绪言 一、微生物的概念 形体微小、结构简单，单一的个体通常不能用肉眼所辨识的微小生物，统称为微生物。 说明： ①“ 微生物”不是分类学的概念，而是归类名词，它包括分类学上的多个类群，其归类标准就是生物体积的大小，结构的简单。 ②“ 微”是指生物个体的直径＜ 0.1mm （肉眼的分辨力）。借助于光学显微镜或电子显微镜才能看见。 ③ 许多细菌聚集构成的“群体”叫菌落，眼睛就看的见。

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1 ．繁殖快 --- 生长快速（ rapid growth rates ） 。2 ．分布广 --- 微生物几乎无所不在（ opmipresent ） 。3 ．结构简单 --- 大多数微生物需要显微观察（microscopic ）；微生物结构较不复杂（ less complex ）。4 ．微生物通常以独立的增殖单位（ independent units ）存在。5 ．微生物种类很多

二、微生物的特点

真核生物－真菌　　　　　原核生物－细菌、放线菌、螺旋体、立克次氏体、霉形体、衣原体非细胞生物－病毒（含类病毒和朊病毒）（一毒三菌四体）　　　　

微生物主要类群

病毒、细菌、真菌、放线菌、螺旋体、霉形体、立克次氏体、衣原体、微生物的形态

（a

原核生物界原生生物界

真菌界

共同祖先

细菌域古生菌域

（ba 生物五界分类系统图示原核生物界

原生生物界

真菌界

共同祖先

细菌域古生菌域

（b原核生物界

原生生物界

真菌界

原核生物界原生生物界

植物界 真菌界 动物界

共同祖先

古生菌域

共同祖先

原核生物域 古生菌域真核生物域

生物三域分类系统图示

三、微生物在生命世界的位置

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生物界名称 主要结构特征 微生物类群名称病 毒 界 无细胞结构，大小为纳米级 病毒 类病毒

原核生物界 细胞中无核膜与核仁的分化，无细胞器，大小为微米级。细 菌 放线菌 蓝细菌 支原体 衣原体 螺旋体 立克次氏体

原生生物界 细胞中具核膜与核仁的分化，有细胞器，大小为微米级。 单细胞藻类 原生动物等

真 菌 界 细胞中具核膜与核仁的分化，有细胞器，单细胞或多细胞。 酵母菌 霉菌 蕈菌植 物 界 细胞中具核膜与核仁的分化，有细胞器，为大型非运动真核生物。动 物 界 细胞中具核膜与核仁的分化，有细胞器，为大型能运动真核生物。

生物的六界系统

1 、第一阶段——形态学时期 --- 感性认识阶段（史前期）（约 800 年前 ~1676 ）四、微生物学发展过程

列文虎克1684年寄给皇家协会信的部分内容

列文虎克与他的显微镜：最先发现了“微生物世界”1 、形态学描述阶段 初创期

法国科学家巴斯德（ Louis Pasteur， 1822-1895 ） •彻底否定了自然发生说•证实发酵由微生物引起•发明了狂犬病毒减毒疫 苗制备方法 •发明巴氏消毒法

2 、生理学与免疫学的奠基时期

法国科学家巴斯德（ Louis Pasteur， 1822-1895 ） •彻底否定了自然发生说•证实发酵由微生物引起•发明了狂犬病毒减毒疫 苗制备方法 •发明巴氏消毒法

2 、生理学与免疫学的奠基时期

•发明培养基并用其纯化微生物等一系列研究方法的创立•证实炭疽病因 — 炭疽杆菌发现结核病原菌—结核杆菌•科赫法则

德国微生物学家柯赫（ Robert Koch ， 1843-1910 ）

划线法获得单菌落 科赫定理图示单菌落

科赫法则

•德国科学家布赫纳（ 1897 年）： 酵母菌无细胞压榨汁将葡萄糖发酵成酒精•英国科学家弗莱明（ 1929 年）： 发现了世界上第一个抗生素 - 青霉素

生化水平研究阶段

J.D.Waston, H.F.C.CrickJ.D.Waston, H.F.C.Crick发现发现 DNADNA 双螺旋模（双螺旋模（ 19531953年）年）

分子生物学水平研究阶段 ,

微生物具备生命现象的特性和共性，将是21 世纪进一步解决生物学重大理论问题，如生命起源与进化，物质运动的基本规律等，和实际应用问题，如新的微生物资源的开发利用，能源、粮食等的最理想的材料。

21世纪微生物学展望

微生物学是研究微生物形态、生理、遗传变异、生态分布、分类及其与人类关系的科学，广义的微生物学还包括免疫学，甚至还包括寄生虫学，特别是原虫学。

五、微生物学研究范围

微生物学 基础微生物学 应用微生物学 根据所研究的生物学问题 根据所研究的对象 根据所应用的领域 根据所应用的技术 微生物分类学 病毒学 食品微生物学 酿造工艺 微生物细胞学 细菌学 工业微生物学 发酵工程 微生物生物化学 菌物学 环境微生物学 生物制品 微生物遗传学 藻类学 微生物药物学 微生物检验 微生物生理学 原生动物学等 病原微生物学 环境生物工程 微生物生态学 农业微生物学 基因工程 免疫学等 医学微生物学等 酶工程

抗生素等 图 1-2 微生物学研究范围与分支

微生物与人类和动物健康及疾病密切相关微生物在工业生产中有很多应用 微生物对农业生产有着很大的影响 微生物学促进了生物学的发展 微生物作为模式生物具有如下优点：（ 1 ）微生物具有相对不复杂的结构；（ 2 ）微生物培养成本低、群体数量大， 易于获得统计学上可信度高的结果；（ 3 ）微生物生长速度快，倍增时间短， 极大缩短了世代培养研究所需周期。

六、微生物学的重要性与社会需求

第一章 细菌的形态与结构

细菌 (bacterium) 是属原核生物界 (prokaryotae) 的 一种单细胞微生物。 第一节 细菌的大小与形态 第二节 细菌的结构 第三节 细菌形态与结构检查法

第一节 细菌的形态和结构 原核细胞型微生物，体积微小，结构简单，以二分裂方式反繁殖，在一定条件下有相应恒定的形态和结构。

细菌细菌（（ bacteriubacteriumm ））

一 细菌的大小和形态 以微米为单位，不同时期外形不同 .

球菌 杆菌 螺形菌

大小大小

形态形态

杆菌（ bacillus ）

球菌（ coccus ）

螺菌弧菌vibrio

螺形菌 spirillar bacteria

螺菌spirillum

二、细菌的形态：

二 细菌的结构 细胞壁 细胞膜 细胞质 核质 荚膜 鞭毛 菌毛 芽孢

基本结构基本结构

特殊结构特殊结构

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第一章 细菌的形态和结构 观察细菌常用光学显微镜，其大小用测微尺在显微镜下进行测量，以微米 ( m)μ为单位。不同种类的细菌大小不一，同一种细菌也因菌龄和环境因素的影响而有差异。 细菌按其外形，主要有

球菌杆菌螺形菌

细菌细胞的大小细胞的大小是细菌分类特征不同细菌细胞大小不同同一细菌的不同菌龄细胞大小不同细菌细胞大小还与营养等因素相关细胞大小的测量结果只是近似值或平均值

细菌电子显微镜照片

细菌细胞的大小

普通光学显微镜下用测微尺测细菌大小

柄细菌

其他形状的细菌

柄细菌 (Caulobacter bacterroides)

变形菌

Different Shapes

Fig. 4.11

Different Shapes

一、球菌 (coccus) ：葡萄球菌、链球菌、双球菌葡萄球菌(streptococcus)

链球菌(streptococcus)

球菌(coccus)

脑膜炎奈瑟菌

双球菌 (diplococcus)

肺炎链球菌

球菌(coccus) 四联球菌

(tetrad)

球菌(coccus) 八叠球菌

(sarcina)

二、杆菌 (bacillus) ：单杆菌、链杆菌不同杆菌的大小、长短、粗细很不一致。

炭疽芽胞杆菌 3-10 μm

大 中

大肠埃希菌 2-3 μm

小

布鲁菌 0.6-1.5 μm

杆菌 (bacillus)

杆菌的形态多样两端齐平

炭疽芽胞杆菌

两端尖细

白喉棒状杆菌

杆菌 (bacillus)

杆菌的形态多样分枝杆菌 双歧杆菌

大肠杆菌

三、螺形菌 (spiral bacterium)

弧菌 螺菌 螺杆菌

弧形霍乱菌淋病球菌

幽门螺旋菌 左：显微数码摄像右：结构示意图

第二节 细菌的结构基本结构 细胞壁、细胞膜、细胞质、核质特殊结构 荚膜、鞭毛、菌毛、芽胞

一 . 基本结构（一）细胞壁 (cell wall)

革兰阳性菌革兰阴性菌革兰染色

两类细菌细胞壁的共同组分为肽聚糖，但各有其特殊组分。

革兰染色法： 涂片 风干 固定 结晶紫 碘液 95%乙醇 复红1min 1min 脱色

革兰染色法： 结晶紫 碘液 95%乙醇 复红 抗酸染色： 石炭酸复红 3%盐酸酒精 美兰 其它特殊染色

染色法1min1min 1min 脱色

5min 脱色

革兰阳性 革兰阴性 抗酸染色

2 。 1 。 2

细菌细胞的结构

a. 细菌细胞壁（ cell wall ）的结构

细胞壁革兰氏阳性菌 （ G+ ） 肽聚糖： 聚糖骨架 四肽侧链 五肽交联桥 磷壁酸 表面抗原 调节离子通过革兰氏阴性菌 （ G- ） 肽聚糖 ：聚糖骨架 四肽侧链 外膜 ： 脂蛋白 脂质双层 脂多糖 脂质 A 核心多糖 特异多糖

（一）化学成分

M

M

M

M

G

G

G

GM

M

M

M

G

G

G

GM

M

M

M

G

G

G

GM

M

M

M

G

G

G

G

革兰阳性菌的肽聚糖结构

M N- 乙酰胞壁酸G N- 乙酰葡糖氨

四肽侧链五肽桥

ß1、 4 糖苷键溶菌酶作用点

青霉素作用点

G- 菌 肽 聚 糖 结 构

( DAP-二氯基庚二酸 ）

聚糖骨架：同 G+ 菌四肽侧链： L-丙、 D-谷、 DAP、D-丙

革兰阳性菌的细胞壁革兰阳性菌的细胞壁

细胞膜细胞质

磷壁酸 肽聚糖

肽聚糖

革兰阴性菌的细胞壁革兰阴性菌的细胞壁脂多糖

细胞质细胞膜

脂蛋白外膜

外膜蛋白

周浆间隙

c. 细胞壁化学组成

高等植物 纤维素 霉菌 几丁质

酵母 甘露聚糖，葡聚糖

细菌肽聚糖

N －乙酰葡萄糖胺N －乙酰胞壁酸短肽脂多糖

Cncnc-micro

磷壁酸

1. 肽聚糖 (peptidoglycan)

革兰阳性菌肽聚糖—聚糖骨架、四肽侧链、五肽交联桥

青霉素作用点

溶菌酶作用点

N-乙酰葡糖胺N-乙酰胞壁酸

革兰阴性菌肽聚糖—聚糖骨架、四肽侧链1. 肽聚糖 (peptidoglycan)

2. 革兰阳性菌细胞壁特殊组分壁磷壁酸膜磷壁酸

3. 革兰阴性菌细胞壁特殊组分

3. 革兰阴性菌细胞壁特殊组分

脂多糖 (lipopolysaccharid,LPS)

革兰阳性菌与阴性菌细胞壁结构比较细胞壁 革兰阳性菌 革兰阴性菌强度 较坚韧 较疏松厚度 20-80nm 10-15nm

肽聚糖层数 可多达 50层 1-2层肽聚糖含量 占细胞壁干重 50%-80% 占细胞壁干重 5%-20%

磷壁酸 + —

外膜 — +

脂蛋白 — +

脂多糖 — +

肽聚糖细胞质膜

外壁层Gram positive bacteria, G+

Gram negative bacteria, G—细菌的细胞壁 ( 粉红色以外的部分 )

Cell Walls of Bacteria

•Peptidoglycan is found only in bacteria•Keeps cells from lysing, due to turgor pressure

肽聚 糖质 膜外壁层

周质空间革兰氏阳性 革兰氏阴性

细胞壁抛面结构

b.细胞壁的功能1. 固定细胞外形2. 协助鞭毛运动3. 保护细胞免受外力的损伤4. 为正常细胞分裂所必需5. 阻拦有害物质进入细胞6. 与细菌的抗原性、致病性和对噬菌体的敏感性密切相关

细菌细胞膜的结构与真核细胞者基本相同，由磷脂和多种蛋白质组成，但不含胆固醇。 细菌细胞膜的功能与真核细胞者类似，主要有物质转运、生物合成、分泌和呼吸等作用。 细菌细胞膜可形成一种特有的结构，称为中介体。

（二）细胞膜 (cell membrane)

细菌的细胞膜 概念：位于细胞壁内侧，紧包在细胞质外的一层有弹性、具有半透性的生物膜。 功能：

物质转运（选择性通透作用） 呼吸作用（与能量的产生储存和利用有关） 生物合成和分泌 形成中介体（细胞膜向细胞浆内陷折叠成囊状物，具有参与细胞呼吸、生物合成及有丝分裂的功能）

细胞膜模式结构图

载体蛋白脂质双层

细 胞 膜 电 镜照片

白喉杆菌细胞膜与中介体

中介体：是部分细胞膜内陷、折叠、卷曲形成的囊状物，多见于革兰阳性菌。其功能类似于真核细胞的线粒体，故亦称为线粒体 (chondroid)。

中介体 (mesosome)

中介体

a b c d

ea:内嵌蛋白 ;b、 c:内嵌蛋白或整合蛋白d:外周蛋白 ;e: 多酶复合体 ;f:脂双分子层

1. 细胞膜

f

细菌染色体 DNA 的复制模式

Structure of Cytoplasmic MembraneStructure of Cytoplasmic Membrane

核糖体 (ribosome) ：细菌合成蛋白质的场所，游离存在于蛋白质中。 质粒 (plasmid) ：染色体外的遗传物质，存在于细胞质中。为闭合环状的双链 DNA ，控制细菌某些特定的遗传特性。 细菌细胞质中含有多种颗粒，大多为贮藏的营养物质。其中有一种主要成分是 RNA和多偏磷酸盐的颗粒，其嗜碱性强，用亚甲蓝染色时着色较深呈紫色，称为异染颗粒 (metachromatic granule) 。常见于白喉棒状杆菌，位于菌体两端，故又称极体 (polar body) ，有助于鉴定。

（三）细胞质 (cytoplasm)

细菌的细胞质 结构和功能 核糖体 蛋白质合成场所，由蛋白质和核酸组成的胞浆 颗粒，是抗菌药物选择作用的靶点。四环素类、大环内酯类、氨基糖甙类 质粒 可以独立复制。 不是细菌生命所必须的。 可以在细菌之间相互转移。与耐药性、基因工程有关 胞质颗粒 本质是细菌的营养物质。 与细菌诊断有关。如巴氏杆菌的异染颗粒。

核糖体亚基连在

核糖体（ Ribosome)

多聚核糖体

、

核糖体亚基 释 放

质粒

染色体

质粒 (circular covalently closed DNA )

质粒功能

R 因子：与抗药性有关F 因子：与有性接合有关其他质粒：与抗生素，色素合成有关基因工程中作为目的基因载体

一 . 基本结构（四）核质 (nuclear material)

细菌是原核细胞，不具有成形的核。细菌的遗传物质称为核质或拟核，无核膜、核仁和有丝分裂器。功能与真核细胞的染色体相似。核质由单一密闭环状 DNA 分子反复回旋卷曲盘绕组成松散网状结构。

细菌的核质 拟核 原核细胞无核膜、核仁，染色体集中 于胞浆中的某一区域，由裸露的双股 DNA反复折叠形成的超螺旋结构，具 有细胞核功能，控制着细菌的遗传和 变异等生物学性状。喹诺酮类药物靶点，磺胺类作用部位

3. 核区（ nuclear region or area ）

又称核质体、原核、拟核、核基因组 (genome ）是一个大型环状 DNA 分子。长度为 0.25-3.00mm每个细胞所含的核区数一般 1—4 个细菌除在染色体复制时间内呈双倍体外 , 一般均为单倍体

二 . 特殊结构（一）荚膜 (capsule) 荚膜：某些细菌在其细胞壁外包绕一层黏液性物质，为疏水性多糖或蛋白质的多聚体，用理化方法去除后并不影响细胞的生命活动。

肺炎链球菌荚膜

荚膜

细菌的荚膜 (capsule) 概念 细菌生长过程中，合成并向细胞外分泌的粘液性物质，多糖和多肽成分 . 形成和特性 营养要求高 ( 动物体内血清火塘的培养基上才能生长 ) ， 普通染色法不着色 , 特殊染色可染成和菌体不同的颜色。 功能及医学意义

抗原性 : 鉴别分型 抗吞噬功能 ( 与细菌毒力有关 ) 抗溶酶体补体对细菌的损伤 抗干燥

糖被 (glycocalyx)

细菌负染后相差显微镜图片（示荚膜）

大多数细菌的荚膜是多糖，炭疽芽胞杆菌、鼠疫耶氏菌等少数菌的荚膜为多肽。 多糖分子组成和构成的多样化使其结构极为复杂，成为血清学分型的基础。 荚膜的形成需要能量，与环境条件有密切关系。有荚膜的细菌形成粘液 (M)或光滑 (S) 菌落，失去荚膜后其菌落边为粗糙型（ R ）型。

1. 荚膜的化学组成

荚膜成分多糖

纯多糖杂多糖

多肽和多糖蛋白质

葡聚糖纤维素果聚糖多肽

海藻酸透明质酸聚 -D-谷氨酸……

抗吞噬作用：荚膜具有抵抗宿主吞噬细胞的作用，因而荚膜是病原菌的重要毒力因子。 粘附作用：荚膜多糖可使细菌彼此之间粘连，也可粘附于组织细胞或无生命物体表面，形成生物膜，是引起感染的重要因素。 抗有害物质的损伤作用：荚膜处于细胞的最外层，有保护菌体避免和减少受有害物质的损伤作用。

2. 荚膜的功能

二 . 特殊结构（一）鞭毛 (flagellum)

许多细菌在菌体上附有细长并呈波状弯曲的丝状物，称为鞭毛，是细菌的运动器官。 鞭毛需用电子显微镜观察，或经特殊染色法使鞭毛增粗后才能在光镜下看到。

鞭毛菌分类

单毛菌

双毛菌

丛毛菌

周毛菌

1. 鞭毛的结构

鞭毛是运动器官。 鞭毛有抗原性。

2. 鞭毛的功能

二 . 特殊结构 菌毛：许多革兰阴性菌和少数革兰阳性菌菌体表面存在着一种比鞭毛更细、更短而直硬的丝状物，与细菌的运动无关。 菌毛蛋白具有抗原性。 根据功能不同，菌毛可分为普通菌毛和性菌毛两类。 菌毛在普通光学显微镜下看不到，必须用电子显微镜观察。

（二）菌毛 (filus/fimbriae)

普通菌毛遍布菌细胞表面，每菌可达数百根。 这类菌毛是细菌的粘附结构，能与宿主细胞表面的特异性受体结合，是细菌感染的第一部。因此，菌毛和细菌的致病性密切相关。 菌毛的受体常为糖蛋白或糖脂，与菌毛结合的特异性决定的宿主的易感部位。 如果红细胞表面具有菌毛受体的相似成分，不同的菌毛引起不同类型的红细胞凝集——血凝（ hemagglutination,HA)

1. 普通菌毛 (ordinary pilus)

仅见于少数革兰阴性菌。 数量少， 1-4根。 比普通菌毛长而粗，中空呈管状。 性菌毛由致育因子（ F ）编码，故又称 F 菌毛。 带有性菌毛的 F+ 菌与无性菌毛的 F- 菌相遇时，性菌毛与其相应受体结合， F+ 菌内的质粒或

DNA 可通过性菌毛 进入 F- 菌体内，此过程——接合 (conjugation)。 性菌毛是某些噬菌体吸附于菌细胞的受体。

2. 性菌毛 (sex pilus)

项目 鞭毛 菌毛

成 分大 小结 构数 目功 能着生处菌 种

鞭毛蛋白0.01～ 0.02×2～ 70um一般由 3 股鞭毛蛋白链紧密绞成绳状1- 数百根运动通过钩形鞘与细胞壁内的鞭毛基体连接许多杆菌和少数球菌

菌毛蛋白0.007-0.009×0.5-20um由菌毛蛋白亚基卷成中1- 数百根空螺旋附着，接合细胞质许多 G －杆菌和球菌

细菌的鞭毛和菌毛的比较

二 . 特殊结构 芽胞：某些细菌在一定的环境条件下，能在菌体内部形成一个圆形或卵圆形小体，是细菌的休眠形式。芽胞形成后细菌即失去繁殖能力。 产生芽胞的都是革兰阳性菌。

（三）芽胞 (spore)

细菌形成芽胞的能力是由菌体内的芽胞基因决定的。芽胞一般只在动物体外才能形成，其形成条件因菌种而异。 一个细菌只形成一个芽胞，一个芽胞发芽也只生成一个菌体，细菌数量并未增加，因而芽胞不是细菌的繁殖方式。与芽胞相比，未形成芽胞而具有繁殖能力的菌体可称为繁殖体

(vegetative form)。

1. 芽胞的形成与发芽

某些细菌在其生长发育后期 ， 在细胞内形成一个圆形或椭圆形、厚壁、含水量极低、抗逆性极强的休眠体

由于一个营养细胞内仅生成一个芽孢，无繁殖功能 芽孢是生物界中抗性最强的生命体。芽孢在普通条件下可保持几年至几十年的生活力。

4.芽孢 (endospore/spore)

芽胞的大小、形状、位置等随菌种而异，有重要的鉴别意义。

炭疽芽胞杆菌

肉毒梭菌

破伤风梭菌

芽胞的结构

芽胞的抵抗力强，可在自然界中存在多年，是重要的传染源。但芽胞并不直接引起疾病，只有发芽成为繁殖体后，才能迅速大量繁殖而致病。 芽胞抵抗力强，故应以杀灭芽胞作为可靠的灭菌指标。 芽胞抵抗力强的原因： (1)芽胞含水量少，蛋白质受热后不易变性。 (2)芽胞具有多层致密的厚膜，理化因素不易透入。 (3)含有的 DAP 与钙结合的盐能提高芽胞中各种酶的稳定性。

2. 芽胞的功能

荚膜

肺炎

细菌的鞭毛概念 细菌表面细长而弯曲的蛋白质丝状物 。功能 细菌的运动器官。 某些细菌的鞭毛与致病性有关。 鉴别细菌。

细菌的菌毛 概念 细菌表面比鞭毛更细，短而直，数目较多的 蛋白质丝状物。 分类和功能 普通菌毛 布满菌体，细菌的黏附器官，细菌致病 的因素。 性菌毛 主要见于革兰氏阴性菌，数量少， 比普通长而粗，呈中空管状，由致育因子 F质粒编码。参与基因物质的转移；是噬菌体吸附于菌细胞的受体。

细菌的芽孢 概念 某些细菌在一定条件下形成一个圆形或卵圆形小体， 具有完整的细菌结构，能保持细菌的生命活性。 形成和特性 1 、营养缺乏的条件下形成。 2 、条件恢复以后，芽孢重新发芽生成细菌。 3 、是细菌的休眠形式。 功能和医学意义 1 、 抵抗力强（作为消毒灭菌的指标）。 2 、不直接引起疾病，但发芽成繁殖体后迅速引起疾病。 3 、鉴别细菌（芽孢的大小、形态、位置）。

普通光学显微镜的分辨率为 0.25um 。一般细菌都大于 0.25um ，故可用普通光学显微镜观察。

普通光学显微镜 (light microscope)

显微镜放大法

电子显微镜的分辨率为 1nm 。不仅能看清细菌的外形，内部超微结构可一览无余。

电子显微镜 (electron microscope)

肺炎链球菌荚膜

荚膜

显微镜放大法

透射电镜 扫描电镜

细 菌 L 型 ( L formed bacteria)

概念 形成条件 生物学特性 与医学的关系

细菌 L 型的菌落类型

临床分离葡萄球菌 L 型 葡萄球菌 L型恢复以后

概念：细菌的细胞壁因受到物理、化学、或生物因素的作用而破坏或合成受到抑制而成为细胞壁缺陷的细菌，细胞壁缺陷的细菌仍能生长和分裂者称为 L 型细菌。 特性及其与医学的关系： 1 、在体内、体外均可形成； 2 、呈多形性，多为 G- ； 3 、在高渗、低琼脂、含人或动物血清的培养基中生长； 4 、菌落呈油煎蛋样； 5 、去除诱因可恢复； 6、 L 型细菌仍能致病，一般为慢性感染，而常规培养没有细菌。