质的组成不同，往往对细菌生长有很大影响。同一种细菌在不同的氮源、碳源组成的培养基中，在相同的培养时间内，其生物量的增加可相差很大，甚至有的不能生长。培养基中营养物质的浓度对细菌生长也有很大影响，这首先表现在对生长速率的影响，在细菌培养中某种基本营养物质被耗尽也可使细菌的生长停止，即使此时培养基中没有任何毒性物质的存在，而且其他营养物质仍很丰富，当添加少量这种营养物质时，则细菌的生长仍可重新开始。
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总体来讲，在进行细菌的培养时，需根据细菌种类的不同，为其提供相适宜的环境条件，以保证其能够正常生长繁殖。对于水产养殖动物的病原菌来讲，一般均不需要特殊的营养物质，常用的细菌培养基一般均能满足其营养需要，pH一般在7.0～7.2，适宜的生长温度多在25～30℃，多数为兼性厌氧菌或需氧菌。
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4 细菌的遗传与变异
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4.1 细菌遗传与变异的物质基础
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细菌遗传与变异的物质基础是DNA，主要指的是位于核区染色体上的DNA。另外，也包括有些细菌所具有的质粒DNA。染色体DNA携带了决定细菌基本代谢功能的全部基因（gene），也就是细菌的基因组（genome）。基因是一个具有遗传效应的核苷酸序列（DNA片段），是遗传物质的最小功能单位。细菌的性状是由基因所决定的，但人们不能直接见到基因组的构成情况，只能通过性状反映出来，性状是基因表达的最终结果。生物可见或可以测定的性状称为表现型（简称表型），决定表型的遗传因子（DNA链的碱基序列）称为基因型，每个基因虽然编码一种功能蛋白，并可能对代谢产生影响，但有些性状是由许多基因所决定的，如细菌的鞭毛和运动性则涉及鞭毛结构成分合成的许多基因，以及同生活环境发生作用的基因。在遗传学（genetics）上每一基因都用3个小写英文字母作为符号（用斜体字表示），如lac 表示乳糖（lactose）基因，但乳糖的代谢涉及一组基因，它的每个特定基因是在3个字母符号后面加大写英文字母来区别，如lacZ 表示β-半乳糖苷酶的结构基因；同基因型相应的表型也用3个字母表示，但不用斜体字且第一个字母大写，如上面的乳糖代谢特性为符号Lac+，若缺乏乳糖代谢能力则在右上角加“-”号即Lac-；细胞缺乏合成组氨酸能力的，表型则为His-；菌株具有对利福平（rifapin）抗性（R）的表型为Rifr，对利福平敏感（S）的表型为Rifs。
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质粒DNA编码一些特殊的生物学性状，尤其在病原菌中更为重要，有些能编码细菌毒力的质粒称毒力质粒或Vi质粒（virulence plasmid），它们决定着病原菌一些毒力因子的表达。另外，还有细菌对某些抗菌药物或重金属盐类的抗性质粒（resistance plasmid）即R质粒等，都是与细菌的致病作用相关联的。
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4.2 细菌的常见变异现象
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4.2.1 形态变异
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形态变异指细菌在生长过程中受外界环境条件影响，出现非典型形态的变异。如鼠疫耶尔森氏菌的典型形态为两端钝圆、两极浓染的卵圆形短杆菌，但在陈旧的培养物或含NaCl为30g/L的培养基中的生长物，可见球形、杆状、丝状、酵母状、哑铃状等多种形态并存的多形性。
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4.2.2 结构变异
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结构变异主要是某些产生荚膜、芽孢、鞭毛等特殊构造的细菌，在不适宜的条件下会发生不产生这些特殊构造的变异；如有鞭毛的普通变形菌（Proteus vulgaris）能在培养基表面迁徙生长（swarming growth phenomenon），形成波纹状的薄膜，若在培养基中加入1g/L石炭酸后则能使其失去产鞭毛的能力，其生长限于接种部位并形成单个菌落，再将其移接于不含石炭酸的培养基后又可恢复鞭毛的产生，这种从有鞭毛变异为无鞭毛的现象称为H（hauch，薄膜）-O（ohne hauch，无薄膜）变异（H-O变异），因此也常用H代表细菌的鞭毛、O代表细菌的菌体，相应的鞭毛抗原亦称H抗原、菌体抗原亦称O抗原。
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4.2.3 菌落形态变异
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菌落形态变异主要是指细菌菌落从光滑型（S型）变为粗糙型（R型）的变异，称为S→R变异。这种S→R变异，经常伴随着S型抗原的丧失和病原菌毒力由强变弱等性状的改变，如某些G－菌的菌落从S型变为R型时，其细胞壁的脂多糖侧链丢失，同时也丧失致病力；一些G+菌如肺炎链球菌（S.pneumoniae）编码多糖荚膜的基因发生突变后，菌落也由S型变为R型，并丧失荚膜形成能力和毒力。另一种情况是发生R→S变异，如炭疽芽孢杆菌的菌落通常是R型的，一旦发生S型的变异，则其毒力亦随之减弱或丧失。
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4.2.4 抗原变异
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抗原变异指由细菌基因突变而引起其抗原结构发生改变的变异类型，如上面提及的荚膜变异、鞭毛变异和S→R变异等，均伴发这些抗原的变异。
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4.2.5 毒力变异
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毒力变异指病原菌毒力的减弱或增强的变异，如上面提及的荚膜变异、S→R变异或炭疽芽孢杆菌的R→S变异等，均伴发相应的毒力减弱或丧失的变异；不产外毒素的白喉棒杆菌，在经β-棒杆菌噬菌体溶源化后能产生白喉外毒素，则属于毒力增强的变异。
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4.2.6 耐药性变异
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耐药性变异指对某种抗菌药物敏感的细菌，可对该种药物产生耐受性的变异，主要通过自发突变以及抗性遗传因子（R质粒）的传递所引起。这种变异与抗菌药物的存在并无关系，细菌获得抗性后，即使在没有药物的条件下生长繁殖数代，一般也不丧失这种抗性。
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4.2.7 营养缺陷型变异
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细菌因受紫外线照射或化学诱变剂的作用，使细菌的基因型发生改变，丧失了代谢途径中的某种酶，同时丧失了合成一种或几种生长因子的能力，必须在外界加入这些营养物质的条件下才能生长，这种变异为营养缺陷型（auxotroph）变异。
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4.3 细菌变异的机制
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4.3.1 突变
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突变指细菌遗传物质DNA的分子结构，突然发生了稳定的、可遗传的变化，多数的突变都可以产生一定的表型效应。广义的突变，包括染色体畸变（chromosomal aberration）和基因突变（gene mutation）；狭义的突变，则仅指基因突变。突变可以是自发产生即自发突变（spontaneous mutation），也可以是人工诱发即人工诱变（induced mutation）。细菌每分裂106～109次，即可发生一次自发突变。根据细菌的种类不同，自发产生的突变率（mutation rate）差别很大；人工诱发的突变，是在诱变因素的影响下发生的，许多物理和化学的如紫外线、X射线、烷化剂、亚硝酸、碱基结构类似物、吖啶橙类染料等均可作为诱变因素，可使突变率比自发产生的提高10～1000倍。另外，有人认为所谓自发突变，实际上也是由于细菌自身代谢产物诱导的突变。
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染色体畸变又称染色体突变（chromosomal mutation）、染色体变异（chromosomal vatiation），是指染色体的一大段发生了变化，表现出相应的遗传效应，因此也称大突变（larger mutation），主要包括染色体结构上的缺失（delection）、重复（duplication）、插入（insertion）、易位（translocation）和倒位（inversion）；基因突变又称点突变（point mutation），是基因内发生的可遗传的结构变化，基因内一个或多个位点上的碱基替换（replacement）或由于碱基的插入、缺失造成移码（frame shift）所导致的突变，通常会产生一定的表型效应，容易发生突变的位点称为突变热点（hot spot of mutation）。
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某种细菌在自然环境下，大多数所具有的表型菌株称为野生型株（wild type strain），发生某些性状改变突变后的菌株称为突变型株（mutant strain）。野生型株发生突变称为正向突变（forwatd mutation），若经再次突变又恢复到原来的性状则称为回复突变（back mutation，reverse mutation）。性状的回复不一定恢复到原来的基因型，第二次突变也可能是一个抑制基因突变（suppressor mutation），代偿了第一次突变在性状上的改变。若第二次突变发生在同一基因的不同部位，则称为基因内抑制突变（intragenic suppressor mutation）；若第二次突变发生在不同基因，则称为基因间抑制突变（intergenic suppressor mutation）。
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4.3.2 基因的转移与重组
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4.3.2.1 转化
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转化指受体细胞从周围介质中吸收外来DNA片段，使其基因型和表型发生相应变化的现象。尽管许多细菌间都可进行转化作用，但细菌种内只有部分菌株可以接受外源DNA，而且只是在细菌生长过程的某时期和状态下才容易吸收DNA分子，这种细胞称为反应潜能细胞（competent cell）或感受态细胞。转化过程中，外源DNA首先与受体细胞壁上的接受位点相结合，并由可逆态成为不可逆态，然后通过在细胞壁和细胞膜上的核酸酶将其中一条链降解，降解产生的能量协助把另一条链推进受体细胞，与染色体上同源DNA区段进行重组。另外，也发现有完整的双链被摄取的情况，但双链DNA被摄取后则由DNA结合蛋白或胞内的小泡（vesicles）包裹，转运到受体染色体区，其中一条链被切除降解，另一条链则与单链进入受体菌的情况相同，即是与受体菌DNA整合。再者，若转化的是完整质粒的DNA分子，则可不发生重组，也称为转染（transfection）。
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受体菌细胞通过转化获得外源DNA片段并发生重组后，使其原有的两股DNA序列发生了改变，其中一股与原来的是一样的，另一股则多了一段外来的序列。因此在复制时，两股各自复制成两条不同的双股DNA链，在细胞分裂后，一个仍保持原来的性状，另一个则带有供体菌的DNA片段，获得相应的新性状，这种通过转化获得外源DNA并表现相应遗传性状的受体菌细胞也被称为转化子（transformat）（图1-46，引自黄秀梨主编《微生物学》第2版2003）。转化是受体菌处于感受态时发生的，其转化频率可以用受体细胞群体中接受外源DNA的细胞比率表示，即转化子占存活细胞的百分率，通常在0.1%～1%之间，最高可达20%；也可以用每微克供体DNA获得的转化子数表示，即转化子/μgDNA。为研究方便，也有人将细菌转化分为自然遗传转化（natural genetic transformation）和人工转化（artificial transformation），前者是指某些细菌的一种生理特性，后者是指用人工方法诱导所产生的转化。
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图1-46 转化过程示意图
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4.3.2.2 转导
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转导是指通过噬菌体为媒介，把一个细菌（供体菌）的DNA片段转移到另一个细菌（受体菌）中，并使受体菌发生遗传变异获得新性状的过程。在转导过程中，被转移的DNA片段称为转导因子（transduced element），通过转导获得供体菌部分遗传性状的重组受体菌称为转导子（transductant）。转导可在许多细菌中发生，但不是所有细菌，也不是所有噬菌体都能进行转导作用。根据噬菌体和转导DNA产生途径的不同，可将转导分为普遍性转导（general transduction）和局限性转导（restricted transduction）。
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（1）普遍性转导 指的是供体基因组的任何基因都有同等机会被转导，且供体细菌既可以是溶源性也可以是非溶源性的，噬菌体的遗传物质不直接参与转导过程，因而在噬菌体和供体细菌之间并不需要有同源性。这种普遍性转导的结果，一种情况是外源DNA片段与受体菌的染色体整合，可形成稳定转导子，被称为完全转导（complete transduction）（图1-47，引自黄秀梨主编《微生物学》第2版 2003）；另一种情况是外源DNA 片段不能与细菌染色体整合，仍保持游离状态，也不能自身复制，但仍可表达其功能，表现为单线遗传，随着细菌分裂的增多便渐渐被淘汰，这种情况被称为流产转导（abortive transduction）（图1-48，引自黄秀梨主编《微生物学》第2版 2003）。
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图1-47 完全普遍性转导示意图
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图1-48 普遍性转导的流产转导
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（2）局限性转导 又称专一转导（specialized transduction），是指噬菌体只能转移供体菌染色体上原噬菌体整合位置附近的基因，必须以温和噬菌体（temperate phage）为媒介，大多在溶源性细菌间进行，而且噬菌体DNA直接参与了转导过程。这种转导的发生，是在溶源状态下的前噬菌体（prophage）离开宿主染色体时，会发生错误切割（约10-6），将宿主的某些基因（通常是与噬菌体两侧相邻的基因）整合到噬菌体的基因组上，将其本身DNA上的一段留在细菌染色上，当这样的噬菌体侵染另一宿主菌时，便使受体菌获得了这部分基因所决定的遗传性状，这些丢失了自身一部分基因、并被同等长度的宿主基因所取代而形成的噬菌体被称为缺陷噬菌体（defective phage），通过转导获得了供体部分遗传特性的重组受体菌即为转导子，此时的受体菌也被称为缺陷溶源菌（defective lysogenic bacteria）。
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4.3.2.3 接合
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接合是指通过细菌的供体与受体细胞间的接融来转移DNA的过程，是遗传物质的单向转移（unidirectional transfer）。
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（1）质粒的转移 质粒可分为接合型质粒（conjugative plasmid）和非接合型质粒（nonconjugative plasmid），前者可通过接合的方式转移，主要包括F质粒（F plasmid）即致育性质粒（fertility plasmid）、R质粒（resistance plasmid，R plasmid）即抗性质粒（resistance plasmid）、Col质粒（colicinogenic plasmid，Col plasmid）即大肠杆菌素（colicin）质粒、毒力质粒（virulence plasmid）等。质粒转移到新的细胞（受体）后，有的单独存在，有的还能整合到细菌染色体上。能够自我转移的质粒含有转移基因tra，两个不同的细胞借助于性菌毛接触后进行DNA的转移。以F质粒为例，DNA的转移从质粒分子上ori T（即转移起点origin of transfer基因）位点开始，首先由核酸内切酶将质粒DNA ori T的两股DNA中的一股切开一个缺口，此股DNA链经由性菌毛进入受体菌细胞，在受体细胞中通过碱基配对而互补，复制为双链DNA分子，缺口由连接酶（ligase）封口形成环状DNA分子；留在供体菌细胞中的单股DNA分子也通过碱基配对合成一条新链，恢复原来状态。两个细胞分开，接合转移作用完成（图1-49，引自M.T.马迪根、J.M.马丁克、J.帕克著，杨文博等译《微生物生物学》 2001）。
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图1-49 接合性质粒的转移
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（2）质粒与染色体基因的诱动转移 有些质粒进入受体菌细胞后，可整合到染色体上成为附加体（episome），并与宿主染色体同步复制，由于tra 基因的存在，可以带动宿主染色体基因的转移，能够转移部分染色体DNA的菌株称为高频重组（Hfr）菌株。所以质粒不仅能自身转移，而且有诱动染色体上基因的转移作用。含有独立存在的F质粒的细胞称为F+，能够作为F+或Hfr的受体细胞称F-（即无F质粒）。整合到染色体上的F质粒是一个可逆的过程，当F质粒从Hfr菌株染色体上脱落时，会出现一定概率的错误基因交换，从而使F质粒带上宿主染色体的遗传因子，这时的F质粒称为F’质粒，当F’质粒转入F-菌时，F-菌可同时获得这一部分新的基因，所以F’质粒有类似转导中的温和噬菌体起着基因载体的作用，这种通过F’质粒转移基因的过程又常称为性导（sex duction）。
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除了上述三种基因转移与重组的方式外，溶源性转换（lysogenic conversion）和原生质体融合（protoplast fusion）也是遗传物质转移和重组的形式。溶源性转换指的是侵入细菌的噬菌体在溶源期，能以前噬菌体的形式在细菌内与细菌的染色体发生重组，导致细菌的基因型发生改变并获得新的性状。原生质体融合是将两种不同的细菌经溶酶体或青霉素处理，使其失去细胞壁变为原生质体后进行融合，融合的双倍体细胞寿命很短，但在此期间可发生染色体重组，重组不限于个别基因，可获得有多种不同表型的重组融合体，融合体经培养后可返回为有细胞壁的细菌，则可从中再选择出所需要的重组菌。
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4.4 细菌遗传变异研究的实际意义
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4.4.1 在对病原细菌检验方面的应用
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在临床细菌学检验中，要作出正确的判定，不仅要熟悉细菌的典型特性，还要了解细菌的变异规律，涉及到形态、菌落、生化反应、毒力和抗原性等各种性状的变异。在从临床分离的菌株中，有时会因某种性状的变异导致不易识别，但其遗传物质的改变一般不会太大的，所以可通过检查其DNA来进行鉴定，如做DNA中G＋C mol%测定、DNA分子杂交、核酸探针（nucleic acid probe）检测某特异性DNA片段、16S rRNA的分子分类鉴定等。
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4.4.2 在对细菌性病害防治方面的应用
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应用细菌疫苗进行接种，是提高机体特异性免疫预防相应细菌性传染病的有效措施。目前，所应用的细菌疫苗主要有弱毒活疫苗和灭活疫苗两类，前者则是根据细菌遗传与变异的理论，通过选择或人工使其毒力减弱的方法来获得。目前，人工致弱细菌的毒力来获得弱毒变异菌株，主要是通过基因工程技术来完成的，即改变决定毒力的基因，但仍保留其免疫原性。另一方面，则是根据某种细菌抗原血清型的复杂性及有的在不同型间不能交互免疫的特性，采用基因工程技术构建多种保护性抗原在同一菌株表达的工程菌株。
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随着抗菌类药物的广泛应用，已使许多细菌性病害能够得到有效的控制。另一方面，抗菌药物尤其是抗生素类的频繁使用，临床分离的耐药变异菌株也在不断增多。因此，在日常应用抗菌类药物做对水产养殖动物的细菌性病害预防时，应交替更换用药，不宜长期使用一种药物；在发病后用药治疗时，最好先通过药物敏感性测定，选择对相应病原菌高敏的药物使用，以保证治疗效果。
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5 水体中的细菌
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5.1 淡水中的细菌
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淡水生境分为静水（湖泊和池塘等）和流水（大小河溪）两种情况，它们的理化特性不同，细菌的组成和数量也各有差异。淡水中的细菌多来自于土壤、空气、污水或动植物尸体等，尤其是土壤中的，常随土壤被雨水冲刷进入江河、湖泊中。来自土壤中的细菌，一部分生活在营养稀薄的水中，一部分附着在悬浮于水体中的有机物上，一部分随着泥沙或较大的有机物残体沉淀到湖底淤泥中，成为水体中的栖息者，如色杆菌属（Chromobacterium）、无色杆菌属和微球菌属（Micrococcus）的一些种。另外，也有很多细菌在进入水体后，因不能适应水体环境以至死亡。因此，水体中细菌的种类和数量一般要比土壤中的少。
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在远离人们居住地区的湖泊、池塘和水库中，有机物含量少，细菌相对也少，并以自养型种类为主，如硫细菌（sulfur bacteria）、铁细菌（iron bacteria）和球衣细菌等，以及含有光合色素的蓝细菌、绿硫细菌（green sulphur bacteria）和紫硫细菌等。另外，还有色杆菌属、无色杆菌属和微球菌属等腐生型细菌，它们能在营养物含量低的清水中生长。
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处于城镇人口密集区的湖泊、河流以及下水道中，有机物的含量高，细菌的数量也多，其中大多数是腐生型细菌，数量较多的是无芽孢革兰氏阴性细菌，如变形菌属（Proteus）、大肠埃希氏菌、产气肠杆菌（Enterobacter aerogenes）和产碱菌属（Alcaligenes）的细菌等；另外，还有芽孢杆菌属（Bacillus）、弧菌属（Vibrio）和螺菌属等的一些种；有时甚至还会含有伤寒（typhoid fever）、细菌性痢疾（bacillary dysentery，shigellosis）、霍乱等的相应病原菌。
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5.2 海水中的细菌
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海水含有相当高的盐分，一般为3.2%～4%，含盐量越高，则渗透压越大。海洋中的细菌多为嗜盐菌（halophiles），并能耐受高渗透压，如盐生盐杆菌（Halobacterium halobium）。深海（1000m以下）中的细菌还能耐受低营养、低温（2～3℃）和很高的静水压，少数细菌可以在60.795MPa下生长，如水活微球菌[Micrococcus aquivivus，该菌即现为动性球菌属（Planococcus）的柠檬色动性球菌（P.citreus）]和浮游植物弧菌（Vibrio phytoplanktis）。
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接近海岸和海底淤泥表层的海水中和淤泥上，细菌数量较多；离海岸越远，细菌数量越少。一般在河口、海湾的海水中，细菌数约为105个/ml；而远洋的海水中，只有10～250个/ml。许多海洋细菌能发光，称为发光细菌（luminous bacteria）。
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6 细菌的分类命名与鉴定
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6.1 细菌的分类单元
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6.1.1 种以上的分类单元
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6.1.1.1 种
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种是生物分类中基本的分类单元和分类等级，目前细菌分类中已经描述的种仍主要是根据各种特征（其中主要是表型特征）综合分析划分的。因此，细菌的种可以看作是：具有高度特征相似性，亲缘关系极其接近，与其他种有明显差异的一群菌株的总称。但由于对细菌种的划分尚缺乏统一的客观的标准，分类学上已经描述的种潜在着不稳定性，有的种可能会随着认识的深入、分种依据的变化等将进行必要的调整。如能够引起多种水产养殖动物发生“弧菌病（vibriosis）”的鳗弧菌（Vibrio anguillarum），在1984年出版的《Bergey’s Manual of Systematic Bacteriology》第1卷中包括生物型Ⅰ（biovarⅠ）和生物型Ⅱ（biovarⅡ），现已将生物型Ⅱ提升为种的分类位置即奥氏弧菌（V.ordalii），生物型Ⅰ即鳗弧菌。
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6.1.1.2 属
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属是介于种（或亚种）与科之间的分类等级，也是生物分类中的基本分类单元。通常是将具有某些共同特征或密切相关的种，归为一个高一级的分类单位即属。在系统分类中，任何一个已命名的种都归属于一个属。当某一个种与其他相关属的种具有重要的区别时，也可以鉴定为只有一个种的属。一般来讲，细菌属间的差异比较明显，但属的划分现也缺乏客观标准。因此，属水平上的分类也会随着分类学的发展而变化，属内所含种的数目也会由于新种的发现或种的分类地位的改变而变化。如上面所述的鳗弧菌，现已调至由MacDonell和Colwell等于1985年提议，并已得到细菌国际命名委员会认定的利斯顿氏菌属（Listonella MacDonell and Colwell 1986），名为鳗利斯顿氏菌（L.anguillarum），相应在弧菌属内也减少了该种。
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6.1.2 种以下的分类单元
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6.1.2.1 亚种
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亚种也缩写为subsp.（或ssp.），是指当某一个种内的不同菌株存在少数明显且稳定的变异特征或遗传性状但又不足以区分成新种时，可以将这些菌株细分为两个或更多的比种等级小的分类单元及亚种，亚种是正式分类单元中地位最低的分类等级。变种（variant，var.）是亚种的同义词，在《细菌命名国际法规》（ICNB）1976年修订本发表以前，变种是种的亚等级，因“变种”一词易引起词义上的混淆，1976年后细菌种的亚等级一律采用亚种（subsp.），而不再使用变种（var.）。
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6.1.2.2 型
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型（form或type）是亚种以下的细分，当同种或同亚种不同菌株之间存在的生物学性状差异，不足以分为新的亚种时，可以分为不同的型，常用于细菌尤其是病原菌中紧密相关菌株的区分，如不同的血清型、致病型等。由于“type”一词既代表“型”又可代表“模式”，为避免混淆，现在对表示型的词作了修改，用“-var”代替“-type”。现将较为常用的型的含义及其表达方式列于表1-6（引自沈萍主编《微生物学》2000）中。
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表1-6 常用型的术语及其含义
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6.1.2.3 菌株
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菌株（strain）是指由一个菌体单细胞繁衍而成的克隆（clone），以及在无性繁殖系中的一个细菌细胞或细菌细胞群体。从自然界中分离得到任何一种细菌的纯培养物，都可以称为细菌的一个菌株；用实验方法（如通过诱变或人工构建）所获得某一菌株的变异型或工程菌，也可以称为一个新的菌株，以便与原来的菌株相区别。所以，一种细菌可以有许多的菌株，它们在遗传上是相似或一致的。菌株是细菌分类和研究工作中最基础的操作实体，由于在同种或同一亚种的不同菌株间，作为分类鉴定的一些主要性状是相同的，但在不直接影响定种或界定亚种的某些性状（如有的生化性状、代谢产物和产量的性状等）上是可有或大或小差异的，且在不同株间可能存在重要差异，所以在实际工作中除了需注意菌株的种名外，还要注意菌株的名称。菌株的名称常用数字编号、字母、人名、地名等表示，所用符号有的是随意的（但一般均有具体含义），有的为收藏该模式菌株（type strain）或参考菌株（reference strain）的菌种保藏机构的缩写。如枯草芽孢杆菌ASI.398（Bacillus subtilisASI.398）和枯草芽孢杆菌BF7658（Bacillus subtilis BF7658），分别代表枯草芽孢杆菌的两个菌株（ASI.398和BF7658分别为菌株的编号）。此两个菌株，前者可用于生产蛋白酶，后者可用于生产α-淀粉酶；另外，其模式菌株为ATCC6051（Bacillus subtilis ATCC6051），即在ATCC保藏的模式菌株编号为6051。
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上述的型、菌株等虽不是法定的分类名称，但却是较为普遍使用的习惯用语，其含义相对来讲比较明确。在细菌分类中，还常用群（group）、组（section）、系（series）等，这些类群名称用在不同场合，常常有非常不同的含义，可以是种水平上的类群，也可以代表属以上等级分类单元的集合。因此，在阅读文献时应注意区别。另外，培养物（culture）也是在细菌学工作中常用的名词，是指一定时间一定空间细菌的细胞群或生长物，如细菌的营养琼脂斜面培养物和营养肉汤培养物等；若某一培养物是由单一细菌细胞繁殖产生的，则称之为该细菌的纯培养物（pure culture），在细菌分类鉴定、生物学性状研究、菌种保藏等工作中，均使用的是纯培养物。
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6.2 细菌分类单元的命名与模式的指定
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6.2.1 细菌分类单元的命名
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6.2.1.1 属名
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属名采用一个单数主格名词或当作名词用的形容词来表示，可以是阳性、阴性和中性，首字母要大写。如Bacillus （芽孢杆菌属）（阳性），拉丁词，原意为“小杆菌”，因该属细菌有芽孢，所以译为“芽孢杆菌属”；Clostridium （梭菌属）（中性），源于希腊词，原意为“纺锤状菌”；Edwardsiella （爱德华氏菌属）（阴性），为纪念美国细菌学家爱德华（P.R.Edwards 1901—1966），以其姓氏命名。
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对于亚属分类单元的命名，与属名是相同的。
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6.2.1.2 种名
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和其他生物一样，细菌的种名也一直是采用瑞典科学家（植物学家、动物学家、地质学家、医学家）林奈（Carl Von Linné 1707—1778）在1753年提出的双名法（binomial nomenclature）命名，即种的学名由属名和种名加词两个部分组成。第一个词为属名，首字母要大写；第二个词为种名加词，常用形容词（要与属名的性别一致），也可以用人名、地名、病名或其他名词（名词用主格或所属格形式），种名加词的首字母不大写。如Pseudomonas aeruginosa（铜绿假单胞菌），其中Pseudomonas是属名（假单胞菌属）（阴性），aeruginosa是种名加词，是拉丁语形容词（阴性），原意为“铜绿色的”；Mycobacterium tuberculosis（结核分枝杆菌），其中Mycobacterium是属名（分枝杆菌属），系希腊词源的复合词（中性），tuberculosis是种名加词，是希腊词和拉丁词缀合成的名词所属格形式，意为“结核病的”；Edwardsiella tarda（迟钝爱德华氏菌），其中Edwardsiella是属名（爱德华氏菌属）（阴性），tarda是种名加词，是拉丁语形容词（阴性），原意为“缓慢”（这里意为不活泼）。当泛指某一属细菌但不特指该属中任何一个种（或未定种名）时，可在属名后加sp.或spp.（分别代表species缩写的单数和复数形式）表示，如Edwardsiellasp.（一种爱德华氏菌）、Edwardsiella spp.（某些种的爱德华氏菌）。
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6.2.1.3 亚种名
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亚种名为三元式组合，即由属名、种名加词和亚种名加词构成，也称为三名法。同时，在种名加词和亚种名加词之间，加上表示亚种的正体字subsp.（亚种的缩写词）。如杀鲑气单胞菌无色亚种的亚种名为：
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水产养殖动物病原细菌学
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6.2.1.4 属级以上分类单元的名称
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亚科、科以上分类单元的名称，是用拉丁或其他词源拉丁化的阴性复数名词（或当作名词用的形容词）命名，首字母都要大写。其中，细菌目、亚目、科、亚科、族和亚族等级的分类单元名称，都有固定的词尾（后缀），具体的词尾构成是：目为-ales、亚目为-ineae、科为-aceae、亚科为-oideae、族为-eae、亚族为-inae。
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此外，在分类单元名称的后面还可附上命名人的姓名和命名年号，如Edwardsiella tarda Ewing and McWhorter 1965，这表明该菌（迟钝爱德华氏菌）是由Ewing和McWhorter于1965年命名的。
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在正式出版物中，属、种和亚种等级分类单元的学名应用斜体字印刷（其中表示亚种的缩写词subsp.需用正体），以便识别。如气单胞菌属的学名为Aeromonas，嗜水气单胞菌的学名为Aeromonas hydrophila，杀鲑气单胞菌杀鲑亚种的学名为Aeromonas salmonicida subsp.salmonicida。
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6.2.2 命名模式及其指定
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由于细菌分类单元的划分缺乏一个易于操作的统一标准，所以为了减少因采用不同标准界定分类单元所造成的混乱，细菌系统分类也像其他生物分类一样采用“模式概念”。即根据ICNB的要求，正式命名的分类单元应指定一个命名模式（简称模式）作为该分类单元命名的依据。种和亚种指定模式菌株（type strain）；亚属和属指定模式种（type species）；属以上至目级分类单元指定模式属（type genus）。因此，当某一菌株被鉴定为一个新种或新的亚种时，该菌株就应指定为该种或该亚种的模式菌株；如果有几个菌株同时被鉴定为一个新种或新亚种，则必须指定其中一个较有代表性的菌株作为该种或该亚种的模式菌株。模式菌株应送交菌种保藏机构保藏，以便备查考和索取。模式种和模式属的确定，也大体如此。如肠杆菌科（Enterobacteriaceae）细菌的模式属为埃希氏菌属（Escherichia），埃希氏菌属的模式种为大肠埃希氏菌（Escherichia coli），大肠埃希氏菌的模式菌株为ATCC11775。
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6.2.3 新名称的发表
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6.2.3.1 合法性
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合法性是指一个分类单位（taxa）的命名，要符合ICNB方具有合法性。ICNB中所规定的细菌分类阶元，即如前所述的从低到高为：亚种、种，亚属、属，亚族、族，亚科、科，亚目、目，亚纲、纲。ICNB在“分类单位的命名”一章中规定，种（不包括种）以上的分类阶元是一个独立的词，并拉丁化；种名采用双名法，即属名加种的形容词；亚种名必须是四体结合，即属名＋种的形容词＋亚种缩写词subsp.＋亚种形容词。
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6.2.3.2 生效发表
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一个分类单位名称的生效发表要符合下述要求：①发表在IJSB/IJSEM上，发表的时间即是生效发表时间，其他刊物上的发表只是有效发表；②在IJSB/IJSEM上发表时要有此新分类单位的描述，或有效发表的文献参考；③在IJSB/IJSEM上发表时要有此新分类单位的模式，对于新合并分类单位要有引用的模式。
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6.2.3.3 优先发表
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细菌名称发表的优先权从1980年1月1日算起，在此之前发表的并由系统细菌国际委员会（ICSB）批准的所有细菌名称都认定是1980年1月1日生效发表的。在此之后，最先发表的正确名称具有优先权。
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发表新名称时，要在新名称之后加上所属新分类等级的缩写词，如新目“ord.nov.”、新属“gen.nov.”、新种“sp.nov.”、新亚种“subsp.nov.”等，其后面的“nov.”是“novel（新的）”的缩写。如Ishimaru等于1996年首次报道了对牙鲆具有致病作用的一种新病原弧菌，即鱼肠道弧菌（Vibrio ichthyoenteri Ishimaru et al 1996）；见：Ishimaru K，Akagawa-Matsushita M，and Muroga K.（1996）Vibrio ichthyoenteri sp. nov.，a pathogen of Japanese flounder（Paralichthys olivaceus）. International Journal of Systematic Bacteriology，46：155～159。
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6.3 三界生物的划分与细菌分类系统
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6.3.1 三界生物的划分
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最初根据生物的形态和生理特征，把地球上的生物分为动物界（Animalia）和植物界（Plantae）两类，且在生物学界统治了多年。到20世纪30年代，Chatton（1937）主要根据生物细胞的结构，把所有生物分为了原核生物（prokaryotes）和真核生物（eukaryotes）两大类，当时Chatton对真核生物的定义是，细胞存在由膜包围的核和细胞器，原核生物的细胞缺少这些结构；从20世纪60年代起，原核生物—真核生物间的双歧进化学说（dichotmy），随着区分它们的指标不断变化也被称为教条，并较长时间地束缚了人们探讨生命进化的思想。此外，在近代还有人提出过诸为三界、四界、五界和六界的生物分类系统。这些分类系统存在的共同问题，是没有很好反映出生物之间的亲缘关系。直到20世纪70年代后期，美国伊利诺伊大学的进化学家沃斯（Carl R. Woese）等人（1977）用寡核苷酸序列编目分析法，对60多种不同细菌的16S rRNA序列进行比较后，发现一群序列奇异的细菌——产甲烷细菌，完全没有作为细菌特征的那些序列，于是提出了生命的第三种形式——古细菌（archaebacteria），随后又经对包括某些真核生物在内的大量菌株进行16S rRNA（18S rRNA）序列的分析比较，又发现极端嗜盐菌和极端嗜酸嗜热菌也和产甲烷细菌一样，具有既不同于其他细菌也不同于真核生物的序列特征，而它们之间则具有许多共同的序列特征；于是沃斯等人提出了将生物分成为三界，后来改称三个域（domain），即古细菌、真细菌（eubacteria）和真核生物。1990年，沃斯等为了避免把古细菌也看做是细菌的一类，又把三界（域）改称为Bacteria（细菌）、Archaea（古生菌）和Eukarya（真核生物），即生命系统构成的“三域说（Three Domains Proposal）”，并构建了三界（域）生物的系统树（图1-50，引自沈萍、陈向东主编《微生物学》第2版2006）。
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图1-50 全生命系统树
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Woese的三界理论提出后，国际上对生物的系统发育进行了更广泛的研究。其中，除了继续对rRNA序列进行比较分析外，还在其他特征（也含许多表型特征）方面进行了广泛研究。结果表明，三界理论虽然是在16S rRNA序列的比较分析基础上提出的，但对其他特征的比较研究结果也在一定程度上支持了三界生物的划分。德国进化生物学家Gunter Wachtershauser在评论这一生物进化理论时说：“Woese是从海洋中举起了一块完全淹没了的陆地”，“这最终使生物学成为一个完整的科学，因为这是第一次在研究进化时包括了所有的生物”。Woese自己也兴奋地写到“谈到分子序列，一个生物进化学家就感到进入了自由王国，他们现在能透过寒武的墙去窥视地球40亿年进化历史的全貌”。不过，我们也不难发现，Woese的“rRNA生命树”是一个无根的进化树，这个树并未回答生物进化的关键问题，即生命的共同祖先（进化树的根）是什么？也尚未阐明三界生命间的进化关系，这些均还有待于人们去深入探讨。
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6.3.2 细菌分类系统
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6.3.2.1 伯杰氏细菌分类系统
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20世纪60年代以前，国际上不少细菌分类学家都曾对细菌进行过全面的分类，提出过一些在当代有影响的细菌分类系统。但到20世纪70年代以后，对细菌进行全面分类的、影响最大的是《伯杰氏鉴定细菌学手册》（Bergey’s Manual of Determinative Bacteriology），它是伯杰氏细菌分类系统的综合和标准，目前已成为对细菌进行分类鉴定的主要参考书。
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《伯杰氏鉴定细菌学手册》是由美国细菌学家协会（现在的美国微生物学会）发起编写的，最初指定由美国宾夕法尼亚大学的细菌学教授伯杰（David H.Bergey 1860—1937）作为编委会主席，在1923年出版了第1版；随着细菌分类学研究的深入和发展，相继在1925、1930、1934、1939、1948、1957、1974和1994年出版了第2至第9版。1957年第7版后，由于越来越广泛地吸收了国际上细菌分类学家参加编写（如1974年第8版的撰稿人多达130多位，涉及15个国家；现行版本撰稿人多达300多位，涉及近20个国家），所以它的近代版本反映了出版年代细菌分类学的最新成果，因而逐渐确定了它在国际上对细菌进行全面分类的权威地位。20世纪70年代以来，《伯杰氏鉴定细菌学手册》所提出的分类系统已被各国普遍采用。尽管该书编辑们一再坚决否认，但还是被普遍看作是国际上通用的“正式的”或“官方的”分类。
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1984—1989年，陆续出版的四卷册《伯杰氏系统细菌学手册》（Bergey’s Manual of Systematic Bacteriology）第1版，是在《伯杰氏鉴定细菌学手册》第8版（1974）的基础上，根据10多年来细菌分类所取得的进展修订的，在着重于表观特征描述的基础上，结合化学分类、数值分类特别是DNA相关性分析及16S rRNA寡核苷酸编目在生物种群间的亲缘关系研究中的应用作了详细的阐述，体现了细菌分类的研究从表观向系统发育体系的发展。此外，还附有每个菌群的生态、分离和保藏及鉴定方法。该手册主要依据表型，将细菌划分为33群。
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1994年，又将《伯杰氏系统细菌学手册》第1版（1～4卷）中有关属以上分类单元的分类鉴定资料进行少量的修改补充后，汇集成一册并仍用原来的《伯杰氏鉴定细菌学手册》书名出版，所以将其称为《伯杰氏鉴定细菌学手册》第9版。此第9版《伯杰氏鉴定细菌学手册》几乎是《伯杰氏系统细菌学手册》第1版（1～4卷）的缩写版，共含35群细菌，除了对细菌各属关键表观特征的描述外，属内种的鉴定特征是以表格的形式出现的，对于鉴定工作是很方便的。
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由加里蒂（George Garrity）主编的《伯杰氏系统细菌学手册》第2版，分为5卷于2001年（第1卷）始陆续发行。此版纳入了研究rRNA测序所产生的许多概念，并同常规分类信息结合起来，向自然（系统发育）分类系统迈进了。新修订的第2版5卷本，大致的分类及其在各卷中的安排为：第1卷为古生菌、蓝细菌、光合细菌以及系统发育最早分支的细菌；第2卷为变形杆菌，包括形态学和生理学特征极为多样的革兰氏阴性菌；第3卷为低G＋C含量（50%mol以下）的革兰氏阳性菌；第4卷为高G＋C含量（50%mol以上）的革兰氏阳性菌，包括放线菌及相关的革兰氏阳性菌；第5卷为浮霉状菌、螺旋体、丝杆菌、拟杆菌、梭杆菌及衣原体等，属于革兰氏阴性菌。第2版与第1版的最大区别，是在很大程度上根据系统发育资料，而不是根据表型特征对分类群和整体安排进行了较大的调整。第2版将原核生物分为古生菌域和细菌域，古生菌域分有2门8纲，细菌域分有23门31纲。过去根据表型特征归类在一起的菌属，有的现在根据系统发育分类已被归类在不同的目、纲甚至不同的门中，如在第1版中微球菌属（Micrococcus）是和其他菌属的“革兰氏阳性球菌”归在一组进行分类描述的，但在第2版中则由于系统发育与放线菌相关，则将其归在了放线菌门、放线菌纲中；革兰氏阴性菌分类调整的幅度也很大。
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6.3.2.2 《原核生物》分类系统
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斯塔尼尔（Stanier）和范·尼尔（Van Niel）在1962年指出，原核生物是一群与其他生物有明显界限而又有关联的单细胞生物。1981年由Stanier等主编的第1版《原核生物》（The Prokaryotes），对原核生物界的全面认识起到了重要作用。
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1992年，由Balows等主编的《原核生物》第2版，完全遵照原核生物系统发育的顺序，描述了每个分支上细菌的属或更高的分类单元。这个原核生物系统发育是以Woese的rRNA序列同源性为基础，首次为单细胞的原核生物建立了真正的系统发育树。16S rRNA序列同源性不仅建立了原核生物系统发育学，而且还证实了原核生物由古生菌和细菌两大群组成，两者间的亲缘关系不比它们之一与真核生物的关系更密切，表明生命是以三种形式存在，即如前所述的在1990年Woese把它们所定义的古生菌域、细菌域和真核生物域。
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《原核生物》第2版主题编排上与第1版有本质的不同，第2版完全按照系统发育树进行了各章节的编排。当然这也有存在的问题，一是一些表观特征相近而系统发育上无关的菌群将在不同章节中描述；二是一些系统发育不确定的菌群无法归属。为了解决这些矛盾，第2版将所有内容分为六部分，即：Ⅰ.引言中介绍了微生物学的广泛性、原核生物的多样性、系统发育、分离鉴定、保藏及应用；Ⅱ.包括的章节为原核生物的生命周期、习性、厌氧生长、互营作用，并在一系列概要性的章节中，介绍了人们所熟悉的表观特征群；Ⅲ.按系统发育学，介绍古生菌有关的目和属；Ⅳ.按系统发育学，介绍细菌域中的各个分支，是《原核生物》的主要内容；Ⅴ.包括那些已建立了固定的共生作用的微生物；Ⅵ.包括还未确定系统发育关系的菌群。
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6.4 细菌分类鉴定的指征
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6.4.1 传统分类
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6.4.1.1 形态学特征
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形态学特征一直被作为对细菌分类和鉴定的一个重要依据，因其不仅易于观察比较，而且不少形态学特征是依赖于多基因的表达，以致具有相对稳定性。在实践中对细菌的鉴定，更常是将形态学特征作为检验的第一步内容。对细菌形态特征的检查，主要包括基本形态、大小与排列形式、有无某种特殊结构、某些细胞内含物和染色反应等。
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6.4.1.2 培养特征
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细菌的培养特征，主要指的是在不同培养基、不同生长条件下的生长表现，如在固体培养基、液体培养基、鉴别培养基、好氧或厌氧培养、CO2条件下培养、不同温度或不同pH条件下培养等的生长情况。尤其是在固体培养基上的菌落特征和对氧的需要，更常用于作为分类鉴定的依据。
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6.4.1.3 生理生化特性
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生理生化特性鉴定，是对被检菌株归属和种类判定的主要内容。鉴定时对生理生化性状的选择，目前主要依据的是《伯杰氏鉴定细菌学手册》及《伯杰氏系统细菌学手册》。其中，主要包括碳水化合物的代谢试验、蛋白质及氨基酸的代谢试验、碳源与氮源利用试验和酶类试验等。另外，上面所述及的一些培养特征内容，亦属于细菌生理特性的范畴。
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6.4.1.4 型别特征
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对型的鉴定通常是在特定需要的情况下进行的，或出于研究工作的需要。对不同形态型、生物型的鉴定，是通过形态特征、生理生化试验完成的；不同致病型，需通过对不同种动物（如鱼类致病菌对不同鱼类做感染试验）进行致病作用检查、或对同种动物做不同致病性的检查来确定；不同血清型，需用已知的免疫血清通过免疫血清学，如常用的凝集反应、沉淀反应等的测定来予以明确；不同噬菌型，需用已知的噬菌体做噬菌体溶菌反应来确定。
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6.4.2 数值分类
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细菌的性状和特征虽然是分类的依据，但如何利用测定的各项指标尤其是表型特征，来划定细菌的分类位置，使之尽量符合进化规律，是一个重要问题。在上面所述及的传统分类，可以认为是一种定性分类；相对来讲，数值分类（numerical taxonomy）则为一种定量的分类方法。在传统分类法中，研究者常常认为细菌的某些性状是主要指标，另一些则列为次要的，这样则有时会妨碍人们寻找生物的客观进化规律。数值分类法与其相比的特点是，采用较多的分类特征，并根据“等重原则”对各个分类特征不分主次，同等对待。
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数值分类法，是通过广泛比较分类单位的性状特征，然后计算它们之间的相似性（similarity），再根据相似性的数值划分类群的一种分类方法。数值分类法的思想最初是由法国植物学家阿丹森（Michael Adanson）于1757年提出来的，由于当时及以后相当长的一段时间里缺少有效的计算工具而未能实现。直到1957年英国生物学家斯尼思（P.H.A.Sneath）及其同事首先借助于电子计算机进行细菌的数值分类，这种方法才开始用于生物分类。
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数值分类法是根据生物表型特征总的相似性分类，所以其分类结构所表示的是一种表型关系，并不直接表示生物的系统发育，因此数值分类所划分的类群又称为表元（phenon）或表观群（phemotic group）以区别于传统的分类单元。但通过对数值分类结构的分析，可以将其分类结果作为建立或修改传统（自然）分类单元（如种、属等）的依据。数值分类使生物分类从传统分类的定性描述发展到进行定量分析的水平，其主要目的是建立一种客观的聚类方法，并实现聚类过程的自动化。
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6.4.3 化学分类
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6.4.3.1 细胞壁化学组分分析
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原核生物包括细菌和古生菌两种细胞分子特性十分不同的类群，如前所述它们的细胞特性既不同于真核生物，且在其相互间也有区别。根据G+细菌胞壁肽聚糖分子中肽链第3位氨基酸的种类、中间肽桥和邻近的四肽交联位置，可将它们归纳为5种不同的类型：Ⅰ类是第3位的氨基酸为内消旋的二氨基庚二酸（m-DAP），与邻近的肽链以3-4交联，这类细菌包括棒杆菌（Corynebacterium）、分枝杆菌（Mycobacterium）、诺卡氏菌（Nocardia）和乳杆菌（Lactobacillus）、节杆菌（Arthrobacter）及丙酸杆菌（Propionibacterium）属中的某些种；Ⅱ类是第3位为赖氨酸，与邻近的肽链以3-4交联，这类菌包括链球菌（Streptococcus）、片球菌（Pediococcus）、明串珠菌（Leuconostoc）、葡萄球菌（Staphylococcus）、微球菌（Micrococcus）、乳杆菌、节杆菌和双歧杆菌（Bifidobacterium）属中的某些种；Ⅲ类是第3位为LL-DAP，与邻近肽链以3-4交联，这类包括链霉菌（Streptomyces）、类诺卡氏菌（Nocardioides）、节杆菌、丙酸杆菌属中的某些种；Ⅳ类是第3位为L-鸟氨酸，与邻近肽链以3-4交联，这类菌包括双歧杆菌和乳杆菌属中的某些种；Ⅴ类是第3位上的结构不固定，中间肽桥包括二氨基酸、第2位的D-谷氨酸和第4位的D-丙氨酸之间的羧基在内，属于这类菌的有某些节杆菌和其他菌等。
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6.4.3.2 枝菌酸分析
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枝菌酸（mycolic acid）及其他极性脂是细胞膜的重要组分，枝菌酸的有无和分子特性，是诺卡氏菌形放线菌（Nocardioform Actinomycetes）分类必不可少的化学指征。从分子结构上看，枝菌酸属于α-烷基-β-羟基高分子脂肪酸。
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使用气质联用色谱仪分析枝菌酸，根据分子中所含碳原子数目的多少，可将枝菌酸分作四类：约含80个碳原子的分支杆菌酸（mycobcteomycolic acid），约含60个碳原子的诺卡氏枝菌酸（nocardomycolic acid），约含40个碳原子的红球菌枝菌酸（rhodomycolic acid），约含30个碳原子的棒杆菌枝菌酸（corynomycolic acid）。简单的薄板层析（TLC）方法，也可以对枝菌酸进行定性分析。
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6.4.3.3 磷酸类脂分析
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磷酸类脂（phospholipid）属极性脂，与蛋白质、糖等构成细胞膜，对于细胞的物质运输、代谢及维持正常的渗透压都有重要作用。研究表明，具有分类学意义的磷酸类脂为：磷脂酰乙醇胺（PE）、磷脂酰胆碱（PC）、磷脂酰甲基乙醇胺（PME）、磷脂酰甘油（PG）和含葡萄糖未知结构的磷酸类脂（phospholipids of unknown structure containing glucosamine，GluNus）等五种。Lechevalier夫妇分析了放线菌48个属的磷酸类脂组成，将好氧放线菌分为5种磷酸类脂类型。通常是用硅胶薄板层析（TLC）方法，进行磷酸类脂定性分析。
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6.4.3.4 脂肪酸组分分析
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脂肪酸（fatty acid）通常以极性脂的形式存在，是一项重要的分类特征。脂肪酸组分一般较为复杂，分别归属三种类型，即直链、分支和复杂形式的脂肪酸。如糖单孢菌属（Saccharomonospora）的脂肪酸是由iso-，anteiso-，分支和直链系列不饱和脂肪酸组成的混合物；假诺卡氏菌属中以iso-分支脂肪酸为主，其主要组分是iso-C16：O，同时含有C16：O和10-甲基-C16：O等组分（Reichert et al.，1998）。脂肪酸的链长、双键位置和数量及取代基团，在细菌中具有分类学意义。脂肪酸分析应在标准化的条件下进行，因为不同组分的相对含量因菌龄和培养条件的不同而异。用作脂肪酸分析的菌体应在生长的稳定期收获，在高度标准化的培养条件下，细胞的脂肪酸甲基脂（fatty acid methyl esters，FAMEs）组分是一较稳定的分类学特征。脂肪酸定性分析结果，应用于属和属以上的分类水平。脂肪酸定量分析结果，可为种和亚种分类提供有用的基本资料。脂肪酸分析可使用毛细管气相色谱分析，非极性的柱（如OV-1柱）可清楚地分开所有主要组分，而极性柱主要用于鉴别不饱和与二甲基分支脂肪酸组分。
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6.4.3.5 醌组分分析
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细菌细胞膜上的醌有泛醌（ubquinone，辅酶Q）和甲基萘醌（menaquinone，MK即维生素K），甲基萘醌的侧链由不同的异戊烯单位构成，常用来分析醌的方法有薄板层析（TLC）法和高压液相法等。Jeffries等人的研究表明，甲基萘醌分子中的多烯侧链长度和3位碳原子上多烯侧链的氢饱和度，对于放线菌具有分类学意义。此后，Yamada、Collins、Minnikin等人建立了醌在不同菌分类鉴定中的指标，并划分了放线菌的甲基萘醌类型。
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6.4.3.6 全细胞蛋白SDS-PAGE分析
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全细胞SDS降解蛋白质片段的聚丙烯酰胺凝胶电泳（SDS-PAGE），是一种通过分析蛋白图谱来获取化学分类信息的快速技术。在高度标准化的培养条件下，它是一种分群和大量比较相近菌株的较好方法。这项技术另一个好处是，它与DNA-DNA杂交有很好的相关性，以及鉴定在种的水平上的分类区别。全细胞蛋白SDS-PAGE已经用于改进几种革兰氏阳性和阴性菌属，如伯克霍尔德氏菌属（Burkholderia）和弯曲杆菌属（Campylobacter）等的分类。
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6.4.3.7 核糖体蛋白双向凝胶电泳分析
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由于全细胞蛋白电泳图谱较为复杂，核糖体蛋白的图谱用于一些高G+C mol%革兰氏阳性细菌，如放线菌分类已开始受到重视。一般原核生物的核糖体蛋白含有五十多种组分，而且其变化也较其他蛋白质保守。最近几年，核糖体蛋白图谱已开始用于小四孢菌（Microtetraspora）、小双孢菌（Microbispora）、马杜拉菌、小单孢菌、链霉菌和链孢囊菌（Streptosporangium）等的分类研究。目前，核糖体蛋白作为分类指征，有单相凝胶电泳图谱比较核糖体蛋白种类、双向聚丙烯酰胺凝胶电泳（2D-PAGE）测定AT-L30蛋白的相对电泳迁移率（REM）和测定氨基酸序列三个层次。Ochi（1995）通过对链霉菌属的81个典型种的核糖体蛋白AT-L30N端氨基酸序列分析，并根据氨基酸序列构建了聚类树状谱，结果发现形成的4个核糖体蛋白氨基酸序列类群与已有的表观数值分类的结果（Ⅰ～Ⅳ）有相关性；同时也指出，这一结果与16S rRNA序列分析的一致性比数值分类更高。因此，核糖体蛋白的2D-PAGE技术可以是多相分类中的方法之一。此外，ATPase、延伸因子、同工酶、反转录酶及分子伴侣等某些特殊蛋白亦开始用于分类研究，并证明有分子保守性、方法简便等优越性。
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6.4.4 分子分类
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6.4.4.1 DNA中碱基组成（G+C mol%）分析
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DNA分子中所含的腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胞嘧啶（C）和胸腺嘧啶（T）四种碱基，其组成和排列顺序决定着生物的遗传性状，所以，DNA碱基组成是各种生物的一个稳定特征。它不受菌龄以及突变因素以外外界条件的影响，即使个别基因突变，碱基组成也不会发生明显变化。分类学上，用G+C占全部碱基物质的量百分数（G+C）%[G+C mol%＝（G+C）/（G+C+A+T）×100]来表示各类生物的DNA碱基组成特征。每一种生物都有一定的碱基组成，亲缘关系近的生物，它们应该具有相似的G+ C mol%含量，若生物之间G＋Cmol%含量差别大，则表明它们关系远。现有数据表明：高等植物的G+Cmol%范围大约为35%～50%；脊椎动物G+Cmol%约为35%～45%；原核生物中G+Cmol%变化幅度宽达22%～80%，这也足以表明原核生物是一个极为多样性的类群。目前，虽然还没有一个统一的界定各级分类单元的G+C含量标准，但大量资料表明：同一个种内的不同菌株G+C含量差别应在4%～5%以下（测定方法本身的误差可能高达2%）；同属不同种的差别应低于10%～15%，通常低于10%。所以G+C含量已经作为建立新的微生物分类单元的一项基本特征，它对于种、属甚至科的分类鉴定有重要意义。如20世纪80年代以前，螺菌属（Spirillum）不同种的G+C含量范围宽达38%～66%，后来《伯杰氏系统细菌学手册》（1984）中，结合其他特征已将其分成三个属：螺菌属、海洋螺菌属（Oceanospirillum）和水螺菌属，它们的G+C含量分别为38%、42%～51%和49%～66%；过去根据形态学特征，曾认为微球菌属（Micrococcus）和葡萄球菌属（Staphylococcus）是关系很近的两个属，因而长期放在一个科内，由于G+C含量的差异（分别为30%～38%和64%～75%），表明它们亲缘关系相当远，现在根据16S rRNA序列资料已进行新的调整。然而，值得强调的是：G+C含量的分类学意义，主要是作为建立新分类单元的一项基本特征和把那些G+C含量差别大的种类排除出某一分类单元。但绝不能认为：G+C含量相近的生物，它们亲缘关系就一定相近，因为G+C含量并没有反映出碱基在DNA分子中的排列顺序，G+C含量相同或相近，只表明它们具有亲缘关系相近的可能性，是否真正同源，还需要碱基排列顺序分析比较或其他特征的进一步证实。测定DNA碱基组成的方法很多，常用的有热变性温度法、浮力密度法和高效液相色谱法。在细菌分类中，由于热变性温度法操作简单、重复性好而最为常用。
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6.4.4.2 核酸分子杂交
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生物的遗传信息以碱基排列顺序（遗传密码）形式线性地排列在DNA分子中，不同生物DNA碱基排列顺序的异同，直接反映这些生物之间亲缘关系的远近，碱基排列顺序差异越小，它们之间的亲缘关系就越近，反之亦然。由于目前尚难以普遍地直接分析比较DNA的碱基排列顺序，所以分类学上目前主要采用较为间接的比较方法——核酸分子杂交（hybridization），来比较不同微生物DNA碱基排列顺序的相似性进行微生物的分类。核酸分子杂交在微生物分类鉴定中的应用，主要包括DNA-DNA杂交和DNA-rRNA杂交。
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（1）DNA-DNA杂交 DNA-DNA杂交（molecular hybridization）是分析DNA同源性（homology）的一种有效手段（同源性通常以同源%表示），DNA同源性分析是确立正确的分类位置、建立自然分类系统最直接的方法。其原理是对双链结构的DNA分子进行加热处理（解链）时，互补结合的双链可以离解成单链，即DNA变性；若将变性了的DNA分子进行缓慢冷却处理（退火）时，已离解的单链又可以重新结合成原来的双链DNA分子，这一过程叫DNA的复性。不仅同一菌株的DNA单链可以复性结合成双链，来自不同菌株的DNA单链，只要两者具有同源互补的碱基序列，它们也会在同源序列之间互补结合形成异源双链（heteroduplex），这就称之为DNA-DNA分子杂交。不同微生物之间，DNA同源程度越高，其杂交率就越高，两者的亲缘关系也就越近；若两个菌株DNA分子序列完全相同，则应100%地杂交结合。
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自20世纪60年代将DNA-DNA杂交技术应用于细菌分类以来，已经对大量的菌株进行过研究，它对于许多有争议的种的界定和建立新种起了重要作用。DNA-DNA杂交可以在总体水平上研究细菌间的关系，用于种水平上的分类学研究。1987年，国际系统细菌学委员会（ICSB）规定，DNA同源性≥70%或杂交分子的热解链温度差≤2℃为细菌种的界限；也有许多资料表明，DNA-DNA杂交同源性在60%以上的菌株可以认为是同一个种，同源性超过70%为同一亚种，同源性在20%～60%是同属不同种的关系。在细菌分类中，DNA-DNA杂交，已被确定为建立新种的必要标准之一。DNA的杂交值和结合率，可以反映出两基因组间序列的相似性。已经证明，每错配1%，杂交热稳定性降低1%～2.2%，但目前还不能确切地将杂交值或结合率转换为基因组序列的相似性。
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（2）DNA-rRNA杂交 研究表明，当两个菌株DNA的非配对碱基超过10%～20%时，DNA-DNA杂交往往不能形成双链，因而限制了DNA-DNA杂交主要应用于种水平上的分类。为了进一步比较亲缘关系更远的菌株之间关系，需要用rRNA与DNA进行杂交。rRNA是DNA转录的产物，在生物进化过程中，其碱基序列的变化比基因组要慢得多，保守得多，它甚至保留了古老祖先的一些碱基序列。因此，当两个菌株的DNA-DNA杂交率很低或不能杂交时，用DNA-rRNA杂交仍可能出现较高的杂交率，因而可以用来进一步比较关系更远的菌株之间的关系，进行属和属以上等级分类单元的分类。DNA-rRNA杂交与DNA-DNA杂交的原理和方法基本相同，只是在技术细节上有些差异，如DNA-rRNA杂交中，用同位素标记的是rRNA而不是DNA，等等。rRNA同源性与序列相似性、基因组大小、基因组中rRNA基因的数目以及基因组的复制状态均有关，与DNA结合的rRNA百分比不是rRNA同源性的可靠量度。
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6.4.4.3 16S rRNA序列分析
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自20世纪70年代以后，研究微生物的系统发育，主要是通过分析和比较生物大分子的结构特征，特别是蛋白质、RNA和DNA这些反映生物基因组特征的分子序列，作为判断各类微生物乃至所有生物进化关系的主要指征。
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大量的研究表明，蛋白质、RNA和DNA序列进化变化的显著特点是进化速率相对恒定，也就是说，这些分子序列进化的改变量（氨基酸或核苷酸的替换数或替换百分率）与分子进化的时间成正比。因此，这些生物大分子被看作是分子计时器（molecular chronometers）或进化钟（evolutionary clock），它们真实地记录了各种生物的进化过程。因此，我们可以通过比较不同类群的生物大分子序列的改变量，来确定它们彼此系统发育相关性或进化距离。在两群生物中，如果同一种分子的序列差异很大时，表示它们的进化距离远，这两群生物在进化过程中很早就分支了。如果两群生物同一来源的大分子的序列相同，说明它们处在同一进化水平上。
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虽然蛋白质、RNA和DNA等生物大分子都可以提供生物进化的信息，但并不等于所有各类大分子都广泛适用于生物系统发育的研究。大量的实验研究表明，在众多的生物大分子中，最适合于揭示各类生物亲缘关系的是rRNA，尤其是16S rRNA。16S rRNA所以被普遍公认是一把好的谱系分析的“分子尺”，这是因为：①rRNA参与生物蛋白质的合成过程，其功能是任何生物都必不可少的，而且在生物进化的漫长历程中，其功能保持不变。②在16S rRNA分子中，既含有高度保守的序列区域，又有中度保守和高度变化的序列区域，因而它适用于进化距离不同的各类生物亲缘关系的研究。③16S rRNA相对分子质量大小适中，便于序列分析。在5S rRNA、16S rRNA、23S rRNA三种分子中，5S rRNA约含120个核苷酸，虽然它也可以作为一种信息分子加以利用，但由于其信息量小，应用上受很大限制；23S rRNA虽然蕴藏着大量信息，但由于相对分子质量大（约含2900个核苷酸），使得序列测定和分析比较工作量大，使用时难度较大；而16S rRNA相对分子质量大小适中（约含1540个核苷酸），含有足以广泛比较各类生物的信息量，加上rRNA在细胞中含量大（约占细胞中RNA的90%），也易于提取。④16S rRNA普遍存在于真核生物和原核生物中（真核生物中其同源分子是18S rRNA），因此，它可以作为测量各类生物进化的工具，是一个比较客观和可信度较高的分类指征，这一点也是非常重要的。在20世纪70年代以前，生物进化的研究之所以没有取得突破性进展，重要原因就是没有找到一把可以测量所有生物进化关系的“尺子”。这把“尺子”是如前所述由美国进化学家沃斯（C.R.Woese）于20世纪70年代首先发现的，他用这把尺子对微生物系统发育进行了开拓性研究，发现了生命的第三种形式——古细菌（Michael W.Gray，1996，The third form of life，Nature，383：299）。
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16S rRNA序列分析的方法有两种，一是16S rRNA寡核苷酸分类目录（16S rRNA oligonucleotide catalog）方法，即16S rRNA寡核苷酸序列比较分析；二是扩增16S rRNA的基因即16S rDNA后，与特定的质粒载体连接进行克隆测序或用PCR产物直接测序。其中，16S rDNA已成为研究细菌系统发育，建立自然分类系统的主要依据之一。
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（1）寡核苷酸分类目录分析法 在20世纪80年代中期以前的研究，主要是采用寡核苷酸分类目录（亦称编目）分析法。序列测定大致的做法是，将纯化的16S rRNA用核糖核酸酶（如T1核酸酶）处理，水解成片段，并用同位素（如32P）体外标记（也可以在培养微生物时进行活体标记），然后用双向电泳层析法，分离这些片段，用放射自显影技术确定不同长度的寡核苷酸斑点在电泳图谱中的位置，即获得16S rRNA寡核苷酸的指纹（fingerprint）。根据寡核苷酸在图谱中的位置，小片段的寡核苷酸分子序列即可确定。对于不能确定序列的较大片段核苷酸，还需要把斑点切下，再用不同核糖核酸酶或碱水解进行二级分析，有的可能还要进行三级分析，直至弄清所有片段的序列为止。在此基础上，对6个或更多核苷酸的片段按不同长度进行编目。将所有要比较的微生物的序列目录编好后，即可对这些序列目录资料进行分析比较，采用相似性系数法和序列印迹法，比较各微生物之间的亲缘关系。
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相似性系数法，是通过计算相似性系数SAB值来确定微生物之间的关系。A和B两菌株的相似性系数SAB＝2NAB/（NA+NB），其中NAB代表两菌所含相同寡核苷酸的碱基总数，NA和NB分别代表两菌寡核苷酸所含碱基总数。如果SAB等于1，说明所比较的两菌株rRNA序列相同，是同一进化时间的微生物；若SAB值小于0.1，则两菌亲缘关系很远。序列印迹法，是通过序列比较后，若发现某些序列仅为某种（群）微生物所特有，这些序列即可作为该种（群）微生物的印迹序列（signature sequence）；印迹序列通常出现在某一特定系统发育群的全部成员或绝大多数成员中，所以，它可以作为该系统发育群的标志。印迹序列对于把微生物归入适当类群，或用来制备核酸探针鉴定微生物有重要意义。如上面所述的伍斯在20世纪70年代末发现古细菌，认为生命应分三界的理论，就是采用寡核苷酸编目分析法，对大量的微生物进行分析比较后提出来的。
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（2）16S rDNA的PCR产物直接测序 首先分离和纯化总DNA，然后以总DNA为模板，使用通用保守引物经PCR扩增16S rDNA。通常使用的两个保守引物，分别对应于大肠埃希氏菌（Escherichia coli）16S rDNA的第8～27位碱基（27f）和第1492～1513位碱基（1492r）。具体序列为：27f（正向引物）为5’-AGAGTTTGATCCTGGCTCAG-3’、1492r（反向引物）为5’-TACGGCTACCT TGTTACGACTT-3’。PCR产物经1%琼脂糖凝胶电泳检测，应呈1.5kb左右的带，并有足够的浓度（＞50ng/μl）。纯化后的PCR产物，用自动测序仪进行序列测定。
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获得16S rDNA序列后，对于进化和系统分类的研究，常用一种树状分支的图形来概括各种（类）生物间的亲缘关系，这种树状分支的图形被称为进化树（phylogenetic tree），亦称系统发育树（简称系统树）。通过比较生物大分子序列差异的数值构建的进化树，称为分子进化树。
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进化树是由相互关联的分支线条做成的树形图，具有时空概念，分支线代表着属或种等分类单元，分支的末端和分支的连接点称为结（node），代表生物类群，末端的结代表仍生存着的种类；进化树还有时间尺度，其分支长度代表着已经发生在两线条间的分子进化时间距离，或者用两个结之间的分支长度变化来表示分子序列的差异数值。系统树分无根树（unrooted tree）和有根树（rooted tree）两种形式，无根树只是简单表示生物类群之间的系统发育关系，并不反映进化途径，如图1-51a的上图，只简单表示在A、B、C和D四种生物中，A与B比A与C或D的关系更亲近；在有根树（图1-51b）中，不仅表示出A、B、C、D的亲疏，而且反映出它们有共同的起源及进化方向。构建有根的系统树是相当困难的，如上述假设的简单例子中，连接4种生物的无根树只有3种可能，而有根树则存在15种可能的连接方式，图1-51（引自沈萍、陈向东主编《微生物学》第2版2006）仅分别代表其中的两种连接方式。
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图1-51 系统树
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构建分子进化树，是在进行序列测定获得原始序列资料后，由计算机排序，使各分子的序列同源位点一一对应，然后计算相似性或进化距离（evolutionary distance）。在此基础上，使用适当的计算机软件，根据各微生物分子序列的相似性或进化距离构建进化树。计算机分析系统发育相关性构建进化树时，可以采用各种方法，其中常用的是最节省分析法或称简约法（parsimony analysis）。这种方法推断谱系的原则是：在所有可能的谱系关系中，涉及进化改变的序列特征数最少的谱系是最可信的。因此，在比较过程中要找到比较决定性的序列。这种分析方法是基于这样一种假定：进化变化的发生，是沿着最短的途径、发生最少的变化，从祖先进化成今天所比较的生物种类。
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有人建议，如果鉴定菌株的16S rRNA序列比其他已知细菌种的差别大于3%，就应考虑是新种；因为两种细菌相同16S rRNA序列小于97%时DNA杂交同源性会小于70%，这是同种细菌的最低值。如果16S rRNA序列的差别大于5%～7%，则可以考虑是新属（《布氏微生物生物学》第9版2000）。当然，种的确定还应该同其他鉴定指标一起综合判断。
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6.4.4.4 DNA指纹技术
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DNA指纹技术（DNA-fingerprinting techniques）通常指那些以DNA为基础的分型方法，对微生物的种进行鉴别的技术。传统的分型方法主要是通过表型分析的方法，如生化分析、血清学分析或抗生素敏感性分析等进行的。近年来，随着分子生物学的发展，出现了一些直接基于DNA的分型方法，这些方法简便易行，分辨率高且重复性好，已成为多相分类研究的常规方法。
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最早在细菌分类中应用以DNA为基础的分型方法，是全细胞基因组限制性酶切片段分析。其方法是提取全细胞基因组DNA，用限制性内切酶酶切之后进行琼脂糖凝胶电泳分析限制性酶切片段长度多型性（即RFLP分析），这种方法的缺点是DNA酶切片段组分往往较复杂，难于比较。如果选用专一识别6～8个碱基序列的限制性内切酶，则DNA片段数量就会大大减少，这就是低频限制性酶切片段分析（LFRFA），但是这样切出的DNA片段太大而不能用琼脂糖凝胶电泳分开，只能用脉冲场凝胶电泳（PFGE）分开，LFRFA被认为是目前分辨率最高的DNA分型法之一。核酸分子印记（ribotyping）分析，是将DNA酶切以后电泳，然后转移到膜上与标记的rRNA探针进行杂交的一种方法，它的特点是简便快速。PCR技术出现以后，应运而生了随机引物PCR（AP-PCR）分析、随机扩增的多型性DNA分析（RAPD）、DNA扩增指纹分析（DAF）、DNA扩增与限制性酶切分析相结合的扩增rDNA限制性酶切片段分析（ARDRA）、扩增片段长度多型性分析（AFLP）等。
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DNA内切酶片段的分子探针印记法（rDNA ribotyping），是分子细菌学中常用的技术。其原理是将同一属的实验菌株与该属有效描述的模式菌株提取DNA，进行DNA酶切片段与非同位素（如Dig）标记的rDNA探针杂交，以比较分类单位间的DNA同源性，所用的rDNA探针多为Dig-11-dUTP标记的P64（Dig-P64）。Dig（俗称地高辛）是一种非放射性标记系统，使用Dig-UTP进行探针标记、杂交后与相应的地高辛抗体作用，经化学方法显色，具有灵敏、安全的优点。限制性核酸内切酶的选择，是根据细菌DNA中G+C mol%高低和酶的识别位点。根据Liu等（1992）、Yoon J.H.（1996）的报告，BamHI消化G+、高G+C mol%细菌的DNA的杂交图谱多型性较好。
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6.4.4.5 rDNA转录间隔区序列分析
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转录间隔区序列（ITSs），是指rRNA操纵子中位于16S rRNA和23S rRNA、23S rRNA和5S rRNA之间的序列。近年来，人们发现不同菌种16S～23S rDNA间隔区两端（即16S的3’端和23S的5’端），均具有保守的碱基序列。不同间隔区所含tRNA数目和类型不同，具有长度和序列上的多型性，而且较16S rDNA具有更强的变异性，因而可以作为菌种鉴定的一种分子指征。ITSs序列分析，适用于属级以下水平的分类研究。1997年，Yoon等人测定了22株糖单胞菌属（Saccharomonospora）细菌16～23S rDNA和23～5S rDNA的ITSs序列。系统进化分析发现，该属16～23S和23～5S的ITSs的核酸序列相似性分别为87.6%±3.9%和83%±2.2%；除青色糖单胞菌（S.glauca）K194与青色糖单胞菌典型种及其他菌株23～5S的ITSs相差1bp外，没有发现种间差异；绿色糖单胞菌（S.viridis）16～23S的ITSs较其他种小。ITSs的这些特征，使之在对糖单胞菌属鉴定上成为比16S rRNA序列更有用的工具。
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6.4.4.6 随机扩增的多型性DNA分析（ARDRA）
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ARDRA技术，是用高度保守的16S rRNA基因来研究生物体间进化关系，这个基因存在于所有细菌中，功能恒定，由高度保守区和高变区组成。尽管16S rDNA序列被认为是当前系统学的金标准，但是它比ARDRA慢而且贵，这就是为什么直到现在只有11%的有效描述种被测序的主要原因。ARDRA与16S rDNA测序的不同之处，在于16S rDNA的切割和片断在凝胶上的分离，这一技术可用于菌属内的分类（单个群中的相关种），并已经改进了几个菌属的分类，如芽孢杆菌属（Bacillus）。
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ARDRA可以用于菌种的进化关系的聚类分析，选择相关分类单位以做以后的多项分析。ARDRA方法，主要包括菌体培养、DNA的制备、16S rDNA序列的PCR扩增、16S rDNA序列的不同限制性酶切、片段的凝胶电泳分离、用溴化乙啶（EtBr）使带在凝胶上显现、转换、修正以及不同指纹分析结合数据库的建立、数据分析等步骤。为了建立某一分类单位ARDRA技术的标准化，菌株需要从不同的分类单位中选择。DNA的制备，使用Pitcher（1989）等人的包括溶菌酶（浓度10mg/ml）的方法，对革兰氏阳性菌DNA提取快速有效。DNA质量（未降解），可以通过DNA在含EtBr的1%的琼脂糖凝胶电泳来确定。用保守引物做16S rDNA的PCR扩增，几对保守引物组合可在PCR中测试。常用引物及序列包括pA：5’-AGAGTTTGATCCTGGCTCAG-3’（正向）、MH1：5’-AGTTTGATCCTGGCTCAG-3’（正向）、MH3：5’-AGAGTTTGATCATGGCTC AG-3’（正向）、Ari/CT：5’-CTGGCTCAGGAC/TGACCGCTG-3’（正向）、pH：5’-AAGGAGGTGATCCAGCCGCA-3’（反向）、MH2：5’-TACCTTGTTACGACTTCACCCCA-3’（反向），其中pA-pH、MH1-MH2、Ari/CT-pH、pA-MH2、MH3-pH、MH1-pH是常用的组合对。
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每个PCR产物经含EtBr的1%的琼脂糖凝胶检测后，就可以进行限制性内切酶消化。合适的限制性内切酶选择，是通过从EMBL数据库中，随机抽取若干细菌的16S rRNA序列放入Gene Compar 2.0软件包中进行的。这个软件可以模拟对16S rRNA序列的限制性酶切（由软件包提供），并且给出理论上的片段及其大小。因为用了许多不同的限制性内切酶，筛选要符合以下要求：①识别位点是4个碱基，因为它们给出许多片段；②产生片段数量最少4个，最多9个；③片段不能太大也不能太小，否则很难在常用凝胶上分离；④没有重复片段（片段大小一样）；⑤片段能够在凝胶上很好地分开。
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酶切片段（50～900bp）在8%的聚丙烯酰胺凝胶上分离，通过CCD-相机，胶的图像被数字化，用一个参照标记对胶进行转换、修正，并用Color Vision Software以TIFF-文件储存在计算机里，比较扩增的16S rDNA的理论指纹（根据Gene Compar软件包）。最后使用Coefficient of Dice计算图谱的相似性，并通过UPGMA-algorithm软件做树。
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上述简要记述了目前对于细菌分类鉴定的指征，但在一般的细菌检验工作中，并不需要对这些方面均予以测定，其中还是以传统分类的内容作为最常用和不可少的。实际上，数值分类也属于传统分类的范畴，只是更为客观化了。在细菌分类学研究中，化学分类和分子分类（尤其是DNA-DNA杂交、16S rDNA序列与系统发育学分析）已是目前细菌分类位置确定的重要指征。因此，在日常的细菌分类鉴定工作中，可根据具体目的选择相应的分类鉴定指征，其原则是准确定位被鉴定细菌的相应分类位置。
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7 细菌种类的多样性
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7.1 真细菌种类的多样性
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7.1.1 真细菌的系统发育
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7.1.1.1 类群1（紫色光合细菌及其有关细菌）
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目前，将类群1称为变形细菌（Proteobacterium）（变形杆菌门），是细菌中包括属最多的而且在生理特性上最具有多样性，由α、β、γ、δ和ε等五个纲组成。其中，能进行光合作用的紫色细菌，包括在α、β和γ这三个纲中，但一些有机化能营养的属，如埃希氏菌属（Escherichia）、假单胞菌属（Pseudomonas）、醋单胞菌属（Acetomonas）即葡糖杆菌属（Gluconobacter）和一些无机化能营养的属如硝化杆菌属（Nitrobacter）、亚硝化单胞菌属（Nitrosomonas）、贝日阿托氏菌属（Beggiatoa）等也包括在这三个纲中；δ和ε这两个纲，只包括非光合作用的细菌。
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尽管所有的肠道细菌、大多数的假单胞菌、自生和共生固氮细菌以及大多数化能无机营养细菌，在形态和生理及生态分布的表型上与紫色细菌有明显的区别，但在系统发育上却都与紫色细菌有关。由紫色细菌谱系，可以引伸出各种各样在生理特性和生态分布上有差异的重要细菌。16S rRNA序列分析的结果指明，AAAUUGG序列用以鉴别α纲的紫色细菌、CYUUACACAUG（Y表示任意一个嘧啶）是β纲的序列特征、ACUAAAACUCAAAG序列存在于大多数δ纲紫色细菌的16S rRNA中，目前尚未发现γ和ε纲的特殊序列特征。
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7.1.1.2 类群2（绿硫细菌）
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绿硫细菌（green sulphur bacteria）（绿菌门）亦称绿色细菌（green bacteria），由于绿硫细菌具有独特的光合色素（菌绿素c或d）、绿色体（chlorosome）以及其自养代谢，所以绿硫细菌与其他细菌之间缺乏密切的系统发育关系。绿菌属（Chlorobium）的所有种均不运动，只有绿硫细菌类群中的绿滑菌属（Chloroherpeton）以滑行运动。寡核苷酸AUACAAUG序列，是绿硫细菌的特征性识别标记。
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7.1.1.3 类群3（无硫绿细菌）
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从生理特性、所含色素和细胞的细微结构上看，绿屈桡菌属（Chloroflexus）与绿菌属关系密切，但在系统发育上无关系。绿屈桡菌群包括两个非光合作用的属，即滑柱菌属（Herpetosiphon）和热微菌属（Thermomicrobium），它们是细菌中一个独特和古老的谱系。CCUAAUG寡核苷酸序列，为无硫绿细菌（绿屈桡菌门）提供了一个标记。
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7.1.1.4 类群4（蓝细菌）
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目前，对蓝细菌（蓝细菌门）的分类仍注重于形态指标，那些单细胞的蓝细菌在系统发育上则呈多样性。AAUUUUYGG寡核苷酸序列，是蓝细菌的识别标记。
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7.1.1.5 类群5（浮霉状菌属-小梨形菌属）
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浮霉状菌属（Planctomyces）-小梨形菌属（Pirella）（浮霉状菌门）这个类群包括芽生细菌，在自然界中自由生活时，许多种都是以柄或固着器附着在基物表面上。这个类群与其他细菌十分不同，但又是细菌中的一个主要分支。CUUAUUCG寡核苷酸序列，是这个类群成员的识别标记。其中的小梨形菌属现已转为小小梨形菌属（Pirellula），因Pirella 是在真菌（fungi）中用过的名称，所以改名。
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7.1.1.6 类群6（螺旋体）
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螺旋体（螺旋体菌门）的主要类群，包括自由生活无致病性的螺旋体属（Spirochaeta）、寄生并致病的疏螺旋体属（Borrelia）和密螺旋体属（Treponema），如引起人回归热病的回归热疏螺旋体（B.recurrentis）和引起人性病——梅毒的苍白密螺旋体（T.pallidum）；本群中的钩端螺旋体属（Leptospira）则形成一个独立的分支。根据独特的形态和运动方式，螺旋体被归为一群，而且这些特征其实也是系统发育的指征。AAUCUUG是螺旋体一个亚群的高度特异性序列，而UCACACYAYCYG则是大多数螺旋体的特征性序列。
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7.1.1.7 类群7（拟杆菌属-黄杆菌属）
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拟杆菌属（Bacteroides）-黄杆菌属（Flavobacterium）（拟杆菌门）这个类群的特点是包括许多属的细菌，从而构成革兰氏阴性细菌一个主要的系统发育系。群内的拟杆菌属形成一个亚系，噬纤维菌属（Cytophaga）和黄杆菌属则形成另一个亚系，两个亚系是相对同源的；在群内存在一个由专性厌氧的拟杆菌属和专性好氧的生孢噬纤维菌属（Sporocytophaga）组成的混合生理型。UUACAAUG寡核苷酸序列是拟杆菌属的识别标记，而CCCCCACACUG是滑行细菌类群的标记。
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7.1.1.8 类群8（衣原体）
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该类群只包括专性细胞内寄生的种，其中有引起性病和沙眼的病原菌。通过比较寡核苷酸序列，虽然衣原体（衣原体菌门）与浮霉状菌属有较远的相关性，但两群的共同点是其细胞壁均缺乏肽聚糖成分。
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7.1.1.9 类群9（异常球菌属-栖热菌属）
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异常球菌属（Deinococcus）-栖热菌属（Thermus）（异常球菌-栖热菌门）这个类群仅包括G+、高度抗辐射的异常球菌属以及G－、化能有机营养、嗜热的栖热菌属。两个属的共性是含有非典型的细胞壁，壁中肽聚糖的二氨基庚二酸为鸟氨酸所替代。序列分析表明，该类群紧密成群，其起源可能相近，CUUAAG寡核苷酸序列是此群的识别标记。
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7.1.1.10 类群10（革兰氏阳性细菌）
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杆状和球状的G+菌，其中包括形成芽孢的细菌、乳酸菌、棒状杆菌、放线菌、大多数厌氧和好氧的球菌，都形成一个紧密结合的系统发育群。在这一群中还包括无细胞壁的支原体，支原体在系统发育上可以看成是无细胞壁的梭菌。这种紧密的系统发育关系，提示出经典地从形态来探讨系统发育的不确切性。使人感到惊奇的是，某些光合细菌也与这个类群有亲缘关系。根据rRNA序列分析的结果，可以将G+菌再分为两个主要类别，即含有相对低的（G+C）mol%类别和高（G+C）mol%类别。CUAAAACUCAAAG寡核苷酸序列对高（G+C）类别是高度特异的，在低（G+C）类别尚未发现寡核苷酸序列标记。
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7.1.1.11 类群11（栖热袍菌属-栖热腔菌属）
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这个类群只包括栖热袍菌属（Thermotoga）-栖热腔菌属（Thermosipho）（栖热袍菌门）这两个属，都是嗜高温的细菌，目前仅从地热的海洋沉积物中可以分离到。其中，栖热袍菌是严格厌氧并且能发酵产能的细菌，生长温度为55～90℃（最适温度约为80℃）；栖热腔菌属在形态上有别于栖热袍菌属，并且（G+C）比率较低。由于这两个属的极端嗜热性以及它们接近生物总系统发育树的根部（图1-52），所以栖热袍菌属和栖热腔菌属的发现，对早期生物为嗜热的这一假说是有力的支持。
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7.1.1.12 类群12（产液菌属-氢杆菌属）
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产液菌属（Aquifex）-氢杆菌属（Hydrogenobacter）（产液菌门）这个类群中，也仅只包括极端嗜热的此两个菌属。其中的产液菌属，在目前仅发现一个种，即嗜火产液菌（A.pyrophilus）；在氢杆菌属中，目前仅发现两个种：喜酸氢杆菌（H.acidophilus）和嗜热氢杆菌（H.thermophilus）。产液菌属能在95℃生长（最适生长温度为85℃），氢杆菌属的最高生长温度约为80℃（最适生长温度为70～75℃），比产液菌属的生长温度要低一些。氢杆菌也是专性化能无机营养，只能氧化氢。在细菌的系统发育树中（图1-52），占据最根部的位置。嗜热、能氧化氢、行无机化能营养细菌的发现，进一步支持了地球上最早期细菌是超嗜热的论点。
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7.1.2 真细菌的主要类型
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7.1.2.1 G-细菌（变形杆菌门）
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这是原核生物中种类最多的一大类细菌，细胞形态和排列方式相当简单，横向二分分裂，运动的种以自由游动方式进行，营化能有机营养，其生长主要为异养方式，但有些种在H2的环境中可以自养生长。多数为腐生菌，有些为寄生菌。寄生菌中有的是条件致病菌，有的为专性致病菌。其生态分布相当广泛，如水中、土壤、动植物体及人体。G－菌中的许多种，在工业、农业、环境保护和医学上具有重要的应用价值。其中一些属内的部分种细菌，是水产养殖动物的病原菌。
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（1）需氧性G－杆菌和球菌 此群细菌大多为腐生菌，但生理类型各异，包括具有高度氧化力的假单胞菌（pseudomonads）、农业上占有极其重要地位的根瘤菌（rhizobia）和一些固氮菌（nitrogen-fixing bacteria）、生产醋酸等有机酸的重要工业用菌及病原菌。主要包括：①假单胞菌属（Pseudomonas）。②黄单胞菌属（Xanthomonas）。③固氮菌属（Azotobacter），细胞卵圆形、个体较大（通常为1.5～2μm或更大），在含有碳水化合物的培养基上，菌体可形成丰厚的荚膜或黏液层，使菌落呈黏液状；细胞内具有特殊的防氧保护机制，可在好氧条件下自生固氮，每消耗1g葡萄糖至少可固定10mg大气中的氮素，固氮酶中的钼可用钒替代；固氮菌主要分布在土壤和水中。④根瘤菌属（Rhizobium），细胞杆状，可呈多形态，在碳水化合物培养基上生长时可产生大量胞外黏液；根瘤菌刺激豆科植物的根部形成根瘤，在根瘤中根瘤菌以只生长不分裂的类菌体（bacteroids）的形式存在，类菌体被一层类菌体周膜（periobacterial membrane）包围，形成了一个良好的氧、氮和营养环境，能有效地进行根瘤菌与豆科植物的共生固氮；除根瘤菌属外的中华根瘤菌属（Sinorhizobium）、慢生根瘤菌属（Bradyrhizobium）、固氮根瘤菌属（Azorhizobium）、中间根瘤菌属（Mesorhizobium）也都是与植物共生的根瘤菌。⑤甲基球菌属（Methylococcus）和甲基单胞菌属（Methylomonas），虽然甲基球菌属是球状细菌、甲基单胞菌属是直或弯曲或分支的杆菌，但两个属的共同特征是在好氧和微好氧条件下，以甲烷、甲醇、甲醛等一碳化合物作为唯一碳源和能源，它们又称为甲烷氧化菌；由于它们这一独特的生理特性，人们认为将来有可能利用甲烷这种廉价和广泛的碳源，培养甲烷氧化菌，以获得无毒的细菌蛋白，来扩大人类蛋白食品的来源。⑥醋杆菌属（Acetobacter），细胞椭圆形至杆状、直或稍弯曲，本属细菌最显著的特征是能将乙醇氧化成醋酸，对酸性条件有较高的耐受能力，并将醋酸或乳酸进一步氧化成H2O和CO2；其生长的最佳碳源是乙醇、甘油和乳酸，是制醋工业的菌种；醋杆菌多分布于植物的花、果实以及葡萄酒、啤酒、苹果汁和果园土中，有的种可引起菠萝的粉红病和苹果、梨的腐烂病；有的菌株在生长过程中可以合成纤维素，这在细菌中是非常罕见的，纤维素微丝缠结成片层将菌体包埋起来，在液体培养基静止状态下培养，可形成一层纤维素膜。
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（2）需氧性G－螺菌和弯杆菌 许多需氧性G－杆状细菌具螺旋状外形，但不像螺旋体那样柔韧，而是坚韧的螺菌和弯杆菌，借鞭毛运动（鞭毛单生或丛生）。大多数为对人类无害的腐生菌，常生活在各种水域中；有些为寄生菌，致病或不致病（表1-7）。
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表1-7 一些弯曲杆菌和螺旋状G－细菌的特征
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蛭弧菌属（属名中的bdello-是一个组合形式，意思是“依附于别人”）中有一类特别的细菌称为食菌蛭弧菌（Bdellovibrio bacteriovorus），它们可以寄生在另外一些菌体上，利用寄主的细胞组分作为营养生长发育，也可以无寄主而生存，图1-53是该菌的生活周期示意图（引自沈萍、陈向东主编《微生物学》第2版2006）。食菌蛭弧菌大小在0.3～0.4μm×0.8～1.2μm，靠端生单鞭毛能很快运动，在有合适的寄生菌细胞存在时，便进入宿主菌细胞在周质区定居，鞭毛脱落并分泌多种消化酶，将宿主菌细胞的原生质转化为自己的营养物，菌体伸长成螺旋状，然后以多分分裂方式断裂形成多个子细胞并长出鞭毛，最后裂解宿主菌细胞释放出来。蛭弧菌可侵袭各种革兰氏阴性菌，但不侵袭革兰氏阳性菌。林茂等（2006）研究了蛭弧菌（BDH21-02菌株）对鱼类病原菌的噬菌谱，结果表明，对常见的病原气单胞菌属（Aeromonas）、弧菌属（Vibrio）、假单胞菌属（Pseudomonas）中某些种均有明显裂解作用；同时，对鱼类细胞毒性试验表明，不影响细胞生长；另一方面，在蛭弧菌增殖培养中，宿主菌逐渐减少但很难被彻底裂解至无，因此提出在生产蛭弧菌时，所用宿主菌必须选用对动物及人安全不造成重大影响的菌种或菌株，如此蛭弧菌可无需过滤除菌则能直接投放水体。并根据研究结果提出，枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）、蜡样芽孢杆菌（B.cereus）可作为蛭弧菌生产过程中的宿主菌。
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图1-53 食菌蛭弧菌生活史示意图
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蛭弧菌看起来具有一种特殊的袭击方式并且是胞膜内质性的，当蛭弧菌细胞捕食进攻时，穿透其胞壁并在壁与膜之间（壁膜间隙）进行复制，最终形成一种球形结构的蛭质体（bdelloplast）。图1-54是侵袭和渗透阶段的电子显微照片，其中a示一个食菌蛭弧菌准备侵袭假单胞菌的电镜完整细胞影像；b和c示蛭弧菌侵袭大肠埃希氏菌的超薄切片的电镜照片，其中b示早期穿透、c示完全穿透（蛭弧菌细胞被捕食细胞的蛭质体膜所包围并在细胞膜与细胞壁的间隙复制；图1-55为对图1-54的图解，显示侵袭发生在一个高速运动的蛭弧菌和一个革兰氏阴性菌之间，从吸附到穿透细胞进入捕食的膜壁间隙，一旦进入则蛭弧菌便伸长并在4h内释放出子代蛭弧菌，子细胞释放的数量与被捕食细胞的大小相关，如每个被侵袭的大肠埃希氏菌可释放5～6个蛭弧菌、但螺菌可释放20～30个。此两个图均引自[美]M.T.马迪根、J.M.马丁克、J.帕克著，杨文博等译《微生物生物学》（2001）。另一方面，还分离到另一类具有捕食性的细菌，被命名为吸血弧菌属（Vampirovibrio Gromov and Mamkayeva 1980）。
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图1-54 蛭弧菌吸附和穿透一个捕食细胞的步骤
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图1-55 食菌蛭弧菌侵袭细菌的发展过程
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（3）兼性厌氧G-细菌 这是一个大的类群，按形态、鞭毛和氧化酶反应可分为三个科，肠杆菌科（Enterobacteriaceae）、弧菌科（Vibrionaceae）和巴斯德氏菌科（Pasteurellaceae）。
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①肠道细菌：肠杆菌科是由一大群形态相似的G－小杆菌组成，它们是兼性厌氧菌，发酵糖类产酸、产气或不产气，接触酶阳性，氧化酶阴性，周生鞭毛或不产生鞭毛，能运动或不能运动。正常栖居环境为人和动物的肠道，也存在于土壤和水域中，与植物在一起营腐生、共生和寄生生活。沙门氏菌属（Salmonella）和志贺氏菌属（Shigella）细菌是食物和水传播的肠道病原菌。克雷伯氏菌属（Klebsiella）中的肺炎克雷伯氏菌（K.pneumoniae）是人和动物的大叶肺炎病原菌，在低氧分压或厌氧条件下能够固氮，是研究生物固氮生化和遗传的重要材料；它也存在于土壤、植物根圈、水域和人畜肠道中，曾从白蚁后肠中分离到，能与很多禾本科植物根系联合固氮。各种欧文氏菌属（Erwinia）细菌是重要的植物病原细菌，常引起作物的疫病、萎蔫病和腐烂病。埃希氏菌属（Escherichia）的大肠埃希氏菌（E.coli），简称大肠杆菌，一般不致病，但当它转移至非正常的定居部位时也可致病（如肾炎、膀胱炎和泌尿道感染）；也有些特定血清型的菌株，本身即为致病性的；另有某些菌株能产生肠毒素（enterotoxin），能引起婴儿和幼畜严重腹泻；大肠杆菌也被作为检查饮水卫生标准的指示菌；它又是微生物学基础研究的重要材料，首先报道的细菌基因重组是大肠杆菌K12菌株，最早发现的细菌质粒是大肠杆菌致育因子（F因子）；近年来，分子遗传学和遗传工程方面，对大肠杆菌的研究更加深入和广泛，常被用来构建新的工程菌。肠杆菌科中变形菌属、克雷伯氏菌属、耶尔森氏菌属（Yersinia）、沙雷氏菌属（Serratia）等中的一些种，也是某些水产养殖动物的病原菌。
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②弧菌群：弧菌科成员都是极生鞭毛、兼性厌氧、G－、弯杆或逗点状，具发酵能力，存在于淡水、海水或人和动物肠道中。重要属有弧菌属、气单胞菌属（Aeromonas）和发光杆菌属（Photobacterium）。其中，弧菌属、气单胞菌属中的不少种，是水产养殖动物的重要病原菌。
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（4）厌氧性G－杆菌和球菌 专性厌氧的G－杆菌属于拟杆菌科（Bacteroidaceae），细胞多形态或弯曲杆状，生存于绝对厌氧环境中（如反刍动物的瘤胃）。G－厌氧性球菌是人和动物口腔、肠道和瘤胃中的正常栖居菌，如韦荣氏球菌属（Veillonella）。
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（5）异化硫酸盐还原G－细菌 这是一群生理相似、形态各异、严格厌氧、G－细菌。它们利用有机化合物，以硫酸盐为末端电子受体进行厌氧呼吸，最终还原产物为H2S排出体外。在含有机质和硫酸盐的缺氧环境中，如污染湖泊和河流的沉积物、污水净化过程中的消解污泥以及瘤胃和肠道中，常发生这种还原作用。这一类群包括不同温度要求和嗜盐等几个生理类型的细菌，DNA的G+C mol%为37～67。
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在《伯杰氏系统细菌学手册》中，这一群细菌属于脱硫弧菌目的不同科中，描述了27个属，如脱硫肠状菌属（Desulfotomaculum）、脱硫葱状菌属（Desulfobulbus）、脱硫微杆菌属（Desulfomicrobium）、脱硫单胞菌属（Desulfomonas）、脱硫弧菌属（Desulfovibrio）、热脱硫杆菌属（Thermodesulfobacterium）、脱硫菌属（Desulfobacter）、脱硫杆菌属（Desulfobacterium）、脱硫球菌属（Desulfococcus）、脱硫念珠菌属（Desulfomonile）、脱硫线菌属（Desulfonema）、脱硫八叠球菌属（Desulfosarcina）、硫还原菌属（Desulfurella）、脱硫单胞菌属（Desulfuromonas）。它们在地球化学上参与硫矿的生成，产生的H2S在缺氧条件下能被光合硫细菌氧化成S；在有氧条件下可被无色硫细菌氧化成S0，积累成矿。还原产物H2S对植物根系有毒害作用，能腐蚀地下和水下金属管道，造成鱼类死亡和环境污染。
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（6）支原体、立克次氏体及衣原体 这三类革兰氏阴性细菌，其大小和特性均介于通常所指的细菌与病毒之间，表1-8是这几类微生物主要特征的比较。
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表1-8 支原体、立克次氏体、衣原体与细菌、病毒的比较
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表1-8 支原体、立克次氏体、衣原体与细菌、病毒的比较（续）-1
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①支原体：支原体是一群缺少细胞壁的真细菌，是介于一般所指细菌与立克次氏体之间的一类原核微生物，是能离开活细胞独立生长繁殖的最小微生物。最早从患胸膜肺炎的牛体中分离得到，以后从其他动物和人体中陆续分离到了这一类细菌，所以先后被称为胸膜肺炎微生物（PPO）和类胸膜肺炎微生物（PPLO）。支原体突出的特征是不具有细胞壁，只有细胞膜、细胞柔软且可扭曲，形态多样（常出现不同大小的球状、环状、长短不一的丝状、杆状及不规则形状等多种形态），丝状体常分支呈丝状真菌样形体，所以现称其为支原体，又称菌质体。典型的菌落，像“油煎荷包蛋”模样。除肺炎支原体（M.pneumoniae）外，一般不使人致病；但有较多的支原体，能引起畜、禽及作物的病害。
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根据对固醇的需要，可将支原体分为两个类群：一为需固醇类群，有支原体属（Mycoplasma）、厌氧支原体属（Anaeroplasma）、螺原体属（Spiroplasma）和脲支原体属（Ureaplasma）；二是不需固醇类群，包括无胆甾原体属（Acholeplasma）和热原体属（Thermoplasma）。
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在植物病害中，有一类产生黄化和丛枝症状的病害，最初由于其症状与病毒病害相似，所以受到植物病毒学家较多关注。后来，由日本学者土居养二（Doi.Y）等人于1967年在发生矮缩病的桑树韧皮部中，发现了与动物病原支原体类似的微生物，并从此认为植物上的许多黄化、丛枝型病害也是由此类微生物引起的。这类微生物最初被译为类支原体（MLO）或类菌质体，到目前为害植物的这种MLO还不能在人工培养基上培养。1995年，L.P.Zreik建议将MLO建立一个新属，即植原体属（Phytoplasma），并已由国际支原体组织会议（IOM）的分类委员会讨论正式作为植物MLO的属名，但MLO作为原名称还仍可采用。
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②立克次氏体：立克次氏体是一类形体微小的杆状或球杆状、绝大多数只能在宿主细胞内繁殖的原核微生物。它不仅是动物细胞的寄生者，也寄生在植物细胞中，寄生于植物细胞中的立克次氏体被称为类立克次氏体（RLO）。美国医生、病理学家、宾夕法尼亚大学病理学教授立克次（Howard Taylor Ricketts 1871—1910）在1906年对落基山区的斑疹伤寒进行了广泛研究，又于1909年赴墨西哥研究并首次发现人的斑疹伤寒病原体，因研究此病于1910年牺牲于墨西哥城，为了表示纪念，1916年人们以他的名字命名了这类病原体。
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立克次氏体的形态结构和有些特性与细菌相似，细胞大小为0.3～0.5μm×0.8～2.0μm，类球状、杆状或丝状，有的多形性，无鞭毛，不运动。细胞壁含胞壁酸和二氨基庚二酸，还有与细菌内毒素相似的脂多糖复合物（但脂质含量高于一般细菌很多），细胞膜主要由磷脂组成。细胞内有丝状核质区、70S核糖体、包涵体或空泡。核酸是RNA和DNA，DNA为正常双链形式。立克次氏体行二分裂方式繁殖，但繁殖速度较一般细菌慢，9～12h繁殖一代。它对许多抗细菌的抗生素是敏感的。立克次氏体细胞膜因较疏松，以致“渗漏性”较大。很多立克次氏体的能量代谢极其有限，它们只能氧化谷氨酸，不能氧化葡萄糖、6-磷酸葡萄糖或有机酸。立克次氏体的可透性细胞膜，使得它们易从宿主细胞获得一些重要的物质（包括像NAD+和辅酶A这样大的辅酶），但同时也会使一些重要物质离开立克次氏体，所以立克次氏体一旦离开宿主就很快死去。这就形成它们必须由蚤、蜱、螨等吸血节肢动物作为媒介而在动物间传代的特殊生活方式，所以立克次氏体为虫媒微生物。立克次氏体在虱等胃肠道上皮细胞中增殖并大量存在其粪中，人受到虱等叮咬时，立克次氏体便随粪从抓痒时抓破的伤口或直接从昆虫口器进入人的血液并在其中繁殖，从而使人感染得病。当节肢动物再叮咬病人吸血时，人血中的立克次氏体又进入其体内增殖，如此不断循环。立克次氏体可引起人与动物患多种疾病，是人、兽共患病原体，如引起人类患落基山斑点热、流行性斑疹伤寒、地方性斑疹伤寒、Q热和恙虫热等疾病。
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立克次氏体严格的细胞内寄生这一点又与病毒相似。它们大多数不能用人工培养基培养，须用鸡胚卵黄囊、敏感动物组织细胞（骨髓细胞、血单核细胞和中性粒细胞等）以及实验动物（豚鼠、小鼠、大鼠和猴等）进行传代培养。
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③衣原体：衣原体是介于立克次氏体与病毒之间、能通过细菌滤器、专性活细胞内寄生的一类原核微生物，过去误认为是“大型病毒”，现已明了其生物学特性更接近细菌、不同于病毒。
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衣原体是已知细胞型微生物中生活能力最简单的，它没有产ATP的系统，因而只能在鸡胚等活组织中培养，目前可用多种细胞培养衣原体。衣原体的蛋白质中缺少精氨酸和组氨酸，这表明它们的繁殖不需要这两种氨基酸。衣原体在细胞内生长繁殖具有大小两种细胞类型的生活史（图1-56，引自杨正时、房海主编《人及动物病原细菌学》2003）。小细胞称原体（EB），非生长型细胞，球状，直径约0.3μm，壁厚且硬，具感染性，中央有致密的类核结构，RNA/DNA＝1；大细胞称网状体（RB），又称始体（initial body），生长型细胞，多形，直径约1μm，壁薄且脆，不具感染性，无致密类核结构，RNA/DNA＝3。
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图1-56 沙眼衣原体的生活史
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衣原体感染始自原体，具有高度感染性的原体被易感宿主细胞表面的特异性受体吸附后，通过吞噬作用（phagocytosis）进入宿主细胞，形成吞噬小泡，阻止与吞噬溶酶体融合。原体在泡内细胞壁变软，增大形成致密类核结构的网状体，网状体在空泡中以二分裂方式反复繁殖，形成大量子细胞，然后子细胞又变成原体。这种有大量衣原体在其中复制的空泡，称为包涵体（inclusion body），包涵体成熟后，其膜和宿主细胞膜均破裂，将EB释放到细胞外，再感染新的宿主细胞。整个周期35～40h。与立克次氏体不同，衣原体不需媒介，它直接感染宿主。
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已发现的衣原体有沙眼衣原体（C.trachomatis）、鹦鹉热衣原体（C.psittaci）、肺炎衣原体（C.pneumoniae）和羊群衣原体（C.pecorum）等。沙眼衣原体引起沙眼、小儿肺炎以及多种疾病（非淋球菌尿道炎、附件炎、淋巴肉芽肿和新生儿眼炎等）；鹦鹉热衣原体引起鹦鹉、鸽、鸡、鹅以及牛、羊等动物多种疾病，值得注意的是，虽然鹦鹉热衣原体的天然宿主是鸟类和人以外的哺乳动物，但当人吸入鸟的感染性分泌物后，能导致肺炎和毒血症，因此鹦鹉热衣原体也是人兽共患病的病原体。
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（7）螺旋体 螺旋体的菌体细长、柔韧、弯曲呈螺旋状，并因此得名。是一群形态结构和运动机理独特的单细胞原核微生物，大小在0.1～3.0μm×3～500μm，无鞭毛（但能作特殊的弯曲扭动或蛇一样的运动），不产生芽孢，具有一般“细菌”的基本结构，以二分裂方式繁殖。这类细菌以前曾被误认为是介于原生动物和细菌之间的一类微生物，其理由是未发现螺旋体的细胞壁。经深入研究现已证实，螺旋体细胞的主体仍然是由细胞质和核区组成，在细胞的外围则裹以细胞质膜和细胞壁（细胞壁没有其他细菌那样坚韧），形成原生质柱（protoplasmic cylinder）；在原生质柱外缠绕着轴丝（axial filament），也称周质鞭毛（periplasmic flagella）；轴丝与原生质柱再由三层膜包围，称为外鞘（outer sheath）；螺旋体的细胞则由原生质柱、轴丝和外鞘这三部分组成（图1-57，引自沈萍、陈向东主编《微生物学》第2版2006）。
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图1-57 螺旋体的形态
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每个螺旋体细胞具有2～100条以上的轴丝（视螺旋体种类不同有差异），超微结构和化学组成类似于一般细菌的鞭毛，一端连于细胞、一端游离，在末端附着处有基钩（basalhook）和盘状物（insertion disc），固定在一端延伸到菌体长度约2/3处，因此分别固定于两端的轴丝在菌体中部发生重叠。螺旋体靠轴丝的旋转或收缩运动，其运动与所处环境有关，在液体环境中游离生活时可游动或沿纵轴旋转与屈曲运动，在固体基质上可向前爬行或蠕动。
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螺旋体广泛分布于水生环境（水塘、江湖和海水）和动物体中，哺乳动物肠道、睫毛表面、白蚁和石斑鱼的肠道、软体动物躯体和反刍动物瘤胃中都有螺旋体。有些是动物体内固有的微生物区系，有些能引起梅毒（syphilis）、回归热（relapsing fever）、游走性红斑（erythema migrans）即莱姆病（Lyme disease）和钩端螺旋体病（leptospirosis）等。螺旋体有6个属，它们是螺旋体属（Spirochaeta）、脊螺旋体属（Cristispira）、密螺旋属（Treponema）、疏螺旋体属（Borrelia）、钩端螺旋体属（Leptospira）和短螺旋体属（Brevinema），螺旋体在系统发育上形成一个独特的细菌系。
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（8）鞘衣细菌 鞘衣细菌（sheathed bacteria）是多个细胞相连成丝状的细菌，其特征为能分泌产生一个中空管状的鞘套（图1-58，引自李阜棣和胡正嘉主编《微生物学》第5版2000）。研究最多的是球衣菌—纤发菌群（Sphaerotilus Leptothrix group）的细菌，其鞘套为脂蛋白—多糖复合体构成，在含铁水域中生长时，能在鞘套内沉积氢氧化铁。纤发菌属（Leptothrix）细菌在含锰水域生长时，还能氧化锰形成含有二氧化锰的鞘套，但球衣菌属（Sphaerotilus）细菌只氧化Fe2+。这两属细菌全是专性化能有机营养型细菌，二分分裂繁殖，在伸长的细胞链顶端生成极生或亚极生鞭毛的游动孢子，脱离母体后附着在固体物质表面，再繁殖成一条围有鞘套的细胞链。
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图1-58 鞘衣细菌的形态和衣鞘示意图
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（9）有附属物及无附属物、芽殖及非芽殖的细菌 有些细菌在细胞表面产生细胞质性的突起物，如柄（stalk）、菌丝等，突起物的直径比母细胞小，内含细胞质，外具细胞壁，称为附属物（prosthecae）。这类细菌与典型的真细菌区别在于它们的繁殖方式、特殊的形状和完整的生活史。
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①有附属物、芽殖的细菌：生丝微菌属（Hyphomicrobium）为此类，细胞呈杆状，末端尖，或呈椭圆形、卵形和菜豆形。可产生单极生或双极生的丝状物，长度不一。其繁殖方式独特，形成生活史。母细胞附着在固体基物上→长出丝状物→丝状物末端形成芽体→芽体膨大并长出1根鞭毛形成子细胞→脱离母细胞并游动→子细胞失去鞭毛并成熟为母细胞（图1-59，引自沈萍、陈向东主编《微生物学》第2版 2006）。在有些情况下，子细胞不脱离母细胞，可以从另一端或每一端长出丝状物，也可以不形成丝状物，芽体直接由母细胞长出。生丝微菌属是好氧的化能有机营养型，可以从含有大量锰沉积物的水管中分离到。
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图1-59 生丝微菌属的菌细胞分裂周期
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②有附属物、非芽殖的细菌：柄杆菌属（Caulobacter）为此类，细胞呈杆状或类弧状、纺锤状。这种细菌具有十分独特的不对称细胞分裂方式（图1-60，引自沈萍、陈向东《微生物学》第2版2006），形成非芽殖的分裂周期。幼龄细胞一端着生1根鞭毛，老龄细胞具柄，柄同样具有外膜、肽聚糖、细胞质膜和细胞质。其生活史为：细胞延长，以收缢方式行二分分裂，无隔膜→在一端长出1根鞭毛，成为游动细胞→与母细胞脱离，游动→固着在新的基物上→鞭毛消失，由长鞭毛处形成新柄。
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图1-60 柄杆菌属的菌细胞分裂周期
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③无附属物、非芽殖的细菌：嘉利翁氏菌属（Gallionella）为此类，细胞呈肾形，子细胞分裂后迅速变圆。在含有亚铁的天然水或矿质培养基中生长的细胞，从细胞的凹面处分泌出胶质的氢氧化铁，形成由一束数量很多的细丝构成的无机质的柄（图1-61，引自沈萍、陈向东主编《微生物学》第2版2006），柄的宽度为0.3～0.5μm，长度可达400μm。二分分裂繁殖，在分裂过程中连续产生柄，扭曲或不扭曲，产生叉状分支。细胞旋转式运动引起柄的扭曲。若细胞离开柄，则靠1根单极生鞭毛运动。
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图1-61 嘉利翁氏菌属细菌的形态
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④无附属物、芽殖的细胞：浮霉状菌属（Planctomyces）为此类，细胞呈球形、椭圆形、泪珠状或球茎状。个体较大，最大可达3.5μm，细胞长有由多纤维组成的刺突、束、刺毛，它们不完全是用于连接细胞和基物，而是通过固着器将细胞连接成同源的聚集物，呈玫瑰花结或花束状（图1-62，引自沈萍、陈向东主编《微生物学》第2版2006）。芽殖，具有生活史循环：无柄母细胞发芽→具鞭毛的游离细胞→失去鞭毛→无柄可发芽的母细胞。
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图1-62 浮霉状菌属细菌的形态
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（10）滑行细菌和黏细菌 滑行细菌是一类在形态和生理特性呈多样性，而且亲缘关系并不密切的细菌，其共同点是细胞不借助可见的运动器官，是进行滑行运动，有些滑行细菌在运动时是沿着长轴在向前旋转，有的则是只保持细胞的一边与基物表面接触向前滑行。这类细菌不形成子实体，也不能进行光合作用。除贝日阿托氏菌属（Beggiatoa）的某些菌株进行化能无机营养外，其他均为化能有机营养。
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黏细菌（Myxobacteria）最突出的特点是能产生由黏液和菌体（黏孢子）构成形态各异、颜色鲜艳、肉眼可见的子实体。黏细菌的DNA中G+Cmol%为67～71，高于其他所有的细菌。严格好氧，呼吸产能代谢，化能有机营养，具有复杂的生活史，在生活世代中有营养细胞和子实体两个阶段，黏球菌属（Myxococcus）的橙黄色黏球菌（M.xanthus），是研究细菌发育的典型材料之一（图1-63，引自沈萍、陈向东主编《微生物学》第2版 2006）。它们所产生的胞外酶，能水解蛋白质、核酸、脂肪和各种糖，有些种可分解纤维素，大多数的种能溶解真核和原核生物。常见于树皮、土壤、堆肥和各种食草动物的粪便中。
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图1-63 橙黄色黏球菌的生活周期
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（11）蓝细菌 蓝细菌是一大群种类繁多、分布广泛的光能营养菌。由于它们具有与植物相同的光合作用系统，历史上曾被藻类学家归为藻类（algae），称为蓝藻（blue algae）或蓝绿藻（blue-green algae）。对蓝细菌细胞结构的研究表明，蓝细菌的细胞核不具有核膜，没有有丝分裂器，细胞壁由含有二氨基庚二酸的肽聚糖和脂多糖层构成，革兰氏染色阴性，分泌黏液层、荚膜或形成鞘衣，细胞内含有70S核糖体，虽具有叶绿素的光合色素，但不形成叶绿体，进行光合作用的部位是含有叶绿素a、β-胡萝卜素、类胡萝卜素、藻胆素（包括藻蓝素和藻红素）的类囊体（thylakoids）。蓝细菌的这些与原核生物相近的特征，使它们成为细菌家族的一员。以藻蓝素占优势的色素使细胞呈现特殊的蓝色，故而得名为蓝细菌。按形态可分为五大类群，包括29个属。
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蓝细菌的光合作用由于产氧和有叶绿素a，类似于真核绿色植物，而与不产氧和有菌绿素的光合细菌不同，但又有别于绿色植物，没有叶绿素b，有β-胡萝卜素和藻胆蛋白（PBP）。所以，蓝细菌并非全为蓝绿色，也有黄色，甚至褐色。藻胆蛋白的相对含量与环境有关，在绿光下藻体呈红色，因藻红蛋白（phycoerythrin）含量相对高于藻蓝蛋白（phycocyanin）；而在红光下更多地合成藻蓝蛋白，呈绿色，这是蓝细菌利用有效光源的一种适应能力。许多蓝细菌具有气泡，可在水中漂浮趋向有光处。
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蓝细菌的光合器有两种不同的构型，一是位于细胞膜的外膜下面呈一连续层；但大多数是位于类囊体的膜层中，类囊体的外层表面分布有不连续的颗粒体，称藻胆（蛋白）体（phycobilisomes），内含藻胆蛋白（图1-64，引自李阜棣、胡正嘉主编《微生物学》第5版2000）。其光合作用过程，通常情况下包括光合系统Ⅰ和Ⅱ，并产O2；但有硫化物存在时，许多蓝细菌也像厌氧的紫色光合细菌那样，只利用系统Ⅰ进行不产氧的光合作用。从营养和代谢来看，蓝细菌属于光能自养型生物，有少数海洋蓝细菌要求维生素B12。
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图1-64 蓝细菌细胞结构示意图
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蓝细菌有单细胞和丝状体两大类形态，它们的主要类群如表1-9所示。蓝细菌DNA的G＋Cmol%范围很广（达35～71），因而它们是遗传性状很不相同的类群。
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表1-9 蓝细菌主要类群
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蓝细菌中有许多固氮的种类，在农业上尤其是热带和亚热带地区，它们是保持土壤氮素平衡的重要因素，在水稻田中培养蓝细菌作为生物肥源，可提高土壤肥力。
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一部分丝状蓝细菌中有一种特化细胞——异形胞（heterocyst），鱼腥蓝细菌属（Anabaena）的异形胞圆形，厚壁，折光率高（图1-65，引自黄秀梨主编《微生物学》第2版 2003），内含蓝细颗粒。异形胞分布在丝状体中间或末端，为有异形胞蓝细菌固氮的唯一场所。异形胞来自营养细胞，它与邻接营养细胞通过胞间连丝互相进行物质交流。异形胞的藻胆素含量很低，而且没有产氧的光合系统Ⅱ。异形胞的厚壁中含大量糖脂，可降低氧气扩散进入。异形胞的这些特性都是为对氧敏感的固氮酶创造一个厌氧固氮场所，没有异形胞的丝状蓝细菌在厌氧条件下生长时就在营养细胞中固氮。而其他没有异形胞的蓝细菌，则通过其他途径来创造固氮所必需的厌氧条件。
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图1-65 蓝细菌的异形胞
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蓝细菌的细胞大小（直径）一般为0.5～1μm，如聚球蓝细菌属（Synechococcus）；也有大到60μm的，如巨颤蓝细菌（Oscillatoria princeps），这是已知原核微生物中较大的细胞。细胞形态极为多样，球状或杆状，单生或团聚体，如黏杆蓝细菌（Gloeothece）和皮果蓝细菌（Dermocarpa）等属。丝状蓝细菌是由许多细胞排列而成的群体，包括有异形胞的丝状蓝细菌，如鱼腥蓝细菌属；分支的丝状蓝细菌，如飞氏蓝细菌属（Fischrella）。螺旋状蓝细菌少见，只有螺旋蓝细菌属（Spirulina），也曾称“螺旋藻”，它是没有异形胞的丝状蓝细菌。
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蓝细菌通过无性方式繁殖，单细胞的种类为二分裂（如黏杆蓝细菌）或多分裂（如皮果蓝细菌）。大多数丝状蓝细菌的细胞分裂是单平面的（如鱼腥蓝细菌和颤蓝细菌等）。而分支的丝状蓝细菌，进行多平面方向的分裂（如飞氏蓝细菌）。一些有异形胞的丝状蓝细菌形成静息孢子（akinete）（图1-66，引自黄秀梨主编《微生物学》第2版 2003），它也是一种特化细胞，厚壁、色深，与异形胞相似，着生在丝状体的中间或末端，具有抗干旱或冷冻的能力。丝状蓝细菌，还常有通过其丝状体断裂形成短的片段——段殖体（hormogonium）的方式繁殖。
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图1-66 一种鱼腥蓝细菌的静息孢子
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蓝细菌广泛存在于淡水、海水和土壤中。富营养的湖泊或水库中所见到的水华（water bloom），常常就是蓝细菌形成的。蓝细菌抗逆境的能力较强，所以在温泉（70～73℃）和盐湖等一些极端环境中也能生活。在贫瘠的岩石等处有不少能固氮的蓝细菌生长着，它们甚至能通过岩石隙缝而向岩石内生长，是使岩石分解和土壤形成的“先驱生物”。在沙漠中，蓝细菌常以结成片的“壳”覆盖在土壤与岩石表面，在干旱时休眠，在短时间的冬雨和春雨中生长。一些蓝细菌还能与真菌、苔类、蕨类、苏铁科植物、珊瑚甚至一些无脊椎动物共生。
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（12）其他G－细菌 这里简要介绍的，包括化能无机营养细菌（chemolithotrophs）和光能营养细菌。
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化能无机营养细菌，是一群通过氧化无机物质获取能量的细菌，它们在形态、生态和所需能源上各不相同，包括硫化氧化菌、硝化细菌和氢细菌。在营养上大多是自养型，生长在无机培养基上，通过卡尔文循环（Calvin cycle）固定CO2；有些是兼性化能无机营养菌，能够在有机培养基上进行异养生长，如氢氧化细菌；还有一些是混合营养菌（mixotrophs），它们可在有机和无机来源的物质上获得能量和营养，是化能无机营养型的异养菌（chemolithotrophic heterotrophs），它们利用无机分子获取能量，同化有机物质进行生长。生态上，化能无机营养菌广泛分布在陆地和水域生境中，氧化无机物，是某些元素循环中的主要作用者。
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①硫化氧化菌（sulphur-oxidizing bacteria）：研究最多的是硫杆菌属（Thiobacillus）的一些种，它们是G－、极生鞭毛的小杆菌，氧化硫化物、元素硫或硫代硫酸盐获取能量。有些硫杆菌还能氧化亚铁获取能量，通常在需氧呼吸中进行这类作用；但脱氮硫杆菌（T.denitrificans）在缺氧条件下，利用硝酸盐代替O2作为电子受体。大多数硫杆菌是严格的自养菌，在含有机质的培养基上生长很差，但新型硫杆菌（T.novellus）和中间硫杆菌（T.intermedius）等是兼性自养菌，当生长在有硫化物可供作能源的有机培养基上，它们同化有机碳。硫杆菌属的DNA中G＋Cmol%相当宽（52～68），揭示了此类细菌在遗传上的异质性；但按生理区别对它们进一步划分为几个种的DNA中G＋Cmol%上，则可看出在遗传上的同源性。
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硫杆菌广泛分布在含无机硫和铁的陆地和水域中，如污水、河口、湖沼的淤泥中。由于硫化物氧化产生的硫酸使周围环境极度酸化，故有些种能高度耐酸，并在酸性条件下旺盛生长，如铁氧化硫杆菌（T.ferrooxidans）就常生存在酸性土壤，如泥炭土和酸性废矿中。
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②硝化细菌（nitrifying bacteria）：能将氨氧化为亚硝酸和将亚硝酸氧化为硝酸的细菌总称为硝化细菌，它们共同完成氨转化为硝酸的硝化过程。分属两个生理群，分两阶段进行硝化作用。第一群氧化氨为亚硝酸，称亚硝酸菌，有4个属，分别为亚硝化单胞菌属（Nitrosomonas）、亚硝化球菌属（Nitrosococcus）、亚硝化螺菌属（Nitrosospina）、亚硝化叶菌属（Nitrosolobus）；第二群氧化亚硝酸为硝酸，称硝酸菌，有3个属，分别为硝化杆菌属（Nitrobacter）、硝化刺菌属（Nitrospina）、硝化球菌属（Nitrococcus）。它们都是专性化能自养菌，细胞球形或杆状，G－，无芽孢，严格需氧，周生或极生鞭毛，细胞内具复杂的膜系统。硝化作用最终产物硝酸不会像硫氧化产生硫酸那样大大降低环境pH，因为硝化细菌对酸敏感，随着硝酸的产生，环境pH开始下降，抑制硝化细菌生长，影响到硝化作用的进行，阻止了酸的继续产生。
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③氢细菌（hydrogen bacteria）：这类细菌能氧化H2获取能量，为兼性化能无机营养菌和自养菌。在有氧条件下，以糖、氨基酸和其他有机酸为能源和营养源生长，故通常将其归属于化能异养型；但当在有O2、H2、CO2存在的环境中，异养代谢受到抑制，则能进行典型的化能无机自养的代谢过程。这类细菌包括产碱菌属（Alcaligenes）和假单胞菌属的一些种，以及慢生型大豆根瘤菌的一些菌株。
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光能营养细菌，是一群利用光能转化为生物代谢活动能量的原核微生物，它们具有一种或多种光合色素，能进行光合磷酸化作用。许多光能营养细菌能以CO2为碳源，光解水作电子供体或利用H2S或H2作还原剂，进行完全自养性生长；也有利用光能以有机化合物为碳源进行光能异养性生长的，有个别光能营养细菌就只能进行光能异养性生长。根据它们所具有的色素体系，可分为绿色和紫色两大类群，如紫色硫细菌、紫色无硫细菌、绿色硫细菌和绿色无硫细菌等。
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7.1.2.2 G+细菌
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G+细菌是细菌中重要的一大类群，细胞形状为球形或杆状，多数规则，其排列呈单个、成对，或成链或成分支菌丝；有些具多形态，有些属能形成耐热的芽孢；腐生和寄生类型，有些是人和动物的专性致病菌，在自然界分布广泛。
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（1）G+球菌 革兰氏阳性（G+）球菌是在系统发育和遗传特性上差异很大的一群细菌，球形、有机营养和不形成芽孢，仅仅是它们共同的形态学和生理特征。根据它们分裂后细胞聚集排列状态（图1-67，引自李阜棣、胡正嘉主编《微生物学》第5版 2000）和呼吸类型进行分科，可将其分为微球菌科（Micrococcaceae）、链球菌科（Streptococcaceae）和消化球菌科（Peptococcaceae）。
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图1-67 G+球菌分裂后细胞的聚集排列状态
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①微球菌科：在几个平面上分裂，形成不规则的细胞或呈包裹状的一堆细胞，需氧或兼性厌氧菌，具有含血红素的呼吸酶类（包括接触酶类）。主要有两属：微球菌属（Micrococcus）和葡萄球菌属（Staphylococcus）。前者为需氧菌，不发酵葡萄糖，DNA中G+Cmol%为66～72；后者为兼性厌氧菌，发酵葡萄糖，DNA中G+Cmol%为30～40。
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②链球菌科：链球菌科及其他球状乳酸细菌，主要有链球菌属（Streptococcus）、片球菌属（Pediococcus）和明串珠菌属（Leuconostoc），在一个或两个平面上分裂，成对、链状和四联状，兼性或耐氧厌氧菌。主要通过乳酸发酵获取能量，与微球菌不同，一般没有包括接触酶在内的含血红素的呼吸酶类，说明了它们具有更为厌氧的特性。
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③消化球菌科：厌氧性球菌，细胞成对、四联和不规则簇状聚集，与兼性厌氧的链球菌不同，它们不是以乳酸发酵为其特征。包括消化球菌属（Peptococcus）、消化链球菌属（Peptostreptococcus）、瘤胃球菌属（Ruminococcus）和八叠球菌属（Sarcina）。
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（2）乳酸细菌 G+、通常不运动、不生芽孢、产生乳酸作为发酵代谢中主要的（异型乳酸发酵）或唯一的（同型乳酸发酵）产物为特征的细菌，在形态上既有上述链球菌科的球状又有乳杆菌属（Lactobacillus）的杆状细菌（表1-10）。
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表1-10 乳酸细菌的几个重要属
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（3）G+杆菌 包括一大群不同的细菌，从专性需氧到专性厌氧，从短杆状到长杆状（常为不规则形）等，主要根据它们能否形成芽孢再进一步细分。
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①芽孢杆菌：芽孢杆菌属于不同纲和目的两个科，最重要的两个属为芽孢杆菌属（Bacillus）和梭菌属（Clostridium），前者为需氧和兼性厌氧菌，后者多为专性厌氧菌。它们是土壤中的腐生菌，化能异养型，在降解有机质中具有重大作用，有些种是人、动物和昆虫的病原菌。
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芽孢杆菌属的细菌，根据形态和生理特征分种，形态上的区别在于细胞大小、芽孢形状和大小及位置，生理上按生长温度和发酵类型来区别。梭菌属的细菌除少数几种外都是专性厌氧菌，它们缺少过氧化物歧化酶（SOD）和接触酶，故限于底物水平磷酸化上；根据发酵特征，包括丁酸、丁醇、丙酮、混合酸、氨基酸和嘌呤发酵以及发酵乙酸和CO2进行分种；它们的DNA中G+Cmol%为22～43，反应了遗传上的异质性。
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能生成芽孢的细菌不仅限于芽孢杆菌和梭菌两属，芽孢杆菌科（Bacillaceae）还包括G-的硫酸还原厌氧细菌——脱硫肠状菌属（Desulfotomaculum），细胞排列呈立体孢囊状的芽孢八叠球菌属（Sporosarcina）和微嗜氧、接触酶阴性的芽孢乳杆菌属（Sporolactobacillus）。这是一群形态、生理和遗传上都表现出一定异质性的细菌，但都能生成芽孢，故列入芽孢杆菌科。
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②无芽孢杆菌：除乳酸细菌中的乳杆菌属外，还有一些无芽孢G+杆菌，其特征为细胞形态明显不规则和有变化，包括两端尖、垒球棒状和丝状杆菌，也有能从杆状转变为球状的。如属于棒状细菌（Corynebacteria）的棒杆菌属、节杆菌属（Arthrobacter）和丙酸杆菌属（Propionibacterium），细胞呈多形性的双歧杆菌属（Bifidobacterium），细胞有分枝的分枝杆菌属等。
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棒杆菌属细菌的细胞呈直、略弯，常呈一端膨大的棒状。因行折断分裂，常呈八字形和栅状排列。兼性厌氧，有的为好氧，化能有机营养类型。其细胞壁中含有内消旋二氨基庚二酸和阿拉伯糖、半乳糖。呼吸链中有甲基萘醌，细胞内含有枝菌酸。腐生型的棒杆菌生存于土壤、水体中，如产生谷氨酸的北京棒杆菌（C.pekinense），利用该菌种，根据代谢调控的机理，已筛选出生产各种氨基酸的菌种。寄生型的棒杆菌可引起人、动植物的病害，如使人患白喉病的白喉棒杆菌。
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节杆菌属为好氧、触酶阳性的杆菌，进行呼吸代谢；胞壁肽聚糖含赖氨酸，磷酸类脂类型为PI，主要甲基萘醌为MK-8、MK-9H和MK-10，DNA的G＋Cmol%含量为59～70。这个属最突出的特征是呈杆状—球状生长循环（图1-68，引自刘志恒主编《现代微生物学》2002）。当节杆菌生长于对数期时，菌体呈不规则、分枝杆状，通过突然分裂而繁殖；进入稳定期后，菌体变为球形；一旦转接到新鲜培养基上，球形细胞又开始出芽生长，再次变为生长活跃的杆菌，有雏形分枝，但无真正菌丝体。虽然节杆菌常常能从鱼、污水和植物表面分离到，它们最主要的栖息地还是土壤，是土壤微生物菌群的重要组成者。由于节杆菌对干燥和营养缺乏有很强的耐受性，所以非常能够适应土壤的生境，它们甚至能够降解一些除草剂和杀虫剂，对复杂有机化合物的矿化具有重要意义。
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图1-68 球形节杆菌（Arthrobacter globiformis）的杆状-球状生活史（Prescott et al. 1999）
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丙酸杆菌属细菌细胞多变的形态，是这类细菌形态学上突出的特征，虽为一端圆一端尖的棒杆状，但老龄细胞（对数生长后期）则多呈球形。在排列方式上也是呈多样性，或单个、成对、成短链；或呈V形、Y形细胞对；或以“汉字”状簇群排列。细胞壁中含有LL-DAP和m-DAP，厌氧至耐氧，化能有机营养类型。能发酵乳酸、糖和蛋白胨，产生大量的丙酸及乙酸，使乳酪具有特殊风味是这类细菌生理上独特特征。从牛奶、奶酪、人的皮肤、人与动物的肠道中可分离出，有的种对人有致病性。费氏丙酸杆菌（P.freudenreichii），是工业上用来生产丙酸和维生素B12的菌种。
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双歧杆菌属细菌的细胞形态呈多样性，长细胞略弯或有突起，或有不同分支，或有分叉或产生匙形末端；短细胞端尖，也有球形细胞。细胞排列或单个，或成链，或呈星形、V形及栅形。厌氧，有的能耐氧。发酵代谢，通过特殊的果糖-6-磷酸途径分解葡萄糖。存在于人、动物及昆虫的口腔和肠道中。近年来，许多实验证明双歧杆菌产乙酸具有降低肠道pH、抑制腐败细菌滋生、分解致癌前体物、抗肿瘤细胞、提高机体免疫力等多种对人体健康有效的生理功能。
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7.1.2.3 放线菌
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放线菌是具有菌丝、主要以形成无性孢子的方式进行繁殖（也可靠菌丝片段进行繁殖）、革兰氏染色阳性的一类原核微生物。因其具有分枝状菌丝，菌落形态与霉菌相似，过去曾认为放线菌是“介于细菌与真菌之间的微生物”。然而，用近代生物学技术所进行的研究结果表明，放线菌实际上是属于细菌范畴内的原核微生物，只不过其细胞形态为分枝状菌丝。从系统发育上看，放线菌（除高温放线菌外）与全部G+细菌一起同属于这一大分支中的高G+Cmol%（60～72）群。
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比较原始的放线菌细胞是杆状分叉或只有基质菌丝（substrate mycelium），没有气生菌丝（aerial mycelium）。典型的放线菌除发达的基质菌丝外，还有发达的气生菌丝和孢子丝（sporophore）（图1-69，引自李阜棣、胡正嘉主编《微生物学》第5版 2000）。
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图1-69 链霉菌的一般形态和构造模式图
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基质菌丝也称营养菌丝、基内菌丝，是紧贴固体培养基表面并向培养基里面生长的菌丝，能产生黄、橙、红、紫、蓝、绿、灰、褐、黑等色素或不产色素，色素脂溶性或水溶性，水溶性色素在培养过程向培养基中扩散可使菌落周围培养基呈现颜色。气生菌丝也称气中菌丝，是自培养基表面向空气中生长的菌丝，有波曲、螺旋、轮生等多种形态，气生菌丝可分化形成孢子丝。孢子丝是在气生菌丝上分化出可形成孢子的菌丝，其排列方式在不同种间有差异，有直形、波浪弯曲形或螺旋状，孢子丝有交替生、丛生、轮生，是分类上的依据，孢子丝形成孢子起繁殖作用（图1-70，引自沈萍、陈向东主编《微生物学》第2版 2006）。
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图1-70 链霉菌不同类型孢子丝着生结构
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放线菌的孢子有球形、椭圆形或瓜子形等各种形状，孢子表面还有不同的纹饰（图1-71，引自李阜棣、胡正嘉主编《微生物学》第5版 2000）。孢子呈白、黄、绿、淡紫、粉红、蓝、褐、灰等颜色。
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图1-71 放线菌的孢子形态
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放线菌的菌落特征因种而异，大致分为两类：一类是以链霉菌为代表，其早期菌落类似细菌，后期由于气生菌丝和分生孢子的形成而变成表面干燥、粉粒状并常有辐射皱折，菌落一般小，质地较密，不易挑起并常有各种不同的颜色；另一类中以诺卡氏菌为代表，菌落一般只有基质菌丝，结构松散，黏着力差，易于挑起，也有特征性的颜色。
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放线菌为化能有机营养型，广泛利用各种糖类和碳水化合物为碳源和能源；利用有机氮或无机氮为氮源，其中弗兰克氏菌属（Frankia）放线菌还能利用分子态氮。许多种类能产生抗生素、维生素和各种酶类，尤以产生抗生素著称。某些放线菌为人、畜或植物病原菌，如人、畜的放线菌病和马铃薯疮痂病等。
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放线菌在自然界中广泛分布，土壤中最多。大多腐生，少数寄生，在分解复杂有机质中起重要作用。弗兰克氏菌能与众多的非豆科植物共生结瘤固氮，在绿化造林、改良土壤、改善生态环境上有重要作用。在年老植物根系上，往往有较多的放线菌定殖。利用放线菌与真菌的颉颃关系，有可能用来防治某些植物根部的真菌病害。在堆肥、稻草、垃圾堆制的自热过程中，会引起嗜热放线菌的富集，诱导产生耐高温、热稳定的纤维素酶、蛋白酶和β-1，3-葡聚糖酶等，促进纤维素进一步分解，加速堆肥腐熟，也是开发高温酶类的来源。
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（1）多腔孢囊放线菌 这类放线菌包括嗜皮菌属（Dermatophilus）、地嗜皮菌属（Geodermatophilus）和弗兰克氏菌属，其共同特征是菌丝进行纵向和横向分裂，直接产生孢子，菌丝形成细胞群或孢子簇，细胞壁含有内消旋二氨基庚二酸（m-DAP）。
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（2）孢囊放线菌 这类放线菌以孢囊孢子（sporangiospore）进行繁殖为突出特征，孢子的分裂和排列方式用于区分不同的属：①游动放线菌属（Actinoplanes），孢囊球状、棒状或不规则状，产生圆形或近圆形具丛生鞭毛的游动孢子，多分布在腐烂植物和土壤中；②指孢囊菌属（Dactylosporangium），孢囊指状或棒状，其内可产生规则的球形孢子，排列成单一行列，16S rRNA寡核苷酸编目表明该属在系统发育上与游动放线菌属、小单孢菌属（Micromonospora）的关系密切；③游动单孢菌属（Planomonospora），产生梭形、具周生鞭毛的游动孢子是该属的特征，多分布在温带和热带的土壤中。
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（3）链霉菌 链霉菌具有发达的基内菌丝和气生菌丝，孢子丝和孢子所具有的典型特征是区分各种链霉菌明显的表观特征，产多种抗生素是这类放线菌最突出的生理特性。包括几百个种的链霉菌属（Streptomyces）是放线菌中种类最多的一属，该属的孢子丝可呈直形、波曲和螺旋形，螺旋形有开环螺旋形钩状、松螺旋、紧螺旋之分，孢子丝在排列方式上又有簇生、单轮生、二级轮生之别，孢子丝可产3～50个孢子；孢子呈球形、椭圆形或杆状，有的表面光滑，有的表面具有瘤状、刺状、毛发状或鳞片状等饰物；孢子丝的形状、排列方式、孢子表面饰纹是分种的重要表型特征；该属可产生1000多种抗生素，用于临床的已超过100种，如链霉素、卡那霉素、丝裂霉素等，是放线菌中产抗生素最多的属；此外，该属的种还可以产生维生素、酶和酶抑制剂；多数腐生型的链霉菌在土壤中生长，分解土壤中其他微生物难以利用的有机物，对土壤环境具有高度的适应性，在土壤改良中具有积极意义；少数寄生型的种能引起植物病害，如疮痂病链霉菌（S.scabies）可导致马铃薯和甜菜的疮痂病。
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（4）其他放线菌 主要有以下几个属的放线菌，它们各自有其相应的一些特征。
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①小单孢菌属（Micromonospora）：在单轴分支的孢子梗上产生圆形的单生孢子，是该属最突出的表观特征。腐生型的小单孢菌具有很强的分解纤维素、几丁质的能力，是土壤和水体中常见的放线菌。临床上广泛使用的庆大霉素（gentamycin），是由该属中的棘孢小单孢菌（M.echinospora）产生的。
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②高温放线菌属（Thermoactinomyces）：在系统发育上，该属归于G+菌DNA低G+C菌群（G+Cmol%为30～42），说明该属与其他放线菌在遗传上远缘。气生菌丝和基内菌丝，均可产生单个孢子是该属的特点，多分布在高温的堆肥、厩肥和自热草堆中，有些种可产抗生素。
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③诺卡氏菌属（Nocardia）和拟诺卡氏菌属（Nocardiopsis）：诺卡氏菌属又名原放线菌属，培养15h至4d的菌丝体产生横膈膜后，可突然断裂成长短近一致的杆状或带叉的杆状体或球状体，以此复制成新的多核菌丝体是该属突出的特点；多数种只有营养菌丝、无气生菌丝，一些具有极薄气生菌丝的种也可以产生杆状或椭圆形的孢子；该属可产生多种抗生素，如对结核分支杆菌（Mycobacterium tuberculosis）和麻风分支杆菌（M.leprae）有特效的利福霉素（rifamycin）以及抗G+菌的瑞斯托霉素（ristocetin）；此外，有的诺卡氏菌在石油脱蜡、烃类发酵、处理含氰废水方面有实用价值。拟诺卡氏菌属在形态特征上与诺卡氏菌属相似，有的种可引起人和动物眼及肺部感染。
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④马杜拉放线菌属（Actinomadura）：该属的放线菌可产生多种抗生素，如抗禽类球虫病的马杜霉素（madumycin）等。
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⑤放线菌属（Actinomyces）：该属最突出的特征是无气生菌丝，不形成孢子，通过营养菌丝断裂成V、Y形体进行繁殖。多数是致病菌，如引起牛大颌病（lumpy jaw）的牛型放线菌（A.bovis）以及引起人后颌骨肿病和肺感染的衣氏放线菌（A.israelii）等。
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7.2 古生菌种类的多样性
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7.2.1 古生菌的系统发育
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7.2.1.1 第1类群
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近根部的甲烷嗜热菌以及能还原硫的超嗜热古生菌，包括硫还原球菌属、硫化叶菌属、热变形菌属、热网菌属、热球菌属和火球菌属，它们统归为泉古生菌门，超嗜热菌的寡核苷酸标记是UAACACCAG和CACCACAAG。
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7.2.1.2 第2类群
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产甲烷古生菌，包括产甲烷球菌属、产甲烷杆菌属、甲烷嗜热菌属、产甲烷八叠球菌属和产甲烷螺菌属，AYUAAG序列是极端嗜热菌的标记。
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7.2.1.3 第3类群
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极端嗜盐的古生菌独立成群，包括嗜盐杆菌属、盐球菌属、嗜盐碱球菌属，AAUUAG序列是极端嗜盐菌的标记。
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7.2.1.4 第4类群
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嗜酸、嗜热的热原体也是独立成群，AAAACUG和ACCCCA寡核苷酸序列是热原体的遗传标记。
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7.2.1.5 第5类群
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还原硫酸盐的古生菌，从硫代硫酸盐和硫酸盐形成H2S产少量甲烷，仅包括古生球菌属。
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谱系树中的第2类群、第3类群、第4类群和第5类群，构成了广古生菌门。
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7.2.2 古生菌的主要类型
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7.2.2.1 极端嗜盐古生菌
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根据16S rRNA的序列分析并结合其他生物学性状，将极端嗜盐古生菌（extremely halophilic archaea）划分为8个属：盐杆菌属（Halobacterium）、盐红菌属（Halorubrum）、盐棒杆菌属（Halobaculum）、富盐菌属（Haloferax）、盐盒菌属（Haloarcula）、盐球菌属（Halococcus）、嗜盐碱杆菌属（Natronobacterium）、嗜盐碱球菌属（Natronococcus）。目前，已增加到15个属。
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所有嗜盐古生菌的革兰氏染色均为阴性，细胞壁不含肽聚糖，质膜中含有醚键的类脂。细胞内的基因组成有别于真细菌和其他古生菌，在盐杆菌和盐球菌的细胞内存在着多拷贝的大质粒，这些大质粒的G+Cmol%为57～60，与核区DNA中66～68的比率有明显的差异，质粒DNA占细胞总DNA的25%～30%，远远超过真细菌0.5%～3%的含量。嗜盐菌核区DNA存在着高度重复性，同时具有古生菌类型的RNA聚合酶。
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嗜盐菌采用二分分裂法进行繁殖，无休眠状态，不产生孢子，大多数嗜盐菌不运动，只有少数种靠丛生鞭毛缓慢运动。所有的极端嗜盐古生菌均为化能有机营养类型，大多数的种以氨基酸或有机酸作为碳源和能源，并需要一定量的维生素作为生长因子，少数种可较弱地氧化糖类。大多数的种行专性好氧呼吸，一些盐杆菌的种可进行厌氧呼吸，通过耗糖发酵以及硝酸盐或延胡索酸盐的无氧呼吸链来进行。
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这些细菌在盐湖和晒盐场以及含盐浓度高的土壤等高盐环境中普遍存在，在用晒制粗盐腌制的食品中也常见。按照公认的定义，极端嗜盐古生菌最少需要1.5mol/L（约9%）NaCl才能生长，大多数种类最适生长的NaCl浓度为2～4mol/L（12%～23%）；最高生长的NaCl浓度为5.5mol/L（大约32%）的饱和浓度，当然，有的种类这时生长很慢。
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极端嗜盐古生菌的细胞呈杆状或球状，其主要特点是细胞膜上存在着细菌视紫红质（bacteriorhodopsin），它具有利用光能驱动质子泵的作用，故极端嗜盐古生菌可利用质子梯度所产生的能量合成ATP。
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该类古生菌的典型代表是盐杆菌属，其主要特征为在最适条件下生长时，细胞呈杆状，大小在0.5～1.2μm×6.0μm。在老的液体培养基和固体培养基上生长时，常出现多形性（弯曲和膨大的杆状、棒槌形、球形），以丛生鞭毛运动，有的菌株有气泡，细胞以缢缩分裂方式繁殖。
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大多数菌株严格好氧，但有的兼性厌氧。生长需要镁离子（5～50mmol/L），在蒸馏水中细胞溶解。生长最适温度35～50℃、最高温度55℃、最低温度15～20℃，在pH 5.5～8.5条件下生长。化能异养，生长需要氨基酸，大多数菌株分解蛋白质。表1-12所列为极端嗜盐古生菌各属在形状、生境方面的特征。
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表1-12 极端嗜盐古生菌的形状和生境
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7.2.2.2 产甲烷古生菌
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产甲烷古生菌（methane-producing archaea）由于其分解代谢的产物是CH4（甲烷），很早就被人们发现并对甲烷的形成进行了研究。由于产甲烷新种的不断发现，截至1990年根据D. R. Boone的统计，产甲烷细菌的总数为55种。1997年，有的学者根据形态特征、可利用的底物及DNA中G+Cmol%，将产甲烷古生菌划分为7个类群18个属。在《伯杰氏系统细菌学手册》第2版中记载了20个属，根据生理学和分子生物学特性（16S rRNA序列）可将它们分为7群，各群的代表属如表1-13所示。产甲烷古生菌在形态上具有多样性，已分离到的产甲烷古生菌，可分为球形、八叠球状、短杆状、长杆状、丝状和盘状。在荧光显微镜下检查时，甲烷产生菌有自发荧光，这是识别甲烷产生菌的一个重要方法。
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表1-13 产甲烷古生菌代表属的主要特征
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产甲烷古生菌的革兰氏染色反应有的为G+，有的为G－。由于它们的细胞壁不含有肽聚糖，用革兰氏染色作为产甲烷古生菌的分类指征是不适宜的。产甲烷古生菌的质膜，主要是由醚键连接的类异戊二烯组成，而不是通过酯键连接的磷脂。16S rRNA寡核苷酸的序列分析，可以提供与该菌形态和生理发育相一致的系统发育体系。产甲烷古生菌是严格的厌氧菌，它们的细胞内不含有过氧化氢酶，也不含有过氧化物酶，因此氧对它们有毒害作用，不能生活在有氧的环境中；通常生长在与氧气隔绝的水底、反刍动物的瘤胃和厌氧消化器中。在进行自养生长时，CO2是碳源，利用H2作为CO2的还原剂以合成有机物，利用甲烷发酵或乙酸盐呼吸来获取生命活动所需要的能量，乙酸可刺激生长。某些种需要氨基酸、酵母膏和酪素水解物等作为生长因子，如瘤胃甲烷菌需要支链脂肪酸。所有的产甲烷古生菌都能利用NH4+作为氮源，少数的种可以固定分子态的氮。与其他古生菌不同的是，所有的产甲烷古生菌都需要金属镍作为产甲烷辅酶F430的成分（镍四吡咯），除镍之外，铁和钴也是产甲烷古生菌所需要的重要微量元素。
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此类古生菌的代表是甲烷杆菌属，它的主要特点是细胞呈弯曲至直的杆状或长丝状，宽0.5～1.0μm，不形成芽孢，产生菌毛，不运动。革兰氏染色反应不定，严格厌氧菌，嗜中温种最适生长温度37～45℃、嗜热种是55℃或更高。通过将CO2还原成CH4而获得能量生长，电子供体限于H2、甲酸和CO，氨为唯一氮源，硫化物可作为硫的来源。
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7.2.2.3 超嗜热古生菌
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超嗜热古生菌（hyperther-mophiles archaea），是古生菌界中能在100℃以上的温度环境中生活的嗜热微生物。它们的最适生长温度约为80℃左右，有的种类如热网菌属（Pyrodictium）的最适生长温度为105℃。这种温度范围不仅对高等动植物是致死温度，就是对耐热的真细菌来说也是不能存活的温度。超嗜热古生菌分布在地热区炽热的土壤或含有元素硫、硫化物热的水域中。由于生物氧化作用，富硫的、热的水体及其周围环境往往呈现酸性，pH5左右，有的可低于1。这些高热、高酸、高硫的环境，常被称为硫黄热泉（solfataras）或热硫滩。但是，主要的超嗜热古生菌多栖息在弱酸性的高热地区。一种被称之为菌株121（strain 121）的超嗜热古生菌，是以Fe（Ⅲ）为电子受体（图1-73，引自沈萍、陈向东主编《微生物学》第2版2006），其最高生长温度可达121℃并因此得名（Kashefi K et al.Extending the upper temperature limit for life.Science， 2003，301，934）。
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图1-73 能在121℃生长繁殖的“121株”的细胞形态
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绝大多数的超嗜热古生菌专性厌氧，以硫作为电子受体，进行化能有机营养或化能无机营养的厌氧呼吸产能代谢。超嗜热古生菌的呼吸类型呈现高度多样性，不论是以有机物还是以无机物作为呼吸底物，进行化能有机营养或化能无机营养，硫元素在各类型的呼吸作用中都起着关键性的作用，或者作为电子受体或者作为电子供体。目前，我们所了解的超嗜热古生菌，多分离自陆地的火山地区和海底的火山口、海底硫黄热泉及海底热流的喷出口。现已对18个属的超嗜热古生菌，进行了形态、生理和遗传特性的研究。在形态上，不同属种差异很大，除了一般的杆状和球状外，还有圆盘状、不规则球状、圆盘上带附丝、杆状外面有包被等，显示了细菌外形的多样性。
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硫化叶菌属（Sulfolobus）是第一个被分离鉴定的极端嗜热古生菌（Brock et al.1970），生长在富硫的酸热泉中，温度达90℃以上，pH为1～1.5。通常为球状，但有的种具有垂叶。进行有氧代谢时，将H2S或S0氧化成H2SO4，固定CO2作碳源，它也能进行有机营养生活。在无氧下，硫化叶菌还能还原Fe3+为Fe2+，但不能以此生长；在有氧时可氧化Fe2+为Fe3+，这一特性已成功地用于高温下对铁矿和铜矿的洗滤。同硫化叶菌相似的兼性好氧菌是酸双面菌属（Acidianus），但它主要是进行厌氧生长，在有氧和缺氧条件下都能利用S0，有氧时氧化S0作电子供体，形成H2SO4；无氧时，以S0作为电子受体，H2作电子供体，形成H2S，所以S0对酸双面菌代谢的作用决定于O2是否存在。酸双面菌的最适生长温度为90℃，65℃到95℃均能生长。
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热网菌是海洋火山极端嗜热菌中最令人感兴趣的古生菌之一，因为它的生长最适温度为105℃，超过了水的沸点，82℃开始生长，可高达110℃。细胞为圆盘状或不规则盘状。热网菌为严格厌氧性，在中性条件下利用H2进行化能无机营养生长，以S0作电子受体。加入有机物质，对生长有刺激作用。细胞G+Cmol%为62，比其他极端嗜热古生菌均高。从类似环境中分离的热叶菌属（Pyrolobus），生长温度更高达113℃，这是目前所知的微生物生长的最高温度。热网菌属的细胞最高能在110℃生长，在这样的温度条件下，热网菌可以产生占细胞蛋白总量80%的一种蛋白质，这种蛋白质具有两种酶活性，一种活性为催化ATP合成的酶活性、另一种活性是作为一种分子伴侣（molecular chaperonin），当外环境的温度达到生长温度的最高极限接近细胞内蛋白质变性时，这种分子伴侣通过重折叠（refolding）来保持其他蛋白质分子对高热的稳定性；当在接近热网菌最适生长温度105℃的100℃时，只产生少量的分子伴侣，这就暗示只有在生长温度的最高极限时，才会大量产生防止蛋白质变性的分子伴侣。
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上面提到的几属古生菌不能以硫酸盐作电子受体，古生球菌属（Archaeoglobus）是硫酸盐还原极端嗜热古生菌。它们能氧化H2、乳酸、琥珀酸、葡萄糖等，将硫酸盐还原为硫化物，也能以亚硫酸盐和硫代硫酸盐作为电子受体。细胞为不规则球状，具有鞭毛。在64～92℃中生长，最适为83℃。除了还原硫酸盐外，另一突出特征是含有某些只在产甲烷古生菌中发现的辅酶，如辅酶F430和甲烷喋呤（methanopterin），还有导致甲烷形成的酸类。实际上，古生球菌作为硫酸盐还原菌，生长时能够产生少量甲烷。古生球菌属细菌，栖息于海底热水流火山口。
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甲烷嗜高热菌属（Methanopyrus）是产甲烷的极端嗜热古生菌，杆状，G+。分离于海洋的水热喷口附近的沉淀物中，生长温度85～110℃，最适温度为100℃。在系统发生上，它是已知古细菌中最古老的种类，同极端嗜热菌和甲烷产生菌都有相似的表型。它利用H2和CO2产生CH4，在100℃下生长迅速，代时少于1h。但同大多数甲烷产生菌不同的是，甲烷嗜高热菌的细胞中含有大量糖酵解衍生物环2，3-二磷酸甘油酸，溶解于细胞质中，浓度可达1mol/L，这种物质可能起热稳定剂的作用，以防止细胞内DNA和酶的变性。这种菌被发现于约2000m深的海洋中，这里温度可达350℃，但水仍为液态。因此有人认为，很可能还有其他极端嗜热甲烷产生菌能在110℃甚至更高温度下生长。
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超嗜热古生菌的生长温度，比任何已知的原核生物的生长温度都要高得多。目前已经探明，超嗜热古生菌之所以能够在70～110℃的温度范围内生长，有的种属甚至可以在超过110℃的温度下正常生长，关键在于这类古生菌细胞内的蛋白质和核酸大分子物质对热的稳定性。对于耐热蛋白质来说，这种稳定性一方面取决于蛋白质中氨基酸的序列、肽键的折叠以及耐热蛋白的酶活性；另一方面通过代谢活动产生的2，3-二磷酸甘油酸可溶性物质的保护作用，增强了对热的稳定性。对于DNA来说，则是通过一种与真核生物细胞组蛋白密切相关的结合蛋白和高浓度的2，3-二磷酸甘油酸，来防止和保护在高热条件下DNA的变性和解链。
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热球菌属（Pyrococcus）这类嗜热古生菌，它们对DNA的保护装置在于细胞内含有高浓度的2，3-二磷酸甘油酸，DNA与可溶性的细胞质结合或者通过特异性的DNA结合蛋白的活性，来对抗高热对DNA的解链破坏作用，使DNA的解链温度随可溶性细胞质浓度的增加而提高。目前认为，当温度达到120℃时，微生物体内的DNA、ATP、NAD+水解酶及蛋白质均会遭到破坏、失活，生命将不复存在。然而，对于一些超嗜热古生菌，如热叶菌属细菌，当温度升至113℃时，菌体通过保护性物质能很快地适应高热，得以生长。如此看来，对于微生物生存的温度极限，目前应该界定为低于120℃。113℃是超嗜热古生菌——热叶菌生存的最高温度。
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这里顺便提一下以便比较，真细菌中也有极端嗜热的种类。栖热袍菌属（Thermotoga）的生长温度为90℃（最适为80℃），存在于陆地和海洋热泉中，为化能有机营养型，利用糖和蛋白质进行厌氧生活。产液菌属（Aquifex）的生长温度可达95℃（最适为85℃），存在于海洋火山热泉，它们为专性化能无机营养型，只利用H2、S0和S2O2-3作为电子供体，以O2或NO-3作电子受体，进行厌氧或微好氧生活。栖热菌属（Thermus）的生长温度为60～80℃，PCR技术中所用的热稳定Taq-DNA多聚酶来自于水生栖热菌（T.aquaticus），它的最适生长温度为70～72℃。
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7.2.2.4 无细胞壁的古生菌——热原体属
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在古生菌中，有一类无细胞壁的原核生物（a cell-wall-less archaean）很像无细胞壁的支原体，由于它们无细胞壁、嗜热、嗜酸、行好氧化能有机营养，所以被称为热原体（Thermoplasma）。
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热原体的细胞形态多样，有球形（直径0.2～2.0μm）和各种丝状结构，细胞仅由1个3层结构的细胞膜所包裹，缺少真正的细胞壁，G-；兼性厌氧，专性嗜酸嗜热，在55～59℃和pH为1～2时生长最好，在接近中性时细胞自溶。有的种具有多根鞭毛，能够运动。热原体能抵御外界渗透压的变化、对抗外环境的低pH和高热极端环境，是因为它们虽然没有坚韧的细胞壁，但发育出一种带有甘露糖和葡萄糖单位的四醚类脂（tetratherlipid）的脂多糖化合物，作为质膜的主要成分；同时，质膜中也含有糖肽，但没有固醇类化合物，这样的质膜使热原体表现出对渗透压、酸、热的稳定性。热原体在55℃、pH2的合成培养基上生长，菌落可达0.3mm，呈深褐色、扁平和颗粒状，有的菌落周边半透明，呈典型的“煎蛋状”。目前已知的热原体属只有三个种：嗜酸热原体（T.acidophilum）、氧化硫热原体（T.thiooxidans）和火山热原体（T.volcanium）。
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最令人感兴趣的是热原体的基因组，像真细菌中的支原体一样，热原体也只有一种极小的基因组，其DNA中的碱基约为1100kb，G+Cmol%为46。与其他原核微生物显然大不相同的是，在DNA的碱基周围裹以结合蛋白，这种球蛋白颗粒的组成很像真核细胞中的核小体，并且很坚硬，其蛋白组分也类似于真核细胞核小体中的组蛋白，经氨基酸测序比较，两者显示出有意义的同源性。从系统发育上看，热原体属于广古生菌。
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7.2.3 古生菌——地球早期的生命形式
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细菌（真细菌）、古生菌（古细菌）和真核生物三界学说的建立和发展，为进一步探讨生命起源和进化提出了新的思路。在生命出现前的原始地球上，大气的组成是还原性的，富含大量的水蒸气、CH4、NH3、H2S和少量的H2。宇宙大爆炸的能量使氨基酸、核苷酸、糖类、脂类等生命物质得以出现，由此演化成原始生命。早期地球高热、高盐、高湿、低pH、无氧、充满还原性的气体，是一种极端环境，只有克服和适应这种极端环境条件的生命才能得以生存和繁衍下去。在当时大约100℃或者更高温度的环境中，唯有超嗜热的生物才可能生长，这种超嗜热生物应该是类似的超嗜热古生菌。从16S rRNA序列分析的数据比较表明，古生菌在系统发育中的进化比真细菌和真核生物缓慢，这种缓慢的进化过程特别表现在超嗜热古生菌中。究其原因，这可能与超嗜热古生菌与它们所栖息的极端高热环境有密切的关系。生活在高热环境中的生物必须保持其基因的稳定性和保守性，即使由于进化，这些基因也不会发生重大改变以保持其特殊的表型特征。
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可以认为，类似于超嗜热的古生菌可能是地球早期的生命形式，因为它们厌氧、化能有机或化能无机的营养代谢等表型特征，能符合所推测的早期地球地质化学条件下原始生物的表型特征。能氧化H2、还原硫的超嗜热古生菌，类似于甲烷嗜热菌的产甲烷微生物都属于地球上早期的细胞类型，它们可能演化成古生球菌、热棒菌、热变形菌以及各类产甲烷的古生菌。氢代谢途径出现在超嗜热古生菌中，古生球菌以H2作为电子供体，将硫酸盐还原成H2S，甲烷球菌和嗜热甲烷菌利用H2还原CO2生成甲烷，这显示出H2作为电子供体在地球早期生命发育和进化中的作用。虽然超嗜热古生菌和产甲烷古生菌作为地球早期的生命形式的证据还不够充分，还有许多奥秘没有解开，还有许多令人质疑的问题没有得到确切的答案，但至少我们可以认为具有嗜热、厌氧、低pH、氧化H2、还原硫及硫酸盐、产甲烷等特性的各类古生菌，可以适应早期地球的环境，而得以生存繁衍下来，成为现代各类古生菌的祖先。
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主要参考文献
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第2章 水产养殖动物的细菌感染与抗菌免疫
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1 细菌感染
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1.1 细菌感染的发生与发展
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1.1.1 构成感染发生的条件
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1.1.1.1 病原细菌
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尽管前已述及病原细菌的概念，但在实践中又常根据病原细菌的致病性（pathogenicity），将其分为专性致病菌（obligate pathogen）与条件致病菌（conditioned pathogen）。专性致病菌指的是有些细菌，无论在任何情况下它对于易感动物来讲都是具有致病性的，即通常所指的病原菌或致病菌；另有些细菌在正常情况下并不致病，只有当在某些条件改变的特殊情况下才可致病，此类细菌被称为条件致病菌或机会致病菌（opportunistic pathogen）；相对于致病菌来讲，那些不能造成宿主感染的则被称为非病原菌（nonpathogenic bacterium）或非致病菌。实际上，非病原菌的概念并不是绝对的，如所谓的条件致病菌在正常情况下也被列为非病原菌的范畴，但它们本质上是具有致病潜能的；另外，从易感动物的角度来看致病菌与非致病菌，均可认为是相对的。
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病原细菌的存在是感染发生的前提，这些病原菌还须具备一定强度的毒力、足够的数量和适当的侵入门户，才有可能导致水产养殖动物的感染。
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（1）毒力 病原细菌能引起宿主感染或发病的这种性能，被称为致病性或病原性，它是一个质的概念。细菌的致病性是相对于特定宿主而言的，其中有的仅对人类有致病性，也被称为人的病原菌；有的仅对某种或某些动物有致病性，也被称为动物的病原菌；有的则对人类、某种或某些动物均具有致病性，也被称为人、动物共患病的病原菌（即人、动物共染病原菌）。另一方面，不同种类的病原菌对同种宿主机体，或同种病原菌对不同的宿主机体，可引起不同的病理过程和不同的疾病。显然，致病性所描述的是细菌种（species）的特征。
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相对于致病性来讲，病原菌致病性的强弱程度被称为毒力（virulence），它是一个量的概念，所描述的是细菌株（strain）的特征。一方面，在各种不同的病原菌间，其毒力常是不一致的；另一方面，在同种细菌甚至同菌型的病原菌，也会因菌株不同存在毒力上的差异，分为强毒、弱毒或无毒菌株。但并不是所有的某种病原菌均明确地存在强毒、弱毒、无毒菌株，且毒力也是随宿主和环境条件的不同存在差异的。病原菌所表现出来的这种毒力差异，主要是与构成毒力的物质基础的质和量的不同相关联的。一般情况下，细菌性感染的发生是由具有一定强度毒力的菌株所引起的，且可因具体的强度差异引起不同程度的感染，直接涉及感染的发展与结局；弱毒及无毒菌株不会引起感染发病，也常可作为对相应细菌感染特异免疫的疫苗使用。
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（2）数量 感染的发生，除病原菌必须具有一定的毒力外，还需要有足够的数量。所需数量的多少，一方面是与病原菌的毒力强弱有关的，一般是毒力越强则所需的菌数越小，反之则需菌数越大；另一方面，也取决于宿主的免疫机能状态，免疫力越强则所需菌数越大，反之则需菌数越小。
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（3）侵入门户 亦即侵入部位，具有一定毒力和足够数量的病原菌，若侵入易感机体的部位不适宜则也不能引起感染。一般情况下，各种病原菌均有其特定的适宜侵入部位，这与病原菌生长繁殖需要一定的微环境有关；有的病原菌的合适侵入部位不止一个，能通过多个部位侵入机体引起感染。
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1.1.1.2 易感动物
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就病原菌与非病原菌来讲，除了上面所述及的外，从某种意义上也可以认为是相对于易感动物所界定的。另一方面，易感动物又可以被认为是相对于病原菌所界定的。在水产养殖动物中，某种水产养殖动物尤其是鱼类，常常对多种病原菌均是易感的。
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1.1.1.3 外界环境因素
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水产养殖动物，是否发生细菌感染或感染后的轻重程度，除了取决于病原菌和水产养殖动物易感程度外，也直接受外界自然环境条件如气候、季节和水温等的影响，同时也与人工养殖的整体条件有关，有时这些也在一定程度上关联到感染的发展与结局。
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总体来讲，病原细菌和易感水产养殖动物的并存，潜在了细菌感染发生的可能，但也不是必然的，因至少仅病原菌方面还直接关联到毒力强度、数量和侵入门户等；适宜的外界环境条件，可促使这种细菌感染的发生。
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1.1.2 感染的类型
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1.1.2.1 外源性感染和内源性感染
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这是按病原菌的来源划分的，在水产养殖动物的细菌感染，其病原细菌的来源主要有两种途径：一是来源于水产养殖动物体外的水生境，多种病原细菌可以通过空气、土壤、饵料、带菌的陆生动物尸体或植物等进入水体；另外，则是发病或病死水产养殖动物，向水体散播病原菌；还有则是有些病原细菌如嗜水气单胞菌等本身就广泛分布于水中，在一定的条件下则可附着于健康水产养殖动物体表或侵入体内，引起相应的感染；这些途径的感染，被称为外源性感染（exogenous infection）。二是来源于水产养殖动物自身的体表或与外界相通的天然腔道（如消化道）中，实际上存在于体表（含鳃表面）的某些病原细菌也是来源于水中的，在天然腔道中的有的是原本构成正常菌群（normal flora）的、有的则是原本来源于水体或饵料但以隐伏状态留居的病原菌，当机体抵抗力下降或出现越位生存时，它们则能以寄生（parasitism）的形式大量生长繁殖并引起相应的感染，这种途径的感染被称为内源性感染（endogenous infection）。
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在感染的细菌来源方面，水产养殖动物与人类、陆生动物相比较有一定的差异。在人类、陆生动物中，经常易出现的形式是外源性感染，内源性感染相对较少。在水产养殖动物中，由于特定的水生境，使得内源性感染与外源性感染几乎具有同等的重要位置，主要是因为水中的病原细菌经常会附着于水产养殖动物的体表、黏膜和鳃丝表面，处于一种临床健康的带菌状态，一旦条件适宜则会引发感染。
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1.1.2.2 单纯感染及混合感染与继发感染
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按在一起病例中所感染的病原菌种类数来划分，若仅是由某一种病原细菌所引起的感染被称为单纯感染（pure infection）或单一感染（single infection）；由两种及其以上的病原细菌同时参与的感染，被称为混合感染（mixed infection）；在水产养殖动物感染了某种病原菌（单纯感染）或某几种病原菌（混合感染）之后，常常是在机体抵抗力减弱的情况下，又有另外的某种或某几种病原菌侵入或原来存在于机体（体表、消化道内或鳃表面等的）的某种细菌所引起的感染，被称为继发感染（secondary infection）。在水产养殖动物中，此三种感染类型均有存在的，尤其是由于水产养殖动物所处的特定水环境，水体常有多种病原菌的存在，细菌很容易进入消化道，附着于体表或鳃表面等，以致发生混合感染、继发感染的情况，与人和陆生动物相比则机会更多些。另外，对这些感染类型的划分也有其他的一些方法，如上述的混合感染，亦常被称为同时感染（coinfection）；在先有病毒或细菌感染，又夹杂真菌感染者，常被称为双重感染（double infection）或混合感染；在两种病原菌先后感染时，称为叠加感染（supper infection）；被某种病原菌感染尚未愈，又再次被其感染的，称为重复感染（repeated infection）；被某种病原菌感染痊愈后，又再次被其感染的，称为再感染（reinfection）。
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一般情况下，混合感染和继发感染发生后，均比其中某一种病原细菌所引起的感染表现出的病情严重且复杂，同时会不同程度地增加准确诊断和有效防治的难度。在做病原细菌检验时，对于水产养殖动物尤其要注意混合感染与继发感染，这也是与水产养殖动物的水生境分不开的。至于混合感染与继发感染的区分，主要是看不同种病原菌的检出情况，若在同一起病例的被检鱼中，多数个体均被同时检出两种或两种以上的病原菌，且在初代分离时所出现的细菌数量（常是以菌落数计）差异是不明显的，则可视为混合感染；若在同一起病例的被检鱼中，所有个体仅被检出同一种病原菌（单纯感染）或某几种病原菌（混合感染），其中仅有少数的个体还同时被检出另外的病原菌且常表现为细菌数量较少，此种情况则无论后者（病原菌）的致病力强弱，则均可被视为继发感染，前者为原发感染菌，后者为继发感染菌。另方面，继发感染菌在一般情况下均要比原发感染菌的毒力弱，但这也是相对的，因其还与在发生感染时周围环境中及侵入时的数量、侵入部位及机体对该菌的易感程度、外界环境条件等因素有关。
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1.1.2.3 显性感染和隐性感染
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按在水产养殖动物发生某种病原菌感染后所表现出的临诊症状划分，若表现出相应病原菌感染所特有的明显临诊症状的感染过程，被称为显性感染（apparent infection）；在感染后并不呈现明显临诊症状，仅呈隐蔽经过的被称为隐性感染（inapparent infection）。隐性感染也被称为亚临诊感染（subclinical infection），在有的个体虽然外表看不到症状，但其体内可呈现一定的病理变化；有的个体则是既不表现症状，又无明显可见的病理变化。发生隐性感染后能排出病原菌散播传染，一般仅能通过细菌学和免疫血清学的方法检查出来，当在机体抵抗力降低时也会转为显性感染。
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需要注意的是，在水产养殖动物即使是发生细菌性的显性感染，其特征性的临诊症状，也不像人或陆生动物发生细菌性的显性感染那样明显可被界定，多数情况下均是仅表现出一般性的摄食减少或废绝、游动迟缓或不动、易浮游于水面或静止于养殖池的一侧等，因此对于水产养殖动物某种细菌性病害的特征临诊症状描述常是比较困难的；如由于大量腹水所造成的腹部明显膨胀这一临诊症状，常被认为是某些水产养殖动物因迟钝爱德华氏菌所引起的爱德华氏菌病所具有的特征症状，但实际上除了爱德华氏菌病外的其他一些细菌性病害也是存在的，仅是在爱德华氏菌病时可认为是更常出现的。另一方面，对于水产养殖动物显性感染的界定，还不应仅仅限于是否存在明显临诊症状，也应包括明显的体表病理变化内容，如常是由气单胞菌属（Aeromonas）细菌所引起的鲢、鳙打印病（stigmatosis），显然是显性感染，但其所表现出的“印章”状皮肤和肌肉组织的溃烂看来似乎是临诊症状，但其实际上应属于病理变化的范畴。再者，在作为群体养殖的水产养殖动物中，真正的隐性感染是难于发现的，这也导致了一旦发现发生感染则就是显性的，隐性感染常是在出入境、引种等的检疫过程中会被检出。
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另外，有时病原菌在所致的显性感染或隐性感染后并未立即消失，可在体内继续留存一定时间，与水产养殖动物体的免疫力处于相对平衡状态，此种情况被称为带菌状态，处于该带菌状态的水产养殖动物为带菌者，它可经常或间歇排出病原菌，成为重要的传染源，并能构成感染症的再次发生。因此，在细菌性病害流行过后继续维持一定时间的用药治疗，对控制由此种情况所引发的再感染也是很重要的。再者，与带菌状态相类似的一种形式是潜伏感染，指当机体与病原菌在相互作用过程中处于一种暂时的平衡状态时，病原菌较长时间地潜伏在病灶内或某些特殊组织中，一般不出现在血液、分泌物或排泄物中，一旦机体免疫力下降，则潜伏的病原菌就能大量生长繁殖并引发病害，这也提示，为有效控制水产养殖动物细菌性病害的发生，有计划地用药预防是一个重要方面。
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1.1.2.4 顿挫型感染和一过型感染及温和型感染
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也是按在感染后的临诊表现划分的，若在发病的开始时症状较轻，特征临诊症状尚未见出现即行恢复的被称为一过型感染或消散型感染；在发病伊始则症状表现较重，但在特征临诊症状尚未出现即很快消退症状并转为健康的被称为顿挫型感染；还有一种情况是其临诊症状表现一直是比较轻缓的类型，这种类型一般被称为温和型感染。这些感染类型应当说在水产养殖动物中均是存在的，顿挫型感染常见于病害流行的后期。
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1.1.2.5 局部感染和全身感染
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按所感染的部位划分，若病原菌仅局限于一定部位生长繁殖，并引起一定病理变化的则称为局部感染（local infection），如常见的鲢、鳙打印病、草鱼细菌性烂鳃病等，均为较典型的局部感染；若感染发生后病原菌及其毒性代谢产物向全身扩散，并能使各主要组织器官发生不同程度的病理变化及全身症状，则称为全身感染（generalized infection，systemic infection）。在水产养殖动物的细菌性感染中，很多都属于全身感染的类型，如由迟钝爱德华氏菌所引起多种水产养殖动物的爱德华氏菌病、由某些病原弧菌所引起多种水产养殖动物的弧菌病等，均能引起多种组织器官发生相应的病变并能检出大量的病原菌。在全身感染中，其表现形式主要包括以下几个方面。
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（1）毒血症（toxemia） 病原菌在侵入的局部组织中发生繁殖后，只有其所产生的外毒素（exotoxin）进入血液循环，并常通过血流到达一定的易感组织器官，引起相应的特殊毒性症状，其病原菌并不进入血液。典型的例子则是由破伤风梭菌（Clostridium tetani）所引起的人及某些陆生动物的破伤风（tetanus）。在水产养殖动物的细菌感染中，这种毒血症的情况是很少见的。
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（2）菌血症 病原菌由局部侵入血流，但未在血液中生长繁殖，只是短暂地通过血液循环进入体内适宜部位后再生长繁殖并引起致病，此期可被称为菌血症（bacteremia）阶段。这种情况只是在病原菌浸染机体过程中的一个阶段，且多数病原菌在很多情况下是进入血液后即行生长繁殖，其后果一般均是引发败血症感染。
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（3）败血症 病原菌侵入血流后在其中大量生长繁殖，有的还产生毒性代谢产物，引起严重的全身症状，被称为败血症（septicemia）感染。实际上，病原菌还常常是在全身各适宜的组织脏器中同样大量生长繁殖，并引起相应的病理损伤。在水产养殖动物的多种细菌病害中，均因败血症感染以致病变严重甚至死亡。
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（4）脓毒血症（pyemia） 化脓性细菌侵入血流后在其中大量生长繁殖，并通过血流扩散到机体其他组织或器官，产生化脓性病灶。这种情况在人、某些陆生哺乳类动物中还是较为常见的，如由金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）所引起的多发性肝脓肿、皮下脓肿和肾脓肿等；在水产养殖动物中，即使是由化脓性细菌所感染，但真正的化脓性病变也并不显著。
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（5）内毒素血症（endotoxemia） 由革兰氏阴性病原菌侵入血流并在其中大量生长繁殖、菌体崩解后释放出内毒素（endotoxin）致病的一种感染类型。在水产养殖动物中，此种感染类型尚缺乏较为系统的研究、记载和报道，但这种感染类型的存在是肯定的，它是某些革兰氏阴性菌的一个感染特征。
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1.1.2.6 典型感染和非典型感染
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这也是按临诊症状划分的，在某种病原菌感染的过程中，表现出该种病原菌感染的相应病害的特征性（有代表性）临诊症状的，称为典型感染；若感染发生后表现或轻或重，与典型症状有差异则被称为非典型感染。此两种感染类型，亦均属于显性感染的范畴。
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1.1.2.7 良性感染和恶性感染
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一般常以群体发病的水产养殖动物死亡率（%）作为判定病害严重性的主要指标，若该病并不引起水产养殖动物的大批死亡，则可称之为良性感染；相反，若引起大批死亡，则可称为恶性感染。在水产养殖动物的不同种细菌病害，表现既有良性感染也有恶性感染；即使是同一种细菌病害，有时呈良性感染、有时呈恶性感染。发生良性感染或恶性感染，既取决于病原菌本身的毒力强度，亦取决于机体的抵抗力。无论是在不同种细菌性病害间，还是同一种病害的不同病例间，确切界定其良性感染与恶性感染的值（%）尚不是很明确，常是按相对的印象值或大致的对比值来界定。
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另外，尽管发病后的死亡率不是很高，但却在体表或体内其组织器官出现严重的病变，已失去养殖及商品价值，此类型的感染亦应列入恶性感染的范畴。如典型的鲢、鳙打印病，其死亡率常是比较低的，但其体表皮肤、肌肉大面积溃烂的病变，即使用药做有效治疗，其溃烂组织也常难于完全恢复正常，常会留下一定程度的病痕。
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1.1.2.8 急性感染和慢性感染
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这是按发病后的病程划分的，急性感染（acute infection）的病程较短，从几天到2～3周不等，并伴有明显的典型症状；慢性感染（chronic infection）的病程一般发展缓慢，常在1个月以上，临诊症状常不明显或甚至不表现出来。在急性感染中，若表现病程短促，常在数小时或1d内突然死亡，症状和病变均不显著，此种类型被称为最急性感染，常发生于病害的流行初期；若临诊表现不如急性感染那样显著，病程稍长些，与急性感染相比是一种比较缓和的形式，被称为亚急性感染。细菌病害的病程长短，取决于机体的抵抗力和病原菌的致病力等因素，同一种细菌病害的病程也不是经常不变的，在不同种水产养殖动物间更可能会表现有差异，一种类型常易转变为另一种类型。
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1.1.3 细菌病害的流行形式与病程发展阶段
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1.1.3.1 流行过程的表现形式
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根据在一定的时间范围内，其发病率的高低和传染范围的大小（即流行强度），可将水产养殖动物群体中细菌性病害的表现分为下面四种形式。
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（1）散发流行 病害表现随机发生、无明显规律性，局部地区病例或发病与死亡的水产养殖动物零星地散在发生，各病例或发病与死亡水产养殖动物在发病时间、地点上没有明显的关系，这种情况称为散发流行（sporadic），亦称散发性。出现这种散发的形式，可能主要原因包括：①水产养殖动物群体对某种细菌感染的免疫水平较高，如天然免疫水平较高或通过人工免疫已使大部分个体获得有效保护等；②某种病原菌的隐性感染比例较大，偶尔在某些个体抵抗力下降时引起显性感染；③某种病原细菌的感染需要特定的条件。
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（2）地方流行 在一定的地区和水产养殖动物群体中，带有局限性传播特征的，并且是比较小规模流行的水产养殖动物细菌性病害，可称为地方流行（endemic，enzootic），亦称地方流行性，或叫做病害的发生具有一定的地区性。地方流行性的含义一般认为有两个方面，一是表示在一个地区的一个较长时间里发病的数量稍超过散发性的；另一方面是除了表示一个相对的数量以外，有时还包含着地区性的意义。如炭疽芽孢杆菌（Bacillus anthracis）形成芽孢污染了某个地区，则使该地区成了常在的疫源地，若防疫工作不良，则每年都有可能会出现一定数量的病人或易感病畜。
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（3）流行 所谓发生流行（epidemic，epizootic），是指在一定时间内、一定水产养殖动物群出现比寻常为多的发病或死亡个体，它没有一个发病或死亡的绝对数值界限，仅是指病害发生频率较高的一个相对名词，亦称流行性。因此，任何一种病害当其称为流行时，各地、各水产养殖动物群中所出现的发病或死亡数是很不一致的。流行性病害的传播范围广、发病率高，此类情况往往是病原菌的毒力较强、能以多种方式传播，水产养殖动物的易感性较高。
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“暴发”是一个不太确切的名词，大致可作为流行性的同义词。一般认为，某种细菌病害在一个水产养殖动物群体或一定区域范围内，在短期间（该病害的最长潜伏期内）突然出现很多发病或死亡个体，可称为暴发（outbreak）。
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（4）大流行 一种规模非常大的流行形式，波及很大的范围，被称为大流行（pandemic，panzootic），亦称大流行性。
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1.1.3.2 病程的发展阶段
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由病原微生物所引起的传染病，其病程发展过程在大多数情况下具有严格的规律性，大致可以分为潜伏期（incubation period）、前驱期（prodromal period）、明显（发病）期（period of apparent manifestation）和转归期（convalescent period）四个阶段。水产养殖动物的细菌病害，同样符合这一规律。
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（1）潜伏期 从病原细菌侵入机体并进行生长繁殖时起，到病害的临诊症状开始出现时止，此段时间称为潜伏期。不同的细菌性病害，其潜伏期的长短常常是不相同的。即使是同一种细菌性病害，潜伏期长短也存在较大的变动范围。这是由于不同的水产养殖动物种属、品种或个体的易感性是不一致的，病原菌的种类、数量、毒力和侵入途径及部位等情况有所不同所出现的差异性，但相对来讲还是具有一定的规律性。一般情况下，急性感染的潜伏期差异范围较小，慢性以及症状不很显著的感染其潜伏期差异较大且常不规则。对同一种细菌性病害来讲，潜伏期短时则一般表现病害经过较严重，潜伏期延长时则病害经过亦常较轻缓。从流行病学的观点来看，处于潜伏期中的水产养殖动物之所以值得注意，主要是因其可能是传染的来源。
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（2）前驱期 病害的征兆阶段，其特点是临诊症状开始表现出来，但该病害的特征性症状仍不明显。从多数细菌性病害来讲，这个时期仅可察觉到一般的症状，尤其在水产养殖动物更是如此，如表现出食欲减退、不愿游动或游动异常等。各种细菌性病害及各不同的病例所表现的前驱期长短不一，通常为数小时至1～2d的时间。
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（3）明显（发病）期 继前驱期之后，病害的特征性症状逐步明显地表现出来，是病害发展到高峰的阶段。这个阶段因有很多有代表性的特征性症状相继表现出来，以致在临床诊断上比较容易识别。不过，对于水产养殖动物的多种细菌性病害来讲，即使是发展到了明显（发病）期，但也是在很多情况下均仅表现为一般性的临诊症状，不像在人或某些陆生动物发生某种细菌性感染后能在此期出现特征症状。因此，以某种症状来进行水产养殖动物细菌性感染的诊断是相对困难的。
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（4）转归期 病害的进一步发展，最终进入转归期。若病原菌的致病性能增强或水产养殖动物体的抵抗力减弱或两者兼具，则感染的过程以水产养殖动物的死亡为转归；若水产养殖动物体的抵抗力得到改进和增强（也包括使用有效抗菌药物的治疗），则机体逐渐恢复健康，表现为临诊症状逐渐消退、体内的病理变化逐渐减弱、正常的生理机能逐步恢复，此则是以恢复健康为转归。机体转为健康后，还能在一定的时间内保留特异免疫应答反应，以增强对病原菌再感染的抵抗力；另一方面，也有的在转愈后的一定时间内还有带菌及向外界环境排菌的现象存在，但病原菌最终还是被消除。
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对于水产养殖动物的细菌病害来讲，绝大多数情况下所观察的是养殖群体并不是某个体，以致上述的病程发展分期有时是难于界定的，很多情况下是仅能描述其明显（发病）期与转归期，尤其对急性感染的病例更是如此。
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1.1.4 细菌病害的传播途径
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1.1.4.1 水平传播
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水平传播（horizontal transmission）指的是传染病在群体之间或个体之间，以水平形式横向平行传播。水产养殖动物的细菌性病害，有很多种都是以此种途径传播的。
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按传播方式，水平传播又可分为直接接触传播和间接接触传播。直接接触传播是指病原菌通过被感染的水产养殖动物（传染源）与易感水产养殖动物直接接触（如咬伤）所引起的传播方式；这种情况不是多见的，且常是在被感染的个体发生感染，不易造成广泛的流行，通过这种传播途径造成的感染也被称为直接接触感染。间接接触传播，是指病原菌通过传播媒介使易感动物发生传染的方式；从传染源将病原菌传播给易感动物的各种外界环境因素被称为传播媒介，传播媒介可能是生物即媒介者（vector），也可能是无生命的物体即媒介物（vehicle）或称污染物（fomite）。在人、陆生动物的传染病中，通过间接接触传播的途径较多，如通过空气、食物（饲料）及饮水、土壤、节肢动物等的传播；在水产养殖动物，因其特定的生活环境，以致其常见的间接接触传播途径，主要是污染的饵料、皮肤和黏膜的创伤等。
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（1）污染的饵料 水产养殖动物通过摄入被病原菌污染的人工饵料或直接的生物饵料，则有可能通过消化道途径引起感染，这种途径也被称为消化道感染。实际上，在水产养殖动物的消化道感染并不仅限于污染的饵料，水中的病原菌（包括水中固有的及通过发病水产养殖动物的分泌物和排泄物及其他带菌物污染水环境等）也多可通过消化道感染。通过消化道感染的，对于水产养殖动物细菌病害来讲，并非仅限于那些消化系统病害，有些病原菌可通过胃肠道进入全身，引起某些特定组织器官或全身性的感染。
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（2）创伤 完整的皮肤、黏膜对多种病原菌均是有效的屏障，一旦皮肤、黏膜发生损伤（裂隙或创伤等），原来附着于皮肤、黏膜或水中的病原菌，则可通过这种损伤的部位侵入，引起局部感染甚至侵入机体引起全身性感染，这种传播方式引起的感染也被称为创伤感染，在水产养殖动物还是较为常见的，因存在于水中的病原菌时刻可以接触这种损伤部位。
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1.1.4.2 垂直传播
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垂直传播（vertical transmission）指的是从母体至其后代的两代之间的传播，从广义上讲也属于间接接触传播的方式。在人及哺乳类动物，主要包括经胎盘传播（母体经胎盘血流将病原菌传播感染胎儿）、经卵传播（携带病原菌的卵细胞发育以致使胚胎感染）、经产道传播（病原菌经阴道通过子宫颈口到达绒毛膜或胎盘引起胎儿感染）。在水产养殖动物，垂直传播的主要是经卵传播。
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传染病的传播途径比较复杂，每种传染病一般均有其特定的传播途径，有的可能仅有一种途径，有的则有多种途径。对于水产养殖动物的细菌性病害来讲，多数都不是仅限于某一种途径的。研究传染病传播途径的目的，在于通过切断病原菌继续传播的途径，以防止易感动物受到感染，这是防制水产养殖动物传染病的一个重要环节。
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1.1.5 水产养殖动物群体细菌病害的量度
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1.1.5.1 比
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用一个统计值A除以另一个不包括A的统计值B，所得的比值（A：B或A/B）称之为比。如在同一场（或同一混养群）的两种水产养殖动物为1：2（或1/2），同一水产养殖动物群中发病的与未发病的之比为1：5（或1/5）等。在比的分子不包含在分母中，分子和分母分别代表不同的事物。
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1.1.5.2 比例
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一个统计值A与另一含A的统计值（A＋B）的比值A/（A＋B），称之为比例。比例的分子是分母中的一部分，如一个水产养殖动物群体中发病的比例是1/5，表示在全部的水产养殖动物个体中有1/5的个体发病、4/5的个体未发病，所以发病的个体和未发病的个体的比是1/4。
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1.1.5.3 率
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在一定时间内，总体中出现某事件的频数称之为率。设某事件的数量为A，在总体中非A的数量为B，则率为A/（A+B），表示总体与局部的关系。如总暴露者中发病者的比值，这时发病数为A、健康数为B。在流行病学中的率是比例频数，通常用百分率、千分率、十万分率等表示。在水产养殖动物的细菌性病害中，常用的是描述病害分布情况的率。
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（1）动态率 在一定时间内，群体中新发生某事件的频率。此种情况的分子是新发生某事件的总数（如新病例数即新出现的发病个体），分母是该时间内暴露群体的平均数。动态率以发病率为代表，其他如死亡率、罹患率和治愈率等也均是动态率。
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①发病率（I）：又称病害发生率，表示在一定时期内，某种水产养殖动物群体中发生某种病新病例（个体）的频率。
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发病率是群体中健康个体到患病个体变化频率的动态指标，用来描述病害分布、探讨病害决定因素和评价防制措施效果。在对水产养殖动物细菌病害的统计时，发病率不是很常应用的，更多的是应用累计发病率（CI）。
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如在一个牙鲆养殖量为1000尾的群体中发生爱德华氏菌病，在第1周观察时有100尾发病、第2周观察时见又有50尾发病，如此则观察期第1周的CI＝100/1000＝10%、观察期为2周的CI＝（100+50）/1000＝15%。
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②罹患率（AR）：度量水产养殖动物群体中在较短时期内新发病例（个体）频率的指标，如在统计因饵料或水体等共同来源的病原菌所造成的暴发或流行时，常使用罹患率。
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罹患率和上述的发病率都是用来表示群体中在一定时期内新病例（个体）的发生频率，因此有时也将罹患率泛称为发病率。
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③死亡率：某水产养殖动物群体在一定时间内发病死亡的个体总数与该群体同期水产养殖动物平均数之比，称为死亡率（mortality rate，death rate）；若按病害的种类计算时，则称为某种病害的死亡率。
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某病死亡率是病害分布的一项重要指标，因其可以代替发病水平且不易搞错，对病死率高的病害的流行病学研究很有价值，但对于症状轻微且致死率很低或不致死的病害，进行死亡率分析是不合适的。
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④病死率：在一定时期内患某病的水产养殖动物中，因该病死亡的频率被称为病死率（fatality rate），这是在对水产养殖动物细菌性病害的统计中较为常用的。
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⑤继发率：当水产养殖动物群体发生某种细菌病害时，在第一个病例（个体）后，受其感染在最短潜伏期至最长潜伏期发生的病例（个体）为续发病例。以续发病例数为分子、以该群体内接触者总数为分母，以百分数表示则称为续发率（SAR）。
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（2）静态率 表示群体中在一定时间内存在某事件的频率的比例，分子为特定时间内该群体中处于某种状态（感染、免疫应答或患病等）的动物数，分母为被检动物总数。静态率以患病率为代表，另外还有感染率和携带率等。
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①患病率（prevalence rate）：又称现患率，为某个时间内某病的病例数（包括该时间内的新、老病例，但不含此时间前已死亡及已痊愈的）与同期群体的平均数之比。
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患病率是经现况调查得出的频率，做疾病普查时得出的即是此率。因是现况调查，所以调查的时间不能拖得太长，应在尽可能短的时限内完成。患病率按一定时刻计算时，则称为点时患病率（point prevalence rate）；若按一段时间计算时，则称为期间患病率（period prevalence rate）。患病率的统计对病程短的病害价值不大，因病程短的只有在病害明显的短期内进行现况调查才能检出；对于病程长的病害则有较大价值，因病程长的病害比病程短的病害更容易在现况调查期间被检查出来。所谓的期间患病率，实际上是患病率和发病率的结合，是对确定的调查时期内存在病例（个体）总数的量度，以P代表期间患病率、P代表调查期间开始时的点时患病率、I代表调查期间的发病率，则P＝P＋I；期间患病率没有多大意义，因为调查者通常需要区分老、新病例，因此一般所说患病率均是指的点时患病率。
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在实践中，也常用静态率的方式来统计死亡率，尤其在大规模水产养殖动物群体中做细菌性病害的调查更常用，即采用广义的内涵统计，指的是某病害所致某种水产养殖动物病死数占该种水产养殖动物总数的百分比。它能表示出该病在水产养殖动物群中造成死亡的频率，但不能说明病害发展的特性，仅在发生死亡数很大的急性病害时，才能反映出流行的动态；当发生不易致死的病害时，尽管流行规模较大但死亡率却很低，则不能表示出流行范围广泛的特征，此种情况做患病率的统计则很重要。
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②感染率：某些水产养殖动物在感染了某种病原细菌后并不一定发病，但可以通过细菌学、免疫血清学等方法检测出来，这种统计数字为感染率（infection rate）。
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感染的动物包括带有临诊症状和不带临诊症状的、检出带有病原菌和检不出来带有病原菌，但有曾感染过该病原菌证据（如免疫血清学反应阳性）的动物。因感染的检验方法和判定标准对感染率影响很大，所以在分析比较时应特别注意。另外，感染率是与上述的患病率在意义上相近的概念，实际上在有些情况下两者可以互用。感染率的用途比较广泛，可以用它来推论该病的流行态势，也可为制定防制对策提供依据，尤其在一些慢性感染病害的流行病学研究中是常应用的。
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③携带率：携带率（camier rate）是与上述感染率相近似的概念，分子为群体中携带某种病原体的动物数，分母为被检动物的总数。如果检查的是某种病原菌，则称为带菌率；另外，还有病毒感染的带毒率、寄生虫感染的带虫率等。
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1.2 构成细菌毒力的物质基础及相关内容
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1.2.1 构成细菌毒力的物质
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1.2.1.1 侵袭力
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病原菌突破宿主机体的防御功能，在体内定殖、内化作用、繁殖和扩散，这种能力被称为病原菌的侵袭力。病原菌表达这种侵袭力，主要体现在以下几个方面：
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（1）定殖（colonization） 亦称定居，常常是病原菌感染的第一步。实现定殖的前提是，细菌要黏附于某些特定组织细胞的表面，如消化道、呼吸道、泌尿生殖道等的黏膜上皮细胞，以免被呼吸道的纤毛运动、肠蠕动、黏液分泌等活动所消除；继之，在局部繁殖、积聚毒力因子或继续侵入细胞和组织，直至形成感染。凡具有黏附作用的细菌结构被统称为黏附因子（adhesive factor），相应的结构成分被称为黏附素（adhesin），但在实践中常将黏附因子与黏附素通用。已经明了的黏附因子，主要包括革兰氏阴性菌的菌毛（fimbria，复数为fimbriae），其次是某些非菌毛类物质。
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①菌毛：菌毛是一种重要的黏附因子，有些菌毛无宿主特异性及组织嗜性（tissue tropism），如Ⅰ型菌毛能与细胞表面的D-甘露糖残基（D-mannoside）结合，不论何种动物、何种组织细胞的D-甘露糖均可；但大多数细菌的菌毛黏附素具有宿主特异性及组织嗜性，如大肠埃希氏菌的K88（F4）菌毛仅能黏附于猪的小肠前段，987P（F6）菌毛则仅黏附于猪的小肠后段，CFAⅠ（F2）及CFAⅡ（F3）仅黏附于人的小肠，P菌毛仅黏附于人的尿道上段。
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②非菌毛黏附素：具有黏附作用的非菌毛类物质，被统称为非菌毛黏附素（afimbrial adhesin）。主要包括：a.鞭毛蛋白。如霍乱弧菌（Vibrio cholerae）的鞭毛鞘蛋白、百日咳鲍特氏菌（Bordetella pertussis）和空肠弯曲杆菌（Campylobacter jejuni）的鞭毛蛋白，它们可参与细菌的黏附作用。b.血凝素。如鼠伤寒沙门氏菌（Salmonella typhimurium）的甘露糖抗性（MRHA）血凝素，霍乱弧菌的血凝素（包括甘露糖抗性和非抗性的、岩藻糖抗性和非抗性的、可溶性的），也在细菌的黏附过程中起重要作用。c.细菌的表面蛋白。如弗氏志贺氏菌（Shigella flexneri）、脑膜炎奈瑟氏球菌（Neisseria meningitidis）及某些肠致病性大肠杆菌（EPEC）的黏附作用是由其外膜蛋白所决定的，金黄色葡萄球菌可产生一种分子量为210ku的表面蛋白质来介导其与纤维黏连蛋白（FN），简称纤连蛋白的黏附。d.纤毛样物质。大多数革兰氏阳性菌的黏附素，其化学本质是糖脂，这与革兰氏阴性菌的菌毛蛋白质不同，如酿脓链球菌（Streptococcus pyogenes）、金黄色葡萄球菌黏附到宿主上皮细胞时，菌细胞壁成分脂磷壁酸（LTA）起着黏附识别分子作用，LTA的游离类脂在细菌表面形成微毛结构，构成细菌黏附过程中的配体部位。e.糖类。藻酸盐是铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）的一种外多糖，由于能与颊部和气管细胞结合及支气管黏蛋白结合，因而它在细菌与这些物质的黏附中起一定作用，抗藻酸盐抗体能抑制其与气管细胞的结合；口腔链球菌（Streptococcus oralis）是牙齿菌斑的主要成分，它附着在牙齿表面，是通过含有甘油己糖重复单位组成的一种多糖经磷酸二酯连接到α-吡喃半乳糖残基的C-6上，和通过吡喃半乳糖-β（1～3）与鼠李糖吡喃糖键相衔接。f.脂多糖。许多研究指出，脂多糖（LPS）在空肠弯曲菌与上皮细胞的黏附中具有很重要的作用，该菌带有大量的阴电荷，疏水性弱的菌株要比疏水性强的菌株与人肠细胞系结合的要多；岩藻糖和甘露糖可以部分抑制细菌对肠上皮细胞的黏附，细菌的LPS可完全抑制其黏附，岩藻糖能抑制空肠弯曲菌的LPS与细胞的结合，用过碘酸盐处理LPS也能抑制这种结合；其他细菌中LPS有黏附素功能的有幽门螺杆菌（Helicobacter pylori）、铜绿假单胞菌、伤寒沙门氏菌（Salmonella typhi）、弗氏志贺氏菌和大肠埃希氏菌等。
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细胞或组织表面与黏附素相互作用的成分称为受体（receptor），多为细胞表面糖蛋白，其中的糖残基往往是黏附素直接结合部位，如大肠杆菌Ⅰ型菌毛结合D-甘露糖、霍乱弧菌的4型菌毛结合岩藻糖及甘露糖、大肠杆菌的F5（K99）菌毛结合唾液酸和半乳糖；部分黏附素受体为蛋白质，最有代表性的是细胞外基质（ECM），ECM的成员有1型及4型胶原蛋白（CA）、层粘连蛋白（LM）、纤维粘连蛋白（FN）等，如金黄色葡萄球菌的黏附素原结合蛋白受体为胶原蛋白。
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表2-1列出了细菌一些黏附素及其相应的特殊附着物，引自Henderson B、Poole S、Vilson M著（陈复兴、江学成、李玺等主译）的《细胞微生物学》（2001）。
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表2-1 细菌黏附素和与其结合的细胞或组织
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（2）感染的建立 黏附对于病原菌和它的宿主来讲，除了使其保持在宿主的组织、细胞表面外，还能继之发生其他一系列后效应，其最终是将建立感染的发生，可以认为细菌与宿主细胞的黏附，是引起疾病病理改变发生的一系列事件的前奏。
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①细菌生物膜：很多的研究显示，细菌一旦与附着物黏附，就有可能在那里形成一种被称为细菌生物膜（bacterial biofilm）的复杂结构。这是细菌的一种特殊存在形式，是细菌在生长过程中附着于固体表面，形成外观呈膜状的多细菌复合体。多细菌形成这种生物膜后，其形态、生理发生改变，个体间表现出相似的行为，相互协调，共同享有最经济合理的生存条件；细菌生物膜的结构复杂，对热、抗生素、射线等有强的抵抗力。简单来讲，生物膜是由生物细胞（细菌、真菌、藻类）和它们产生的细胞外生物高分子（biopolymer）构成的，生物膜可以是高度通道性的，可容许含有营养物质和废物的水流通；一般来讲，上皮细胞表面并不能承受这种类型的厚的生物膜（一个可能的方式是单层膜的形成），有关此膜对细菌黏附到宿主细胞的影响尚知之甚少，但有证据表明，确实发生了细菌的黏附诱导性改变。如Finlay等报道，伤寒沙门氏球菌黏附到肠上皮细胞后，产生了一些新的蛋白质。同时还发现，在淋病奈瑟氏球菌黏附到HeLa细胞后，其生长速度比未黏附的菌细胞明显加快。显然，这些都是与感染的建立相关的。
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②抗吞噬作用：病原细菌除了必须获得营养以生长、繁殖外，在发生黏附或已侵入到体内的病原菌，还需依赖其克服宿主广泛的防御机制才能生存，其中的抗宿主吞噬细胞的吞噬作用是一个很重要的方面，主要通过以下几个方面来实现。不与吞噬细胞接触：如通过所产生的外毒素来破坏细胞骨架，以抑制吞噬细胞的作用，如链球菌的溶血素（hemolysim）等。抑制吞噬细胞的摄取：如某些病原菌所产生的荚膜（capsule或macrocapsule即大荚膜）及微荚膜（microcapsule）、A群链球菌（group A streptococci）的M蛋白、伤寒沙门氏菌的Vi抗原等，具有抗吞噬和抗体液中杀菌物质的作用，或通过这些物质的释放来迷惑吞噬细胞，使病原菌在体内迅速繁殖。在吞噬细胞内生存：如沙门氏菌属（Salmonella）细菌的某些成分，可抑制溶酶体与吞噬小体的融合，李斯特氏菌属（Listeria）细菌被吞噬后能很快从吞噬小体中逸出并直接进入细胞质，金黄色葡萄球菌所产生的大量过氧化氢酶能中和吞噬细胞中的氧自由基，这些构成了病原菌能在宿主吞噬细胞内生存的重要方面。杀死或损伤吞噬细胞：病原菌可通过分泌外毒素或蛋白酶来破坏吞噬细胞的细胞膜，或诱导细胞凋亡（apoptosis），或直接杀死吞噬细胞。
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③抗体液免疫作用：抗宿主的体液免疫作用，属于克服宿主特异防御机能的范畴，主要通过以下几个方面来实现。抗原伪装：主要是在细菌表面结合机体某些组织成分，如金黄色葡萄球菌通过细胞结合性凝固酶结合血纤维蛋白，或通过SPA结合免疫球蛋白等来保护自身。抗原变异：是逃避机体特异免疫机能的重要方面，病原菌通过发生表面抗原的变异，以致机体内存在的原特异抗体不能识别，但这种变异多数并不是在病原菌进入体内后于短时间内即可发生的；也有些病原菌如淋病奈瑟氏球菌、大肠埃希氏菌、赫氏蜱疏螺旋体（Borrelia hermsii）和支原体（Mycoplasma），能持续产生一些新的免疫原性表面分子，以迷惑和逃避体液免疫反应，前两种菌的有关抗原位于菌毛上，淋病奈瑟氏球菌黏附于宿主细胞是由菌毛介导的，其主要亚单位是一种PilE蛋白质。据估计，该菌能产生多达106种的这种蛋白质的不同抗原变种，使其能持续地逃避抗体（黏附性SIgA）的保护作用，赫氏蜱疏螺旋体的一种免疫显性脂蛋白的抗原变异是引起回归热的致病因子之一。分泌蛋白酶降解免疫球蛋白（Ig）：如嗜血菌（Haemophilus）等可分泌IgA蛋白酶，破坏附着于黏膜表面的IgA，以利于其侵入组织内。逃避抗体的作用：病原菌可通过所产生的LPS、OMP、荚膜和S层等成分，与相应特异抗体结合后，保护自身免受抗体的攻击；另一方面，这种结合也有逃避补体、抑制抗体产生的作用。上述的抗原伪装或抗原变异，从某种意义上讲也属于逃避抗体作用的范畴。
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④内化作用：某些细菌黏附于宿主细胞表面之后，能进入吞噬细胞或非吞噬细胞内部的过程称为内化作用（internalization）。结核分支杆菌（Mycobacterium tuberculosis）、李斯特氏菌、衣原体等严格的胞内寄生菌（intracellular parasites）亦称专性胞内寄生菌（obligate intracellular parasites），及大肠埃希氏菌、沙门氏菌、耶尔森氏菌（Yersinia）等胞外寄生菌（extracellular parasites）的感染，都离不开内化作用，这些细菌一旦丧失进入细胞的能力，则毒力显著下降。内化作用对病原菌发挥致病作用的意义，在于可通过这种移位作用进入深层组织或进入血液循环，病原菌借以从感染的原发病灶扩散至全身或较远的靶器官，宿主细胞为进入其内的细菌提供了一个增殖的小环境和庇护所，使病原菌逃避宿主免疫机制的杀灭作用。
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⑤体内生长：一旦病原菌定居于宿主表面或体内后，将依赖其自身的能力在此处持续性地进行生长和增殖。细菌可以应用的营养和物理化学条件，通常依赖于侵入和定居的特殊部位，如组织黏膜表面、组织细胞间或细胞内、血流等部位为细菌的生长增殖提供不同部位的环境，但这与对细菌在体外培养时的生长繁殖条件不同，现在还很少知道细菌在体内生长时实际利用的营养物质，以及细菌是如何从宿主细胞及体液或分泌物中获得这些营养的。然而细菌表现出的组织趋向性，已被证明是部分地由于宿主细胞产生的特殊分泌性产物所致，这些产物对某种细菌生长或刺激其生长是必需的。如在牛的布鲁氏菌性流产中，病原菌——流产布鲁氏菌（Brucella abortus）局限于胎盘和绒毛膜中，主要是因在这些部位存在的赤藓醇（erythritol）能刺激其生长。
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在直接影响细菌在体内生存的金属离子方面，已被广泛研究的是铁对细菌生长和毒力的影响以及细菌和宿主之间对这种重要物质的竞争，已知铁对细菌来讲是重复的微量营养，对绝大多数细菌的核苷酸还原酶、顺乌头酸酶及许多与电子转移和氧化分解代谢有关的酶的激活是必需的，同样也与许多细菌毒素的合成、调节是有关联的；宿主试图控制病原菌生长的一个重要的方式是通过形成铁与蛋白的复合物，如主要存在于血清中的转铁蛋白（transferrin）、主要存在于乳汁中的乳铁蛋白（lactoferrin）、还有铁蛋白（iron-protein）等，来限制游离铁的有效性以控制细菌的生长，但细菌已经进化了一些方式来逃避该防御机制，如有些致病菌可结合和降解乳铁蛋白、有些可通过从含铁复合物中提取与结合铁来获取铁，但细菌是如何从这些含铁蛋白质中将铁转移和内化的机制尚不清楚。另方面，一个比较明了的机制是某些细菌所产生的载铁体（siderophore），这是细菌在低铁条件下所产生的一类有机化合物，与Fe3+有极强的亲和力，目前将铁载体分为两种类型，一种为异羟肟盐类（hydroxamate），具有单个或两个异羟肟酸功能团，气菌素（aerobactin）是其代表，能低抗血清的灭活作用；另一种为酚盐类（phenolate），由2，3-二羟基苯甲酸（2，3-DHS）与氨基酸偶联而成，肠菌素（enterobactin）是其代表，能被血清灭活。大肠杆菌具有这两种载铁体，细菌通过摄取含铁蛋白所结合的Fe3+，形成含铁螯合物，然后通过特异的主动运输使Fe3+进入菌体细胞。
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⑥体内扩散：细菌分泌的蛋白酶称为胞外蛋白酶（extracellular proteinase），它们具有激活外毒素、灭活血清中的补体等多种致病作用，有的蛋白酶本身就是外毒素。此外，最主要的是作用于组织基质或细胞膜并造成损伤，增加其通透性，有利于细菌在体内的扩散。此类常见的有：a.透明质酸酶（hyaluronidase），以前称扩散因子（spreading factor），能分解结缔组织的透明质酸，葡萄球菌（Staphylococcus）和链球菌（Streptococcus）等可产生；b.胶原酶（collagenase），主要分解ECM中的胶原蛋白，见于梭菌（Clostridium）和气单胞菌等；c.神经氨酸酶（neuraminidase），主要分解肠黏膜上皮细胞的细胞间质，霍乱弧菌及志贺氏菌（Shigella）可产生；d.磷脂酶（phospholipase），又名α-毒素，可水解细胞膜的磷脂，产气荚膜梭菌（C.perfringens）可产生；e.卵磷脂酶（lecithinase），能分解细胞膜的卵磷脂，产气荚膜梭菌可产生；f.激酶（kinase），能将血纤维蛋白酶原激活为血纤维蛋白酶，包括链球菌产生的链激酶（streptokinase），亦称链球菌纤维蛋白溶酶（streptococcal fibrinolysin）和葡萄球菌等产生的葡激酶（staphylokinase），亦称纤维蛋白溶酶（fibrinolysin），以分解血纤维蛋白，防止形成血凝块；g.凝固酶（coagulase），细菌在体内的扩散也可通过内化作用完成，特别是细胞结合性凝固酶，可为细菌提供抗原伪装，使之不被吞噬或机体免疫机制所识别，见于致病性金黄色葡萄球菌。
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1.2.1.2 毒素
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由细菌在生长繁殖过程中所产生的，对宿主具有毒性作用的物质被归入细菌毒素的范畴。按细菌毒素的来源、性质和作用等的不同，可分为外毒素（exotoxin）和内毒素（endotoxin）两大类，通常情况下一般是将外毒素简称为毒素。
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（1）外毒素 外毒素是病原菌在生长繁殖过程中，所产生的对宿主细胞具有毒性的可溶性蛋白质，大多数外毒素是在菌体内合成后分泌于菌细胞外发挥毒性作用，所以被称为“外毒素”；但也有少数外毒素是存在于菌体细胞的周质间隙，只有当菌体细胞裂解后才释放至胞外发挥作用。与毒素（toxin）相对应的希腊词toxikon（箭毒），生动地形容了毒素发挥作用必须是经释放后，并作用于一定距离的靶细胞或组织。
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外毒素主要由某些革兰氏阳性菌产生，如破伤风梭菌、肉毒梭菌（C.botulinum）、白喉棒杆菌（Corynebacterium diphtheriae）、产气荚膜梭菌、溶血性的酿脓链球菌和金黄色葡萄球菌等；某些革兰氏阴性菌，如痢疾志贺氏菌（Shigella dysenteriae）、霍乱弧菌、大肠杆菌、铜绿假单胞菌和气单胞菌等亦能产生外毒素。
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外毒素的毒性作用很强，肉毒梭菌外毒素纯化结晶品1mg能杀死2000万只小鼠，毒性比KCN强1万倍。Arnon（1978）报道，肉毒梭菌外毒素对人的致死量为10-9mg/kg体重，是目前已知的最剧毒物。外毒素毒性一般具有高度的特异性，不同种病原菌所产生不同的外毒素，对机体组织器官具有一定的选择作用并引发特征性的病症。如破伤风梭菌外毒素即破伤风毒素（tetanus toxin）中的破伤风痉挛毒素（tetanospasmin），能选择性地作用于脊髓前角运动神经细胞引起肌肉的强直性痉挛；肉毒梭菌外毒素即肉毒毒素（botulinum toxin），选择性地作用于眼神经和咽神经引起眼肌和咽肌麻痹；但也有一些外毒素具有相同的作用，霍乱弧菌、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和气单胞菌等许多细菌均可产生作用类似的肠毒素（enterotoxin）。外毒素具有良好的免疫原性，可刺激机体产生特异性的抗体，使机体获得免疫保护作用，这种抗体称为抗毒素（antitoxin），可用于紧急治疗和预防相应毒素引起的中毒症。外毒素在0.4%甲醛溶液作用下，经过一段时间可以脱毒，但仍保留原有抗原性，称之为类毒素（toxoid）。类毒素注入机体后，仍可刺激机体产生抗毒素，可作为疫苗进行免疫接种使用。多数外毒素不耐热，一般在60～80℃经10～80min即可失去毒性；但也有少数例外，如葡萄球菌肠毒素及大肠杆菌热稳定肠毒素（ST）能耐100℃经30min的作用。
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大多数外毒素由A、B两种亚单位组成，有多种合成和排列形式。A亚单位为毒素的活性中心，称活性亚单位，决定毒素的毒性效应；B亚单位称结合亚单位，能使毒素分子特异性地结合在宿主易感组织的细胞膜受体上，并协助A亚单位穿过细胞膜。A、B亚单位单独均无毒性，A亚单位必须在B亚单位的协助下，结合至受体释放到细胞内，才能发挥毒性作用，因此毒素结构的完整性是其致病的必备条件；B亚单位可单独与细胞膜受体结合，并阻断完整毒素的结合，B亚单位可刺激机体产生相应的抗体，从而阻断完整毒素结合细胞，可作为良好的亚单位疫苗。有的外毒素是不具有典型A-B亚单位结构的，如一些溶血毒素、金黄色葡萄球菌的毒素休克综合征毒素-1（TSST-1）等。
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根据外毒素对宿主细胞的亲和性及作用方式不同等，可将其分为神经毒素（neurotoxin）、细胞毒素（cell toxin）和肠毒素三大类。神经毒素主要作用于宿主的神经系统，如破伤风毒素、肉毒毒素等；细胞毒素主要是能破坏宿主细胞，如白喉棒杆菌产生的白喉毒素能抑制细胞蛋白质合成、A群链球菌产生的致热外毒素能破坏毛细血管内皮细胞等；肠毒素主要作用于肠道，如霍乱弧菌、产毒性大肠杆菌（ETEC）、金黄色葡萄球菌等产生的肠毒素，能引起宿主的腹泻等。
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（2）内毒素 内毒素是革兰氏阴性菌细胞壁中的脂多糖（LPS）组分，只有当细菌在死亡后破裂或用人工方法裂解菌体后才释放出来，所以被称为“内毒素”。螺旋体（Spirochaeta）、衣原体（Chlamydia）、立克次氏体亦含有LPS；革兰氏阳性菌细胞壁中的脂磷壁酸（LTA）具有LPS的绝大多数活性，但无致热功能。
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许多不同种的革兰氏阴性菌具有相同的LPS骨架，即由O-特异性多糖侧链（O-specific side chain）、非特异性核心多糖（core polysaccharide）和脂质A（lipid A）三部分组成（图2-1，引自陆德源主编《医学微生物学》第4版 2000），也被称为内毒素复合物。O-特异性多糖位于菌细胞壁的最外层，由若干重复的寡糖单位组成，它不仅在血清学上决定了细菌的种、型抗原特异性，而且与细菌抗补体溶解作用密切相关。其中的脂质A是内毒素的主要毒性组分，脂质A由一个磷酸化的N-乙酰葡萄糖胺（NAG）双体和6～7个饱和脂肪酸组成，是一种特殊的糖磷脂，它将LPS固定于革兰氏阴性菌的外膜上。不同种革兰氏阴性菌脂质A的化学组成虽有差异但较相似，所以在不同种革兰氏阴性菌感染时，由内毒素引起的毒性作用都大致相似，主要包括以下几个方面。
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图2-1 革兰氏阴性菌细胞壁上的内毒素
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①发热反应：极微量内毒素注射入人体（1～5ng/kg体重），体温可于2h内上升，维持4h左右。其机制是内毒素作用于肝枯否氏细胞、中性粒细胞等使之释放的内源性热原质，再刺激下丘脑体温调节中枢所致。
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②白细胞反应：注射内毒素后，血循环中的中性粒细胞数骤减，系与其移动并黏附至组织毛细血管床有关。1～2h后，LPS诱生的中性粒细胞释放因子（neutrophil releasing factor）刺激骨髓释放中性粒细胞进入血流，使数量显著增多，且有左移现象。但伤寒沙门氏菌内毒素是例外，始终使血循环中的白细胞数减少，机制尚不清楚。
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③内毒素血症与内毒素休克：当血液中细菌或病灶内细菌释放大量内毒素入血时，可导致内毒素血症（endotoxemia）。内毒素作用于血小板、白细胞、补体系统和激肽系统等，形成和释放组胺（histamine）、5-羟色胺（5-hydroxytrytamine）、激肽（bradykinin）等血管活性介质，使小血管收缩和舒张功能紊乱以致微循环障碍，表现为血液淤滞于微循环、有效循环血量减少、血压下降、组织器官毛细血管灌注不足、缺氧、酸中毒等，严重时则形成以微循环衰竭和低血压为特征的内毒素休克。
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④弥漫性血管内凝血（DIC）：微血栓广泛沉着于小血管中，可发生于多种疾病的过程中，不是一种独立的疾病，而是一种病理过程或综合征。由细菌内毒素引起的DIC，发生机制主要是：凝血系统被激活；血小板被激活并大量聚集；红细胞破坏；白细胞促凝物质释放。
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⑤施瓦茨曼反应（Shwartzman reaction）：亦称内毒素出血性坏死反应，是内毒素引起DIC的一种特殊表现，有局部和全身两种类型。若将革兰阴性菌培养物上清或杀死的菌体注入家兔皮内，8～24h后再以同样或另一种革兰阴性菌行静脉注射；约10h后，在第一次注射处局部皮肤可出现出血和坏死；如两次均为静脉注射，则动物两侧肾皮质呈现坏死，动物最终死亡；以上分别是局部和全身施瓦茨曼反应。该现象不是抗原抗体结合的免疫应答反应，因两次注射仅隔短时间，且两次注射的革兰阴性菌可为并无抗原交叉者。
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⑥其他：小量内毒素能激活B淋巴细胞产生多克隆抗体，促进T淋巴细胞的成熟，激活巨噬细胞和NK细胞活性，诱生干扰素、肿瘤坏死因子（TNF）、集落刺激因子（CSF）、IL-6等免疫调节因子。因此，适量的内毒素有增强机体的非特异性免疫作用，包括抗辐射损伤、促进粒细胞生成、增强单核吞噬细胞功能和佐剂活性等。
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内毒素的性质稳定、耐热，经100℃作用1h不被破坏，需经加热160℃作用2～4h或用强碱、强酸或强氧化剂加热煮沸30min才被灭活。内毒素不能用甲醛脱毒成类毒素，以内毒素作为抗原注入机体，可诱导产生针对其中多糖成分的特异性抗体，但该抗体不能中和内毒素的毒性作用。表2-2列出了内毒素与外毒素的主要区别点，可供对比参考。
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表2-2 细菌外毒素和内毒素的主要区别
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值此述及，动物、植物、微生物所产生的有毒物质统称为毒素，已知有数千种，可按化学本质分为蛋白毒素和非蛋白毒素两大类。毒理学（Toxicology）的研究对象，是所有对生物有毒性的物质；毒素学（Toxinology）仅是其中的一个分支，仅研究活微生物所产生的毒性物质。在已发现的300多种蛋白或多肽类的毒素中，革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌几乎各占一半。很多学者认为内毒素、外毒素的分类方法不是很恰当的，容易引起误解，建议将内毒素称为菌内毒物（endobacterial poison），蛋白毒素则泛指细菌在对数生长期或裂解后所释放的对动物或宿主细胞有毒性的蛋白质，但在目前还是广泛在延用内毒素与外毒素的分类。
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在水产养殖动物的病原菌中，一些主要病原菌的某些毒力因子及其特点等已被较为详细地研究与描述，如气单胞菌属、弧菌属（Vibrio）细菌的某些种及鲑亚科肾杆菌（Renibacterium salmoninarum）等。
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1.2.2 与细菌毒力相关的其他物质
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1.2.2.1 细菌的蛋白质折叠网络
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对于病原菌来讲，其毒力因子如菌毛、黏附因子、侵袭因子及毒素等均为菌体表面或分泌性蛋白，这些毒力因子需要在胞质中折叠成熟后表达于细菌表面，或分泌到胞外发挥生物效应。毒力因子蛋白质的折叠，与在细菌胞质中存在的由多种因子组成的一套紧凑的胞质蛋白质折叠网络相关联，迄今已在多种病原菌中发现此网络，并证明对毒力有决定性作用，如二硫键催化酶（Dsb）、脯氨酸同体异构酶（PPI）、丝氨酸内切酶tegP、转录因子σE和二元信息传导系统CpxRA等。
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已知Dsb包括DsbA、B、C、D、E、F、G七个成员，它们的共同特征是含有一个-Cys-X-X-Cys-活性基团。其中，两个半胱氨酸（Cys）残基可自身形成二硫键，或将二硫键交给底物蛋白使后者得以氧化，因细菌表面蛋白或分泌性蛋白多具有二硫键，所以需要“氧化型折叠”。DsbA具有较强的氧化作用和同体异构酶（isomerase）的功能，所以可识别并改正错误的二硫键。DsbA是一种分子量为21ku的胞周间蛋白，具有催化一些输出蛋白二硫键形成的作用，已被证明是一些革兰氏阴性病原菌的毒素、表面结构（如菌毛和其他一些黏附因子）、或Ⅲ型分泌系统成分的生物合成所必需的。研究表明，DsbA失活会导致霍乱毒素（CTX）和大肠杆菌热敏肠毒素（LT）失活，因为此类毒素的B亚单位必须形成二硫键才具有活性；DsbA失活时，泌尿道致病性大肠杆菌（UPEC）产生无活性的P菌毛而失去毒力，其原因是菌毛蛋白亚单位和帮助菌毛蛋白亚单位装配的分子伴侣均需要形成二硫键才具有活性。总之，DsbA与多种病原菌的致病性有关，它作为一个必需的催化剂，在启动一些分泌性蛋白或表面呈递因子（如毒素、黏附因子、Ⅲ型分泌系统成分）的正确折叠中具有重要作用。DsbA还与肠道病原菌——弗氏志贺氏菌5型菌株在细胞内的存活及细胞间的扩散有关，其具体机制尚有待阐明。由于DsbA似乎存在于绝大多数病原菌中，所以针对该催化酶的特异性抑制剂，可能会对那些获得了多重耐药机制且用目前已有抗生素又难以治疗的病原菌感染的控制具有重要意义。
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1.2.2.2 细菌的Ⅲ型分泌系统
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细菌有许多分泌性蛋白（secreted proteins）和外露蛋白（surface-exposed proteins），如志贺氏菌的侵袭性蛋白ipaBCD就是分泌性蛋白、细菌的菌毛等就属于外露蛋白。在革兰氏阴性细菌中，这些分泌性蛋白和外露蛋白必须要穿过细菌的内膜（inner membrane）和外膜（outter envelope），才能到达细菌的表面，这就需要细菌的分泌系统来完成。
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目前，认为细菌的分泌系统有三个类型：Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型。由Ⅰ型分泌系统分泌的蛋白质直接从胞浆到达细胞表面，如大肠杆菌的α-溶血素；由Ⅱ型分泌系统分泌的蛋白质使用通用分泌通路（general secretion pathway）到达胞周间，然后再通过通道蛋白穿越外膜，在胞周间停留时分泌性蛋白的一部分N-端氨基酸序列被切除，所以分泌到细胞外的蛋白质和位于胞浆内的蛋白质明显不同，区别就在于N-末端氨基酸序列，肠致病性大肠杆菌（EPEC）的束状菌毛（BFP）就是通过Ⅱ型分泌系统分泌的；与Ⅰ型分泌系统的相似，Ⅲ型分泌系统也是一步性分泌，所分泌的蛋白质不在胞周间停留也不被切割，与Ⅰ型分泌系统不同之处是，Ⅲ型分泌系统具有较多的蛋白质参与。Ⅱ型分泌系统和Ⅲ型分泌系统的相同之处是，它们都具有较多的蛋白质参与，共享一些外膜蛋白成分，但是Ⅱ型分泌系统分泌的蛋白质要在胞周间停留并被切割。
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概括起来，Ⅲ型分泌系统（type Ⅲ secretion system）具有以下几个特点：①需要能量，这是任何分泌系统都需要的；②是一种多成分分泌系统，在革兰氏阴性细菌中高度保守；③能够把效应分子（effector molecules）直接从胞浆输送到细胞表面；④在与宿主细胞密切接触时，病原性细菌才启动Ⅲ型分泌系统，分泌效应分子，是谓接触依赖性分泌（contact-dependent secretion），如EPEC的BFP黏附对激活此分泌系统起关键作用；⑤温度、盐浓度等环境因素可诱导分泌装置和效应分子的合成；⑥编码Ⅲ型分泌系统的许多成分的基因，与编码革兰氏阴性和阳性细菌的鞭毛输送装置的基因有一定的同源性；⑦Ⅲ型分泌系统包括效应分子、调节蛋白、结构蛋白、伴侣蛋白（chaperones）等；⑧编码Ⅲ型分泌系统的基因通常聚集在一起，DNA片段较大，可位于质粒、噬菌体或染色体上；⑨编码Ⅲ型分泌系统的基因可在细菌间传递；⑩与细菌的致病性有关，获得Ⅲ型分泌系统基因的非致病性细菌，可成为致病性的。
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1.2.3 细菌的超抗原
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1.2.3.1 超抗原的分类
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SAg可分为T细胞SAg和B细胞SAg，其中的T细胞SAg可分为TCR的αβ 型SAg和TCR的γδ型SAg，TCR的αβ 型SAg又可被分为外源性SAg和内源性SAg。
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（1）外源性SAg 主要是某些细菌的毒素，包括葡萄球菌的葡萄球菌肠毒素（SE）和毒性休克综合征毒素-1（TSST-1）、链球菌的M蛋白和致热外毒素（pyrogenic exotoxin）、小肠结肠炎耶尔森氏菌（Yersinia enterocolitica）的膜蛋白等。其中，SE有A、B、C、D、E共5种主要的血清型，SEC型又可以分为SEC1、SEC2、SEC3的3个亚型。所以也有人认为，SE共有7个血清型。对SEA型的研究最为深入，1988年即已报道了SEA基因的全序列。细菌性SAg的共同特点是，均为由细菌分泌具有水溶性的蛋白质，对靶细胞无直接伤害作用，可与MHC-Ⅱ类分子结合，活化CD4+和CD8+的T细胞。
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（2）内源性SAg 病毒主要是反转录病毒（Retroviridae）感染机体后，病毒基因组的单股RNA通过反转录酶（RT）反向转录的双股DNA，整合到宿主细胞染色体DNA的某个部位成为前病毒（provirus），并随细胞分裂持续存在于细胞DNA中，可产生内源性SAg。如小鼠乳腺肿瘤病毒（MMTV）侵犯淋巴细胞，其反转录的DNA整合到淋巴细胞DNA中，并在体内持续表达病毒蛋白质产物，即内源性抗原，亦被称为小鼠的次要淋巴细胞刺激抗原（MLSA）。MLSA在主要组织相容性复合物（MHC）相同的小鼠间，能产生强烈的混合白细胞反应（MLR），反应的细胞为T淋巴细胞、刺激细胞为B淋巴细胞，1988年才证实了MLSA的功能；TCR识别MLSA，MLSA活性的主要决定因素看来是表达特殊的Vβ的基因片段；MLSA作为自身抗原被识别，因为与MLSA反应的T细胞在胸腺成熟过程中已被清除。
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此外，热休克蛋白（HSP）能强烈刺激γδT细胞增殖，并激活其杀瘤活性。葡萄球菌A蛋白（SPA）及人类免疫缺陷病毒（HIV）的gp120（病毒特异糖蛋白），能与某些亚型的B细胞结合并刺激其增殖，所以属于B细胞SAg。
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1.2.3.2 超抗原激活T细胞的特点
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SAg诱导机体免疫应答，与普通抗原相比具有其明显的特点（表2-3），主要表现在：①强大的刺激能力；②被T细胞识别前无须经APC处理；③与T细胞相互作用无MHC限制性；④选择性识别TCR-β链V区；⑤不仅可激活T细胞，而且可能诱导T细胞的耐受；⑥激活T细胞时的免疫识别位，包括MHC结合位（MHC binding site）和与TCR-Vβ区结合的T细胞表位（T cell epitope）两类。在所谓强大的刺激能力方面，一般普通的多肽抗原刺激机体后，仅能刺激1/（104～106）的T细胞，而SAg在较低的浓度（10-12摩尔）时就可刺激大部分具有TCR-Vβ（或TCR-Vγ）序列的T细胞增殖，被激活的T细胞可达总数的5%～20%，引起强烈的初次应答（primary response），且普通抗原必须在体内引导和加强（priming and boosting）后，才能在体外检测到T细胞增殖反应，也正因此特点才导致了“超抗原”的命名。
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表2-3 超抗原与普通抗原比较
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1.2.3.3 超抗原的生物学意义
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在超抗原的生物学意义方面，集中表现在超抗原可参与多种病理或生理效应上，主要包括以下几个方面的内容。
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（1）SAg与某些病理过程 SAg刺激大量T细胞活化，产生多种细胞因子并继之使巨噬细胞及其他免疫细胞激活，这种过强的应答可能产生毒性效应，引起发热、体重减轻和渗透压平衡失调等。亦发现多种细菌性食物中毒、某些类型的休克、获得性免疫缺陷综合征（AIDS）、某些自身免疫病等疾病过程的发生和发展，均与SAg的生物学作用有关。
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（2）SAg与自身免疫应答 SAg的强大刺激作用可能激活体内自身反应性T细胞，诱发某些自身免疫病；另方面，SAg可在T细胞TCR-Vβ与B细胞表面的MHC-Ⅱ类分子间发挥桥连作用，从而可能激活多克隆B细胞产生自身抗体。
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（3）SAg与免疫抑制和免疫耐受 在SAg的过强刺激下，T细胞可能会因被过度激活所耗竭，导致T细胞功能或数量的失调，继发免疫抑制状态。另方面，内源性SAg作用于胸腺细胞并通过克隆选择，清除对SAg的反应细胞，从而建立免疫耐受；对于外源性SAg如SEB，如将其注射给新生的小鼠亦可诱导免疫耐受，若给成年小鼠少量、多次注射，有时也可诱导免疫耐受。
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（4）SAg与免疫自稳和抗瘤效应 在胸腺细胞发育过程中，SAg可能参与阳性选择过程，从而有利于免疫自身稳定。在SAg的直接刺激下，细胞毒性T细胞（CTL）大量被激活，各亚类T细胞激活分泌多种细胞因子，从而对肿瘤细胞具有明显的杀伤作用。已有研究资料显示，SAg很有可能成为新一代抗癌效应分子。
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1.2.4 细菌的致病岛
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对于绝大多数的病原菌来讲，其致病是一个多因素综合作用的过程，一般需要两类基因的参与。一是参与基本生理过程的基因，为致病菌与非致病菌所共有；二是致病菌所特有的毒力基因（virulence gene）亦称致病基因，包括编码黏附素、侵袭素（invisin）、毒素等毒力因子的一系列基因，这些毒力基因常位于转座子（Tn）亦简称Tn因子（Tn element）、质粒和噬菌体等可移动的遗传物质上。另外，则是它们常聚集成簇位于染色体的某些特定区域，被称为致病岛（Pais）或毒力岛，通常也称为毒力块（virulence block）或毒力盒（virulence cassette）。
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对致病岛的研究最早始于20世纪80年代，Goebel等在对尿道致病性大肠杆菌（UPEC）的研究中，发现在该菌染色体上存在的所谓“溶血素岛（haemolysin island）”，除了编码α-溶血素（α-haemolysin）等毒素外，还编码另外一些与该菌尿道致病性有关的毒力因子，如P菌毛（P fimbriae），因此溶血素岛就被重新命名为致病岛。随着对各种病原菌毒力基因和致病机理研究的不断深入，人们发现在许多病原菌中都存在致病岛，致病岛这一术语也得到了日益广泛的应用，且其定义也有了较大的改变。目前，我们通常所说的致病岛是通过以下的主要特征来体现的：①携带一个或多个致病基因。致病岛能编码黏附因子、侵袭因子、铁摄取系统、Ⅲ型分泌系统等已知毒力相关因子，随着研究的深入，还将可能发现致病岛编码的另外毒力因子。②存在于病原菌中。在非病原菌或相关菌株中一般是不存在的，致病岛最初是在细菌染色体中发现的。随着对侵袭性质粒的不断研究，发现在这些质粒的某些区域也具有典型的致病岛特征，为了区别则将它们称为“致病岛前体（paiprocursors）”或“前致病岛（pre-Pais）”。③占据较大的基因组区域。致病岛往往占据较大的基因组区域，通常在20～100kb（也有的近200kb或更大）；另外，在许多病原菌中常含有编码毒力因子的特异性1～10kb的DNA片段，相对于大的致病岛来讲，它们被称为致病小岛（islets）。④G+C mol%特殊性。致病岛DNA片段的G+Cmol%往往不同于宿主菌DNA（比宿主菌的明显高或明显低），并且使用的密码子（codon）也不同。⑤形成一个独特的致密遗传单位。在一些致病岛这个遗传单位的两侧，通常与正向重复序列（direct repeat sequence）相连，这些重复序列可能是致病岛在插入宿主基因组时通过重组产生的。⑥边缘常与tRNA基因相界。致病岛往往位于细菌染色体的tRNA位点内或附近，或位于与质粒、噬菌体整合有关的位点。⑦携带其他基因。致病岛常携带有隐性或功能性移动因子如插入序列（IS）、整合酶（Int）、转座酶（transposase）等的编码基因。⑧不稳定性。致病岛通常具有不稳定性，致病岛的丢失常可通过两边的正向重复序列和内在的IS序列及可能存在的同源序列而发生。
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也有学者认为，细菌的致病岛还应包括位于质粒和噬菌体上的与细菌毒力有关的、其G+Cmol%和密码的使用与宿主菌明显不同的DNA片段，并认为致病岛的获得与新出现的病原菌有一定的关系。
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1.2.5 病原菌毒力及毒力因子测定
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1.2.5.1 毒力的测定
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一般在下述情况下，均需对病原菌菌株进行毒力的测定：①对所分离鉴定的某种细菌的菌株进行测定，通过毒力强度来确定其相应的病原学意义，尤其对原发感染菌、混合感染菌、继发感染菌的明确更是需要的；②所保藏的某种病原菌的模式菌株（type strain）、参考菌株（refercence strain）等，需通过毒力测定后明确其相应的毒力强度，以作为对同种病原菌菌株研究的参照或攻毒试验的菌株；③在细菌疫苗的研究中，首先考虑的是毒力强度问题，弱毒株、无毒株可作为疫苗株使用，强毒株则用于对疫苗效力检验的攻毒用菌株。目前对于细菌毒力的测定，仍主要是采用对供试动物的半数致死量（LD50）或半数感染量（ID50）的方法且为比较实用的。
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（1）半数致死量 通过一定的接种途径、在一定的时限内、能使一定体重或年龄的某种实验动物发生半数死亡所需要的最小活细菌数或毒素量（其中毒素量一般是专指用于测定某种细菌外毒素的）。
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（2）半数感染量 因某些病原微生物只能使实验动物（当然也包括病毒对实验用鸡胚和细胞）发生感染，但并不一定能引起死亡，此时常用ID50来表示其毒力，其测定与LD50相类似，仅是在统计结果时以感染代替死亡。
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需要说明的是：①由于使用的是实验动物且接种途径又常是非自然感染途径，所以这类指标只能作为病原菌真实毒力强弱的参考，并应明确表达实验动物的种类、体重或年龄、接种途径、观察判定的时限、因接种病原菌致其死亡或感染的确定指标等；②通常使用的实验动物主要是小鼠，其次是豚鼠及家兔等，但这些实验动物并非对某种病原菌均是易感的，即使是易感也在程度上存在差异，因此导致了不宜对任何病原菌做毒力测定均直接使用某种实验动物来作出毒力的判断，应是对那些已研究确定了某种实验动物可作为该病原菌毒力指标测定的才有意义，这一点尤其对水产养殖动物的病原菌来讲更是不可忽视的，也因此导致了对某种病原菌毒力测定的实验动物模型研究是一个重要的研究领域，目的在于明确某种实验动物在某种病原菌毒力测定中的可用性及其与实际毒力的相关性；③在分离和鉴定了某种动物的病原菌之后，要测定其毒力及病原学意义，最好使用本动物，但对某些大动物或珍稀动物来讲还是有一定困难的，此时则可考虑使用实验动物，对一些常规的小动物还是最好使用本动物直接测定；④对从某种动物分离鉴定的病原菌做对本动物的人工感染试验，以复制同自然发生的相应病害并借以确定其病原学意义，实际上从对病原菌本身来讲也可列为毒力测定的范畴，这在水产养殖动物的病原菌更是常用的，但它应列为一种定性实验的范畴。
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1.2.5.2 毒力因子的测定
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对病原菌某种毒力因子，如黏附作用、毒素和侵袭性等的测定，常是在分离并经鉴定为某种病原菌后进行的。①对已知某种病原菌的某种毒力因子表达情况的测定；②研究某种病原菌的毒力因子（包括已知的和未知的）。对于毒力因子的测定，常采用的是已被学术界公认或标准化的体外方法（包括直接测定毒力因子产物及毒力基因等），有时也需要做动物试验的体内法，如对某种毒力因子（尤其是新发现的某种毒力因子）的毒性作用及作用机制的研究或测定。另外，用于细菌侵袭性测定的瑟林尼试验（Séreny test），亦属于体内测定的范畴。
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1.2.6 细菌毒力的增强与减弱
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1.2.6.1 毒力增强的方法
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在自然条件下，回归易感动物是增强细菌毒力的最实用方法。易感动物包括本动物及已被明确为易感动物的实验动物，接种后从一定时限内呈现典型感染发病或死亡的动物中重新分离回收的细菌，则为恢复其毒力的相应菌株。对于水产养殖动物来讲，最好还是选用本动物。这种情况常被应用在实验室人工培养基上长期传代或冻干保存的菌种，包括模式（或参考）菌株或所分离鉴定的菌株，若维持其相应毒力则应在一定时间内进行一次毒力复壮，或在应用其作为对某分离鉴定的菌株毒力测定时的对照用菌株之前，也需做毒力复壮以保证其在试验中反映出其真实的毒力强度。需要注意的是，所用动物、接种途径与剂量（CFU）、所表现的临诊症状及病变、发病与死亡的时间、分离回收细菌所用的组织材料等，对不同的病原菌来讲均应有明确的相应指标，其原则是必须按公认的、经典的标准进行。
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1.2.6.2 毒力减弱的方法
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为了获得毒力减弱或无毒的某种病原菌菌株，常需进行人工致弱毒力，这种情况最多被应用于对细菌疫苗用菌株的培育，而且要求其必须是具有遗传稳定性的，实际上属于毒力的人工诱变范畴。根据细菌毒力变异的规律和特点，常被采用的有以下几种方法。
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（1）人工培养基上培养 病原菌在体外人工培养基上连续多次传代培养后，毒力一般都会逐渐减弱，甚至失去毒力。
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（2）改变培养条件 一是在高于该病原菌最适生长温度的温度条件下培养，常采用的方法是逐渐提高培养温度进行诱导；二是改变该病原菌最适培养的气体条件，如减少氧气、增加二氧化碳气体等；三是在该病原菌适宜生长的人工培养基中，加入某些不利于其正常生长繁殖的某种化学物质，以诱导其变异。
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（3）通过非易感动物 强制性地对某种病原菌做对非易感动物的接种，并在非易感动物中传代，则可使其发生毒力变异，而且常常是遗传稳定性的变异。
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（4）基因工程 采用现代基因工程方法，去除病原菌的毒力基因或用点突变（point mutation），即基因突变的方法使毒力基因失活，可获得无毒力或弱毒的相应菌株，但这种方法对于毒力因子表达是由多基因调控的菌株来讲是难于奏效的。
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2 抗菌免疫
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2.1 抗原与抗体
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2.1.1 抗原
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2.1.1.1 抗原的性质及特异性
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抗原物质是否具有免疫原性，一方面取决于抗原本身的性质，另一方面取决于接受抗原刺激的机体反应性。自然界中的物质种类繁多，作为抗原物质必须具备下列性质：
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（1）异物性 某种物质，若其化学结构与宿主的自身成分相异或机体免疫细胞从未与它接触过，则这种物质相对于机体来讲就被称为异物，这种异物性是抗原物质的首要性质，亦即构成抗原物质的前提，因为免疫应答的本质就是识别与排斥异物的应答。就传染性病害的抗原来讲，各种病原微生物（如细菌、病毒等）都是这种具有异物性质的抗原物质。
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（2）一定的理化性状 抗原均为有机物质，但有机物质并非均为抗原物质。有机物成为抗原，必须具备下列理化性状：①大分子胶体。作为完全抗原的物质，其分子量一般在10ku以上，在一定范围内，其分子量越大则抗原性越强。②一定的化学组成和结构。抗原物质除应为大分子外，其表面还必须具有一定的化学组成和结构，凡含有芳香族氨基酸（尤其是酪氨酸等）的蛋白质其抗原性较强；某些多糖的抗原性是由单糖的数目和类型所决定的，如血型物质和肺炎链球菌（Streptococcus pneumoniae）荚膜多糖等抗原表面均有较复杂的结构。③分子构象与易接近性。分子构象（conformation）是指抗原分子中一些特殊化学基团的三维结构，它决定该抗原分子是否能与相应淋巴细胞表面的抗原受体互相吻合，从而启动免疫应答，这种构象发生细微改变就可能导致其原有抗原性发生改变；易接近性（accessibility）是指抗原分子的特殊化学基团，与淋巴细胞表面相应的抗原受体相互接触的难易程度，越易接近则越易启动免疫应答。④一定的物理性状。抗原的物理性状关联到免疫原性的强弱，一般具有环状结构的蛋白质其抗原性比直链分子的强，聚合状态的蛋白质较其单体的抗原性为强，颗粒性抗原（如细菌颗粒）较可溶性抗原（如细菌提取物）为强。
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（3）完整性 具备上述性状的物质需经非消化道途径进入机体，如注射（肌肉、皮下、腹腔等）或吸入等，并接触免疫活性细胞，才能成为良好抗原。此外，抗原的免疫原性也与机体的应答能力有关，如同一种抗原在人及不同的动物则表现出不同的情况，这一点尤其在水产动物表现更为突出。
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（4）特异性 所谓特异性（specificity），是指物质之间的相互吻合性或针对性、专一性。抗原的特异性，表现在免疫原性特异性和反应原性特异性两个方面。前者是指某一特定抗原只能激发机体某一特定的免疫应答（即产生针对该抗原的特异性抗体和/或致敏淋巴细胞），后者是指某一特定抗原只能与其相应的抗体和/或致敏淋巴细胞特异性结合后出现反应。①特异性是免疫应答中最重要的特点，也是免疫学诊断与防治的理论基础，决定抗原特异性的物质基础是抗原分子中的抗原决定簇（AD）。AD是存在于抗原表面的特殊基团，又称表位（epitope）。抗原通过AD与相应淋巴细胞表面的抗原受体结合，从而激活淋巴细胞引起免疫应答；抗原也借此与相应抗体或致敏淋巴细胞发生特异性结合而发挥免疫效应。因此，抗原决定簇是被免疫细胞识别的靶结构，也是免疫反应具有特异性的物质基础。抗原决定簇的性质、数目和空间构型决定着抗原的特异性，抗原决定簇的大小与相应抗体的结合部位相当。虽然一个抗原决定簇的特异性由组成它的所有残基共同决定，但其中有些残基在与抗体结合时比其他残基起更大的作用，这些残基被称为免疫显性基团（immunodominant group）。抗原分子表面能与抗体结合的决定簇的总数称为抗原结合价（antigenic valence），包括抗原表面功能价及其内部非功能价，一般指的抗原结合价为功能价。有些半抗原只能和抗体分子一个结合点结合，是单价抗原；大多数天然抗原分子结构十分复杂，分子表面带有多个相同和不同的抗原决定簇，是多价抗原。②抗原抗体反应的高度特异性，可精确区分物质间的极细微的变异。这种特异性不仅取决于抗原决定簇的化学组成，而且与化学基团的空间排列和立体构型密切相关。③抗原（或抗体）除与其相应抗体（或抗原）发生特异性反应外，有时还可与其他抗体（或抗原）发生反应，被称为交叉反应（cross reaction）。若两种不同的微生物抗原具有相同或相似的抗原决定簇，则称为共同抗原（common antigen）或交叉反应抗原（cross reacting antigen），具有这种共同抗原的则能发生交叉反应。
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2.1.1.2 抗原的种类
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抗原物质种类繁多，其分类也相对比较复杂，任何某一种分类方法都不能概括所有抗原，目前一般用以下几种抗原分类方法：
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（1）根据抗原来源与机体的亲缘关系分类 按此可将抗原分为：①异种抗原（xenoantigen），指来自另一物种的抗原性物质，如异种动物血清、各种微生物及其代谢产物等；②同种异型抗原（alloantigen），指来自于同种但基因型不同的个体的抗原性物质，如人的红细胞抗原和白细胞抗原；③自身抗原（autoantigen），指能引起自身免疫应答的自身组织成分；④异嗜性抗原（heterophile antigen），指在不同种属动物、植物和微生物细胞表面上存在的共同抗原，Forssman抗原即是一种典型的异嗜性抗原，该抗原由Forssman发现，他将用豚鼠多种脏器制成的悬液免疫家兔，所得抗体除能与豚鼠的相应脏器抗原反应外，还可凝集绵羊红细胞。
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（2）根据抗原在免疫应答中是否需要T细胞辅助进行分类 按此可将抗原分为：①胸腺依赖性抗原（TD-Ag），这类抗原需在巨噬细胞及TH细胞参与下才能激活B细胞产生抗体，绝大多数蛋白质抗原属于TD-Ag，如血细胞、血清蛋白和细菌等；②非胸腺依赖性抗原（TI-Ag），这类抗原刺激B细胞产生抗体时无需T细胞辅助，仅少数抗原属于TI-Ag，如细菌的脂多糖（LPS）、荚膜多糖和聚合鞭毛素等。
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（3）根据抗原的来源分类 按此可将抗原分为：①外源性抗原（exogenous antigen），如天然抗原（动植物的蛋白质及微生物和同种异体抗原等）、人工抗原（与化学物质结合的天然抗原）、合成抗原（化学合成的高分子氨基酸复合物）、基因工程抗原（将编码免疫原性氨基酸序列的基因克隆化，并与适当载体DNA分子相结合后引入受体细胞中使之表达，即能获得具有免疫原性的融合蛋白，经纯化后可作为疫苗即基因工程疫苗）；②内源性抗原（endogenous antigen），如自身隐蔽抗原、变性的自身成分、免疫球蛋白的独特型决定簇、肿瘤抗原、病毒感染细胞合成的抗原等。
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（4）根据抗原的性能分类 根据抗原的性能，可将抗原分成如在前面有述的完全抗原、不完全抗原亦即半抗原。
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（5）根据抗原的化学组成分类 根据抗原的化学组成成分不同，可将抗原分为蛋白质抗原、脂蛋白抗原、糖蛋白抗原、核蛋白抗原及多糖抗原等。
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在水产养殖动物的抗菌免疫研究与实践中，所涉及到的抗原就是细菌抗原（bacterial antigen）。细菌抗原比较复杂，它的每种结构都由若干抗原组成，因此，细菌是多种抗原成分的复合体。根据细菌的结构，其抗原组成有菌体抗原（somatic antigen）、鞭毛抗原（flagllar antigen）、荚膜抗原（capsular antigen）和菌毛抗原（pili antigen）等。①菌体抗原：亦被称为O抗原，是革兰氏阴性菌细胞壁抗原，其化学本质是脂多糖（LPS）的特异多糖侧链；②鞭毛抗原：亦被称为H抗原，鞭毛的抗原性主要取决于鞭毛丝，属于蛋白质类抗原即鞭毛蛋白；③荚膜抗原：亦被称为K（表面）抗原，是细菌的主要表面免疫原，其成分多为酸性多糖类，仅有少数种类细菌如炭疽芽孢杆菌（Bacillus anthracis）、枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）等的荚膜成分是γ-D-谷氨酸多肽的均一聚合体；④菌毛抗原：由菌毛素组成，也属于蛋白质类抗原。
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2.1.2 抗体
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2.1.2.1 Ig分子的基本结构与分类
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英国生物化学家波特（R.R.Porter）和美国生物化学家埃德尔曼（G.M.Edelman），共同发现IgG分子的化学结构。后经许多学者证实，其他几类Ig具有与IgG相似的基本结构。
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（1）四肽链结构 各类Ig的基本单位都是四条肽链的对称结构（图2-2，引自[美]M.T.马迪根等著，杨文博等译《微生物生物学》 2001），包括两条相同的重链（heavy chain，H链）和两条相同的轻链（light chain，L链），两条重链间、两条轻链间及重链和轻链间分别借二硫键连接，此即Ig的基本结构（basic structure），亦称Ig的单体。①重链。重链大约由420～440个氨基酸组成，其上结合有不同量的糖，所以Ig为糖蛋白。根据H链抗原性的不同，可将其分为μ链、γ链、α链、δ链、ε链，由它们组成的Ig分别称为IgM、IgG、IgA、IgD、IgE，这也是对Ig的基本分类。其中，IgM是由5个IgM单体通过接合链（joining chain，J链）连接成的5聚体，有10个结合价，具有IgM1、IgM2两个亚类；IgG多为单体，有两个结合价，具有IgG1、IgG2、IgG3、IgG4四个亚类；IgA分为血清型和分泌型，血清型的大多为单体，分泌型（SIgA）的为由J链连接的双聚体，IgA具有IgA1、IgA2两个亚类；IgD为单体，是B淋巴细胞的重要表面标志；IgE为单体，其重链较γ链多一个功能区（CH4）。②轻链。轻链由213～214个氨基酸组成，根据轻链化学结构和抗原性的差异可分为κ型和λ型，一个Ig分子的两条轻链型别完全相同，绝无可能κ型和λ型共同存在于同一Ig分子中。
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图2-2 免疫球蛋白单体（IgG）的基本结构
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（2）恒定区与可变区 可变区在多肽链的N端，此区的氨基酸排列顺序随抗体特异性不同而有所变化，所以称为可变区（variable region，V区）；在V区内，某些区域氨基酸残基的组成和排列次序比V区内其他区域更易变化，被称为高变区（HVR），实际上即是特异性抗原与Ig结合的位置。恒定区在多肽链的C端，此区的氨基酸数量、种类、排列顺序及含糖量都比较稳定，所以称为恒定区（constant region，C区）。
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2.1.2.2 Ig的生物学活性
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Ig具有多种生物学活性，IgM、IgG、IgA、IgD、IgE各类免疫球蛋白又分别有其相应的特性和作用特点。
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（1）与抗原特异性结合 Ig的首要功能是与相应抗原结合，从而在体内介导多种免疫生理和病理效应，在体外引起多种抗原—抗体反应。Ig的Fab段可变区与相应抗原决定簇的立体构型必须吻合，两者所带电荷也需互相对应才能结合。抗原和抗体结合后，Ig的Fc段变构，从而产生其他生物学活性。IgM是初次体液免疫反应早期阶段产生的主要Ig，不嗜细胞但可结合补体，有多个结合价，是高效能的抗微生物抗体，具有强杀菌、溶菌、溶血、促吞噬以及凝集、中和毒素和病毒等作用；IgG是再次体液免疫应答产生的主要Ig，在体内含量高、分布广、且较其他Ig更易透过毛细血管壁弥散到组织间隙中，发挥强抗感染、中和毒素及免疫调理作用；IgA分为血清型和分泌型（SIgA），具有抗菌、抗毒、抗病毒作用，SIgA对机体局部免疫如保护呼吸道、消化道黏膜等具有重要作用；IgD在血清中含量很低，其功能亦不很清楚，主要是B淋巴细胞的重要表面标志；IgE又称反应素或亲细胞抗体，含量很微，易与皮肤组织、肥大细胞、血液中的嗜碱性粒细胞和血管内皮细胞结合，是引起Ⅰ型超敏反应的主要抗体。
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（2）激活补体 抗体（IgG1、IgG3、IgG2、IgM）与相应抗原结合后发生变构，其重链恒定区上的补体结合点暴露，从而使补体被激活，也称补体激活的经典途径。IgG1、IgG3和IgM通过经典途径激活补体的能力最强，IgG2的作用较弱。IgG4、IgA及其他Ig不能通过经典途径激活补体，但其Ig聚合物可通过旁路途径激活补体。
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（3）与细胞表面Fc受体结合 Ig能通过其Fc段与多种细胞表面的Fc受体结合，巨噬细胞、淋巴细胞、嗜碱性粒细胞、肥大细胞、中性粒细胞和血小板等都表达Fc受体。不同类别的Ig可与不同的细胞结合，产生不同的效应。IgE的Fc段可与肥大细胞、嗜碱性粒细胞表面IgE的Fc受体（FcεR）结合，表现出极高的亲和力，已与细胞结合的IgE一旦与特异性抗原相结合，就能触发这些细胞脱颗粒而导致Ⅰ型超敏反应。IgG的Fc段能与吞噬细胞、NK细胞、B细胞等的Fc受体结合，分别介导调理作用、抗体依赖性细胞介导的细胞毒性作用（ADCC）、胞饮抗原等，也能与Ts细胞的Fc受体结合导致抑制因子的释放。
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（4）Ig的双重性 Ig具有双重性，它既可显示抗体活性，即通过V区识别抗原并与之结合；又由于其Fab段和Fc段的免疫原性，可被抗体形成细胞所识别。抗Fab段的抗体主要针对轻链抗原决定簇，因重链的免疫原性标记（如类和亚类的标记）主要分布在Fc段上。
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一般认为，鱼产生的抗体为IgM类，软骨鱼类的IgM为五聚体或者是五聚体和二聚体以及单体的混合物，硬骨鱼类的IgM为四聚体（图2-3，引自渡辺翼《魚類の免疫系》2003）。抗体除存在于血液外，皮肤黏液及肠道黏液、鳃黏液及组织液中均有存在，有些鱼的皮肤黏液中的抗体浓度高于血液，鲤和鲽的卵中也可能检测到抗体。另一方面，在[英]R.J.罗伯茨主编（李耀祖，华鼎可译）《鱼病学教程》（1988）中记述：“在超免疫状态的鲫鱼中，已记述有一种小分子的免疫球蛋白，具有类似IgG的作用，而且Trump和Hildmann（1970）曾报告，在用牛血清白蛋白免疫的鲫鱼中，有在抗原性及电泳上均明显不同的两类抗体，不过这些作者尚未声称这种抗体与哺乳动物的IgG或任何其他已知免疫球蛋白组为同类抗体”。再者，在渡辺翼《魚類の免疫系》（2003）中记述，鱼类主要存在的是IgM，近年来的研究也表明存在IgD的遗传子。
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图2-3 鱼类IgM模式图
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2.2 抗菌免疫应答
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2.2.1 非特异性免疫
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2.2.1.1 保护性屏障
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黏膜和皮肤是鱼类抵御细菌等各种病原微生物入侵的第一道防线，这些屏障的保护作用是极为有效的。由表皮黏液细胞产生的黏液，极易将碎屑和微生物黏住并清除掉。黏液、鳞片、真皮和表皮，一起构成鱼体的完整防御屏障。
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2.2.1.2 吞噬细胞及其吞噬作用
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当病原细菌或其他病原微生物侵入皮肤或黏膜到达机体后，体内的吞噬细胞则发挥吞噬作用，这些病原体最终被吞噬杀灭，称为完全吞噬（complete phagocytose）；也有些细菌尤其是胞内寄生菌及许多病毒，被吞噬后不能被完全消灭，称为不完全吞噬（incomplete phagocytose），这种吞噬甚至是对病原体起到了保护和扩散作用。
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在鱼类，其白细胞也与哺乳类的一样，具有淋巴细胞、粒细胞和单核细胞，还有栓细胞（相当于哺乳类的血小板）。粒细胞包括嗜中性粒细胞、嗜酸性粒细胞和嗜碱性粒细胞，血液中的单核细胞进入组织后分化为不同的细胞，淋巴细胞包括T细胞、B细胞和杀伤（NK）细胞，白细胞的数量及组成等在不同的鱼类有较大差异。能发挥吞噬作用的白细胞，主要是嗜中性粒细胞和单核细胞，虽然也观察到嗜酸性粒细胞及栓细胞也具有吞噬活性，但对栓细胞吞噬异物后的消化处理功能尚有疑问。
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2.2.1.3 正常体液中的抗微生物物质
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在鱼类的体液中，存在着一些天然的抗微生物物质，能非特异性地抑制或杀灭多种病原微生物，但这些物质在鱼体中的物理性质、诱发机制及其在防御体系中的生理学意义，目前了解的尚不甚清楚。
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（1）补体 补体（C）是由机体多种组织细胞合成的，存在于正常动物血清中具有类似酶活性的一组蛋白质，被激活后能表现出一系列的免疫生物学活性，主要是协同其他免疫活性物质直接杀伤靶细胞和加强细胞免疫功能。补体由C1（q、r、s）～C9构成，实际上参与补体攻击病原微生物等异物作用的还有备解素（P）、D因子、B因子等一起构成补体系统（complement system）。在正常情况下，补体成分以无活性的酶原形式存在于血清中，只有在被激活后才可发挥作用。哺乳动物的补体在54℃下加热20min即可被灭活，鱼类的补体对热更敏感（45℃下即可被灭活）。补体被激活有两条途径，一是经典途径（CCP），亦称C1激活途径；二是替代途径（ACP），亦称旁路补体途径或C3途径（图2-4，引自战文斌主编《水产动物病害学》2004）。多数研究工作者发现，鱼体的Ig和相应抗原结合后，并不能激活哺乳动物的补体；哺乳动物以经典途径为主，但在鱼类则以替代途径为主且其活性要比哺乳动物的高10倍，所以在鱼类其替代补体途径在防御中是重要的。
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图2-4 补体的经典途径和替代途径激活过程比较
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（2）C反应蛋白 C反应蛋白（CRP）是患组织损伤、感染和炎症的人类及大多数动物的血清中出现的第一个具有某种保护功能的蛋白质，这个急性期出现的蛋白质，在Ca2+存在下具有识别和沉淀肺炎链球菌（Streptococcus pneumoniae）细胞壁的C多糖（CPS）的特性，CRP是首先在人的血清中发现的。在水产动物中，现已知CRP存在于多种鱼类中，也有发现在蟹和软体动物中存在。与哺乳类动物所不同的是，CRP可能为鱼血清中的一种正常成分，可能是抵御多种微生物的一条常备防线。CRP对存在于病原细菌细胞壁中多糖等分子的亲和力，或许有助于使这些病原菌的毒力降低，以更易于被吞噬细胞所攻击。值得注意的是，CRP在琼脂扩散试验中能与被结合的物质形成如同抗原抗体反应那样的沉淀线，因此在用这种试验方法检测鱼血清的抗体活性时，不要把有CRP存在的情况误认为是抗原抗体的特异性血清学反应。
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（3）干扰素 干扰素（IFN）是人及多种动物的一种重要抗病毒非特异性免疫物质，具有广谱抗病毒作用，与抗细菌作用无关，其化学本质是蛋白质或糖蛋白。虽然受病毒感染过的细胞都能产生干扰素，但也被认为主要由巨噬细胞所产生。鱼体干扰素的产生受温度的影响较大，如虹鳟在10℃条件下接触病毒4d后能在血清中查出干扰素，但在15℃条件下则2d即可查出。
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（4）溶菌酶 在许多鱼类的黏液、血清及巨噬细胞中均存在溶菌酶，可能是对多种病原菌感染的重要非特异性防御因子。已知在鲽科鱼类的中性粒细胞和单核细胞的胞浆内具有溶菌酶，在血清中的溶菌酶可能是来自于这些细胞的；在含有大量中性粒细胞、单核细胞及巨噬细胞的鲽组织中含有大量的溶菌酶，但在缺乏吞噬细胞的其他组织如肝脏中因无类似于枯否氏细胞（Kupffer cell）的细胞，则溶菌酶的含量就很低；给鲽静脉注射胶乳颗粒5min内，能使血浆中的溶菌酶增多50%。有证据表明，鱼体溶菌酶的浓度、活性受季节性因素制约，在夏季水温升高时，则血清中溶菌酶的含量和活性均增高。至于在黏液中的溶菌酶来自于何处尚不明确，因为产生和分泌黏液的杯状细胞并不含有溶菌酶。
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（5）天然溶血素 已知在鱼类血清中存在一种被称为天然溶血素的小分子蛋白质，具有溶解异己红细胞的功能，可能是酶类。如虹鳟血清中的这种天然溶血素能溶解各种异己红细胞，但不溶解其他鲑科鱼的红细胞。有人认为，该物质可能亦具有杀菌作用，但尚不十分明确。
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2.2.2 特异性免疫
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2.2.2.1 特异性免疫应答的过程
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抗原物质进入机体后，刺激机体形成特异性免疫应答反应的过程，可以划分为致敏阶段（sensitization stage）、反应阶段（reactive stage）和效应阶段（effective stage）三个阶段。
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（1）致敏阶段 亦称感应阶段，是指抗原进入机体后从被识别到免疫活性细胞（ICC）即T淋巴细胞和/或B淋巴细胞活化的阶段。除少数可溶性抗原物质可以直接作用于免疫活性细胞外，多数抗原尤其是颗粒性抗原（如细菌）需经抗原提呈细胞（APC）如巨噬细胞，对其识别、捕获、加工并传递抗原信息给免疫活性细胞，才能启动免疫应答反应。
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（2）反应阶段 亦称增殖与分化阶段，是指免疫活性细胞被激活后转化为相应的母细胞，再进行分化与增殖以及产生效应性淋巴细胞和效应分子的阶段。T淋巴细胞增殖分化为淋巴母细胞，最终成为效应性淋巴细胞，并能产生多种细胞因子；B淋巴细胞增殖分化为浆母细胞，最终成为浆细胞，合成并分泌抗体分子。在T、B淋巴细胞分化过程中，有一部分将停止分化不形成终末细胞，成为静止状态的淋巴细胞被称为免疫记忆性淋巴细胞，分别为记忆性T淋巴细胞（Tm）和记忆性B淋巴细胞（Bm）。
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（3）效应阶段 此阶段是指抗体与抗原结合产生体液免疫效应，或抗原与效应T淋巴细胞结合及效应T淋巴细胞所释放的细胞因子所产生的细胞免疫过程。
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2.2.2.2 细胞免疫
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特异性的细胞免疫，是机体通过上述的免疫应答过程，使T淋巴细胞转化为效应性T淋巴细胞并产生淋巴因子所实现的，最终目的是清除抗原异物。与对人体及家畜和家禽的细胞免疫机理和功能等有关研究相比较，对鱼类细胞免疫的研究及抗细菌感染的作用还相对比较肤浅，尤其是对鱼类细胞免疫机理和功能的特点还有诸多问题不甚明了。不过，鱼类的细胞免疫及其抗细菌感染作用是可以明确的，典型的证据是在鱼类也存在迟发型超敏反应和同种移植物的排斥反应。已明确鱼体在经抗原物质刺激后，会形成细胞毒性T细胞（CTL）及多种细胞因子，如白细胞介素（IL-1、IL-2、IL-3）及巨噬细胞活化因子（MAF）和巨噬细胞迁移抑制因子（MIF）、集落刺激因子（CSF）等。细胞免疫的抗细菌感染作用，主要表现在CTL的直接杀伤作用、增强吞噬细胞的吞噬与消化处理功能等方面。
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2.2.2.3 体液免疫
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特异性的体液免疫，是机体通过上述的免疫应答过程，使B淋巴细胞转化为浆细胞并产生抗体所实现的，抗体是直接的体液免疫效应分子。在前面有述及，鱼类的抗体主要是IgM类，也同人体及家畜和家禽的体液免疫应答一样，鱼类抗体的产生也存在初次应答（primary response）、再次应答（secondary response）和回忆应答（anamnestic response）的规律。已知鱼类经抗原物质刺激后，在血液（清）中相应抗体尚未能检测到之前，肾脏和脾脏中的抗体产生细胞增多，这可表明鱼的肾脏和脾脏是抗体产生的主要器官。体液免疫的抗细菌感染作用，主要表现在中和细菌毒素、免疫溶菌作用（需有补体的参与）、免疫调理作用、抑制细菌生长作用（这一点不是广泛的）、抗体依赖性细胞介导的细胞毒作用（ADCC）等。
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2.3 抗菌免疫的实际应用
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2.3.1 免疫学预防
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免疫学预防是指通过人工接种疫苗（vaccine）的方法，来预防相应的传染病，属于人工主动免疫（artificial active immunization）。在鱼类的免疫学预防，与人及家畜、家禽等相比较还存在一定的差距，包括在商品疫苗种类、疫苗的接种途径及免疫效果等多方面，但近年来的研究报道明显有所增多。目前，在鱼类病原细菌疫苗方面研究较多且相对较明确的，主要有嗜水气单胞菌（Aeromonas hydrophila）、斑点气单胞菌（Aeromonas punctata）、荧光假单胞菌（Pseudomonas fluorescens）、鲁氏耶尔森氏菌（Yersinia ruckeri）、鳗利斯顿氏菌（Listonella anguillarum）即原鳗弧菌（Vibrio anguillarum）、奥氏弧菌（Vibrio ordalii）、杀鲑气单胞菌（Aeromonas salmonicida）、鲇鱼爱德华氏菌（Edwardsiella ictaluri）等。现在还主要是制备成灭活的全菌体疫苗，通过注射、浸泡或口服等途径进行接种。其中，诱导全身免疫最为适宜的接种方法是直接注射。
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2.3.2 免疫学治疗
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免疫学治疗是指通过接种含有特异性抗体的免疫血清或相应免疫制剂，使机体被动获得特异性免疫，属于人工被动免疫（artificial passive immunization）。目前，在人及陆生哺乳类动物中，用于免疫学治疗的制剂主要是抗毒素（antitoxin）及抗血清（antiserum），前者主要是用于直接中和体内的相应细菌外毒素，后者主要是针对某种病原细菌的相应抗血清。在水产养殖动物中，免疫学治疗还几乎是很少被采用的，其关键点可能主要是应用价值问题，其特异性治疗效果还是可以肯定的。
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第3章 水产养殖动物细菌感染的确立与抗菌药物防治
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1 病原菌检验与细菌感染的确立
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1.1 病原菌检验
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1.1.1 病原菌的分离
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1.1.1.1 病料的选定
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用做细菌分离的病料，其选定原则通常是根据所发病害特点，选择其具有明显（有时需要是特定典型的）眼观病变的组织，或因病变所出现的渗出物（如水产养殖动物发病后常易出现的腹水）等。除了注意同时使用发病濒死及刚刚病死的新鲜水产养殖动物外，还应尽可能多地取这些病（死）水产养殖动物及对每个又尽可能多地取相应病变组织（材料）用于做细菌分离，最大限度地保证其科学有效性，这对于存在继发感染的病害尤为重要。
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1.1.1.2 严格的无菌操作
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无菌操作贯穿于细菌检验工作的始终，它是保证结果可靠性的一个重要内容。此处所强调的无菌操作，主要指的是对分离细菌用病变组织（材料），包括对所用病变组织（材料）的采集与处理，目的在于排除一切可能会带来污染的细菌，这对处于水生境的水产养殖动物病害的病原菌检验来讲尤为重要。
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1.1.1.3 使用的培养基与培养条件
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结合对病料做直接抹（涂）片染色后镜检细菌的结果，在已圈定为某种或某几种可疑病原菌的情况下，则应选择这些病原菌适宜生长发育的培养基用于细菌分离，且最好是同时使用几种培养基（含选择性培养基），以便于在分离后对菌落做对比观察，并有助于发现其分离的规律性和准确性。对于在确实难以圈定可疑菌种范围的情况下，更宜做多方面的考虑来决定培养基的选用，此时应以宜多不宜少为原则。对于增菌培养，在一般的情况下是不宜使用的，其理由一是增菌培养的一般是仅利于某种特定细菌的生长，不利于或能抑制其他细菌生长的液体培养基，此种情况完全处于目的性分离，但尽管这种培养基的选择性再强，也难于使其他细菌均不生长。另外，则是液体培养若其他细菌在材料中再少，也将容易生长繁殖扩大数量，直接影响到增菌后再进行固体培养基的分离。
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在培养条件方面，水产养殖动物的病原菌多为好氧菌，因此，在非特殊需要进行厌氧培养或CO2培养的情况下，均需做好氧培养。对于培养温度，由于水产养殖动物的特殊水生境温度，相应病原菌也是相适应的，所以一般采用22～28℃培养条件即可，只有适宜37℃培养的病原菌才可在此条件下培养。有些水产养殖动物的病原菌，如杀鲑气单胞菌（Aeromonas salmonicida）等在37℃条件下是不生长的，并常作为与其他气单胞菌相鉴别的一个重要指标。
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1.1.1.4 “优势理论”的使用
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在细菌分离中的“优势理论”，指的是对于同一种及不同种的被检材料，在使用的同一种及不同种培养基上，某种细菌均表现为优势生长（菌落数量大）状态。此种细菌最大的可能是被检目的菌，且最大的可能为原发病原菌。此时需要考虑到的问题是，在不可避免且为严重污染的被检材料，或在所使用的培养基中有不适宜该种细菌生长的培养基，这些情况则应认真核对和辨别。
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1.1.1.5 形态特征的对比
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在对细菌分离培养后，对于是否还有其他可能在这些培养基上均不生长（或培养条件不宜等）的疑问，通过对所分离菌做对相应水产养殖动物的人工感染试验，证明其病原学意义仅是一个方面；另一个也是较为重要的则是，在自然病（死）水产养殖动物的病变组织材料中，发现同所分离菌纯培养在形态特征、染色反应相同的细菌。其中，需要注意的是，有多数病原菌在人工培养基上的纯培养菌，一般均比在病变组织材料中稍小些或容易出现不甚规则形态的菌体（如长丝状菌体等），但最基本的形态特征、染色反应（常用革兰氏染色）是一致的。这些还可以通过在经用纯培养菌做人工感染后的病（死）水产养殖动物病变组织材料中，也是与自然病（死）水产养殖动物具有同样形态特征、染色反应的细菌来核证。这对于水产养殖动物的水生境，常会出现两种或多种病原细菌的混合感染或继发感染是尤为重要的。
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1.1.2 病原菌的鉴定
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1.1.2.1 鉴定指征的选择
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尽管目前对于细菌的分类鉴定已进入多相分类（polyphasic taxonomy）阶段，但使用细菌形态特征（morphological characteristics）、培养特征（cultural characteristics）、生理生化特性（physiological characteristics）等这些表观分类学指征（phenotypic information），对细菌分类单位（taxon，复数为taxa）进行描述的传统分类（traditional classification），也称描述分类，仍是普遍被采用且有效的方法。无论是对细菌的常规检验、细菌学科研、新菌种的发现来讲，均是有学术价值和指导意义的。仅就这种传统分类方法来讲，其所涉及的具体试验项目也是很多的，以致对一种细菌的鉴定是相对较繁琐的，常规来讲是所测项目愈多，愈有利于对菌种的归类判定。但在有些情况下，也并非是所测项目愈多则收效愈佳，关键在于所测项目是否能真正反映出被检菌的特征，如此也显示出了对细菌鉴定时的经验值的重要性。在常规的细菌鉴定中，一般情况下是对被检菌进行革兰氏染色镜检形态特征及染色反应（此是必测的）、测定了在某些培养基上的菌落特征、是否有动力、进行了氧化酶和OF及不同温度条件下的生长试验等之后，结合被检菌的来源（生境）等，对有一定经验的细菌学工作者来讲，则能将被检菌大致（甚至有时是较准确的）划归到属甚至到种的范围，在经此已基本圈定的基础上，再择一些认为是具有区别意义的重要项目进行测定后，即可作出相应的菌种判定（主要指常见的病原菌）。总体来讲，不要盲目地去做诸多项目，要择其确有鉴定意义（与另外的种能鉴别的）的项目进行测定，但这些常常是对常规菌种鉴定工作来讲的。对科研工作，尤其是对新菌种的鉴定，则应尽可能地进行多项指标的测定，以丰富其相应的内容。另方面，目前已常被采用的16S rRNA基因序列测定与系统发育学分析，非常有助于对细菌的准确鉴定，结合上述的传统分类，更能保证鉴定结果的可靠性，尤其对新菌种的鉴定更是不可缺少的内容。
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1.1.2.2 使用的测定方法
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所测项目内容均必须使用具有明确记载、学术界公认的、标准的、规范的方法，对结果的判定时也是如此，切忌随便操作，对所测项目的可疑结果需认真分析原因，进行重复试验并尊重客观结果。对一项内容具有多种方法的，常常有的方法是专门用于对某种或某些种细菌检验的，此时必须予以明确，即使是泛义的方法也常会因方法不同将出现不同的结果。所以在这种情况下，则需注明所用方法，以避免可能会导致在他人应用另外方法时所测结果的不一致性。此外，就同一种细菌、同一项指标及同一种测定方法来讲，有的也会因所使用的培养基、培养条件（如气体或温度等）的不同，表现出不同的结果，此时则需标注相应的测定条件。
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1.1.2.3 抗原血清型的检定
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对于细菌做血清型检定，属于免疫血清学检验的范畴。此种情况常是被应用于在对细菌进行鉴定后，进一步进行血清型的划分，目前尚仅被明确地应用于某些种类的细菌。血清型检定常有两种情况，一是此种细菌已有明确的血清分型，此时则需应用标准的分型用单因子血清按相应规定的方法进行血清学试验予以分型，以确定所分离鉴定菌株的抗原血清型；二是对尚无明确血清分型的菌种，测定所分离鉴定的同种不同株间的血清型差异，此时可以自行制备血清应用，目的在于了解各分离鉴定菌株的血清同源性（homology）。血清型的检定对某些细菌的病原意义确定（因有些种的细菌仅其中某些特定血清型为致病的）、血清流行病学调查等具有重要意义，一般情况下在一次流行中几乎为同一种血清型的菌株。
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1.1.2.4 动物回归试验
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严格地讲，动物回归试验并不属于细菌鉴定的范畴，它属于对水产养殖动物细菌感染检验的内容，目的在于确定所分离鉴定的细菌是否为被检病例的病原菌（病原学意义）。但由于如上有述的某些病原菌在机体组织中与纯培养菌常在形态特征上可能会表现出某些差异，此时则可通过在自然病例的病（死）水产养殖动物组织中、纯培养菌、人工感染病（死）水产养殖动物组织中的细菌形态特征（含染色反应）对比予以核证。
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1.1.2.5 菌种判定
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对于供试菌经鉴定后做准确的菌种判定，是说明该种细菌能引起所检水产养殖动物相应感染症的关键问题。应根据各项鉴定指标的结果，严格按国际权威的《伯杰氏鉴定细菌学手册》（Bergey’s Manual of Determinative Bacteriology）最新版（目前为1994年出版的第9版）、《伯杰氏系统细菌学手册》（Bergey’s Manual of Systematic Bacteriology）最新版（目前为于2000年陆续分卷出版的第2版）上所记载的及在《国际系统和进化微生物学杂志》（IJSEM）上新发表的菌种进行。在菌种归类判定的实践中，常有的情况是所测项目内容与前述这些经典记载的存在某些性状反应结果的差异（除了反应结果不定的以外），此时则需对这些性状予以复试并采用相应的不同方法，若复试结果仍是存在差异，则需检查这些性状指标是否为在决定菌属、菌种中必需的重要指标（此可通过相应菌属的定义及菌种的描述作出判断），若符合菌属定义但为某种所必需的指标则不能轻易作为种的判定，可再考虑为其他相近种或变异菌株，最终的判定则可再进一步通过基因水平的测定（如16S rRNA基因测定与系统发育分析等）作出；若非所必需的指标且差异项较少，一般是可作出相应菌种判定的，其前提是所有必需指标都是相符的，但同样也是通过16S rRNA基因等的进一步测定核证为妥。在作出菌种判定后，若作为检验报告出示或公开发表，则应使用统一的汉译菌名并在其后括号内加入学名；关于细菌名称，目前我国有由蔡妙英、卢运玉、赵玉峰主编的《细菌名称》第2版（科学出版社1996），由杨瑞馥、陶天申主编的《细菌名称英解汉译词典》（军事医学科学出版社2000），由赵乃昕、张明主编的《医学细菌名称及分类鉴定》第2版（山东大学出版社2006）等专门书籍可供使用。对于细菌新种、新亚种或新生物型等来讲，需在经多项指标测定并确认属于在此前尚无记述的之后，再按《细菌命名国际法规（ICNB）》予以定名。
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1.1.3 病原菌的药敏测定
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对所分离鉴定的病原菌进行对常用抗菌类药物的敏感性测定，其意义一是能指导于对相应细菌性病害的选择用药，二是能用于研究同种细菌的耐药谱及耐药规律。实践中，体外药物敏感性测定，包括琼脂扩散法、稀释法和联合药敏试验法等，其中，以琼脂扩散法中的纸片扩散法最为常用。尽管药物进入体内发挥抗菌作用还要受到诸多因素的影响，但在非特殊情况下其效果还是与体外测定的结果相平行的。若仅仅是出于对所检病例治疗的目的，由于经细菌分离、鉴定后，再根据药敏试验的结果决定用药种类，常需较长时间，为及时选择用药治疗，则可采取在分离细菌的同时进行药敏试验的方法。
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1.2 细菌感染的确立
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1.2.1 被检发病水产养殖动物的病原菌确定
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1.2.1.1 科赫法则
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德国医生、细菌学家科赫（Robert Koch 1843—1910）是细菌学乃至整个微生物学的奠基人之一，在细菌学尤其是病原细菌学领域作出了卓越的贡献，其中就包括所提出确定病原菌的“科赫法则”（Koch’s postulates）。
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科赫在通过对炭疽芽孢杆菌（Bacillus anthracis）进行动物感染（当时用的是炭疽病羊的血液及人工培养的炭疽芽孢杆菌接种到实验动物小鼠体内）等一系列试验基础上，根据其本人的经验和接受其前辈——德国病理学家、解剖学家亨勒（Friedrich Gustav Jocob Henle 1809—1885）于36年前提出的看法，在1884年提出了为证实病原细菌所必须的条件即“科赫法则”，这一法则主要包括以下四个方面：①某一微生物当被怀疑是病原体时，它一定伴随着病害存在，即在同一病害的不同发病个体中均能查见，在健康者中是不存在的；②必须能从原寄主上分离到该微生物，培养成为纯培养；③用所纯化的该微生物人工接种易感的寄主，必须能诱发同样的病害；④必须从人工接种的寄主内，能重新分离到同一微生物并培养成纯培养。顺便述及，“科赫法则”作为一种看法是由亨勒于1848年最先提出的，是科赫发明了细菌分离与培养方法，又首先通过对炭疽病的研究予以试验求证，并将其具体化和科学化，所以被称为“科赫法则”。另方面，科赫在研究炭疽芽孢杆菌与炭疽病的病因关系中，还进行了另外一系列试验来验证病原体的生物专一性，他表明了用另一种也形成芽孢的细菌——枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）接种则不会引发炭疽病，他还将引起其他疾病的病原细菌和炭疽病的病原菌区分开来，从这些研究使他在当时作出的结论是：“只有一种细菌能引起这种特殊的疾病，用其他细菌接种或者不能致病或者导致其他疾病。”这也是最早对病原菌致病的生物学特性进行的研究。
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“科赫法则”在确定细菌致病性方面具有重要意义，对传染病尤其是病因单一的烈性传染病病原体的确定作出了重要贡献，特别是鉴定一种新的病原体时是非常重要的。随着对疾病病因研究的深入，“科赫法则”的不足之处和局限性也相应暴露出来，该法则把病原微生物作为传染病的唯一原因，其中忽略了环境因素和宿主因素对病害产生的影响。事实上有不少传染病或某种传染病在某些情况下并不完全符合该法则，但其病原也是能被肯定的，如健康带菌或隐性感染、有的病原菌迄今尚无法在体外人工培养、有的病原菌可以在明显健康的机体内分离到，等等。尽管用现代科学来衡量这些内容发现尚有些不完善，但它确实从病原微生物的角度涵盖了其精髓，因此不仅在当时极大地推进了病原微生物学研究的发展，而且一直沿用至今。
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近年来，随着分子生物学的发展，“基因水平的科赫法则”（Koch’s postulates for genes）应运而生，取得共识的主要有以下几点（此主要为引自陆承平主编《兽医微生物学》第3版2001）：①应在致病菌株中检出某些特定的基因或其产物，在无毒力的菌株中则无；②若有毒力菌株的某个决定毒力的基因被损坏，则菌株的毒力应减弱或消除，或将此基因克隆到无毒力菌株后能使此无毒力菌株成为有毒力菌株；③将细菌接种动物时，这个基因应在感染的过程中表达；④在被接种动物检测到这个基因产物的抗体，或产生免疫保护。本书作者认为这一法则也同样存在一些问题，如病原菌毒力因子的表达常常是由多基因调控的、有的毒力基因产物并不一定能有效引发机体的体液免疫应答、检测不到明显毒力基因的菌株并不一定绝对不能引起致病，等等；另一方面，事实上这一法则与经典的“科赫法则”相比，这一所谓基因水平的科赫法则注重了现代科学研究的毒力基因及其表达产物，经典的“科赫法则”是认识了现象与规律，实际上它们的本质应当说是一样的，仅是在“科赫法则”提出的时代尚未对基因有所认识，但也从病原菌的特征上反映出了相应的本质。
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1.2.1.2 Evans氏假说
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上述“科赫法则”是针对由病原微生物所引起的传染病所建立的，不能被应用于非传染病，因此还需要建立一种能包括一切疾病的病因理论。1976年，Evans氏提出了与现代因果概念相一致的病因假说，其特点是认为疾病是由多因素（病原体、环境和宿主等）作用所引起的，属于一种多元病因理论。该假说的主要内容包括（此主要是引自刘秀梵主编《兽医流行病学》第2版2000）：①暴露于某假设病因的个体，发生某病的比例应显著高于未暴露于该假设病因个体患该病的比例；②在所有其他危险因素都均衡的条件下，患病动物应比未患病动物更普遍暴露于假设病因；③在前瞻性研究中，暴露于假设病因的动物，其新发病个体数显著高于未暴露于该假设病因的动物；④在时间上，暴露于假设病因后疾病的分布应呈正态曲线分布；⑤暴露于假设病因后，宿主从轻微到严重的应答反应呈符合逻辑的生物学规律梯度；⑥暴露于假设病因后，应有规律地出现暴露前未出现的可测量的宿主应答反应（如特异抗体等），若在暴露前有这种宿主应答则在暴露后应答的强度应增加，未暴露个体不应出现这种现象；⑦无论在实验室还是在现场进行人工复制疾病时，暴露于假设病因动物的疾病频率应高于未暴露动物；⑧除去假设病因后，该病的发生频率应下降；⑨防止或改变宿主的应答反应（如通过特异免疫接种等）后，应减少或消除在正常情况下暴露于假设病因所发生的疾病；⑩疾病和假设病因之间的所有关系和联系，在生物学上和流行病学上都应是可信的。
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Evans氏假说考虑到致病因子、环境因素和宿主因素在影响疾病分布过程中的相互作用，适应于传染病及非传染病，能较好地反映出病因的本质，已为越来越多的学者所接受。该假说的一个重要特征是需要确定假设病因因素与所研究疾病之间的联系在统计学上是显著的，这就要涉及动物组群之间的比较而不是个体的联系。某因素与某病表现出统计学上的显著联系，并不一定就证明它们之间的联系是因果性的，证明因果联系的逻辑推理需要在分子水平上解释该病因引起疾病的机理，描述从因到果的一系列事件。当缺乏实验证据时，确定流行病学联系有很大的预防价值，因其能指出减弱或消除哪些因素，疾病将减轻或不再发生。
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1.2.2 感染症的确定
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1.2.2.1 甲醛处理材料及检验
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无菌操作将病料称重后，加适量无菌生理盐水（一般为W/V 在1/5左右），用玻璃组织研磨器充分磨细后装于适量玻瓶中，按0.5%量加入甲醛溶液并充分摇匀，置37℃感作24h（其间摇动3～5次），取出用普通营养肉汤（瓶或管）和普通营养琼脂（平板）接种各2份，分置37℃和28℃条件下培养24h，无菌生长为合格。以此作为供试材料，分别接种同种、同龄健康水产养殖动物，同时以同数量、同批水产养殖动物做接种生理盐水的对照，统一隔离饲养观察，试验组和对照组的均应在试验观察期内正常存活。
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1.2.2.2 过滤除菌材料及检验
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同1.2.2.1中的研磨悬液，用细菌过滤器过滤除菌后（最好是再加入青霉素和链霉素的双抗处理）作为供试材料，同1.2.2.1中所述方法做接种感染试验。若接种感染组发生同自然病例样的发病、死亡及病理变化（对照组需正常存活），对病（死）水产养殖动物做细菌检验为无菌生长，则可初步判定为非细菌感染，最常见的可能性是存在病毒的感染，需进一步做病毒学的检验予以明确；若感染组和对照组均无发病与死亡情况（正常存活），则可初步排除可能存在的病毒感染。
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1.2.2.3 不处理材料及检验
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同1.2.2.1中的研磨悬液，不做任何处理直接作为供试材料，同1.2.2.1中所述方法做接种感染试验。若接种感染组发生同自然病例样的发病、死亡及病理变化（对照组需正常存活），对病（死）水产养殖动物做细菌检验能有规律地检出细菌，且与从自然病（死）水产养殖动物中直接做细菌检验所检出的细菌相同，则可初步判定为相应的细菌感染症，再对检出的细菌予以鉴定明确；若感染组和对照组均无发病与死亡情况（正常存活），则可初步排除为病原微生物所引起的感染症，但这种情况则需以自然病（死）水产养殖动物做直接的细菌检验也应是无菌检出的，若从自然病（死）水产养殖动物做直接的细菌检验曾经检出，则需进一步研究这种细菌在离体环境条件下的生存能力及其他方面的可能因素等，不宜简单地作出非细菌感染的结论。
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1.3 病原菌及其感染的现代特征
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1.3.1 宿主范围特征
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以往在更多的情况下，某种病原菌常常是仅限定于对某种特定水产养殖动物宿主发生侵害，导致出现相应感染类型的病害，也因此出现了相应的病名。近年来，发现一些病原菌致病的宿主范围明显在增大，且有不少在各不同宿主间的易感程度并无显著差异。无论何种原因，但总不会是可能这些水产养殖动物与这种病原菌在以前一直没有过接触。
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1.3.2 病理变化特征
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在过去所认识的一些病原菌，常常是某种病原菌仅限于引发水产养殖动物特定的感染并表现出特征性的病理变化，并也因此命名了相应的病害。现在看来，有不少种类的病原菌已完全不是过去的面目，表现出了在不同种甚至同一种易感水产养殖动物中，能引发差异明显的不同病理变化特征的感染。从病原菌的角度讲，是这些病原菌的致病性发生了改变；从水产养殖动物来讲，是它们对这些病原菌的易感性增强了。
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1.3.3 病原菌种类特征
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这里所述及的病原菌种类，至少包括以下两个方面的内容。一是，新的病原菌在不断被发现，这些病原菌原本在自然界是存在的，但其是原本为非病原菌经毒力变异后形成的，还是原本即为病原菌但因条件不适未能显示出致病作用，一时尚难于解释清楚；仅就通过毒力基因的转移与重组、基因突变等能使原本非病原菌变异为病原菌这一点来讲，毒力变异能出现新病原菌是不必怀疑的。二是，有不少在以往一直被认为是水产养殖动物的非病原菌，但在近年来陆续发现它们对水产养殖动物是具有致病作用的，且有的表现出了毒力强、致病宿主广泛等特征，使人们不得不对它们的本质重新认识；这些细菌与前述的所谓新病原菌有所不同，它们似乎没有在对相应被感染的水产养殖动物方面所表现出来的显著毒力变异，常常是仅以原本面目但却在某些水产养殖动物引起了感染的发生，无疑使水产养殖动物的细菌性病害变得越来越复杂化。
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1.3.4 感染类型特征
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1.3.4.1 非单纯感染的病例在增多
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以往多是某种病原细菌的单纯感染，现在所报道的水产养殖动物细菌性病害，有不少是两种细菌或两种以上细菌的混合感染，或继发感染或二重感染。
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1.3.4.2 温和性感染及慢性感染的病例在增多
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在过去所记述的水产养殖动物细菌性病害，多为急性且症状表现明显或严重，现在有不少是症状轻缓的温和性感染或病程较长的慢性感染。
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1.3.4.3 全身性感染的病例在增多
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就现在所报道的水产养殖动物细菌性病害资料来看，多数病例均为全身性感染，过去长时期被认为是引发局部感染的病原菌，也表现出了全身性感染的致病作用，这无疑似乎是与这种病原菌在水产养殖动物的进一步适应所分不开的。
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1.3.5 流行形式特征
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近年来，水产养殖动物细菌病害的流行，较多的显示是在一定区域的地方流行，大流行的形式已不多见，这是与不同养殖场的环境条件、养殖条件、防疫程序等方面的差异密切相关的。同时，也反映了对水产养殖动物细菌性病害防治技术水平的不断提高。
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1.3.6 耐药性特征
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病原菌耐药菌株的不断增多，已成为医学及兽医学临床的一个普遍性问题，给相应临床治疗带来了麻烦，但这一点在水产养殖动物的病原菌表现并不很突出，显然最大的可能是与众多的抗菌药物在水产养殖动物细菌性病害的防治中并未广泛应用有关，但对那些人或陆生动物与水产养殖动物共染的病原菌来讲，还是应予注意的。
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1.3.7 理化性状特征
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从自然病（死）水产养殖动物所分离的野生菌株，在有些种病原菌表现出与记载的相应种、也包括模式菌株（type strain）或参考菌株（reference strain）的某些理化性状指征存在差异，这些有差异的理化性状甚至出现在对该种鉴定的主要指征，但又不足以构成新种（sp.nov.）或新亚种（subsp.nov.），常会给通过表观分类学指征对菌种的准确鉴定带来困难。此种情况下，更显出了在对细菌进行鉴定时，结合数值分类（numerical classification）、分子分类（如细菌DNA中G+Cmol%及16S rRNA基因序列测定与系统发育分析）等的多相分类的重要意义。
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如上所述，病原菌及其感染所表现出的现代特征，其原因是多方面的，且某种原因常不是独立的。仅就水产养殖动物来讲，至少包括：①病原菌在水产养殖动物的逐渐适应；②水产养殖动物从自然生境向高密度集约化人工养殖的转变；③天然鲜活饵料向人工饵料的转变；④微生态的失调；⑤病原菌毒力的变异（增强或减弱）；⑥不同养殖场间养殖与防疫技术水平的差异；⑦病原菌在特定环境中使某些理化性状发生变异；⑧长期使用单种类抗菌药物用于防治；⑨水产养殖动物对病原菌易感性的改变（增强或减弱）或抗菌药物压力的作用；⑩病原菌在人工养殖条件下的水环境中的富集；⑾几种水产养殖动物的混养，导致可能出现的病原菌宿主范围的逐渐改变；等等。无论何种原因，这些特征的出现提示，在对水产养殖动物细菌性病害的准确诊断与有效用药防治、病原菌的准确分离与鉴定等方面予以注意。
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1.4 细菌病害的监测与控制
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1.4.1 监测
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1.4.1.1 资料收集
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资料收集是一项长期、连续性的工作，也是监测的基础工作。主要涉及到的资料，包括发病与死亡情况、暴发与流行情况、病原菌的分布与规律、隐性或慢性感染、抗菌药物或疫苗的使用及其效果等。
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（1）发病与死亡情况 主要是调查、统计某种或某些种细菌病害的发病率及死亡率，以明确相应病害的发生规律、危害程度，指导于制定相应的防制措施。在进行发病与死亡情况的调查、统计时，需要注意的是要明确相应病害的病原菌种类，不可将可能是由于其他非由病原微生物引起传染的某种原因导致的个体（甚至群体）不正常或死亡均列为细菌病害引起，这一点尤其在水产养殖动物中更为重要。因为在大群体、高密度的水产养殖中，常会出现一些个体的不正常，甚至属于“自然减员”的死亡情况。
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（2）暴发与流行情况 对一些细菌病害做暴发或流行情况的调查与统计，有助于掌握这种病害发生的一般规律。同时，通过对引起暴发或流行原因的分析与判断，可以作出相应细菌病害发生的预测，提前指导及时、有效采取相应的防制措施。
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（3）病原菌的分布与规律 对于水产养殖动物细菌病害来讲，其病原菌的分布与规律，主要涉及对病（死）水产养殖动物的病原菌分离与鉴定、水体及饵料中病原菌的测定。
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从病（死）水产养殖动物中分离病原菌时，一定要保证在无菌操作的前提下，从被检病（死）水产养殖动物中均有规律地检出某种（或混合或继发感染的某几种）病原菌，并应通过与发病情况、病理变化、人工感染试验，确证所检出的细菌为相应病原菌的综合判定相结合，以确立其相应病原学意义。不可在分离获得了某种细菌后，则作出为相应病原菌的结论，因为至少还要考虑到是否存在混合感染或继发感染的问题，更何况是还需对所分离细菌要做病原学意义确立的，这一点对于水产养殖动物所处的特定水生境常会接触到多种病原菌来讲，更是不可忽视的。
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水体中常有多种病原菌短时间或长期的存在，水产养殖动物常有被感染的潜在威胁，但要消除水体中的病原菌常是难以做到的，因为定期或长期使用抗菌药物或杀虫剂，将明显影响水体质量，有时也会导致一些有益水体生物的生长繁殖被抑制甚至死亡，这些都将直接影响到水产养殖动物的正常生长发育；因此，对水体病原细菌的测定，常是在某种细菌病害发病的高峰期前、发病后的污染水体及认为可能受到了某种或某些病原菌污染的情况下进行，定向地检测某种或某些种病原细菌及其污染程度，以指导于采取相应的有效措施控制病原菌的传播。不过，目前尚无养殖用水中各种病原菌污染的指标可供准确地判定，所以常是在被认为明显超过正常水体的病原菌种类、数量的情况下，即应采取处理措施。对水体中某种病原菌的检验，常规的方向是使用被检菌专用的或选择性的固体培养基，滴加定量水样后涂布接种，即可定性（确定有无目标菌）又可定量（一定量水样中的细菌数量）。
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对饵料的检验主要是生物饵料，在某些用作饵料的生物体表、体内常可能携带某种或某些种的病原菌，这些病原菌对作为饵料的生物也可能是不致病的，但对于水产养殖动物则不一定也不致病，且一些带菌生物饵料常可为某些细菌病害的重要传染源，因此对每批次（尤其是大批的）生物饵料，常需进行某种或某些病原菌携带情况的检验。常规的方法是有代表意义地取样后，制备成匀浆用于做检验样品，其方法亦可按水样检验中所述的进行。无论是水样还是生物饵料，若是定向检验某种病原菌是否存在，亦可采用先用液体增菌培养的方法，这样有助于检出但不能进行定量测定了。
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（4）隐性或慢性感染 对怀疑存在某种病原细菌隐性或慢性感染的鱼群，主要是采用测定鱼血清中是否存在相应特异抗体的方法，如果知道某鱼群从未发生过某种病原菌的显性感染，若在该鱼群若干尾被检鱼中检出了某种病原菌的相应抗体，则可判断其一定是经受了或正在经受着相应病原菌的隐性或不显症状的慢性感染，则应及时采取控制措施。
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（5）抗菌药物或疫苗的使用及其效果 对一个水产养殖动物群体的养殖周期，需要有使用抗菌类药物种类、次数、剂量、使用方法及使用效果等方面资料的完整记录，这样有助于指导选择用药、分析用药的效果和制定切实可行的用药方案。在使用了某种细菌疫苗后，要定期进行血清抗体的检测，主要是检测抗体在个体间形成的均一性及群体的几何平均滴度，也包括消长规律，用以判定相应的保护作用。
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1.4.1.2 资料处理与利用
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对经上述监测获得的数据资料，要及时进行信息处理，包括具体的整理与归纳、分析、判断，整理要全面，归纳要清晰，分析要科学，判断要客观。对国家规定需按时向上级主管部门报告的内容，要严格按要求及时上报。对需要采取防制措施的，要及时做出相应的信息反馈，并尽可能地指导防制措施的制定与实施。需要注意的，凡国家规定的保密内容，要严格遵守保密条例和相应的规定。
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1.4.2 控制
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1.4.2.1 防治
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防与治是两个方面的内容，防是通过采取有效的预防方法，以防止新病例的出现和向易感动物群的蔓延扩散，对水产养殖动物细菌病害可采取水体、环境、用具等消毒处理方法，减少病原菌的数量；将发病的与未发病的隔离开养殖（但这一点在大群体水产养殖中是难以做到的），并对发病的进行治疗、对尚未发病的进行相应的预防；核证与消除传染源，彻底切断传播途径；对发病死亡的水产养殖动物，要集中做消毒处理后，按规定的方法销毁。治是通过使用有效药物对发病的水产养殖动物进行治疗，对水产养殖动物群体常是采用直接对群体用药的方法，用药时需注意除了体表、鳃表面、消化道内局部感染的以外，要注意使用经鳃、消化道不被破坏，能够容易被吸收进入体内的药物；对在治疗过程中死亡的，需同前的方法予以处理。
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1.4.2.2 预防
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预防实际上属于上述防的内容，但常常是指对健康群体或已受到威胁但尚未发病的群体，采取有效的措施以防止病害的发生。主要包括：一是，使用疫苗接种的方法，但目前用于水产养殖动物的商品化疫苗种类很少，尽管也有不少关于鱼类细菌疫苗免疫效果的研究报道，但真正用于生产实践的还是不常见的；另方面则是即使是使用了某种细菌疫苗，也需要定期进行免疫保护效果的监测，不可认为在使用了某种细菌疫苗后就不会再被相应病原菌感染发病，一经检测抗体效价在低于有效保护水平的情况下，则需再接种免疫或采取其他措施预防；再者，免疫接种的预防方法，一般是对细菌败血感染症类型的病害效果较好，对体表、鳃、胃肠道等的局部感染则一般效果较差，因此在使用细菌疫苗做接种预防时，要根据病害的感染类型及实际的免疫保护效果予以择定。二是，使用抗菌药物的预防，在某种细菌病害的发病高峰期前和期中，或在受到某种病原菌威胁（如可能有某种病原菌的污染或周围养殖场有病害发生）等情况下，要做好相应的用药预防。三是，做好平时的水体、环境、用具等的消毒处理，以防止病原菌的富集与传播。
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上述对细菌病害监测与控制内容，仅是一般性的、原则性的和泛义的。在实践中，需根据具体的细菌病害种类、危害程度和流行性等，具体制定相应的监测与控制措施。对人、鱼共患的某种细菌病害，还要结合其相应的公共卫生学意义，制定完善的、切实可行的、最有效的监测与控制措施。
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值此述及《中华人民共和国水产行业标准》相关内容，以供在对水产养殖动物细菌性病害检验中执行。一是SC/T7014—2006《水生动物检疫实验技术规范》，2006-12-06发布、2007-02-01实施。二是SC/T 7201.1—2006《鱼类细菌病检疫技术规程》，2006-12-06发布、2007-02-01实施；共含5部分，第1部分：通用技术；第2部分：柱状嗜纤维菌烂鳃病诊断方法；第3部分：嗜水气单胞菌及豚鼠气单胞菌肠炎病诊断方法；第4部分：荧光假单胞菌赤皮病诊断技术；第5部分：白皮假单胞菌白皮病诊断方法。
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2 细菌感染的抗菌药物防治
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2.1 药物抗菌与细菌耐药
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2.1.1 药物抗菌作用机制
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已知抗菌类药物能够抑制病原细菌的生长繁殖或将其杀灭，其作用机制是多方面的，在不同种类的抗菌药物之间也存在相应的差异。但综合起来，主要包括以下几个方面：①通过抑制细菌细胞壁肽聚糖的合成[如青霉素类（penicillins）和头孢菌素类（cephalosporins）等]或抑制细菌细胞壁其他成分的合成与组装[如杆菌肽（bacitracinum）]等作用途径，干扰细菌细胞壁的合成；②通过破坏细菌细胞膜超分子结构、造成膜通透性改变使胞内成分流失[如多黏菌素B（plymyxin B）]或作为特异离子载体使某些离子产生不正常的积累或排出[如缬氨霉素（valinomycin）]等作用途径，影响细菌细胞膜的正常功能，此类抗菌药物一般对细菌及真核细胞均有作用（选择性较差），所以通常毒性较大，一般不能体内给药，多限制在局部用药；③通过核糖体功能抑制物的作用，以与核糖体亚基结合[如四环素类（tetracycline）、氨基糖苷类（aminoglycosides）、大环内酯类（macrolides）及林可霉素类（lincomycins）等抗生素]的形式，从而抑制细菌蛋白质的合成；④通过抑制细菌复制酶[如喹诺酮类（quinolones）]或抑制转录酶[如利福霉素类（rifamycins）]或破坏DNA链[如呋喃类（furans）]等作用途径，抑制细菌核酸的复制与转录；⑤通过抑制细菌代谢[如磺胺类（sulphonamides）药物能抑制细菌的叶酸代谢]等作用途径，从而抑制细菌的正常生长繁殖。尽管抗菌类药物抑制细菌生长繁殖或杀灭细菌的作用途径是多方面的，但就一种抗菌类药物来讲常是比较单一的，所以抗菌类药物的作用机制也决定了它的抗菌谱（antimicrobial spectrum），因此在临床选择用药时必须是有针对性的。
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2.1.2 细菌耐药性
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从细菌方面来讲，已知它们存在着对某些抗菌类药物的耐（抗）药性（resistance），这种耐（抗）药性包括天然固有的耐（抗）药性（intrinsic resistance）和获得性的耐（抗）药性（acquired resistance）两种类型，前者是由细菌染色体基因所决定的，显然它是与上述抗菌类药物的作用机制相关联的；后者是由于细菌在生长繁殖过程中，在与抗菌类药物接触后逐渐产生基因突变所形成的。其中，重要的是细菌耐（抗）药性质粒（R plasmid，R质粒），亦称耐（抗）药性因子（R factor，R因子），具有R因子的菌株为耐药菌株或R+菌。R+菌不仅本身对相应的抗菌类药物具有耐性，而且能通过多种方式主要是接合（conjugation）作用将R因子转移给R-菌，使后者获得相应耐药性。R因子包括耐（抗）药性决定因子（resistance determining factor）或记作耐（抗）药性决定子（resistance determinants）以及耐（抗）药性转移因子（RTF）两部分（有时亦将RTF与R因子作为同义语使用）。前者决定着细菌的耐药性，后者可使R+菌生长有R菌毛（R-pili）以通过接合方式向R-菌传递R因子。有的R因子不带有RTF（如某些耐青霉素的葡萄球菌菌株），此类R+菌则不能以接合方式转移R因子，只能通过转化（transformation）或转导（transduction）等方式向R-菌转移R因子。无论以何种方式在同种或不同种细菌间转移R因子，所带来的后果都是严重的，因已知其不仅仅是不断地扩大耐药菌株的范围，而且R因子还能由对1～2种抗菌类药物的耐药演变发展为对多种抗菌药物的耐药即多重耐药（multiple resistance），并能对抗菌作用机制相似的抗菌药物产生交叉耐药（cross resistance）。因此，对于细菌R质粒的研究愈来愈受到重视。在水产养殖动物的病原细菌中，自日本学者Aoki等（1971）通过接合试验首次从杀鲑气单胞菌和液化气单胞菌（Aeromonas liquefaciens）中检出可自身传递的R质粒后，相继又有不少国家从嗜水气单胞菌（Aeromonas hydrophila）、杀鲑气单胞菌、迟钝爱德华氏菌（Edwardsiella tarda）、杀鱼巴斯德氏菌（Pasteurella piscicida）及鳗弧菌[Vibrio anguillarum，现已归为利斯顿氏菌属（Listonella）称为鳗利斯顿氏菌（L.anguillarum）]等多种重要的鱼类病原细菌中，检出能自身传递或不能自身传递的耐药质粒的报道；在国内，李爱华（1998、1999）曾以细菌接合试验，对嗜水气单胞菌22株、假单胞菌属（Pseudomonas）细菌2株、弧菌属（Vibrio）细菌3株、耶尔森氏菌属（Yersinia）细菌3株、迟钝爱德华氏菌1株共31株鱼类病原菌进行了耐药质粒的检测，结果从1株嗜水气单胞菌（编号：CJ26）中检出了具有四环素和磺胺两种抗性且能自身传递的耐药质粒（命名为pWH101），并认为耐药质粒在鱼类病原细菌中的存在与传递，已成为目前鱼病防治中的突出问题。
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2.2 常用的抗菌类药物
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2.2.1 青霉素类
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青霉素（penicillins）是最早被发现、临床应用及工业化生产的抗生素。各类青霉素的化学结构都具有由四个原子组成的β-内酰胺环（β-lactam）和五个原子的噻唑烷环的母核结构，称为6-氨基青霉素烷酸（6PAP），完整的β-内酰胺环是保持抗菌活性必不可少的结构，不同侧链结构形成各种不同抗菌活性及药理特性的各类青霉素，有的具有耐酸、耐酶和广谱等特性。
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目前，根据青霉素类抗生素的抗菌谱及抗菌作用的特征，可将青霉素类药物分成以下的5个组。①主要作用于革兰氏阳性菌的青霉素和耐酸青霉素：包括青霉素G（penicillin G）、普鲁卡因青霉素（procaine benzylpenicillin）、青霉素V（phenoxymethylpenicillin）和苄星青霉素（benzathine benzylpenicillin）。②耐青霉素酶青霉素：包括甲氧西林（methcillin）、萘夫西林（nafcillin）、苯唑西林（oxacillin）、氯唑西林（cloxacillin）、双氯西林（dicloxacillin）和氟氯西林（flucloxacillin）。③广谱青霉素：包括氨苄西林（ampicillin）、海他西林（hetacillin）、匹氨西林（pivampicillin）、美坦西林（metampicillin）、酞氨西林（talampicillin）、巴氨西林（bacampicillin）、阿莫西林（amoxicillin）、依匹西林（epicillin）和环己西林（ciclacillin）。④抗假单胞菌青霉素：包括羧苄西林（carbenicillin）、替卡西林（ticarcillin）、磺苄西林（sulbenicillin）、呋苄西林（furbenicillin）、阿洛西林（azlocillin）、美洛西林（mezlocillin）和哌拉西林（piperacillin）。⑤主要作用于革兰氏阴性菌的青霉素：包括美西林（mecillinam）、匹美西林（pivmecillinam）和替莫西林（temocillin）。
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2.2.2 头孢菌素类
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头孢菌素类（cephalosporins）为一类广谱半合成抗生素，其母核为7-氨基头孢烷酸（7ACA）即头孢烯（cephem）的β-内酰胺类抗生素。此类抗生素的抗菌谱广，抗菌作用强，耐青霉素酶，临床疗效高，毒性低，过敏反应较青霉素类少见。
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根据头孢菌素类的抗菌谱及对革兰氏阴性杆菌抗菌活性的不同，目前分为四代，各代头孢菌素均有其相应的作用特点，各代头孢菌素分别包括以下的品种。①第一代头孢菌素：包括头孢噻吩（cefalotin）、头孢噻啶（cefaloridine）、头孢唑啉（cefazolin）、头孢乙腈（cefacetrile）、头孢氨苄（cefalexin）、头孢羟氨苄（cefadroxil）、头孢匹林（cefapirin）、头孢来星（cefaloglycin）、头孢拉啶（cefradine）和头孢硫脒（cefathiamidine）。②第二代头孢菌素：包括头孢呋辛（cefuroxime）、头孢呋辛酯（cefuroxime axetil）、头孢孟多（cefamandole）、头孢替安（cefotiam）、头孢克洛（cefaclor）、头孢尼西（cefonicid）和头孢雷特（ceforanide）。③第三代头孢菌素：包括头孢噻肟（cefotaxime）、头孢唑肟（ceftizoxime）、头孢甲肟（cefmenoxime）、头孢曲松（ceftriaxone）、头孢他啶（ceftazidime）、头孢哌酮（cefoperazone）、头孢磺啶（cefsulodin）、头孢咪唑（cefpimizole）、头孢匹胺（cefpiramide）、头孢地嗪（cefodizime）、头孢克肟（cefixime）、头孢噻腾（ceftibuten）、头孢狄尼（cefdinir）、头孢他美酯（cefetamet pivoxil）、头孢特仑酯（cefteram pivoxil）和头孢泊肟酯（cefpodoxime proxetil）。④第四代头孢菌素：包括头孢匹罗（cefpirome）、头孢吡肟（cefepime）、头孢克定（cefclidin）。
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2.2.3 非典型β-内酰胺类
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此类抗生素包括头霉素类（cephamycins）、青霉烯类及碳青霉烯类（carbapenems）、单环β-内酰胺类（monobactams）、β-内酰胺酶抑制剂（β-lactamase inhibitors）和氧头孢烯类（moxalactams）等五类。
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各类中分别包括以下的品种，其中β-内酰胺酶抑制剂是与β-内酰胺类抗生素制成的复合制剂。①头霉素类抗生素：包括头孢西丁（cefoxitin）、头孢美唑（cefmetazole）、头孢替坦（cefotetan）、头孢拉宗（cefbuperazone）和头孢米诺（cefminox）。②碳青霉烯类及青霉烯类抗生素：包括硫霉素（thienamycin）、亚胺培南（imipenem）、帕尼培南（panipenem）和美罗培南（meropenem）。③单环β-内酰胺类抗生素：包括氨曲南（aztreonam）和卡芦莫南（carumonam）。④氧头孢烯类抗生素：包括拉氧头孢（latamxoef）和氟氧头孢（flomoxef）。⑤β-内酰胺类与β-内酰胺酶抑制剂复合制剂：包括阿莫西林-克拉维酸（amoxicillin-clavulanic acid）、替卡西林-克拉维酸（ticarcillin-clavulanic acid）、氨苄西林-舒巴坦（ampicillin-sulbactam）、哌拉西林-他唑巴坦（piperacillin-tzobactam）、头孢哌酮-舒巴坦（cefoperazone-sulbactam）。
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2.2.4 大环内酯类
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大环内酯类（macrolides）抗生素是以一个大环内酯为母体，通过羟基，以苷键和1～3个分子的糖相连接的一类抗生物质。根据大环内酯结构的不同，此类抗生素又分为三类，即多氧大环内酯（polyoxo macrolide）、多烯大环内酯（polyene macrolide）和蒽沙大环内酯（ansa macrolide）。
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包括红霉素（erythromycin）、麦迪霉素（midecamycin）、乙酰螺旋霉素（acetylspiramycin）、吉他霉素（kitasamycin）、交沙霉素（josamycin）、阿奇霉素（azithromycin）、克拉霉素（clarithromycin）、罗红霉素（roxithromycin）和美欧卡霉素（miocamycin）。
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2.2.5 氨基糖苷类
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氨基糖苷类（aminoglycosides）抗生素，是在分子中含有氨基糖苷结构的一大类抗生素。它们的化学结构都是以氨基环醇与氨基糖缩合而成的苷，其名称应为氨基糖苷-氨基环醇类抗生素，但因氨基糖苷类这一名称沿用已久，所以仍用此名。
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包括链霉素（streptomycin）、卡那霉素（kanamycin）、庆大霉素（gentamycin）、妥布霉素（tobramycin）、丁胺卡那霉素（amikacin）、西索米星（sisomicin）、奈替米星（netilmicin）、核糖霉素（ribostamycin）、新霉素（neomycin）、巴龙霉素（paromomycin）、阿司米星（astromicin）、地贝卡星（debekacin）、异帕米星（isepamicin）、小诺米星（micronomicin）和大观霉素（spectinomycin）。
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2.2.6 喹诺酮类
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喹诺酮类（quinolones）为一类化学合成抗菌药物，最初使用的（第一代）是用于治疗尿路感染的萘啶酸（nalidix acid），抗菌谱窄；第二代药物吡哌酸（pipemidic acid），对肠杆菌科细菌的抗菌作用增强，对铜绿假单胞菌也具有一定抗菌活性；第三代药物如环丙沙星（ciprofloxacin）等，对革兰氏阳性菌具有一定的抗菌作用，对多种革兰氏阴性菌均有较强抗菌作用。
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包括吡哌酸、诺氟沙星（norfloxacin）、培氟沙星（pefloxacin）、依诺沙星（enoxacin）、氧氟沙星（ofloxacin）、左旋氧氟沙星（levofloxacin）、环丙沙星、洛美沙星（lomefloxacin）、司巴沙星（sparfloxacin）、妥舒沙星（tosufloxacin）和氟罗沙星（fleroxacin）。
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2.2.7 四环素类
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四环素类（tetracyclines）是一类菲烷结构的广谱抗生素，最早应用的有金霉素（aureomycin）、土霉素（oxytetracycline）和四环素（tetracycline）三种。近年来为提高其疗效、减少毒性反应，对四环素类抗生素进行了许多研制工作，获得了不少四环素类衍生物和半合成四环素类药物，有的应用于临床并取得了良好效果。
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包括四环素、多西环素（doxycycline）、米诺环素（minocycline）、土霉素、美他环素（metracycline）、地美环素（demeclocycline）和金霉素。
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2.2.8 多肽类
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多肽类抗生素系含多种氨基酸经肽键缩合而成的一族抗生素，在化学结构上具有较大的异源性，此类抗生素具有多种不同的抗菌作用。
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包括万古霉素（vancomycin）、去甲万古霉素（demethylvancomycin）、多黏菌素B（plymyxin B）、替考拉宁（teicoplanin）和杆菌肽（bacitracin）。
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2.2.9 磺胺类
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磺胺类（sulphonamides）是20世纪30年代发展的一类古老的抗菌药物，它们的分子结构中都含有一个共同的结构部分——对氨基苯磺酰胺（sulphanilamides），它能竞争性地与二氢叶酸合成酶结合，阻止氨基苯甲酸与二氢叶酸合成酶的结合，使菌体内核酸合成的重要物质辅酶F（四氢叶酸）钝化导致细菌生长受到抑制。
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包括磺胺嘧啶（SD）、磺胺甲唑（SMZ）、复方磺胺甲唑（SMZ-TMP）、磺胺嘧啶银（SD-Ag）、磺胺醋酰钠（sulfacetamide sodium）、柳氮磺胺吡啶（sulfasalazine）、甲氧苄啶、增效联磺片（synergic sulphonamides compound tablets）和磺胺米隆（sulfamylon）。
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2.2.10 硝基呋喃类
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硝基呋喃类（nitrofurans）为硝基环类的合成抗菌药物，作用机制为干扰细菌体内的氧化还原酶系统，阻断细菌的代谢，产生抑（杀）细菌作用，细菌不易产生耐药性。
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包括呋喃西林（nitrofural）、呋喃妥因（nitrofurantoin）和呋喃唑酮（furazolidone）。
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2.2.11 其他类抗菌药物
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除了上述以外，另有其他类的一些抗生素类或抗菌药物，且有些还是在临床上常被选用的，也有一些常是抗某种细菌的专用药物，现列出几类（种）供参考。①氯霉素类：包括氯霉素（chloramphenicol）和甲砜霉素（thiamphenicol）；②林可酰胺类：包括林可霉素（lincomycin）和克林霉素（clindamycin）；③利福霉素类：包括利福霉素（rifamycin）及其相应的多种衍生物，如利福平（rifampicin）和利福定（rifandin）等；④硝基咪唑类：包括甲硝唑（metronidazole）及替硝唑（tinidazole），均为硝基咪唑类衍生物；⑤磷霉素（fosfomycin）。
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此外，除了专用抗菌药物，还有一些作为消毒剂（disinfectant）、防腐剂（antiseptic）和杀菌剂（germicide）等使用的化学物质，被应用于对水产养殖动物细菌性病害的防治中。它们与抗菌药物不同，其共同的特性是作用无选择性，既对病原体有作用，亦对水产养殖动物本身有毒害作用。因此，在使用中应严格按使用说明掌握其使用浓度和剂量，且要保证均匀分布。在实践中，除特定情况下，更多是用于对养殖池（塘）、水体、水产养殖动物体表、养殖用具等的消毒与杀菌处理，且均为外用药物（不能用其直接进入体内）。现将一些常用的主要是作用于细菌的列于表3-1中以供参考与选用，未包括在水产养殖动物病害防治中也是常用的主要作用于真菌的如亚甲蓝（methylene blue）等染料类，及主要作用于寄生虫的如硫酸铜（cupri sulfate）、硫酸亚铁（ferrous sulfate）、碳酸氢钠（natrii bicarbons）、硫双二氯酚（bithionolum）和敌百虫（trichlorphon）等。
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表3-1 常用的消毒剂与杀菌剂
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2.3 抗菌药物防治的用药原则与方法
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2.3.1 用药原则
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2.3.1.1 选择用药
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这里述及的选择用药，至少包括以下几个方面的内容：①要选择敏感药物使用，最直接和有效的方法是通过对相应病原菌做药敏测定后选择，但实践中的多种情况下常是不容易做到的，因为即使是有条件对病原菌分离鉴定并进行药敏试验也需要一定的时间，为及时用药防治以减少损失，可将所发细菌性病害通过初步诊断（根据发病特点及病变特征等）后作出可能属于哪种或哪几种病原菌的圈定，再参考有关资料选择用药，待得出药敏测定结果后再根据结果用药；②在敏感药物中，尽量选择毒副作用低、价格低、来源及使用方便的药物；③对敏感药物，还要根据其作用特点、药物动力学、剂型等进行选择。全池泼洒用药时，应选择水溶性好且能在水中维持药效时间长的；对全身细菌性败血症感染的（对种鱼的注射用药或全池泼洒），要选用吸收好（含通过全池泼洒用药的胃肠道吸收）、组织分布广泛且对组织器官无明显损伤作用的；对表皮或鳃等局部感染的，应选择对组织细胞渗透力强的；对胃肠道感染的，要选择肠溶性好的，凡单一药物敏感的则尽量不要联合用药。
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2.3.1.2 调整用药
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即使是敏感药物，也不宜长期使用，以免细菌产生耐药性；另外，体外药敏试验的结果，在有的药物是与体内的作用效果不甚一致的，可通过实际应用予以检验，即在使用了某种敏感药物后的一段时间，若不见有明显效果则应更换另外的敏感药物。
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2.3.1.3 用药剂量
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在水产养殖动物细菌性病害的防治上，内服药（治疗全身性感染）的剂量可按体重计算，外用药（治疗体表局部感染及包括胃肠道的局部感染）可按水的体积计算。不同的剂量不仅对药物作用强度有影响，还能产生质的变化。当用药剂量过小时则不能发挥应有的作用，当用药剂量过大时则不仅浪费用药且还常可能会导致出现毒性作用。能产生有效作用的最小剂量，称为最小有效量；机体能够耐受且又不显示中毒症状的最大剂量，称为最大耐受量（即极量）；超过最大耐受量就将会发生中毒现象，这个引起中毒反应的剂量称为中毒量；若剂量超过中毒量或更大将可引起机体死亡，这个剂量称为致死量，能引起致死的最小剂量称为最小致死量。一般情况下，药物的使用剂量是介于最小有效量与最大耐受量之间，这个范围称为安全范围，良好的药物应有较大的安全范围。在安全范围内，一般是剂量增加则作用也增强。在具体应用时，用药剂量应灵活掌握，因其还与水产养殖动物的种类、年龄、发病状况及环境因素（如水温和pH及有机物含量与海水的盐度等）有关。对于水产养殖动物商品化的专用抗菌类药物来讲，一般均具有明确的使用剂量，可根据情况参考使用；对于一些非水产养殖动物的专用药物（尤其是药物原粉等）如用于陆生动物的，在确定使用剂量时，一是可以参考按体重使用相应的剂量，二是可通过药敏试验中的稀释法测定最小抑菌浓度（MIC）、最小杀菌浓度（MBC）后，按水体测算出使用剂量，一般是以MBC计。
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2.3.1.4 药物相互作用
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药物相互作用（drug interaction）是指两种或两种以上的药物同时应用时发生的药物效应变化或产生药物不良反应，这是在联合用药时必须注意的。由于药物之间或它们与机体之间的相互作用，可能会改变其中一种药物原有的理化性质及药效、体内过程（如吸收和分布及生物转化与排泄等）及组织对药物的反应等，从而改变药物的药理效应或毒性效应。药物相互作用虽有多种表现形式，但其结果最为突出的是药理作用的加强或减弱两种。由于相互作用使药物发生变化，如产生沉淀、结晶、药效降低或失效等，通常称为配伍禁忌（incompatibility），这种具有配伍禁忌情况的不能联用。
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2.3.1.5 联合用药
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在一些情况下需要联合用药，以保证防治效果。一是病原细菌尚未明确的严重感染，二是单一抗菌药物即使敏感但也不能有效控制的严重感染，三是使用某种单一抗菌药不能有效控制的混合感染或有继发感染，四是较长期用药后细菌可能会产生耐药性的，五是通过联合用药能使其中虽敏感但毒性较大的药物的使用药量得以减少。另外，在可能会出现二重感染的情况下，也可考虑联合用药，以兼顾抑（杀）某些条件致病菌。但在联合用药时，需特别注意上面述及的药物相互作用。
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2.3.1.6 药饵
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用于制备药饵所使用的抗菌药物，应选用遇有机物不易分解，在制备饵料颗粒过程的每个环节都不易被破坏，能在饵料中保持药效时间较长，不易遇水很快溶解消散的，否则将会降低药效甚至失效或不能发挥应有的作用。
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2.3.2 用药方法
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2.3.2.1 药物悬挂法
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此法是将药物装在适宜的袋内或篓内，因此亦称挂篓（袋）法。将其悬挂于水中或食场附近，形成一个有药区，当水产养殖动物游动至此或来摄食时，则能接触到药物以发挥抗菌作用。挂篓（袋）的数量和深浅位置，应以水体面积和养殖种类的习性来确定。此方法具有用药量小、方法简便、没有危险及毒副作用小等优点；但杀灭病原菌不彻底，只对挂篓（袋）附近水体中及常游到此区的水产养殖动物体表的病原菌有作用。另外，因水产养殖动物是自由游动和自愿来摄食，所以此方法只适应于病害流行季节时的预防及病害早期或病情轻时的治疗，显然对于发病后已不喜游动或摄食的是不适用的。此外，在食场周围悬挂还必须是水产养殖动物有到食场来摄食的习惯及要求，同时药物的最小有效浓度又必须低于水产养殖动物的回避浓度，且此浓度须能保持不短于水产养殖动物来摄食的时间，一般需持续挂药3d，更多情况下是为了预防的用药。用药前最好是先停食1～2d，使水产养殖动物在饥饿状态下急于进入药物悬挂区内摄食。
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2.3.2.2 药浴法
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将水产养殖动物集中在装有较高浓度药液的较小容器内，进行短期的强迫药浴。此方法也具有用药量小、方法简便、没有危险及毒副作用小等优点，且时间可人为控制、药物不污染养殖水体、不影响养殖水体中的其他生物；但养殖水体中的病原菌不能被杀灭，且为了治疗要专门捕捞和搬运，既麻烦又易损伤水产养殖动物，所以通常多用于转池、苗种运输前后、观赏鱼的用药消毒处理等，亦可用于治疗。此方法适用于体表及鳃上的病原菌感染，药浴后放回水体又有可能重新感染，对大型水体不很适宜。对较大型水域有的采用密网集鱼使成网箱，然后加入较高浓度的药浴母液，经一定时间后撒去网箱使其自由离去，此方式为保持网箱内的药物浓度，可在药浴中途继续加入药浴母液。此外，在流水池及换水方便的池塘，可采取降低水位、停止流水或减慢流速，全池遍洒药液，药浴一定时间后再恢复水位及流速，所用药物浓度应比一般药浴法的为低，较下述全池遍洒法的为高。在药浴的短时间内，影响到水产养殖动物存活的主要因素是溶解氧量，因此需保持在最小需氧量之上；氨浓度在药浴期间不致直接影响到水产养殖动物的存活，但药物能使发病水产养殖动物增加额外负担，因此需尽量保证其不致因水质不良造成对其存活的威胁。在药浴前，应根据气温的高低停饲12～48h，可降低水产养殖动物的耗氧量及产氨量，并可使在操作时较不易落鳞；在正式药浴前，最好是先对有代表性的小量群体，在完全相同的条件下进行试治，这对于大群体来讲尤为重要；在药浴期间需仔细观察，一旦出现不良反应则需立即中止，根据具体情况，药浴法又可进一步分为以下几种：
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（1）浸浴法 将水产养殖动物浸在低浓度静置药液中30～60min不动，适用于小水槽和小池塘，但会发生缺氧和氨积聚，因此可能需要供给压缩空气或氧气。
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（2）长时浸浴法 将水产养殖动物浸在浓度很低的药液中12h以上不动，此法只能用于水流交换很少或无水流交换的大面积池塘。
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（3）浸洗法 将水产养殖动物浸入高浓度药液中1～5min，此法适用于小量的，但必须将水产养殖动物从原养殖设施中取出，因此可会使其处于应激状态。
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（4）冲洗法 将小量浓缩的药液加入进水口，通过水的流动将药液稀释入整个养殖设施中。此法适用于泥质鱼塘及长条水池，但可发生药物的混合不匀，从而形成一些无药效的区域和药物浓度过高的药害点。
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（5）流水疗法 在规定时间内加一定体积的药液于入水口中，从而使水中药物浓度达到所需水平的疗法，可用结构简单的恒流进水虹吸管或恒量输水泵施药，此法特别适用于有管道或渠道相连的成组水槽或水池。从药量准确、能保持水质（对水产养殖动物困扰最小）及节省劳力方面，这一方法是适宜的，但所用药量较静置药浴的要增加很多。
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2.3.2.3 全池遍洒法
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全池遍洒药液，使池水中药物达到有效浓度，杀灭体表及池水中的病原菌，此法在外用药中杀灭病原菌较彻底，预防、治疗均可应用，也是目前在水产养殖动物细菌性病害防治中最常使用的一种方法。但其用药量较大，计算池水体积也较麻烦（尤其是当池的形状不规则及池底高低不平时），并且有的水体中的饵料生物也可能被杀灭，对水环境也有一定的污染，另外，则是用药量大以致对大型水体或价格昂贵的药物不太适宜。所使用药物的浓度，应掌握在能杀灭病原菌且又对水产养殖动物本身安全的范围，若所用药物的安全范围较小时，则应慎重使用，以避免发生明显的毒副作用。
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2.3.2.4 浸沤法
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将有抑（杀）病原菌作用的中草药浸沤在池塘的上风处，或将捆扎好的中草药分成若干堆放于池塘中，用以杀灭池水中及水产养殖动物体表的病原菌，此方法适用于预防或早期治疗某些病原菌的感染。
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2.3.2.5 口服药饵法
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将抗菌药物按一定比例均匀地混到饵料中，加入黏合剂制成颗粒药饵投喂。此法通常用于杀灭体内病原菌，包括对胃肠道内及全身细菌性感染的水产养殖动物的治疗，对同群内未发病的有预防作用。具有用药量小、使用方便和不易污染水体等优点；但其只对那些虽已发病但仍具有食欲的发病个体有作用，对发病严重已失去食欲的个体是无效的，因此常用于预防或早期治疗。使用此方法尽管方便，但一个困难问题是药量的准确掌握，因在实践中对发病的到底因食欲的改变能食入多少，即使健康的也可能不喜食药饵会改变食量，这些是难于准确把握的，也直接影响到了药物真正进入体内的量，总的原则是应使进入水产养殖动物体内的药量要与中毒量之间具有适当的差距。另外，所用的药物除了选用对病原菌敏感的，治疗胃肠道感染时根据不同种水产养殖动物胃肠道环境选择稳定的，治疗全身感染选择通过胃肠道吸收好的，还需遵循上面所述的制备药饵用药的原则。投放药饵前最好是先停食1～2d，使水产养殖动物在饥饿状态下急于摄食药饵。
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2.3.2.6 涂抹法
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此法是在发病水产养殖动物的体表病变处直接涂抹较浓的药物，以杀灭局部感染的病原菌，常用于体表局部感染性病害的治疗、亲鱼运输和操作过程中受伤部位的用药处理等。具有用药量小、安全、毒副作用小和直接易收效等优点，但不适于在大群体病鱼中的应用。涂抹药物时，水产养殖动物的头部要向上，以防药液流入鳃、眼等，可能会造成的危害。
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2.3.2.7 注射法
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常用的注射给药方法有腹腔注射和肌肉注射两种，此法使药物直接进入体内发挥作用，最适宜于全身细菌性感染的类型。此法比口服药饵法进入体内的药量准确，且吸收快、疗效好、用药量少；但必须逐尾（条）注射，工作量大，且在操作时难免使体表受到损伤。因此，该方法一般仅在亲鱼或一些名贵鱼种、观赏鱼等使用。
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在上面所记述的用药方法中，注射法是使药物直接进入体内的、口服药饵法是使药物直接进入胃肠道并可通过胃肠道的吸收进入体内的、涂抹法是药物直接作用于体表病变部位的。其他的方法，主要记述的是药物作用于体表、鳃表面及水体，实际上，从某种意义上讲这些方法同样是可以进入胃肠道及通过胃肠道的吸收进入体内的。近年来的水产养殖动物细菌性病害显示，多数均呈全身性败血症类型的感染，即使有的是表现为体表（或鳃部等）的局部感染但最终也常会导致病原菌进一步侵入全身引起败血症感染，因此药物通过吸收在全身分布，对于预防和治疗尤其是治疗此类型的细菌性感染是很重要的，在用药方法上除了于体表病变部位的直接涂抹法外的其他方法都能收到一定的效果，当然以注射法为首选但在大群体养殖中是难于做到的。用药后关键是看效果，在保证使用某种或联合的敏感药物的前提下，则应根据感染类型选择适宜的给药方法，当应用了某种方法但效果不显著时，则应考虑改变用药方法再做防治。
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另一方面，在这些用药方法中，涂抹法对患有体表局部感染水产养殖动物个体、注射方法对全身感染的水产养殖动物个体不失为一种直接有效的方法，但从水中取出这些个体以前通常多需先予制动。其他的方法，最大的优越性是可保持水产养殖动物的自然环境（当然有的也是需要临时集中的如药浴法），在这些方法中，除了均需考虑到所用药物的毒副作用外，尤其要注意对鱼鳃的保护，因鳃是最易受到化学物质毒害的器官。
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总体来讲，尽管目前已有多种抗菌药物可以被应用于对水产养殖动物细菌性病害的防治，也有多种给药方法可被采用；然而在实践中对大群体发病水产养殖动物的用药防治，还总不像在人、陆生动物那样直接对发病个体的注射或口服用药等那样奏效；即使是用药治疗的效果显著，但有些细菌性病害如由气单胞菌属（Aeromonas）细菌引起的鲢、鳙打印病（stigmatosis）等，其病变部位常不能得以如正常样的修复，以致直接影响到商品价值。因此，做好预防显得尤为重要，这里所述及的预防并不仅仅在于定期的预防用药，也包括引种时的检疫、对养殖环境和用具等的及时消毒处理、对养殖用水及饵料尤其是鲜活生物饵料的病原菌检查与控制等内容，以消除病原菌的传染源；另外则是日常的病害监测与某些病的流行期及时用药预防相结合，监测的内容主要包括水体、饵料尤其是生物饵料、养殖环境及用具、有异常反应的个体等，监测的病原菌主要是根据水产养殖动物种类监测其常见或在本养殖场内常易发感染的；在某些细菌性病害的易发及流行季节，尤其是周边养殖区域已有病害发生的情况下，需及时做好用药预防。再者，一旦发现养殖群体内出现发病个体，要及时清出并立即送检和用药防治，最大限度地将病害控制在最小的损失范围。另一个值得提及的问题是，对于接近进入市场的商品水产养殖动物，若发病后用药治疗需在所用药物超过其代谢期并待一定时间后才可出池（塘）上市，以免在食用后可能会对人体带来不利甚至有害的影响。
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主要参考文献
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下篇 病原细菌种类与检验
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第4章 爱德华氏菌属
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1 菌属定义与分类位置
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1.1 菌属定义
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1.2 分类位置
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2 迟钝爱德华氏菌
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2.1 生物学性状
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2.1.1 形态特征与培养特性
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迟钝爱德华氏菌为短杆菌，大小多在0.5～1μm×1～3μm，无荚膜，亦不形成芽孢。生长温度范围为15～42℃，最适为37℃；适宜pH范围为5.5～9.0，但以pH7.2较好；耐NaCl浓度为0%～4%，有的在4.5%条件下也能生长。对于该菌的培养特性，目前尚无系统的研究资料，有记述该菌在普通营养琼脂培养基上25℃培养24h，能形成圆形、隆起、灰白色、湿润并带有光泽、呈半透明状的菌落，直径在0.5～1mm左右，若置37℃培养则菌落稍大些；在含5%～10%血液的普通营养琼脂培养基（常用绵羊或家兔脱纤血液）上的菌落与在普通营养琼脂上的基本一致，但一般稍大些，除极个别菌株外均能产生溶血现象，在菌落周围形成狭窄的β型溶血环；在麦康凯琼脂、SS琼脂、胆盐硫化氢乳糖琼脂（DHL）、木糖赖氨酸去氧胆酸盐琼脂（XLD）等肠道菌选择性培养基上可形成较小菌落，因其产生H2S能使菌落中央为黑色；在亚硫酸铋琼脂（BSA）培养基上，形成呈灰色、带棕色光晕和金属光泽的菌落；在胰蛋白胨（tryptone）大豆胨（soytone）琼脂（TSA）培养基上，可形成圆形、光滑、湿润、半透明的灰白色小菌落；在普通营养肉汤中，呈均匀混浊生长。
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本书作者陈翠珍、张晓君等（2005）对从7起牙鲆、3起大菱鲆共10起发生爱德华氏菌病的濒死及刚刚死亡鱼74尾中，分离做纯培养的148株（从每尾鱼分离菌做2株）迟钝爱德华氏菌进行了形态与培养特性研究，其中牙鲆源的65尾130株、大菱鲆源的9尾18株。结果显示，该菌在普通营养琼脂斜面上28℃、37℃两种培养温度条件下培养18h的培养物形态特征一致，为革兰氏染色阴性、两端钝圆、散在或个别成双排列、无芽孢、大小多在0.5～0.9μm×1.0～2.0μm（有个别长丝状的菌体）的杆菌（照片4-1）；择其中的HC010907-1株、HC010830-1株做磷钨酸负染色电镜标本后，置透射电子显微镜（EM）下观察见为杆状、菌体表面不平整、周生鞭毛（照片4-2）；做喷镀扫描电镜标本观察，菌体表面不平整但较光滑（照片4-3）。将纯培养菌移接于普通营养肉汤管中28℃培养24h检查，均呈均匀混浊生长，管底有圆点状沉淀菌体（摇动后即消散）。在供试不同培养基（平板划线接种）28℃培养后的生长表现和菌落特征如表4-1所示。
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表4-1 迟钝爱德华氏菌在不同培养基上的生长表现和菌落特征
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表4-1 迟钝爱德华氏菌在不同培养基上的生长表现和菌落特征（续）-1
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2.1.2 生化特性
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在对迟钝爱德华氏菌进行鉴定时，需要注意的是：Grimont等（1980）描述了一群D-甘露醇阳性、蔗糖阳性、L-阿拉伯糖阳性的菌株，通过DNA/DNA分子杂交实验表明，此群菌同“生化上（biochemically）”的迟钝爱德华氏菌株密切相关，被称为“迟钝爱德华氏菌生物群1（E.tarda biogroup 1）”；但更多的迟钝爱德华氏菌株（大约是前者的1000倍）则是D-甘露醇、蔗糖及L-阿拉伯糖均阴性，此群菌被称为“迟钝爱德华氏菌野生型（E.tarda wild type）”，即通常所指的迟钝爱德华氏菌。为了简便区分爱德华氏菌属内各种及迟钝爱德华氏菌的野生型与生物群1，现将在第9版《伯杰氏鉴定细菌学手册》（1994）中记载的“爱德华氏菌属中种的生化特性鉴别表”列于表4-2，这是一些主要具有鉴别意义的项目。另一方面，迟钝爱德华氏菌的甲基红试验阳性，周常义等（2004）报道了从厦门同安区某牛蛙养殖场患病牛蛙肝脏中分离到病原迟钝爱德华氏菌（菌株K）表现为甲基红试验阴性，定为迟钝爱德华氏菌甲基红阴性变异株；该菌株还表现需使用pH 5.8～6.0的偏酸性普通营养琼脂培养基才能分离到，在pH 7.2～7.4的普通营养琼脂培养基上几乎分离不出，认为可能与福建省的水质一般pH在6.0左右使该菌逐渐适应有关，分离后的菌株在pH 7.0时生长较好。迟钝爱德华氏菌有鞭毛是能运动的，Nakatsugawa（1993）曾报道，从牙鲆分离到了一种无动力的非典型迟钝爱德华氏菌菌株，可引起牙鲆发病；Costa等（1998）也报道，从鲷中分离到了这种菌株；Lan等（2008）报道，从青岛发病大菱鲆分离到此类菌株。
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表4-2 爱德华氏菌属中种的生化特性鉴别
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此外，爱德华氏菌与肠杆菌科其他细菌，如大肠埃希氏菌（E.coli）及沙门氏菌属、志贺氏菌属（Shigella）的细菌，在生化特性上有相似之处，但通过一系列完整的生化试验都能容易地区分开。为简便区分这些细菌，现将在第9版《伯杰氏鉴定细菌学手册》（1994）中记载的“爱德华氏菌与其他相似属（种）细菌的生化特性鉴别表”列于表4-3。
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表4-3 爱德华氏菌与其他相似属（种）细菌的生化特性鉴别
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本书作者陈翠珍等（2005）、张晓君等（2004），对上述分离于牙鲆及大菱鲆的148株迟钝爱德华氏菌进行了理化特性研究，结果表明，其中分离于1起牙鲆病例的20株（来源于10尾被检牙鲆）迟钝爱德华氏菌（菌株编号：HC010830-1～HC010830-20）为吲哚试验阴性，并暂定为迟钝爱德华氏菌吲哚阴性变异株（E.tarda indole-negative），余128株均为吲哚试验阳性（照片4-12）；148株菌对其他所测项目内容的反应结果一致（表4-4）。另方面，择HC010907-1菌株、HC010830-1菌株的纯培养物，送中国典型培养物保藏中心（CCTCC）做复核鉴定及DNA中G＋Cmol%测定，结果亦均被鉴定为迟钝爱德华氏菌，DNA中G＋Cmol%为HC010907-1株的63.7（HPLC）、HC010830-1株的61.0（HPLC）。
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表4-4 148株迟钝爱德华氏菌的理化特性
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2.1.3 抗原结构与免疫学特性
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迟钝爱德华氏菌具有菌体（O）抗原和鞭毛（H）抗原，据此曾先后描述了两个独立的暂定血清分型体系。首先是日本学者Sakazaki（1967）在分析了256株迟钝爱德华氏菌的抗原结构基础上，描述了一个包括17个O抗原群、11个H抗原群及18个O-H组合体的血清抗原分型；其次是Edwards和Ewing（1972）根据包括Sakazaki的17株菌在内的不同来源的394株迟钝爱德华氏菌的研究，建立起一个由49个O抗原和37个H抗原及148个O-H组合体的血清抗原分型，该分型体系只能使供试394株迟钝爱德华氏菌中的296株（占75%）得到分型，显然也是不很完善的。另一方面，据在B.Austin等著“Bacterial Fish Pathogens：Disease of Farmed and Wild Fish”第3版（1999）中记述，尽管分离菌株距离远在日本和美国，但唯一的不同性反应在血清学方面；据Park等（1983）报道，在1980和1982年间自日本鳗鲡池塘的分离菌，445株分离菌的O抗原凝集分析中，有270株被认为属于4个不同的血清群（A、B、C和D）。在这些菌株中，血清群B占优势（占22%～35%），血清群A次之（占13%～17%），然后为血清群C（占4%～13%），血清群D最少（占2%～4%）。且血清群A的大多数菌株是分离于肾脏样品，并在对鳗鲡、泥鳅和罗非鱼的感染试验（Park et al 1983）及在日本川鲽自然病例中（Rashid et al.1994）表明，A群菌株的毒力最强。总体看来，目前对于迟钝爱德华氏菌的血清分型尚无统一标准，科技工作者正在努力研究，以使其体系标准化和规范化。
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本书作者陈翠珍等（2005）对分离于牙鲆及大菱鲆的148株迟钝爱德华氏菌进行了血清同源性测定，方法为用HC010907-1株为代表菌株，制备成经福尔马林灭活的全菌体免疫原后强化免疫接种家兔，制备相应的抗血清后，对相应菌株及另外147株迟钝爱德华氏菌分别进行血清凝集反应检验，结果抗血清对相应菌株（HC010907-1株）及另外147株迟钝爱德华氏菌均呈基本一致的反应，并初步表明为148株菌血清学同源。具体为：用148株菌的24h纯培养（28℃）菌与抗血清做直接玻板凝集试验，结果均呈明显凝集（凝集程度无明显差异），且在生理盐水对照中均无自凝现象（照片4-13）；试管凝集反应的结果为HC010907-1株（本菌株）的血清凝集效价为11Log2（1：2048倍），另外的147株中有115株（占78.2%）为11Log2（与本菌株的一致）、18株（占12.3%）为10Log2（1：1024倍）、14株（占9.5%）为12Log2（1：4096倍）。
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在迟钝爱德华氏菌的免疫原性及鱼体接种后的免疫应答研究方面，严朝晖等（1994）将迟钝爱德华氏菌制备成灭活疫苗，经口服、浸泡、注射等途径，接种鳗鲡后能使其产生相应抗体，但尽管其抗体效价较高，却不能使鳗鲡获得理想的免疫保护，因此则认为免疫后血清中抗体滴度与抗感染力之间并不存在很一致的关系；在所用的免疫原方面，通过应用迟钝爱德华氏菌的外毒素、经福尔马林灭活的全菌细胞制剂（FKC）、粗提脂多糖（LPS）以及进一步纯化的LPS、粗提多糖（PS）和脂质A以及除脂后的菌细胞制剂（CWL）等试验，表明粗提LPS、PS及CWL均具有很好的免疫原性，脂类物质作为抗原不仅对感染无保护作用，而且还降低实验鳗鲡血液中吞噬细胞的活性，可能具有免疫抑制作用，粗提脂多糖却能明显提高吞噬细胞的活性。黄新新等（2002）应用迟钝爱德华氏菌的ATCC15947株全菌（WCB）及外膜蛋白（OMP）分别注射免疫小鼠和鲫，结果表明，均能提供良好的免疫保护，在有佐剂LPS存在下则OMP的效果更好。在国外，有报道使用迟钝爱德华氏菌的LPS、培养物滤液和经福尔马林灭活的菌体细胞（FKC），可以提高鳗血清的凝集效价；经进一步研究迟钝爱德华氏菌LPS粗提物、经纯化去掉类脂A的多糖、脱脂的菌体细胞对鳗的保护作用，感染试验结果表明，LPS粗提物的保护效果最好，菌体细胞也有较好的保护作用，多糖则无保护效果。Iida等（1992）通过腹腔注射和菌浴两种方式对牙鲆进行免疫，发现以注射处理的鱼体内血清抗体滴度高于菌浴的，两种方式免疫的鱼中性粒细胞吞噬能力均高于未免疫对照鱼的。Gutierrez等（1994）用FKC和LPS对牙鲆进行肌肉注射，发现从抗体效果看，LPS优于FKC的免疫效果，但感染试验表明对死亡率的降低有限。Mekuchi等（1995）报道，用FKC对牙鲆进行注射、浸浴和口服免疫，还用经稀释的该菌胞外产物（ECP）和胞内成分（ICC）进行注射免疫，发现各种方式均可提高血清抗体滴度，但对牙鲆的保护作用不是很明显。熊清明等（2001）以迟钝爱德华氏菌JEL4株的全菌灭活物（FKC）及胞外产物（ECP）为抗原免疫小鼠和剑尾鱼，7周后分别用JEL4株及异源菌株攻击，结果受免小鼠均获得了良好保护，受免剑尾鱼的FKC和ECP组对同源菌株保护率分别为60%和100%，对异源菌株均不能全部保护；这些结果表明，OMP和ECP也能作为保护性免疫原使用。刘云等（2000）报道了迟钝爱德华氏菌对牙鲆接种后免疫器官的影响，结果表明，对牙鲆的头肾、脾脏的免疫细胞活性增强，同时病菌也会对免疫器官造成损害。对于使用特异性抗体治疗鱼的迟钝爱德华氏菌感染问题，金晓航等（2000）曾用特异性单克隆抗体试验，收到了较好效果。Gutierrez等（1993）用迟钝爱德华氏菌对鸡免疫，从蛋黄中分离出高效价的免疫球蛋白（IgY），用此IgY对日本鳗鲡进行口服免疫，发现可明显清除肠道中迟钝爱德华氏菌的数量，并可抑制该菌从受伤的肠壁入侵肝脏和脾脏，降低死亡率，能起到较好的抗病作用。这些，揭示了经被动特异免疫预防与治疗的可能性。
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总体来讲，已有的研究工作表明迟钝爱德华氏菌具有良好的抗原性，并已揭示出几种不同的免疫保护性抗原，他们刺激鱼体可产生相应的免疫应答，使用特异抗体也能获得一定的保护力，但在它们的可行性应用技术、免疫应答规律及确切保护效果与机制等方面尚需更进一步深入研究。
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2.1.4 生境与抗性
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迟钝爱德华氏菌广泛分布于自然界，含我国在内的世界多个国家，如日本、印度、泰国、新加坡、马来西亚、越南、扎伊尔、乍得、厄瓜多尔、马达加斯加、马里、巴拿马、古巴、美国、澳大利亚、比利时和西班牙等，均已有检出本菌的报告。此菌曾从多种动物，如哺乳动物（猴、鼠、猪和牛等家畜）、鸟类、两栖类（蛙、蟾蜍等）、爬虫类（蛇、龟等）和鱼类（尤其是淡水鱼）、玩赏动物及动物园动物等的肠内容物、粪便及这些动物的生活环境（含受污染的水源）标本中分离到，也是蛇肠道的一种正常寄生菌；偶尔可从腹泻病人或健康人的粪便、人和动物血液标本及人的尿液中分离到；但在健康人的粪便中是极少见的，一般带菌率在1%以下，个别可达5.4%。已有较多的研究结果表明，则是在腹泻病人中要比无腹泻的分离率高得多，有时可高达30%以上。看来，动物（特别是冷血动物）的肠道是此菌的天然生境，其中尤以鱼类和受此菌污染的水源分离率为高。
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在对抗菌类药物的敏感性方面，已有过一些研究工作，如卢全章等（1994）、陈昌福等（1998）、周凯等（1999）分别对分离于鳗鲡的迟钝爱德华氏菌以常用抗菌类药物进行了药物敏感性测定，表明在不同地区来源的菌株及同地区分离的不同株间是存在一定耐药差异的，比较一致敏感的有氨苄青霉素、羧苄青霉素、先锋霉素、卡那霉素、丁胺卡那霉素、氯霉素、新霉素、庆大霉素、链霉素和环丙沙星等，耐药的有四环素、青霉素G和磺胺药等。本书作者张晓君等（2005），从分离于7起牙鲆病例的130株迟钝爱德华氏菌中择35株（每个病例来源的5株），以常规琼脂扩散的纸片法药敏试验（改良K-B法），进行了对37种抗菌药物的敏感性测定。结果表明：对青霉素G、苯唑青霉素、克林霉素、万古霉素、杆菌肽均耐药，对头孢唑啉、头孢拉啶、头孢噻肟、头孢曲松、头孢他啶、头孢哌酮、头孢吡肟、氨曲南、诺氟沙星、氧氟沙星、环丙沙星、氯霉素、复方新诺明、呋喃妥因、呋喃唑酮、恩诺沙星、庆大霉素、妥布霉素、丁胺卡那霉素、新霉素均敏感，对氨苄青霉素、红霉素、阿奇霉素、链霉素、卡那霉素、大观霉素、四环素、多西霉素、多黏菌素B、利福平、甲氧苄啶、新生霉素表现在菌株间有差异（耐药或敏感）。
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这些结果可为进一步从事耐药规律研究及临床选择用药提供一定的参考，但在另一方面则是由于已经体现出迟钝爱德华氏菌在不同地区分离菌及株间等的药敏差异性，提示有效用药应是在对分离菌株进行药敏测定后选择应用，同时应重视对迟钝爱德华氏菌的耐药机制研究问题。
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关于在实验室培养基中对该菌的保存时间，本书作者陈翠珍等（2005）曾对分离于牙鲆和大菱鲆的迟钝爱德华氏菌，以在普通营养琼脂斜面的纯培养物做定期间隔时间的移接传代（28℃培养24h）保存，检验其于4℃普通冰箱中保存的保存期（每隔30d传代1次），结果显示按此方法传代保存该菌以60d内继代为宜，超过60d常会导致死亡。
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显然，目前对于爱德华氏菌的生境及其意义、对外界环境因素及其某些药物（化学消毒剂、抗菌药物等）的抵抗力等，其资料还是较不完善的，有待于比较系统地研究。
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2.2 病原学意义
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2.2.1 致病作用
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2.2.1.1 水产养殖动物的迟钝爱德华氏菌感染
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已知在水产养殖动物中，主要是鱼类的迟钝爱德华氏菌感染。近些年来，也有一些在鱼类以外的其他水产养殖动物，如鳖、牛蛙等发生感染的报道。
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（1）鱼类的迟钝爱德华氏菌感染 由迟钝爱德华氏菌所引起的鱼类感染症，常统称为鱼类的爱德华氏菌病。但早期一般多指由迟钝爱德华氏菌所引起的鳗鲡感染症，所以也常称为鳗鲡爱德华氏菌病，还有鳗赤鳍病、鳗臌胀病、鳗溃疡病、鳗肝肾病、鳗肝肾综合征等的别称，实际上这些别称当属于迟钝爱德华氏菌在鳗鲡的不同感染类型。
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迟钝爱德华氏菌在鱼类的感染是日本学者保科（Hoshina 1962）在日本鳗鲡中首先发现的，当时将此菌归类到副大肠杆菌属（Paracolobactrum Borman Stuart and Wheeler 1944），命名为鳝死副大肠杆菌（P.anguillimortiferum Hoshina 1962），并相应称该病为副大肠杆菌病（paracolo disease，也译为帕拉克洛病，取意于副大肠杆菌属）。根据已有资料，现已知鳗鱼的迟钝爱德华氏菌感染，是鳗鱼最严重的病害之一，且呈世界性分布，尤其是在非洲、美洲和亚洲，特别是在日本和我国台湾养鳗业中所造成的危害更大。在我国内地养鳗业中，迟钝爱德华氏菌的感染也构成了一种常见且危害严重的病害；迟钝爱德华氏菌在鳗鱼的感染，在白仔鳗入池开始摄食后就可能暴发，继之到黑仔鳗时的自然感染死亡率可达90%～95%，幼鳗感染后的死亡率有所降低（70%～75%）；感染可发生于全年，缺乏明显季节性，在水温20℃以上时均可发生，但一般认为水温在15℃时就能发生，高峰期多出现在水温25～30℃时，一般于春季和夏季易发流行。此外，迟钝爱德华氏菌不仅是鳗鱼的一种重要病原细菌，还在多种人工养殖的淡水鱼和海水鱼中，均发现有本菌感染的发生。如鲫、金鱼、虹鳟、大鳞大麻哈鱼、黑鲈、紫、真鲷、丽鲷、黑鲷、鲻鱼、川鲽和牙鲆等均可被感染发病，实验性可感染鲤和青蛙。日本学者河合研児（2000）描述了在鲆鱼的迟钝爱德华氏菌感染症，从幼鱼到成鱼均可被感染发病，全年内均有发生但以水温高的夏、秋季节多发；被感染鱼有白浊的腹水，腹部膨胀，严重的肠管从肛门脱出，口吻部、体表、鳍等部位有出血，剖检可见肝脏、肾脏形成特征性的脓疡。
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为提供一些历史资料作为参考，现将在B.Austin等著“Bacterial Fish Pathogens：Disease of Farmed and Wild Fish”第3版（1999）中记载的“迟钝爱德华氏菌和鳝死副大肠杆菌的特性表”列于表4-5。
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表4-5 迟钝爱德华氏菌和鳝死副大肠杆菌的特性
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迟钝爱德华氏菌可通过肠道或皮肤病灶侵入鳗鱼体内，在肝、肾等脏器中生长繁殖，并可诱发纤维素性脓疡病灶。肾脏后部被侵害时表现肿大，肛门突出且周围充血肿胀，肾脏的脓性物还可通过肛门排出，肾脏前部被侵害时则外表症状不明显；肝脏被侵害时常表现前腹部显著充血肿胀，严重时腹壁穿孔；随之病灶可向其他组织器官转移，最后常导致败血症死亡；此外，病鱼常表现出鳍和腹部的充血发红。同时，此菌也能引起池养鳝的“红病（red disease）”和渠道鲇鱼发生在肌肉内充满气体病变的“气肿性腐烂病（emphysematous putrefactive disease）”的暴发。鲻感染时腹部及两侧发生大面积脓疡，脓疡边缘出血，病灶内组织腐烂，放出强烈恶臭味，腹腔内充满气体使腹部膨胀。牙鲆幼体被感染时，可见腹腔积水。池养鳗鲡发病表现鳍和腹部发红，肛门红肿突出并有强烈恶臭味，肾、肝发生脓疡。锄齿鲷发病表现皮肤出血性溃烂，脾和肾脏表面有许多小白点。郭琼林等（1995）较系统地研究了鳗鲡爱德华氏菌病的组织病理学变化，表明其病变性质为化脓性炎症，病理分型主要有化脓性肝炎型及混合型（化脓性肝炎和化脓性造血组织炎）两种，较早发生病变的部位主要在肝脏。本病常流行于高水温期（水温30℃左右），温室养殖的在水温20℃以上，则全年均可发病。
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据在B.Austin等著“Bacterial Fish Pathogens：Disease of Farmed and Wild Fish”第3版（1999）中记述，迟钝爱德华氏菌在斑点叉尾感染后外部病变的详细描述，是由Meyer和Bullock（1973）所发表的资料。这些研究者报道，对于中度感染，该病唯一的外部病变是出现直径大约在3～5mm的皮肤损伤，损伤位于身体的后侧面，随着病程进展，身体和尾部肌肉出现脓肿，这些脓肿病变可加重且发展成气性脓肿（gas-filled hollow areas），脓肿处皮肤色素变淡、凸出膨胀，若划破肿胀会散发一种恶臭气味，因此鲇鱼的该病亦被称为如上有述的“气肿性腐烂病”，尽管尚未见有报道该病对鲇鱼造成毁灭性的，但该病对感染区能造成严重的经济损失。当被感染的鱼被送进处理工厂，由于必要的消毒和除臭，损伤组织的臭味便停止产生，因此对于加工处理的很大的经济损失是来自于少数的感染鱼。对于自然发病罗非鱼的检验结果也发现了许多病变，包括色素变淡，腹部膨胀并充满腹水，肛门红肿突出，眼不透明等；剖检可见在鳃部、肾脏、肝脏和脾脏出现较小的白色结节（在肠道也偶见），这些结节内存在细菌。
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在我国，近年来曾有过多起关于鱼类爱德华氏菌感染的报告。如卢全章等（1994）通过对广东省潮州市各养鳗场发生的鳗鲡肝肾病的研究，表明其病原为迟钝爱德华氏菌，个别病例有运动性气单胞菌（Aeromonas spp.）的混合感染；陈昌福等（1998）从江苏省海安县和广东省中山市送检的患爱德华氏菌病的日本鳗鲡病例中分离到12个菌株，鉴定结果表明10株为迟钝爱德华氏菌；周凯等（1999）在对鳗鲡“红头病（red-head disease）”的病原研究中，发现其病原为迟钝爱德华氏菌，因发病的黑仔及幼鳗均以头部充血发红为主要特征，所以被称为红头病；董传甫等（2002）报道于2000年3月中旬福建省仙游县某鳗鲡养殖厂的日本鳗鲡（体重5～7g及13～17g的幼鳗）发病，主要表现体表腹部有不同程度出血点，剖检可见多数病鳗有浅绿色腹水、部分呈血样腹水，经病原检验所分离到的细菌有迟钝爱德华氏菌、温和气单胞菌（A.sobria）和嗜水气单胞菌（A.hydrophila），且经用小鼠做攻毒试验显示均具有较强的毒力，认为这些细菌可能是引发这次日本幼鳗败血腹水病的病原菌；马悦欣等（1996）对吉林市、齐齐哈尔市越冬池（越冬后）内杂交鲤冰下越冬大批死亡病鱼进行了病原检验，表明致病菌为温和气单胞菌与迟钝爱德华氏菌。
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本书作者陈翠珍等（2005）、张晓君等（2004，2005）、房海等（2006）对发生在牙鲆和大菱鲆的爱德华氏菌病进行了较系统的研究，所检10起病例（牙鲆的7起、大菱鲆的3起）的基本情况如表4-6所示；均缺乏特征性临诊症状，仅表现为摄食减少或不食，游动迟缓或不正常、离群漂浮水面或有上浮趋势等，有的病大菱鲆在病死前出现变色现象。
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表4-6 牙鲆和大菱鲆爱德华氏菌病10起病例基本情况
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所检7起牙鲆病例的150尾病（死）牙鲆，主要外表眼观病变一般多为腹部臌胀，个别表现凸眼，有的在体表（包括鳍、鳍基、头部、鳃盖、口部、下颌、腹面及其他体表部位等）有不同程度的出血现象，个别病例有的肠管脱出（表4-7及照片4-14、照片4-15）。
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表4-7 被检150尾病（死）牙鲆的主要外观病变
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剖检其病变以败血症感染为特征，肝、脾、肾一般表现为不同程度的肿胀，肝脏充血或出血、或有淤血、或因失血呈现色淡、质脆等，有的腹壁出血，有的胆囊肿胀，有的肠管有出血，有的肠内有黏液，个别病例的在肝表面形成灰白色（或透明状）纤维素性伪膜（有的在揭去伪膜可见粟粒大小不等的灰白色坏死灶），个别病例的肾表面可见粟粒大小不等的干酪样坏死灶；绝大多数病鱼表现了腹部臌胀，腹内有数量不等的腹水，腹水性状表现有：无色或淡黄色的接近透明或不太透明、溶血性腹水、形成胶冻状（或血样胶冻状）等；具体情况如表4-8所示，另见照片4-16、照片4-17、照片4-18、照片4-19。另一方面，以其病变肝组织、腹水等为材料做抹（涂）片，直接做革兰氏染色镜检细菌，均可见有多量同在前面记述迟钝爱德华氏菌纯培养菌形态特征的革兰氏染色阴性细菌，个别较大的菌体长3.0μm左右（照片4-20、照片4-21）。做组织病理学检查，发现其肝细胞肿胀、离散、坏死、细胞核肥大、空泡变性，肝小管水肿、管腔变大（照片4-22）；肾小管水肿、上皮细胞排列不规则或脱落、细胞核肥大呈空泡化（照片4-23）；脾脏细胞排列紊乱、部分呈空泡化、坏死或溶解，细胞内或血管内及血管周围有多量含铁血黄素沉着（照片4-24）；肠腔黏膜上皮细胞排列紊乱、脱落、坏死、固缩，肠上皮细胞间有多量血细胞，浆膜细胞空泡化，肠上皮肌纤维紊乱、肌细胞水肿及核溶解（照片4-25）。
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表4-8 被检150尾病（死）牙鲆的主要剖检病变情况
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所检3起大菱鲆病例的33尾病（死）大菱鲆，均表现肝、脾、肾有不同程度的肿胀。另外，病例No.8的10尾中有6尾腹部臌胀，有8尾在体表（头、口、鳃盖、下颌、腹面等部位）存在不同程度的出血，8尾的肝出血、2尾的肝贫血色淡，5尾存在少量不很透明的腹水；病例No.9的15尾均有腹面不同程度出血，9尾有少量不很透明的腹水；病例No.10的8尾中有5尾腹部充血变红，2尾眼球凸出、眼球和眼眶严重出血（照片4-26），6尾腹部臌胀，3尾的肠管脱出肛门外且肠管红色，6尾的肝、肾、肌肉有出血现象，3尾的胃肠道肿胀出血及腹内壁出血（照片4-27）。另一方面，取病（死）大菱鲆病变肝组织及腹水做抹（涂）片进行革兰氏染色镜检细菌，见均存在大量同在前面有述迟钝爱德华氏菌感染病（死）牙鲆肝组织、腹水中的革兰氏染色阴性细菌（照片4-28）。
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（2）其他水产养殖动物的迟钝爱德华氏菌感染 在鱼类以外的其他水产养殖动物迟钝爱德华氏菌感染方面，陈晓凤等（1997）报道了鳖发生“白板病（white abdominal shell disease）”的病原，其中以嗜水气单胞菌为主，同时还有迟钝爱德华氏菌和普通变形菌（P.vulgaris）。蔡完其等（1997）报道了中华鳖的爱德华氏菌病，经对分离菌株做理化特性鉴定，表明为迟钝爱德华氏菌；该菌能引起鳖的脏器发生变质性病变，主要表现为肝脏型（病变），出现肝脏局部坏死、有结节状肉芽肿。肖克宇等（1996和1997）相继报道了牛蛙爱德华氏菌病的病原菌特征、病原菌致病因素及病理学变化等，经对从病蛙肌肉、肝、肾、血液和腹水中分离的细菌鉴定表明为迟钝爱德华氏菌，通过对分离的迟钝爱德华氏菌致病因素（毒素）检验表明主要为内毒素、不是外毒素；以自然病蛙和人工感染病蛙做病变检验，发现主要眼观病变为病牛蛙全身肿胀、腹部膨大、腹腔积液、躯体或四肢有时可见充血或炎性反应，主要组织学病变为肝和肾及心等脏器实质细胞变性、坏死及呈渗出性和纤维素性炎症变化。丁雷等（2001）报道了发生在鳖的白底板病、腐皮病并发症，经检验表明其病原为温和气单胞菌和迟钝爱德华氏菌。龚艳清等（2002）报道在2001年10月底，厦门地区一些牛蛙养殖场养殖的牛蛙暴发流行传染病，造成大批幼蛙和成蛙死亡，经流行病学调查和病原分离鉴定，确定其主要病原为迟钝爱德华氏菌。
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显然，鱼类及其他一些水产养殖动物的爱德华氏菌病，在我国的发生与流行也是较普遍的，需引起水产养殖业的高度重视。
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2.2.1.2 人的迟钝爱德华氏菌感染
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迟钝爱德华氏菌能引起人的脑膜炎、腹膜炎、菌血症及败血症、肝脓肿、心内膜炎、伤口感染、尿道感染及肠道感染等，其中尤以肠道感染在经济不发达、卫生条件不良的发展中国家和某些热带丛林地区，本菌具有较高的分离率。陈宗淦等（1998）曾报告3例因迟钝爱德华氏菌所引起的败血症病例，共同的特点是均为儿童且均有肠道感染的基础，并提示应将此菌列入肠道感染的常规检查内容，作为腹泻病原菌予以高度重视。
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2.2.2 毒力因子及致病机制
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关于迟钝爱德华氏菌的毒力因子及致病机制问题，根据目前已有的资料还难以作出结论，尤其在对鱼的致病作用中更较贫乏。Marques等在采用12株临床迟钝爱德华氏菌分离物进行肠致病性的研究中，发现其对Hela细胞具有强侵袭性，使此菌成为继志贺氏菌、沙门氏菌、肠侵袭性大肠杆菌（EIEC）和小肠结肠炎耶尔森氏菌（Y.enterocolitica）之后的第五类具有这种能力的肠杆菌科细菌；在供试的12株菌中，还发现有的菌株带有1～2个大小不同的质粒，有的则无质粒，但没有发现一个是属于所有菌株共有的质粒；据此，Marques等认为，迟钝爱德华氏菌对Hela细胞的侵袭力可能是由染色体基因所决定的；由于各供试菌株分属于不同的O：H血清型，所以推测侵袭Hela细胞的能力是仅与该菌的种有关，与其血清型无关；供试菌株在含有羊、家兔或人血液的营养琼脂培养基平板上的生长物，除1株在人血液琼脂平板上不溶血外，余均能产生溶血作用，这种溶血能力与致病相关，但确切机制尚不甚明了；所有供试菌株的瑟林尼（Séreny）试验（检查侵袭性）及采用Y-1细胞、乳鼠和Vero细胞分别检测肠毒素（LT和ST）或细胞毒素的试验，结果亦均阴性。已有研究表明，溶血素是迟钝爱德华氏菌的一种重要致病因子。Janda等（1993）曾报道，迟钝爱德华氏菌产生一种细胞结合性溶血素，Hirono等（1997）克隆了该溶血素基因；Chen等（1996）又报道了迟钝爱德华氏菌产生一种细胞穿孔溶血素（胞外溶血素），该溶血素与Hirono等报道的细胞结合性溶血素基因无同源性；最近，高大庆等（2000）也从迟钝爱德华氏菌克隆到溶血素基因，其酶谱与已有报道的不同，可能属于尚无报道的迟钝爱德华氏菌溶血素。至今，迟钝爱德华氏菌究竟有几种溶血素，是否与不同来源的菌株有关等均有待进一步研究证实。据高大庆等（2000）对迟钝爱德华氏菌溶血特性研究的结果表明，其至少存在两种溶血素，溶血活性受环境影响表现不同。另一方面，肖克宇等（1997）通过测定分离于病牛蛙的迟钝爱德华氏菌的毒素致病作用，结果在4只病蛙血清中有2只检出了内毒素，用分离鉴定的迟钝爱德华氏菌EC935菌株的菌体破碎物（离心上清液）经皮下注射体重30～50g健康牛蛙0.5ml/只，结果在55h内全部死亡，用EC935菌株普通营养肉汤24h培养物除菌滤液经皮下注射接种（0.2～1.0ml/只）的5只试验蛙却未发生死亡（观察14d），认为内毒素是主要致病因素。尽管这些已有的工作尚不能明确爱德华氏菌的致病作用机制等问题，但可为进一步研究提供有意义的参考。
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2.3 微生物学检验
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2.3.1 细菌学检验方法
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2.3.1.1 生化特性检查
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对所分离的细菌纯培养物进行鉴定时，需要注意的是：①迟钝爱德华氏菌能产生大量H2S、形成靛基质、不利用枸橼酸盐，赖氨酸和鸟氨酸脱羧酶试验阳性、苯丙氨酸脱氨酶和精氨酸双水解酶试验阴性，甘露醇阴性、尿素酶阴性、动力阳性，这些指标对于初步认定迟钝爱德华氏菌是有价值的；②如前有述，需要对迟钝爱德华氏菌的野生型及生物群1予以区别；③如在前面有所述及的，有些个别的地方分离菌株在某项生化特性上可能存在相应的特点，如甲基红试验阴性、无动力、吲哚试验阴性等的变异菌株；④在常规的鉴定中，并不需要对培养及生化特性所有项目内容分别进行试验，仅选取具有代表意义且为肠杆菌科细菌重要鉴别意义的项目内容进行试验即可，但必须保证达到有效鉴定出爱德华氏菌之目的。
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2.3.1.2 溶血素检查
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尽管目前对于爱德华氏菌的毒力因子尚不十分明确，但已有的研究结果表明，溶血素是迟钝爱德华氏菌的重要毒力因子之一，其产生溶血素的能力是与毒力强度相关的。对于溶血素的检查，葛艳等（1999）研究报告了平板法（plate assay，PA）、接触法（contact hemolysis，CH）及上清法（supernatantassay，SA）的结果，其中PA和CH的检出率高且两者符合率为100%，SA的检出率较低。并通过胰酶、加热处理等试验，揭示迟钝爱德华氏菌的溶血素是一种不耐热蛋白样物质。具体的PA方法是，将待检菌株接种于含5%血液（常用家兔脱纤血）营养琼脂平板培养基，37℃培养48h观察结果，以菌落周围出现溶血圈者判为溶血反应阳性；CH方法是以37℃培养24h的液体生长物，取100μl加于V形96孔微量滴定板孔并做倍比稀释后，与等量1%家兔红细胞混匀，37℃作用1h观察结果，以发生溶血者判为反应阳性。在迟钝爱德华氏菌的溶血谱方面，葛艳等（1999）还通过采用人及绵羊、家兔、小鼠、牛、鸡、鳝、鲫等动物红细胞，对迟钝爱德华氏菌ATCC15947株试验，表明以对绵羊红细胞的溶血活性最高，其次为人、家兔、小鼠、牛，对鸡、鳝、鲫的红细胞溶血性较弱，这一结果可为使用适宜的红细胞进行迟钝爱德华氏菌的溶血性测定提供参考。
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2.3.2 免疫学检验方法
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在该领域的研究方面，吴淑勤等（1993）曾研究报告了应用间接荧光抗体技术（IFAT），对鳗鲡混合感染迟钝爱德华氏菌和嗜水气单胞菌进行检验；陈会波等（1995）应用异硫氰酸荧光素（FITC）标记的兔抗迟钝爱德华氏菌抗体，对纯培养及病鱼组织中的迟钝爱德华氏菌进行了检验，同时进行了可行性、敏感性等方面的研究；本书作者陈翠珍等（2005）以在前面有述从牙鲆迟钝爱德华氏菌感染症的病（死）鱼中分离并经鉴定的迟钝爱德华氏菌代表菌株（HC010907-1株），制备甲醛灭活的全菌体抗原，经强化免疫家兔后制备的相应抗血清为第一抗体，以商品FITC标记的羊抗兔IgG为第二抗体，对所分离并经鉴定的迟钝爱德华氏菌菌株纯培养物及人工感染牙鲆的肝脏做IFAT检验，结果均呈现出了菌体特异荧光反应，初步表明了该方法的可行性（照片4-29）；金晓航等（2000）应用抗迟钝爱德华氏菌的单克隆抗体，建立起免疫组织化学的酶染色检验方法。这些已有报道的该方面研究均取得了可行性结果，且后者还能定位细菌在组织器官中的分布。另方面，熊清明等（2001）报告了应用Dot-ELISA检验迟钝爱德华氏菌的研究结果，该方法以迟钝爱德华氏菌JEL4株的胞外产物（ECP）为抗原免疫家兔制备了相应抗血清，以此为核心试剂对迟钝爱德华氏菌做Dot-ELISA检验，取得了可行性结果，同时优化了反应条件，且构建了检验试剂盒，认为能快速、简便、特异、灵敏地检出致病性的迟钝爱德华氏菌。到目前，对于迟钝爱德华氏菌的免疫血清学检验尚无规范方法应用，仍可被认为在处于研究阶段，这也可能与对迟钝爱德华氏菌的血清分型至今尚无统一的标准，及共有的抗原成分尚不很明了等有关。
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2.3.3 分子生物学检验
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本书作者陈翠珍等（2005）、房海等（2006）择从前述牙鲆病例分离的迟钝爱德华氏菌HC010907-1株（野生型菌株）和HC010830-1株（吲哚阴性变异株）及从大菱鲆病例分离的LH031120-1株为代表菌株，分别提取菌株DNA作为模板进行16S rRNA基因PCR扩增，所用两个引物分别为27F（正向引物）：5’-AGAGTTTGATC（C/A）TGGCTCAG-3’（对应于E.coli的16S rRNA基因的第8～27个碱基位置）和1492R（反向引物）：5’-GGTTACCTTGTTACGACTT-3’（对应于E.coli的16S rRNA基因的第1492～1510个碱基位置），分别获得3个供试菌株的相应16S rRNA基因序列后进行系统发育学分析。结果：不包括引物结合区，所扩增的16S rRNA基因序列长度HC010907-1株为1414bp（GenBank，登录号为AY775313）、HC010830-1株为1419bp（GenBank，登录号为AY775314）、LH031120-1株为1421bp（GenBank，登录号为DQ120943）；系统发育学分析表明，此3个供试菌株与爱德华氏菌属细菌的16S rRNA基因序列自然聚类，与迟钝爱德华氏菌最近（同源性为99%）（图4-1）。
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图4-1 16S rRNA基因序列分析聚类图
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2.3.4 检验程序
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葛艳等（1999）报道了对迟钝爱德华氏菌检验程序的研究结果，试验选定了采用麦康凯鉴别培养基、11项理化指标及致病因子检测内容，并建立了相应的检验程序。具体如下：在麦康凯培养基上经37℃的24h培养，形成无色、圆整、湿润、中央呈黑色小点的菌落；11项理化指标是氧化酶阴性、有动力、发酵葡萄糖产酸产气、不发酵蔗糖和D-甘露醇及L-阿拉伯糖、赖氨酸脱羧酶阳性、不利用丙二酸盐、产生H2S和吲哚、MR阳性；致病因子检测包括在上面有述的溶血素检查和用Dot-ELISA方法检验ECP，此两项指标若其中一项为阳性，则可认为被检菌株有致病性。研究者认为按此程序检验迟钝爱德华氏菌，不仅限于对迟钝爱德华氏菌的检出，还能鉴别其致病株与非致病株。本书作者认为，按此程序检验迟钝爱德华氏菌是较简便和有意义的，但仅能检出典型的迟钝爱德华氏菌野生型菌株，根据在前面有述及该菌某项生化特性指标在不同分离株间可能存在的差异性，则不可因在这些所检项目中由于某项指标不符，即判定为非迟钝爱德华氏菌。
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3 鲇鱼爱德华氏菌
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3.1 生物学性状
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在该菌的生物学性状方面，需要注意的：①此菌为该属细菌中难养的，在培养基平板上生长较缓慢，常需培养48h左右才能形成直径1～2mm、圆形光滑、边缘整齐、稍隆起的无色小菌落；②尽管爱德华氏菌的生化特性都是以37℃培养为明显，但鲇鱼爱德华氏菌则更喜欢较低的温度，其最适一般为25～30℃，在37℃时生长缓慢或完全不能生长，尤其是运动力只有在28℃左右时才能表现出来且是微弱的；③该菌为爱德华氏菌中生化活性最低的一个种，但它们是同源的，尚未发现明显的生物型变种；④对从鱼和其他鱼中分离到的鲇鱼爱德华氏菌研究结果表明，它至少有两个在宿主范围、病原性、血清学特性和质粒构型方面都不同的型，但从鱼中分离到的菌株则是十分相近的一组；⑤该菌不应与前述的迟钝爱德华氏菌相混淆，迟钝爱德华氏菌常被在水生动物体内发现，除了能使鱼发病外也能引起人的感染。
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另外，在B.Austin等著“Bacterial Fish Pathogens：Disease of Farmed and Wild Fish”第3版（1999）中，也记述了鲇鱼爱德华氏菌的一些特性。具体为：该菌为革兰氏染色阴性、发酵型的杆菌，以周鞭毛运动；产生过氧化氢酶、β-半乳糖苷酶（不同实验室报道反应结果可变化）、赖氨酸脱羧酶和鸟氨酸脱羧酶，不产生H2S、吲哚、氧化酶和苯丙氨酸脱氨酶，甲基红试验阳性，V-P反应阴性，还原硝酸盐；在1.5%NaCl中生长、在2%NaCl中不生长，最适生长温度在20～30℃，在疾病急剧暴发时的生长与水温一致；降解血液，不降解酪蛋白、DNA、弹性蛋白、明胶、吐温20、吐温40、吐温60、吐温80和尿素；分解果糖、半乳糖、甘油、麦芽糖、甘露糖、核糖产酸，不分解侧金盏花醇、七叶苷、苦杏仁苷、阿拉伯糖、熊果苷、纤维二糖、甜醇、赤藓糖醇、肌醇、菊粉、乳糖、松三糖、棉子糖、鼠李糖、水杨苷、丙二酸钠、山梨醇、山梨糖、淀粉和蔗糖。据Lobb等（1993）报道，已发现鲇鱼爱德华氏菌具有隐蔽质粒（cryptic plasmid），即pCL1（5.7kb）和pCL2（4.9kb），然而从绿刀鱼（green knife fish）中的分离菌株却存在3.1kb、4.1kb、5.7kb和6.0kb的4种质粒，其中4.1kb和5.7kb的质粒强烈杂交。
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在鱼体经鲇鱼爱德华氏菌免疫后的免疫应答及免疫保护方面，也曾有过一些研究报道。到1991年，当灭活的此菌疫苗在美国注册并经历了3年的应用试验后，才有商品化的ESC疫苗出现，但这种疫苗的免疫保护效果很不理想，且不再以大规模商品形式推广。已知年龄和诱导细胞免疫应答在产生强抗菌作用方面起着重要作用，Petrie-Hanson和Ainsworth的研究表明，3周龄内的鱼对本菌缺乏免疫应答力，据此认为是幼龄鱼缺乏发育成熟的淋巴细胞。减毒的疫苗显示，可以诱导较强的免疫反应，但也可能需要用在3周龄以上的鱼。
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有记述该菌在池水中可存活8d，在池底泥中于18℃时可存活45d、25℃时可存活95d不死亡；一般对萘啶酮酸、磺胺嘧啶、链霉素、卡那霉素、庆大霉素、四环素、氯霉素、青霉素和头孢菌素等抗菌类药物是敏感的。
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3.2 病原学意义
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据世界动物卫生组织（OIE）《水生动物疾病诊断手册》第3版（2000）中的记述，ESC是于1976年（Hawke 1979）在美国的亚拉巴马州（Alabama）和佐治亚州（Georgia）的河鱼中首次发现的，继之ESC成了美国南部对鱼养殖业危害最大的传染病，大多对本病的报道都是在沟鲇（Ictalurus punctatus）即斑点叉尾（因此也称其为叉尾肠道败血症），但在北美的鱼包括犀目、黄、黑和云斑也能分离到该菌；有报道，泰国也从蟾胡鲇和几种观赏鱼中分离到该菌；同时有实验表明，鲑鳟鱼等也具有易感性。在世界动物卫生组织（OIE）《国际水生动物卫生法典》（International Aquatic Animal Health Code）第3版（2000）中，将ESC列为重要的鱼病，同时规定“当进口该病的易感活鱼或其配子体、卵或未去内脏的死鱼时，实行ESC官方控制政策的输入国官方机构，可以要求输出国的官方机构签发一份国际水生动物健康证书，证明产地的水产养殖场、地区或国家经过用适当方法定期检测ESC，其结果为阴性。”
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ESC的急性流行常在水温18～28℃时，在这个温度范围以外带菌的鱼群体只有少量发病死亡，所以有一定的季节性，春天和秋天为危险期；其他环境因素如水质、有机物成分、饲养密度和环境压力等，也都会影响该菌的致病性，但无论如何本菌已被确认为鱼的致病菌。发病后表现的症状及病变等在各种鱼中有所不同，已报道的主要有两种类型：一是常见的肠道感染后发生急性败血症，除了一般的细菌感染所表现出的特征外，贫血和眼球突出是常见的症状，在肝脏及其他内脏器官表现有出血点和坏死点分布；二是慢性感染，最初在鼻根的嗅觉囊，继之缓慢发展到脑组织形成肉芽肿性炎症，这种慢性的脑膜炎会改变行为表现，伴有交替的倦怠和不规则游动，在后期典型的“头穿孔（hole in the head）”病例可见到头背颅侧部烂的很深，一直暴露出脑部。和鱼类的其他细菌感染一样，可在嘴的周围、喉咙和鳍的基部发生皮肤淤斑和出血，有时会突起多个直径2mm左右的出血性损伤，还会发展成脱色性溃疡；组织学检查可见，所有组织、肌肉都发生感染，有弥散性的肉芽肿。尽管病后恢复的鱼有明显的免疫反应和血清抗体，但仍然是带菌的，感染后4个月的鱼体内仍可分离到细菌，表明这些无症状的带菌鱼是传染源，通过粪便散播细菌，细菌在养殖池塘中持续存在并能不断引起本病发生与流行，且本菌能在沉积物中存活很长时间则构成了传播的重要途径。所有分离到的鲇鱼爱德华氏菌株都有降解硫酸软骨素（chondroitin sulfate）的能力，实验结果表明这是重要的致病因素；另外，有证据显示该菌很容易穿过鱼的肠黏膜。
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同时，该菌也能引起鲇鱼肠道败血症的暴发，该病有季节性，常发生于春季和秋季水温大约为25℃左右时，此时很适宜于该菌生长繁殖。此外，紫、黑鲈、金体美鳊鱼、鳙等也可被感染发病，也曾从白鲇鱼和褐色鲇鱼中分离到，尚未见有从人体分离到本菌的报道。
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据王伟俊等编著的《淡水鱼病防治彩色图说》（2001）中记述，在我国的广东、湖北、湖南、四川、河南、河北及重庆等地均已发现ESC，其发病率在30%左右。肖克宇等（1998）报道，1996年从湖南长沙市望城县某养鳖场患白板综合征（white abdomen syndrome）的3只发病濒死鳖（体重100～300g）肝、肾中，分离到鲇鱼爱德华氏菌，通过用分离的C9605普通营养琼脂28℃培养22h的菌（用生理盐水洗下并稀释成10×108cfu/ml）液，经后肢基部肌肉注射（0.3ml/只）及口服（直接注入食道1.0ml/只）途径感染健康中华鳖（体重50～80）各4只，结果被感染鳖均发病死亡，并出现了与自然病例类似的病变，同时能从感染病死鳖分离回收到原感染菌，认为所分离到的鲇鱼爱德华氏菌是相应白板综合征的病原菌；所检病鳖主要表现为腹甲苍白，背甲青灰色，头颈伸出，呼吸困难，体表无损伤，口咽腔发白，有少量腹水，肝、肾黄白色并肿大，肠内有少量淤血，其余脏器无明显病变；经对所分离菌株的鉴定，认为可归于鲇鱼爱德华氏菌，但该菌株能发酵木糖产酸、产生H2S、耐青霉素，所以报道者将其鉴定为鲇鱼爱德华氏菌变异株（Edwardsiella ictaluri variation strain），在文中称爱德华氏菌变异株。另外，在B.Austin等著“Bacterial Fish Pathogens：Disease of Farmed and Wild Fish”第3版（1999）中记述，鲇鱼爱德华氏菌引起的鱼类感染，在临床症状方面常缺乏规律性特征，病死前病鱼表现为与水面垂直无力地悬挂，快速地绕中心自转或旋转着游动；外部病变在体长超过15cm的鱼常表现不明显，主要包括咽部及口腔附近皮肤出血或淤血、鳃变淡、突眼、头部开口损伤（尤其在身体侧面两眼之间颅骨的前部）；剖检可见肾脏和脾脏肿胀，肝脏出血且有坏死灶，腹膜（peritoneum）内有血性腹水，腹腔内肌肉壁（muscle walls）淤血；其总体表现为典型的细菌性败血症（bacterial septicaemia）变化。
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3.3 微生物学检验
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在前面迟钝爱德华氏菌相应项下的记述，可作为进行鲇鱼爱德华氏菌分离与鉴定的参考。另外，在世界动物卫生组织（OIE）《水生动物疾病诊断手册》第3版（2000）中，具体制定有对ESC的检验程序，其内容包括“病原的鉴定”与“ESC的标准监测方法”两部分内容，对于有效检出鲇鱼爱德华氏菌和确诊ESC是很有用的。
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鲇鱼爱德华氏菌主要通过分离病原菌和做生化试验进行鉴定，由于该菌不能产生吲哚和H2S，而容易与迟钝爱德华氏菌区分开（后者可产生吲哚和H2S）。另外，此两种菌间无血清学交叉反应，已能用特异性抗鲇鱼爱德华氏菌的血清做玻片凝集试验、荧光抗体技术及免疫酶技术来鉴定细菌。用福尔马林灭活的鲇鱼爱德华氏菌按经典的方法免疫家兔，可以获得特异性抗血清，在某些情况下也可以使用单克隆抗体。
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对于ESC的标准监测方法，包括检测抗原和做血清学试验。需注意在检测抗原时，如果事先未做细菌分离和纯化，那么用其他检测方法得到的阳性结果都必须做进一步确认，而且最好是用接种和分离细菌的方法进行确认；在血清学试验方面，虽然检测抗体的试验还很少用于日常检验，也未批准作为官方的诊断程序，但它对制定、完善鱼类健康法规时，需要对大量鱼群进行普查而言还是很有价值的，细菌的抗原特异性及病鱼恢复健康后血清中能产生抗细菌抗体也证实了这一点。具体的血清学试验内容，主要包括微量凝集试验、被动血凝试验和间接酶联免疫吸附试验。
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4 其他致病爱德华氏菌
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4.1 保科爱德华氏菌
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保科爱德华氏菌（Edwardsiella hoshinae Grimont Grimont Richard and Sakazaki 1981）在有的书籍与文献中，也被称为霍欣爱德华氏菌或浩辛爱德华氏菌，现通称为保科爱德华氏菌。该菌DNA中G＋Cmol%为56～57（Tm），模式株（全模式）ATCC33379（CIP78-56、Grimont2-78）。
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据在1984年出版的《伯杰氏系统细菌学手册》第1卷（Bergey’s Manual of Systematic Bacteriology.Vol.1）中的记述，此菌在原来仅报告了8个分离株（Grimont et al 1980），其分别为3株分离于乍得的巨蜥（Varanus sp.）、2株分离于法国布列塔尼（Brittany）的海鹦（Fratercula arctica）、1株分离于塞内加尔的蜥蜴（lizard）和1株分离于法国的火烈鸟（Phoenicopterus rube r），还有1株是从水中分离到的，后来又从无腹泻病人的粪便中分离到2株（R.Sakazaki个人通讯）。有关该菌的生物学性状，可参见在前面迟钝爱德华氏菌中生物学性状项下的有关记述；至于该菌病原学方面的资料甚少，有记述其主要为鳟鱼的致病菌，现在还没有证据表明它能引起人的感染；该菌在对一些抗菌药物的敏感性方面，与上述的鲇鱼爱德华氏菌基本一致。段翠兰等（2005）报道，从患病斑点叉尾的病变肝脏分离到2株菌（编号J-22和T-8）。经理化特性鉴定表明，菌株J-22为创伤弧菌（V.vulnifcus），菌株T-8为保科爱德华氏菌；感染试验结果显示，保科爱德华氏菌具有较强致病性，能引发与自然发病鱼相同的症状，具体为鳍出血、鳍条溃烂、表皮溃烂、尾蛀鳍等，肝组织切片检查显示，病变最初为部分肝细胞发生颗粒变性及水样变性（颗粒变性的肝细胞肿大），严重时肝细胞内的小空泡连成大空泡，核悬浮于肝细胞中央，细胞周界不清晰，细胞核肿大并出现部分肝细胞的核浓缩、破裂和溶解消失。
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4.2 福建爱德华氏菌
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韩先朴等（1989）报道，我国福建省有些鳗鲡养殖场经常发生一种流行病，引起鳗鲡的批量死亡。1986年8月至1987年2月，先后从几个养鳗场的病鳗鲡体内分离到一种病原菌，被鉴定为爱德华氏菌属细菌的一个新种，并根据分离地“福建”，将其定名为福建爱德华氏菌（Edwardsiella fujianensis sp.nov.），典型菌株为E86-205。露天养鳗池的流行季节一般是以夏季为主，但从春末到秋天均可发生；加温的养鳗池，水温在20℃以上时均可见有发病；特别是在白仔鳗饲养诱食阶段，投喂丝蚯蚓时常急性暴发，出现大批死亡。各生长阶段，无论白仔鳗、黑仔鳗还是成鳗均有感染发病，但在白仔鳗阶段多为急性型，危害大，来势猛。症状表现为肾脏型、肝脏型两种类型。无论是肝脏型还是肾脏型，从肝脏和肾脏均可分离到细菌。该菌与前面所记述爱德华氏菌的主要区别特征为，能迅速利用纤维糖和鸟氨酸脱羧酶阴性。
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4.3 浙江爱德华氏菌
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王国良等（1993）报道，我国浙江省各养鳗场常流行一种病害，引起养殖鳗鲡的批量死亡，也有出现大批死亡的情况。1987年10月至1989年6月先后，对此病害进行了流行病学调查及病原菌检验，结果检出了一种病原菌，被鉴定为爱德华氏菌属细菌的一个新种，并根据分离地“浙江”，将其定名为浙江爱德华氏菌（Edwardsiella zhejiangensis sp.nov.），典型菌株为E895205。病鳗的外表症状为胸、背及臀鳍均充血；肛门扩大且突出，周围发红肿胀；腹部显著发红肿胀，失去弹性，严重的在肝脏部位有穿孔（可见肝脏外露）。剖检见肝、肾都有病变，以肝脏较为严重（表现肿大、色泽不匀、有浊斑）；盲囊充水，肠管无明显病变。从病鳗的肝、肾、血液中分离到9株细菌。鉴定结果表明，该菌与前面所记述爱德华氏菌的主要区别特征是能利用阿拉伯糖和乳糖。
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另方面，除了上述5种爱德华氏菌外，在有的书籍中也有鳝死爱德华氏菌[E.anguillimortifera （Hoshina 1962）Sakazaki and Tamura 1975]的记载与评述，实际上它与在前面有所述及的鳝死副大肠杆菌（P.anguillimortiferumHoshina 1962）是相关联的。在1965年，Ewing和McWhorter创立了爱德华氏菌属并命名了迟钝爱德华氏菌（E.tarda）后，根据已有资料发现，迟钝爱德华氏菌与鳝死副大肠杆菌差异不大（见表4-5），按照命名法规应以“anguillimortiferum ”代替“tarda ”，一些学者认为E.tarda 应为E.anguillimortifera 的同物异名，但P.anguillimortiferum 菌株已丢失无法进行深入研究。这一问题尽管尚有争论，但迟钝爱德华氏菌已是正式命名的，且它们均有同样的模式株ATCC15947，鳝死爱德华氏菌也尚未得到过认定，因此从现有的资料看，鳝死副大肠杆菌和鳝死爱德华氏菌尚不属于独立的种。
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第5章 耶尔森氏菌属
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1 菌属定义与分类位置
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1.1 菌属定义
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该属的细菌为革兰氏染色阴性的直杆菌，有时接近球杆状，大小为0.5～0.8μm×1～3μm，在37℃不运动，但除了鲁氏耶尔森氏的一些菌株和鼠疫耶尔森氏菌始终不运动外的其他菌株，在30℃以下生长时靠周鞭毛运动；兼性厌氧，有机化能营养，有呼吸和发酵两种代谢类型，适宜的生长温度为28～30℃；从D-葡萄糖和其他碳水化合物分解产酸，但不产气或产少量气，氧化酶阴性，过氧化氢酶阳性，吲哚的产生在各种之间有差异，甲基红试验常常是阳性，V-P和枸橼酸盐试验在37℃是阴性但在25～28℃有变化，赖氨酸脱羧酶试验阴性，精氨酸双水解酶试验阴性，除了鼠疫耶尔森氏菌、假结核耶尔森氏菌、罗氏耶尔森氏菌（Y.rohdei）外的鸟氨酸脱羧酶阳性，不产生H2S，除了伯氏耶尔森氏菌（Y.bercovieri）、鼠疫耶尔森氏菌和鲁氏耶尔森氏菌外的其他种水解尿素，很少菌株能在KCN培养基中生长，不利用丙二酸盐，还原硝酸盐，所有或大多数的种发酵碳水化合物，包括L-阿拉伯糖、麦芽糖、D-甘露醇、D-甘露糖和海藻糖。具有很宽的生境谱，包括人和动物尤其是啮齿类动物和鸟类，及土壤、水、乳制品和其他食物。鼠疫耶尔森氏菌是鼠疫的病原菌，鼠疫是野生啮齿类动物的一种主要疾病，鼠疫耶尔森氏菌由跳蚤在野生啮齿类动物间传播，细菌在跳蚤体内繁殖并阻塞食管和咽，跳蚤在叮咬吸食血液时将病菌输入并将疾病传染给人，受感染跳蚤的叮咬在人类引起典型的腺型鼠疫，通过染菌飞沫的吸入可引起肺型鼠疫；假结核耶尔森氏菌是多种动物及偶尔可为人类的病原菌，能引起人的肠系膜淋巴结炎、慢性腹泻和严重的败血症；小肠结肠炎耶尔森氏菌能在动物和人类引起相似的感染，鲁氏耶尔森氏菌可在鱼类引起红嘴病（red mouth disease），其他种偶尔可为人类的条件病原菌或无病原性。
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细菌DNA中G+Cmol%为46～50（Tm、Bd），模式种（type species）：鼠疫耶尔森氏菌［Yersinia pestis （Lehmann and Neumann 1896）van Loghem 1944］。
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1.2 分类位置
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