3.1 細菌
在自然界中，細菌的種類和數量均是最多的，平時我們在生活中提到微生物往往就是指細菌，它與我們的關系十分密切，其在環境中作用也是很大的，因此，它成為環境微生物學的主要研究對象。
3.1.1 細菌的個體形態和大小
細菌屬于原核生物，為單細胞，即一個細胞就是一個個體。細菌的個體（也就是細胞）基本形態有三種：球狀、桿狀和螺旋狀（見圖3-1）。
圖3-1 細菌的個體形態
（1）球狀 細胞個體形狀為球形，其直徑為0.5～2.0μm，稱為球菌。
各類球菌又可以根據其分裂后排列方式分為以下幾種：單球菌，細胞分散而獨立存在，如脲微球菌（Micrococcus ureae）；雙球菌，兩個細胞連在一起，如腦膜炎雙球菌（Neisseria meningitidis）；四聯球菌，四個細胞連在一起成田字形，如四聯微球菌（Micrococcus tetragenus）；八疊球菌，八個細胞疊在一起成立方體，如甲烷八疊球菌（Sarcina methanica）；鏈球菌，細胞排列成一鏈條狀，如乳鏈球菌（Streptococcus lactic）；葡萄球菌，細胞不規則地排成一串，如金黃色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）。
（2）桿狀 細胞個體形狀為桿狀，其大小為（0.5～1）μm×（1～5）μm，稱為桿菌。
桿菌中細胞長寬比比較大的為長桿菌，如枯草桿菌（Bacillus subtilis）；細胞長寬比比較小的為短桿菌，如大腸桿菌（Escherichia coli）。另外，多個桿菌連成一長串的稱為鏈桿菌；末端膨大成棒狀的稱為棒桿菌。
（3）螺旋狀 細胞個體形狀呈螺旋卷曲狀，其大小為（0.25～1.7）μm×（2～60）μm。螺旋菌中螺旋的數目和螺距隨細菌的不同而不同。其中，螺紋不滿一圈的稱為弧菌，如霍亂弧菌（Vibrio cholerae）；螺紋在一圈以上的稱為螺菌，如紫硫螺旋菌（Thiospirillum violaceum）和紅螺菌屬（Rhodospirillum）。
還有一種比螺旋菌彎曲得更多、更長的菌體，稱為螺旋體（見3.5節）。
另外，我們在環境中經常可以看到一種被稱為絲狀菌的細菌，在水體、潮濕土壤及活性污泥中都可以看到這種形狀的細菌。在有的教材中將其列為第四種細菌形態。
所謂絲狀菌，其實是由柱狀或橢圓狀的細菌細胞一個個連接而成的，外面有透明的硬質化的黏性物質包裹（稱為鞘）。所以它實際上是一種細菌的群體形態，故從嚴格意義上來說，是不應把它列為細菌的個體形態的，但從實際應用的角度，這種分法也是具有價值的。環境中常見的絲狀菌有浮游球衣菌（Sphaerotilus natans）、發硫菌屬（Thiothrix）、貝日阿托菌屬（Beggiatoia）、亮發菌屬（Luecothrix）等。
在正常情況下，細菌的個體形態和大小是相對穩定的，故它也是細菌分類鑒定的重要依據。但是，環境條件的變化，如營養條件、溫度、pH、培養時間等，會引起細菌個體形態的改變或畸形；不同的種類和菌齡的細菌個體，在個體發育過程中，細菌的大小有變化，剛分裂的新細菌小，隨發育逐漸變大，老齡細菌又變??；另外，有的細菌種是多形態的，即在其生命的不同階段，會有不同的個體形態出現，如黏細菌在生命的某一階段會出現無細胞壁的營養細胞和子實體。
3.1.2 細菌的細胞結構
細菌是單細胞的原核微生物，但所謂“麻雀雖小，五臟俱全”，其內部結構相當復雜，各種結構保證了細菌作為一個獨立個體能完成其生長繁殖等生命活動的各項功能。
細菌的細胞結構可分為一般結構和特殊結構：其中所有的細菌均有的結構（稱為一般結構或基本結構）有細胞壁、細胞質膜、細胞質、內含物及細胞核物質等；而有的結構是某些種類的細菌所特有的（稱為特殊結構），如芽孢、莢膜、鞭毛、黏液層、菌膠團、衣鞘等，特殊結構常常是細菌分類鑒定的重要依據。細菌細胞的結構模式見圖3-2。
圖3-2 細菌細胞的結構模式
3.1.2.1 細菌的一般結構
從細菌細胞最外層開始，由外向內，依次有下列的細胞一般結構。
（1）細胞壁（cell wall） 細胞壁是在細胞最外面的堅韌而略帶彈性的薄膜。它占菌體的10%～25%。
①細胞壁的化學組成和結構 細胞壁的化學組成主要有肽聚糖、蛋白質和脂肪，另外還可能會有磷壁酸、脂多糖等。在所有的細菌中，只有膠膜醋酸菌（Acetobacter xylinum）和產醋酸桿菌（A.acetigenum）例外，它們的細胞壁是由纖維素構成的。
由于細胞壁組成的不同，可把細菌分成兩大類：革蘭陽性菌（G+）和革蘭陰性菌（G-）。革蘭陽性菌和革蘭陰性菌的劃分是通過革蘭染色實驗來確定的（見3.1.5節）。
運用電子顯微鏡觀察和其他分析研究手段，人們發現，革蘭陽性菌和革蘭陰性菌在細胞壁的化學組成和結構上有明顯差異。革蘭陽性菌的細胞壁比較厚（20～80nm），結構比較簡單，含肽聚糖（包括以下幾種成分：D-氨基酸、L-氨基酸、胞壁酸和二氨基庚二酸）、磷壁酸（質）、少量蛋白質和脂肪。革蘭陰性菌的細胞壁比較?。?0nm），結構較復雜，分為外壁層和內壁層。外壁層分為三層，最外面是脂多糖，中間是磷脂，內層是脂蛋白；內壁層含肽聚糖，不含磷壁酸。細菌細胞壁的結構見圖3-3。革蘭陽性菌和革蘭陰性菌細胞壁化學組成的比較見表3-1。
圖3-3 細菌細胞壁的結構
表3-1 革蘭陽性菌和革蘭陰性菌細胞壁化學組成的比較
肽聚糖是一種獨特的物質，其組成成分是在動植物中從未見到過的，因此細胞壁中肽聚糖層的存在幾乎是所有原核生物的鑒別性特征。
革蘭陽性菌和革蘭陰性菌不僅在化學組成上不同，而且在各成分的含量上也有很大差異，革蘭陽性菌的肽聚糖含量百分比要高于革蘭陰性菌，而革蘭陰性菌的脂肪和蛋白質含量要高于革蘭陽性菌。
②細菌細胞壁的生理功能
a.保護原生質體免受滲透壓引起的破裂作用。
b.保持和固定細胞形態。
c.為鞭毛提供支點，使鞭毛運動。
d.細胞壁的多孔結構可起到分子篩的作用，可以阻擋某些分子進入和保留蛋白質在間質（革蘭陰性菌和細胞質之間的區域）。
細胞壁能保持和固定細胞形態可以通過兩個實驗來證明：一個為溶菌酶實驗，用溶菌酶去除細胞壁后，發現所有的細菌形態都成為球狀；另一個為質壁分離實驗，將細胞置于高糖溶液中，使細胞內的水分外滲，細胞質收縮，但細胞的形態沒有發生變化。
（2）細胞質膜（protoplasmic membrane） 位于細胞壁以內的所有結構，統稱為原生質體，包括細胞質膜、細胞質及其內含物、細胞核物質。
細胞質膜（質膜）是在細胞壁和細胞質之間，緊貼在細胞壁內側的一層柔軟而富有彈性的薄膜，厚度為7～8nm。它是一層半透性膜，其質量占菌體的10%。
①細胞質膜的化學組成 細胞質膜主要由蛋白質（60%～70%）、脂類（30%～40%）和多糖（約2%）組成。蛋白質與膜的透性及酶的活性有關。脂類是磷脂，由磷酸、甘油、脂肪酸和膽堿組成。
②細胞質膜的結構 在電子顯微鏡下，可以看到細胞質膜的雙層結構，上下兩層為致密的著色層，中間夾一個不著色的層（區域）。對此，目前人們公認的解釋是：磷脂分子構成膜的基本骨架，上下兩層磷脂分子層平行排列，具有極性的磷脂分子親水基朝向膜的內、外表面的水相，疏水基（由脂肪?；鶊F組成）在中間。蛋白質鑲嵌在磷脂層中或膜表面，有的蛋白質由外側伸入膜的中部，有的穿透膜的兩層磷脂分子，膜表面的蛋白質還帶有多糖。有的蛋白質在膜上的位置是不固定的，可以轉動和擴散，因此，細胞質膜是一個流動鑲嵌的功能區域。細胞質膜還可以內陷成層狀、管狀或囊狀的膜內褶系統，位于細胞質的表面或深部，常見的有中間體。細胞質膜的結構模式見圖3-4。
圖3-4 細胞質膜的結構模式
③細胞質膜的作用 細胞質膜的功能有以下幾種。
a.控制細胞內外物質的交換（吸收營養和排泄廢物等）。膜的半透性以及膜上存在的與滲透有關的酶，可以選擇性決定物質的進出細胞。
b.細胞壁合成的場所。膜上有合成細胞壁和形成橫隔膜所需要的酶。
c.進行物質和能量代謝。膜上有許多重要的酶，如滲透酶、呼吸酶及ATP合成酶等。
d.膜內陷形成的中間體上有呼吸電子傳遞需要的酶系，具有類似高等生物線粒體的功能，它還與染色體的分離和細胞分裂有關，為DNA提供附著點。
e.與細菌運動有關。鞭毛基粒位于細胞膜上，是鞭毛附著的部位。
（3）細胞質（cytoplasm）及其內含物 細胞質是位于細胞膜以內，除核物質以外的無色透明的黏稠膠體物質，又稱為原生質。細胞質由蛋白質、核酸、多糖、脂類、無機鹽、水等物質組成。細胞質內含有各種酶系統，是細菌細胞進行新陳代謝的場所。
幼齡菌的細胞質稠密、均勻，富含RNA，易被堿性和中性染料著色，著色均勻。老齡菌缺乏營養，RNA被細菌作為氮源、能源和磷源而利用，使細胞著色不均勻。所以由染色均勻與否可判斷細菌的生長階段。
內含物是細胞質內存在的各種顆粒結構，它們擔負著重要的生理功能。常見的細胞質內含物有以下幾種。
①核糖體（ribosome） 核糖體是分散在細菌細胞質中的亞微顆粒，以游離狀態或多聚核糖體狀態存在，是合成蛋白質的場所。它由60%的RNA（rRNA）和40%的蛋白質組成。
在細菌（原核生物）的核糖體中，RNA（rRNA）有三種，分別為5S、16S和23S（S為沉降常數，用來衡量分子量的大?。：颂求w的沉降常數為70S（由50S和30S大小兩個亞基組成），直徑為20nm。
核糖體的作用是合成蛋白質，因此，核糖體的數量與蛋白質合成直接有關，當細菌處于旺盛生長時，每個個體內的核糖體數可達（1～7）×104個，生長緩慢時，可減少到2000個左右；一般細菌細胞中約有10000個核糖體。
②內含顆粒（inclusive granule） 成熟細菌細胞，在營養過剩時，細胞質內可形成各種儲藏顆粒。如異染粒、聚β-羥基丁酸（PHB）、硫粒、淀粉粒等。內含顆粒的產生與菌種有關，也與環境條件有著十分密切的關系。當營養缺乏時，它們又可被分解利用。
a.異染粒（volutin granule） 異染粒主要由多聚偏磷酸、核糖核酸、蛋白質、脂類及Mg2+組成，可用藍色的堿性染料（如甲苯胺藍、亞甲藍）使之染成紫紅色。異染粒是磷酸鹽的儲備，在聚磷菌中富含異染粒。在生長的細胞中異染粒含量較多，在老齡細胞中被細胞用作碳源和磷源而減少。
b.聚β-羥基丁酸（poly-β-hydroxybutyric，PHB） PHB是β-羥基丁酸的直鏈聚合物，被一單層蛋白質膜包圍。它為脂溶性，不溶于水，易被脂溶性染料蘇丹黑著染，在光學顯微鏡下清晰可見。在假單胞菌（Pseudomonas）、根瘤菌（Rhizobium）、固氮菌（Azotobacter）、腸桿菌（Enterobacter）等細菌菌體內均可見有PHB的存在。當缺乏營養時，PHB可以被用作碳源和磷源。
c.硫粒（sulfur granule） 貝日阿托菌（Beggiatoa）、發硫菌（Thiothrix）、紫硫螺菌及綠螺菌（Chlorobium）等細菌能利用H2S作為能源，生成硫粒，積累在菌體內。當缺乏營養時，氧化體內的硫粒為
，從中取得能量。硫粒具有很強的折光性，可以在光學顯微鏡下很容易被看到。
d.肝糖粒（glycogen granule）和淀粉?！∮行┘毦诤荚簇S富而氮源不足的培養基上生長時，會形成肝糖粒和淀粉粒。兩者都能被碘液染色，前者被染成紅色，后者被染成深藍色。肝糖粒和淀粉?？杀患毦鳛樘荚春湍茉蠢谩?/p>
③氣泡（gas vacuole） 在一些光合細菌和水生細菌的細胞質中，含有氣泡，呈圓柱形或紡錘形，由許多氣泡囊組成。氣泡的主要功能是調節浮力。在含鹽量高的水中生活的專性好氧的鹽桿菌屬（Halobacterium）體內含氣泡量較多，細菌借助氣泡浮到水面吸收氧氣。
（4）核物質 細菌是原核生物，沒有定形的細胞核（無核仁、核膜），但具有遺傳物質DNA（脫氧核糖核酸），即核物質，又稱為擬核（nucleoid），亦稱為細菌染色體。
在細菌中，DNA纖維存在于核區，由環狀雙鏈的DNA分子高度折疊纏繞而成。如E.coli的菌體長度僅1～2μm，而其DNA分子總長可達1.1mm。由于細菌DNA 含有磷酸基，帶有很強的負電荷，用特異性的富爾根（Fulegen）染色法染色后，可在光學顯微鏡下看見，呈球狀、棒狀或啞鈴狀。
細菌的擬核雖然簡單，但它與其他生物的細胞核一樣具有儲存遺傳信息、決定和傳遞遺傳性狀的功能，它是細菌的主要遺傳物質。
許多細菌細胞還具有質粒（plasmid）。質粒是存在于染色體外的小分子環狀DNA，它可以獨立進行復制或整合到染色體上。它可以被遺傳或者傳遞給后代。質粒的存在對細胞本身的生長和繁殖并不重要，但質粒上攜帶的一些基因可以給細胞帶來新的特性，如使細胞具有抗藥性，賦予細胞新的代謝能力，產生致病性及其他許多特性。
根據質粒的存在和傳播類型將其分為游離質粒（episome plasmid）和結合質粒（conjugative plasmid）。游離質粒既可以整合到染色體上，也可以不在染色體上而存在。結合質?？梢栽诩毦Y合時將自己的拷貝轉給另外的細胞。
質粒在細菌生活中起著許多重要作用。它對微生物學家和分子遺傳學家構建和轉化重組細胞及基因克隆提供著有價值的作用。
3.1.2.2 細菌的特殊結構
常見的細菌特殊結構有以下幾種。
（1）莢膜（capsule） 在一些種類的細菌中，能分泌一種黏性物質于細胞壁的表面，完全包圍并封住細胞壁，使細菌和外界環境有明顯的邊緣，這層黏性物質稱為莢膜。碳氮比高和強的通氣條件有利于好氧細菌形成莢膜。細菌莢膜可以很厚（約200μm），稱為大莢膜（macrocapsule）；也可以很?。ㄐ∮?00μm），稱為微莢膜（microcapsule）。莢膜是細菌分類的依據之一。
莢膜的含水量在90%～98%，主要化學成分是多糖、多肽、脂類或脂類蛋白復合體。如在巨大芽孢桿菌中，莢膜有多糖組成的網狀結構，其間鑲嵌以D-谷氨酸組成的多肽。
莢膜對染料的親和力很低，不易被著色，在實驗中可用負染色法（亦稱襯托法）進行染色，即把細菌樣品制成涂片后，先對菌體進行染色，然后用墨汁將背景涂黑，在菌體和黑色背景之間的透明區就是莢膜（見圖3-5）。
圖3-5 細菌的莢膜和負染色法
①莢膜的功能 莢膜的功能有以下幾個。
a.保護功能，莢膜的存在有利于細菌對干燥的抵抗，也有利于防止細菌被吞噬和噬菌體的侵染，因此，莢膜的存在也是很多致病菌的特征（可以抵抗機體細胞的吞噬作用）。
b.當營養缺乏時，莢膜可以成為細菌的外碳源（或氮源）和能量的來源。
c.在廢水處理中，莢膜能吸附廢水中的有機物、無機固體物及膠體物，把它們吸附在細胞表面，有利于對其的吸收降解。
d.莢膜是分類鑒定的依據之一。
②細菌細胞結構和群體結構 另外有幾個與莢膜有關的細菌細胞結構以及由細菌組成的群體結構（菌膠團），希望注意區分。
a.黏液層（slime layer） 有些細菌不產莢膜，其細胞表面分泌的黏性多糖物質疏松地附著在細胞壁表面，與周圍環境無明顯的邊緣，稱為黏液層。在廢水生物處理中，黏液層具有吸附作用，并很容易因沖刷和攪動而進入水中，成為其他生物的有機物來源。
b.菌膠團（zoogloea） 當多個細菌個體排列在一起時，其莢膜互相融合，形成公共莢膜包藏的具有一定形狀的細菌集團，稱為菌膠團。在活性污泥中常能見到多種形態的菌膠團，如球形、橢圓形、蘑菇形、分枝狀、垂絲狀及不規則狀。菌膠團的形成對于水處理有十分重要的意義，它是廢水生物處理中常見的由細菌組成的群體結構（見圖3-6）。
圖3-6 菌膠團的形態
c.衣鞘（sheath） 在一些水生細菌中，如球衣菌屬、纖發菌屬、發硫菌屬、亮發菌屬、泉發菌屬等，多個細菌呈絲狀排列，表面的黏性物質硬質化，形成絲狀菌，這個在外面包圍的結構就是衣鞘。
上述莢膜、黏液層、菌膠團、衣鞘等結構，其化學組成主要都是糖類，故有的書上將它們統稱為糖被（glycocalyx）。
（2）芽孢（spore） 某些細菌在其生活史的某一階段或遇到不良環境條件時，會在其細菌體內形成一個圓形、橢圓形或圓柱形的內生孢子，稱為芽孢。能產生芽孢的細菌種類包括好氧的芽孢桿菌屬（Bacillus）和厭氧的梭狀芽孢桿菌屬（Clostridium）、一個屬的球菌（芽孢八疊球菌屬Sporosarcina）和一個屬的弧菌（芽孢弧菌屬Sporovibrio）。芽孢的位置因種而異，有的是在菌體中間（如枯草芽孢桿菌），有的是在菌體的一端（如破傷風桿菌）。芽孢的位置、形狀、大小等也是菌種鑒別的依據（見圖3-7）。
圖3-7 細菌芽孢的各種類型
芽孢的特點如下。
①芽孢的原生質高度脫水，含水量少（約40%），所以芽孢內代謝活動停止。
②芽孢的壁很厚，緊密結實，可分為三層：外殼層主要由硬蛋白組成；中層為皮層，由肽聚糖組成，含大量2，6-吡啶二羧酸（dipicolinic acid，DPA）；內層由肽聚糖構成，包圍芽孢細胞質和核質。
③芽孢內含有大量的DPA，可達干重的15%，以鈣鹽形式存在，所以芽孢內鈣含量高，DPA的存在是芽孢具有抗熱性的主要原因。
④含有耐熱性酶，在120～140℃還能生存幾小時。
由于上述特點，芽孢對不良環境如高溫、低溫、干燥和有毒物質等具有較強的抗性。芽孢處于不活動的休眠狀態，可以幫助細菌度過不良的環境，一旦外界條件變好，它可萌發成為營養細胞。由于芽孢的抗性最強，故我們在檢查滅菌效果時，可以采用芽孢為指示，即以它作為滅菌效果是否徹底的標志。
（3）鞭毛（flagella） 鞭毛是從細菌細胞膜上的鞭毛基粒長出，并穿過細胞壁伸向體外的一條長絲狀、波曲狀的蛋白質附屬物。鞭毛的直徑為0.01～0.025μm，長度為2～50μm。
絕大多數能運動的細菌具有鞭毛，鞭毛是細菌的運動胞器。鞭毛的旋轉、擺動使細菌可以迅速運動。一般幼齡菌活動活躍，而老齡菌鞭毛會脫落而失去活動能力。有鞭毛的細菌能運動，但并不是能運動的細菌都有鞭毛，有的細菌能借助其他方式運動，如滑行細菌（貝日阿托菌、透明顫菌、黏細菌等）。
有的細菌的鞭毛是單根的，也有多根的，可以是一端單生的或者兩端單生的；也可以是成束的，一端叢生的或者是兩端叢生的；也有的是周生的。鞭毛的著生位置、數量、排列方式等都與細菌的鑒定有關，它是細菌種的特征（見圖3-8）。
圖3-8 細菌鞭毛的著生位置
1—極端生；2—亞極端生；3—兩極端生；4，7—兩束極端生；5—周生；6—單根極端生；8—束極端生
鞭毛運動是靠細胞膜上的ATP酶水解ATP提供能量。由于鞭毛很細，無法直接觀察，通常用鞭毛染色法將染料沉積在鞭毛上使之變粗，就可在光學顯微鏡下看見了；也可以直接在電子顯微鏡下進行觀察。
（4）菌毛（fimbira）和性毛（pilus） 菌毛，又稱為纖毛、傘毛、線毛或須毛，是一種長在細菌體表的纖細、中空、短直且數量較多的蛋白質類附屬物，其功能是使菌體能附著于物體表面。菌毛的直徑一般為3～10nm，長度為0.2～2μm，每菌數量可達250～300條，周身分布。菌毛多存在于G-致病菌中。
性毛，又稱為性菌毛，是一類特殊的菌毛，存在于大腸桿菌和腸道菌表面，構造和成分與菌毛相同，但比菌毛長，且數量只有一根至少數幾根。其功能被認為與細菌的遺傳物質的傳送（細菌結合）有關。
3.1.3 細菌的繁殖
細菌生活在適宜條件下，細胞體積、質量不斷增加而開始繁殖。細菌一般被認為不存在有性繁殖，只進行無性繁殖。細菌的繁殖方式主要為裂殖，只有少數種類進行芽殖和孢子生殖。在適宜條件下，多數細菌繁殖速度極快，分裂一次需時僅20～30min。
（1）裂殖 裂殖是指一個細胞通過分裂而形成兩個子細胞的過程。首先是DNA進行復制，兩條DNA鏈各自形成一個核區，兩個核區間形成細胞質膜，使細胞質分開，形成兩個子細胞的細胞壁，最后形成兩個大小一致的子細胞（見圖3-9）。
圖3-9 細菌的二分裂
對桿狀細胞來說，有橫分裂和縱分裂兩種方式，一般細菌均進行橫分裂（又稱為二分裂）。個別種類的細菌，如綠色硫細菌，存在三分裂的方式，蛭弧菌中，存在復分裂的方式。
（2）芽殖與孢子生殖 芽殖是指在母細胞的表面（尤其是一端）先形成一個小突起，待其長大到與母細胞相仿后再相互分離并獨立生活的一種繁殖方式。凡以這類方式繁殖的細菌統稱為芽生細菌，包括芽生桿菌屬（Blastobacter）、生微絲菌屬（Hyphomicrobium）、生絲單胞菌屬（Hyphomonas）、硝化桿菌屬（Nitrobacter）、紅微菌屬（Rhodomicrobium）和紅假單胞菌屬（Rhodopseudomonas）等十余屬細菌。
少數細菌能由一個細胞形成許多分裂孢子或節孢子，與真菌的孢子不同，這些孢子有的很小，以致可通過細菌過濾器。
3.1.4 細菌的培養特征
在對細菌的研究中，經常要讓細菌（通常是純種）在各種培養基上生長，在不同的培養基上，不同種類的細菌會呈現不同的培養特征。這些培養特征也是對細菌進行分類鑒定或者判斷其呼吸類型和運動性的重要依據。
首先來認識什么是培養基。所謂培養基是人工配制的供給微生物營養物質的基質。微生物在培養基上生長繁殖或進行某種生理活動。培養基有固體培養基（加入1.5%～2%的瓊脂，在常溫下凝固）、半固體培養基（加入0.3%～0.5%的瓊脂，使之在常溫下呈半固體狀）和液體培養基的區分。
3.1.4.1 細菌在固體培養基上的培養特征
（1）菌落 細菌在固體培養基上的生長繁殖，由于受到固體表面的限制，無法自由活動，從而聚集在一起，就是菌落。所謂菌落是指將單個細胞接種到固體培養基上，在合適的條件下培養一定的時間，生長繁殖形成一堆由無數個個體組成的肉眼可見的群體。
（2）菌落特征 在細菌培養中，獲得單個細菌個體的辦法主要有稀釋平板法和平板劃線法。不同種類的細菌在不同的培養基上所出現的菌落特征是不同的（見圖3-10）。菌落的特征主要有大小、形狀、光澤、顏色、質地軟硬、透明度等。菌落特征是細菌分類的依據之一。可以從三個方面來看菌落的特征：菌落表面的特征，如光滑還是粗糙、干燥還是濕潤等；菌落的邊緣特征，如圓形、邊緣整齊、呈鋸齒狀等；縱剖面的特征，如平坦、扁平、隆起、凸起、草帽狀、臍狀、乳頭狀等。
圖3-10 細菌菌落特征
縱剖面：1—扁平；2—隆起；3—低凸起；4—高凸起；5—臍狀；6—草帽狀；7—乳頭狀表面結構、形態及邊緣：8—圓形，邊緣整齊；9—不規則，邊緣波浪；10—不規則，顆粒狀，邊緣葉狀；11—規則，放射狀，邊緣花瓣形；12—規則，邊緣整齊，表面光滑；13—規則，邊緣齒狀；14—規則，有同心環，邊緣完整；15—不規則，似毛毯狀；16—規則，似菌絲狀；17—不規則，卷發狀，邊緣波浪；18—不規則，絲狀；19—不規則，根狀
菌苔是細菌在斜面培養基接種線上長成的一片密集的細菌菌落，不同種類的細菌所產生的菌苔也是不同的（見圖3-11）。
圖3-11 細菌在斜面培養基上的菌苔
3.1.4.2 細菌在明膠培養基上的培養特征
用穿刺接種法將細菌接種到明膠培養基上，如果該細菌能產生明膠水解酶，就能在培養基上看到不同形態的由于明膠水解而產生的溶菌區（見圖3-12），這也是細菌分類鑒定的依據之一。
圖3-12 細菌在明膠培養基上的生長特征
3.1.4.3 細菌在半固體培養基上的培養特征
半固體培養基由于瓊脂含量比較少，細菌能在內部運動，因此可以用來判斷細菌的運動性以及呼吸類型等（見圖3-13）。
圖3-13 細菌在半固體培養基上的生長特征
1，2—不運動性好氧菌；3—不運動性兼性菌；4—運動性好氧菌；5—運動性兼性菌
用穿刺接種法接種細菌到半固體培養基上，如果細菌在培養基表面及穿刺線的上部生長，為好氧菌；如果只在穿刺線的下部生長，為厭氧菌；如果在整條穿刺線都能生長，則為兼性菌。如果只沿穿刺線生長，為沒有鞭毛、不運動的細菌；如果它還能穿透培養基擴散生長，則為有鞭毛、能運動的細菌。
3.1.4.4 細菌在液體培養基上的培養特征
在液體培養基上，細菌個體可以自由擴散生長，細菌在液體培養基上的主要培養特征有是否成膜、渾濁、沉淀等，也是分類的依據之一（見圖3-14）。如枯草芽孢桿菌在肉湯培養基表面會形成無光澤、皺褶而黏稠的膜。
圖3-14 細菌在液體培養基中的生長特征
1—絮狀；2—環狀；3—菌膜；4—薄膜狀
3.1.5 細菌的物理化學性質
3.1.5.1 細菌表面電荷和等電點
在細菌體內和細胞膜表面存在大量的蛋白質，蛋白質由20種氨基酸組成（這部分內容將在后面的章節中詳細描述）。氨基酸是兩性電解質，在堿性溶液中表現帶負電荷，在酸性溶液中表現帶正電荷，在某一pH溶液中（等電點），正負電荷相等，表現為不帶電荷的中性。
由氨基酸構成的蛋白質也是兩性電解質，也呈現一定的等電點。細菌細胞壁表面含蛋白質，所以，細菌也具有兩性電解質的性質。已知革蘭陽性菌的等電點在pH 2～3，革蘭陰性菌的等電點在pH 4～5，革蘭染色不穩定菌的等電點在pH 3～4，而在一般情況下，細菌所處的環境溶液，包括培養基條件，其pH為中性，或略偏堿或偏酸，都高于細菌的等電點。所以細菌的游離氨基電離受到抑制，而游離羧基電離，細菌表面帶負電荷。加上革蘭陽性菌細胞壁的磷壁酸含有大量酸性較強的磷酸基，更加導致細菌表面帶負電。
細菌表面所帶的負電荷，對細菌具有重要的生理意義，它與細菌染色、細菌對營養物質的吸收等都有關系。
3.1.5.2 細菌的染色原理和方法
（1）細菌的染色原理 大多數細菌菌體是無色透明的，在顯微鏡下由于反差小而不易觀察。通過染色，可增加菌體與背景的反差，在顯微鏡下可清楚地看見菌體的形態。另外，利用染色方法，還可以對細菌的某一結構進行特定的染色，以便于觀察和鑒定。因此染色是微生物（細菌）研究中最基本也是最重要的手段。
在細菌染色中常用的染料有：屬于堿性染料的結晶紫、龍膽紫、堿性品紅（復紅）、番紅、美藍（亞甲藍）、甲基紫、中性紅、孔雀綠等；屬于酸性染料的酸性品紅、剛果紅、曙紅等。不同的染料可以把細菌菌體染成不同的顏色，由于細菌表面通常帶負電，所以堿性染料的使用比較多，但有些種類的細菌，如分枝桿菌（Mycobacterium）的某些種類，需用酸性染料染色。
對一些特殊的結構，需要用一些特殊的染料和方法。如細菌的鞭毛染色，通過把銀離子沉淀到鞭毛表面，加粗鞭毛，以便觀察。還有一些特殊顆粒物的染色等，也都是根據對象的特性采用一些專門的染色方法。
（2）染色方法 染色方法分為兩大類：簡單染色和復合染色。
簡單染色是用一種染料染色，目的是為了增加菌體與背景的反差，便于觀察。而復合染色常用兩種或更多的染料或試劑，根據需要進行多次染色，以達到實驗的要求。如區別不同細菌的革蘭反應或抗酸性反應，或區別比較細菌的結構和差異等。在復合染色法中，最著名也是最常用的就是革蘭染色法。
（3）革蘭染色法 1884年，丹麥細菌學家Christain Gram發明了革蘭染色法。
①染色步驟 革蘭染色法是一種復合染色法，即通過多次染色達到目的，其主要步驟如下。
a.初染 用草酸銨結晶紫或龍膽紫染料，將菌體染成紫色。
b.媒染 用碘-碘化鉀溶液（魯哥液）進行媒染，這是一個中間處理步驟，目的在于降低細菌表面的等電點，形成草酸銨結晶紫、碘-碘化鉀復合物。
c.脫色 用乙醇或丙酮酸進行脫色，常用95%的乙醇，革蘭陽性菌不被脫色而保持紫色，而革蘭陰性菌被脫色。
d.復染 用品紅或番紅進行復染，革蘭陽性菌仍呈紫色，而革蘭陰性菌被染成紅色。
②染色機制 關于革蘭染色的機制有不同的解釋，但目前比較公認的解釋有以下兩點。
a.革蘭染色與等電點的關系 已知革蘭陽性菌的等電點在2～3，革蘭陰性菌的等電點在4～5，革蘭陽性菌的等電點低于革蘭陰性菌，說明革蘭陽性菌所帶的負電荷要多于革蘭陰性菌，它與結晶紫的結合力大，用魯哥液媒染形成復合物后，兩者的等電點均有下降，但革蘭陽性菌降得更多，因此它不易被乙醇提取和脫色。最后看到革蘭陽性菌的結果為紫色。
b.革蘭染色與細胞壁的關系 上述等電點不能解釋在一些細菌中出現的因細胞結構被破壞而發生革蘭染色結果變化的現象。研究人員通過電子顯微鏡對細胞壁的觀察和對細胞壁化學成分的分析，發現革蘭陽性菌的細胞壁脂類含量少，肽聚糖含量多，而革蘭陰性菌則相反。因此，用乙醇脫色時，革蘭陰性菌的脂類物質被乙醇溶解，細胞壁的孔徑和通透性增加，乙醇較容易進入細胞體內將草酸銨結晶紫、碘-碘化鉀復合物提取出來；而在革蘭陽性菌中，由于脂類物質少，肽聚糖多，加上乙醇的脫水作用，縮小了細胞壁上的孔徑，降低了通透性，阻止了乙醇分子的進入，菌體不易被脫色。
革蘭染色是細菌研究中最基本的技術手段之一。通過革蘭染色方法幾乎可把所有的細菌分成革蘭陽性菌和革蘭陰性菌兩大類，是細菌分類鑒定的重要指標；另外，革蘭陽性菌和革蘭陰性菌在細胞結構、成分、形態、生理、生化、遺傳、免疫、生態和藥物敏感性等方面都有明顯的不同，因此，通過革蘭染色就可以提供不少其他重要的生物學特性方面的信息。
3.1.5.3 細菌懸液的穩定性和穩定度
細菌在液體培養基中的存在狀態有穩定和不穩定兩種：一種為S型（光滑型），其細菌懸液很穩定，整個菌體為親水基，均勻分布于培養基中，不發生凝聚，只有在電解質濃度很高時才會發生凝聚；另一種為R型（粗糙型），它具有強電解質，細菌懸液很不穩定，容易發生凝聚而沉淀，培養基很清。細菌的這種區別取決于細菌表面的解離層，取決于細菌表面的親水基和疏水基的比例和平衡。
細菌呈半透明狀態，光線照射菌體時，一部分光線透過，而一部分被折射，所以細菌懸液會有渾濁現象。渾濁度指標可以大致反映液體內細菌數量的多少。
3.1.5.4 細菌的多相膠體性質
細菌細胞質中含有多種蛋白質，其成分和功能各不相同，所以細胞質是個多相膠體，某一相吸收一組物質進行生化反應，另一相又吸收另一組物質進行另一種生化反應，在一個細菌體內可同時進行多種生化反應。
3.1.5.5 細菌的比表面積
細菌個體微小，但具有巨大的比表面積，如乳酸桿菌的表面積/體積約為120000。這有利于細胞吸收營養物質和加強新陳代謝。
3.1.5.6 細菌的密度和質量
細菌的密度為1.07～1.19（1.09）g/cm3，細菌的密度與菌體所含物質有關。蛋白質的密度為1.5g/cm3，糖的密度為1.4～1.6g/cm3，核酸的密度為2g/cm3，鹽的密度為2.5g/cm3，脂類的密度小于1g/cm3，整個菌體的密度略大于水的密度。單個細菌的質量是很小的，為1×10-10～1×10-9mg。
3.1.6 細菌的分類和鑒定
研究微生物分類理論和技術方法的科學稱為微生物分類學（microbial taxonomy）。分類學內容涉及三個既相互依存又有區別的組成部分——分類、命名和鑒定。
分類（classification）是根據一定的原則（表型特征相似性或系統發育相關性），對微生物進行分群歸類，根據相似性或相關性水平排列成系統，并對各個分類群的特征進行描述，以便查考和對未被分類的微生物進行鑒定。
命名（nomenclature）是根據命名法規，給每一個分類群一個專有的名稱。
鑒定（identification或determination）是指借助現有的微生物分類系統，通過特征測定，確定未知的、新發現的或未明確分類地位的微生物所應歸屬分類群的過程。
在本教材的緒論部分，已經介紹了有關分類和命名的基本知識。對于環境科學工作者而言，在實際工作中接觸到比較多的是有關鑒定的工作，因而，在此介紹有關微生物（細菌）鑒定的基本原理和方法。
3.1.6.1 細菌鑒定和分類的聯系與區別
細菌的常規鑒定和細菌分類的工作方案從表面上看有相似之處，都包括菌株的分離、純化和性狀測定各環節，但實際上兩者是有區別的。
（1）從工作目的來看，分類是按相似性或同源性界定和排列分類單元，也就是確定分類單元在分類系統中的位置。鑒定是對分離物進行識別，如在水的衛生檢驗中，我們關心的是是否存在指示菌——大腸桿菌，而該菌在分類上如何處置在此并不重要。
（2）鑒定方案是根據一群菌共同具有的（或缺少的）一個或多個特征為基礎制定出來的。因此，鑒定方案是在分類研究的基礎上制定出來的。只有當一群菌被分類以后，它的鑒定方案才能被設計出來。
（3）細菌鑒定中多采用特有的鑒別特征或實驗，而不需像分類工作那樣對分離物進行全面分析。鑒定中多選用形態和生理生化等表型特征。在上述特征無法鑒別時，需要借助于一些較復雜的方法，如DNA的堿基組成和核酸的同源性分析等。
3.1.6.2 細菌分類和鑒定的主要依據
鑒于微生物（細菌）形體微小、結構簡單的特點，其分類和鑒定除了傳統的形態學、生理學和生態學特征之外，還必須尋找新的特征依據。20世紀60年代以來，微生物學家從不同層次（細胞的、分子的等），用不同學科（化學、物理學、遺傳學、免疫學、分子生物學等）的技術方法來研究和比較不同的微生物細胞、細胞組成或代謝產物，來尋找微生物分類和鑒定的依據。所以，實際上在現代微生物分類學中，任何能穩定地反映微生物種類特征的資料，都能被作為分類和鑒定的依據。現代微生物分類學已經從一門描述性的學科發展成為集多學科先進技術于一身的實驗性科學。
（1）形態學特征 形態學特征始終被用作細菌（包括其他各類微生物）分類和鑒定的重要依據之一，其中有兩個重要原因：一是它容易觀察和比較；二是許多形態學特征依賴于多基因的表達，具有相對穩定性。因此，形態學特征不僅是細菌分類的重要依據，也往往是研究系統發育相關性的一個標志。
由于普通光學顯微鏡和相差顯微鏡操作簡便，所以是觀察個體形態最常用的工具。而掃描電鏡和透射電鏡除用于超微結構的觀察外，對于許多形態學特征的觀察也常常會得到更好的效果。
形態學特征包括個體形態特征和培養特征。
個體形態指的是顯微鏡可以觀察到的細胞形狀、大小和排列方式，具有區分屬及屬上分類單元的作用。在觀察細菌的個體形態時，要注意有些細菌在生活周期中有多形性變化，要注意其幼齡（6～8h）、生長對數期的菌體和老齡菌體的形態變化及革蘭染色的變化。
培養特征是細菌在培養基上的群體特征，它們是可以直接用肉眼進行觀察的一些特征，在分類中一般起輔助作用。它們包括固體瓊脂培養基上的菌落形態、半固體瓊脂培養基中的穿刺生長情況（需氧性、運動性）、液體培養情況以及明膠穿刺培養（胨化及其形狀）。
（2）生理生化和生態學特征 由于細菌個體小，形態簡單，所以，在細菌分類的早期，人們就注意引進生理和生化特征。這些生理生化特征與形態學特征相結合，在細菌不同等級的分類單元的分類與鑒定中起了重要作用。
生理生化特征與微生物的酶和調節蛋白質的本質和活性直接相關，酶及蛋白質都是基因產物，所以，對微生物生理生化特征的比較也是對其基因組的間接比較，加上測定生理生化特征比直接分析基因組要容易得多，因此，生理生化特征對于微生物的系統分類仍然是有意義的。許多細菌，僅僅根據形態學特征是無法區別和鑒定的，所以生理生化特征往往是細菌分類和鑒定的重要特征。
主要生理生化特征有能量代謝、營養（如碳、氮源利用譜）、代謝產物以及酶反應（接觸酶和氧化酶）等。
生態學特征如氧的需求、溫度、酸堿度、寄生、共生及致病性。
生境對于某些菌的分類有很重要的意義。例如，同為彎曲的或螺旋形細菌，生活在海洋中的為海洋螺菌（Oceanospirillum），淡水中的為水螺菌（Aquaspirillum），而彎桿菌（Campylobacter）則主要分布在動物體內。寄主范圍對寄生菌來說常具有重要的分類價值。
細胞成分包括細胞壁、細胞膜的結構與組成，核酸、蛋白質等生物大分子的組成與序列等。細胞組分分析在現代細菌分類中占有非常重要的位置。它們是化學分類和核酸分析的主要研究內容，是確定化學型及細菌種、屬的重要特征。細胞壁中氨基酸和糖類組分是放線菌及一些革蘭陽性菌分種、屬的主要性狀。不同的細胞組分可以為細菌的分類、鑒定或系統發育關系提供佐證。
（3）血清學實驗與噬菌體分型
①血清學反應 抗原（菌體）和相應的抗體（抗血清），在體內或體外均能發生特異性結合，稱為免疫反應。在體外進行體液免疫反應，一般用血清進行實驗，通常稱為血清學反應。血清學反應具有高度特異性，在微生物分類和鑒定中，可以用來進行未知菌的鑒定和抗原組成的分析。
將血清學反應與有關技術結合，形成了各種準確、靈敏、快速的血清學細菌鑒定與分類技術，如凝集反應、沉淀反應（凝膠擴散、免疫電泳）、補體結合、直接或間接的免疫熒光抗體技術、酶聯免疫以及免疫組織化學等方法。通常是對全細胞或者細胞壁、鞭毛、莢膜或黏液層的抗原性進行分析比較，也可以用純化的蛋白質（酶）進行分析，以比較不同細菌同源蛋白質之間的結構相似性。
②噬菌反應 與血清學反應相似，噬菌體也具有高度的特異性，它不僅可以對某一種細菌的寄生有專一性，就是對同種細菌的不同型也有特異性，所以，不僅可以用噬菌體來進行細菌種的鑒定，而且可以進一步把它分型。
（4）分子生物學的方法 由于細菌比較簡單的形態學特征，又缺乏化石證據，對于細菌分類學需要確定其系統發育關系，也就是不同細菌類群之間的親緣關系，單靠上述特征是不夠的，無法獲得精確的信息。這也是細菌的分類系統一直不完善的主要原因。
隨著分子生物學的迅速發展和各種新技術的廣泛采用，有關細菌種屬間親緣關系的分類和鑒定工作已經從一般的表型特征的鑒定，深化為遺傳型特征的鑒定。
目前應用于細菌分類和鑒定的分子生物學方法主要有DNA中G+C含量的測定、DNA-DNA分子雜交、DNA-rRNA的同源性測定以及16S rRNA基因序列的測定等。
（5）數值分類法 數值分類法是借助于電子計算機將運算分類單元（OUT）（如細菌的菌株）按其性狀的相似程度歸類成表觀群（phenon），目的是揭示生物分類單元之間的真實關系。該方法須有盡可能多的性狀測定，并將這些信息轉化為數值，對這些數值進行運行處理，必須借助電子計算機來完成。
數值分類法的一個重要原則是給分類單位的各種性狀特征采用“等重衡量”原則，即對所有的性狀給予相等的地位。該原則又稱為Anderson原理，是在1757年由Michel Anderson提出的。
數值分類的優點是：減少工作者的主觀偏見（在分類關系的估價和分類單元的建立上都是客觀而明確的）；可以使分類過程實現自動化（將模式種的信息輸入電子計算機，可進行自動檢索）。
3.1.6.3 細菌鑒定的方法和過程
細菌的鑒定是確定一個新的分離物是否屬于一個已被命名的分類單元的過程。主要包括分離培養、顯微鏡觀察、生理生化實驗、血清學檢驗和動植物接種等環節或技術。此外，還有噬菌體敏感性及抗生素敏感性實驗等。
（1）檢索表 細菌鑒定首先要有一個分類系統作基礎。根據這個分類系統，找出各分類單元間相互區分的一系列特征，構成一個鑒定系統，即細菌鑒定的檢索表。換言之，檢索表由一系列有關細菌特征的問題構成，這些問題引導人們通過一個分類系統來確定一個菌株的分類地位。檢索表有雙歧式和表格式兩種形式。
①雙歧式檢索表 由一系列是與否的問題構成，通過逐級分支的流程圖將一個菌株確定到一個已知的分類單元。其中的問題（性狀）必須逐級逐個回答，不能跨越。如在《一般細菌常用鑒定方法》（1982年）一書中的鑒定系統就是按雙歧法編制的。按照該書的體系，首先根據供試菌株的細胞形狀、革蘭染色反應、對氧的需求及色素有無分為5個大群，即球狀菌、革蘭陽性桿菌、產色的革蘭陰性桿菌、氧化性的革蘭陰性桿菌和發酵性的革蘭陰性桿菌，然后再用其他性狀進一步區分。圖3-15為該書中氧化性革蘭陰性桿菌的檢索表，從中可以看出常規鑒定的一個顯著特點，即傳統分類可以依靠少數性狀來區分細菌的屬（也包括種）。在分類研究中，檢索表中的一個性狀不確定，分離物就不能得到確切的鑒定。
圖3-15 氧化性的革蘭陰性桿菌
（引自：中科院微生物所.一般細菌常用鑒定方法.1982）
②表格式檢索表（鑒定特征表） 只對分類群的特征進行總結，而不給分類特征以等級化的排列。表格式檢索表往往包含較多的性狀特征，因而看起來比雙歧式復雜，但比雙歧式優越。表3-2所列為芽孢八疊球菌（Sporosarcina）種的鑒別特征。表中記為“+”的結果是該分類單元中90%以上的成員為陽性的特征。由此看來，允許被鑒定對象的個別特征不確定。
表3-2 芽孢八疊球菌（Sporosarcina）種的不同特征①
?、?表示90%或更多的菌株呈陽性；-表示90%或更多的菌株呈陰性。
注：引自：Holt J G.Bergey Manual of Determinative Bacteriology.9th.1994。
（2）鑒定工作的原則和步驟 鑒定工作的總原則是：在鑒定的最初階段運用簡單的鑒別方法，得到必要的信息后，通過實驗盡量縮小分離物的歸屬范圍，并減少以后的實驗項目。當一個分離物大體被歸到一個類群時，就應當遵循該群的性狀或檢索表中所采用的實驗項目去做。歸納如下。
①保證鑒定的分離物是純培養。
②根據掌握的材料將分離物由一個大的歸屬范圍逐步縮小到較小的或特殊的類群，如光合細菌、革蘭陽性球菌等。
③根據可得到的一切信息，進一步縮小分離物的歸屬范圍到屬、種。
④盡量減少所使用的實驗項目。
⑤在鑒定中要有一個適當分類單元的標準菌株作對照，以證明本實驗室采取的實驗條件是有效的。
鑒定的最后結果應與分類手冊中的模式菌株的性狀描述進行對比來確定分類地位。
3.1.6.4 微生物的快速鑒定和自動化分析技術
如何使微生物的鑒定快速、準確、簡易和自動化，一直是微生物工作者的研究熱點。隨著微電子、計算機、分子生物學、物理、化學等先進技術向微生物學的滲透和多學科的交叉，這方面的技術在微生物鑒定中被廣泛使用，推動了微生物學的發展。
（1）微量多項實驗鑒定系統 微量多項實驗鑒定系統（細菌的自動化鑒定）是建立在數值（編碼）鑒定的基礎上的。
常規（傳統）分類和鑒定需要測定項目眾多，不能適應快速的需求，尤其是臨床病原菌的鑒定。因此，應運而生地出現了多種類型的成套鑒定系統及編碼鑒定方法。
該方法的基本原理是：針對微生物生理生化特征，配制各種培養基、反應底物、試劑等，分別微量（約0.1mL）加入各個分隔室中（或用小圓紙片吸收），冷凍干燥脫水或不干燥脫水，各分隔室在同一塑料條或板上構成檢測卡。實驗時加入待檢測的某一種菌液，培養2～48h，觀察檢測卡上的各項反應，按判定表判定實驗結果，所得結果以數字方式表達（編碼），并與數據庫數據（手冊或軟盤）對照，或輸入計算機后使用相應的軟件，從而得出鑒定結果（包括屬、種的名稱，有的鑒定系統還可給予分類位置）。
微量多項實驗鑒定系統已廣泛應用于動植物檢驗、臨床檢驗、食品衛生、藥品檢查、環境監測、發酵控制、生態研究等方面，尤其是在臨床檢驗中深受歡迎，發展迅猛。目前，已應用的快速、簡便的商品化鑒定系統很多，例如法國生物-默里埃（Bio-Merieux）公司的API（analytic products Inc）/ATB，瑞士羅氏公司的Micro-ID系統、Enterotube系統、Minitek系統、R/B系統、IDS系統以及Spectrum10系統等。國內也有不少的編碼鑒定以及商品化的微型鑒定系列。
微量多項實驗鑒定技術的優點是能快速、敏感、準確、重復性好地鑒定微生物，而且簡易，節省人力、物力、時間和空間；其缺點是各系統差異較大，價格較貴，有的個別反應不準，難以判定。但是毫無疑問，這項技術是微生物鑒定技術向快速、簡易和自動化發展的重要方向之一。
（2）自動化的微生物鑒定儀 應用較早而普遍的有法國Bio-Merieux Vitex Inc公司生產的微生物鑒定儀（auto microbial system，AMS）。從接種（由充樣機和封口機完成，由于充樣機的負壓能將已稀釋好的菌液吸入試驗卡的小池內，并由封口機密封）、培養和讀數（由培養室保溫于35.4℃，讀數儀可將試驗卡逐個拉出讀數，并將結果輸入計算機中心）到報告（由計數機將從讀數儀所得結果收集，與數據庫數據比較后，將結果打印輸出）的全過程達到全自動化的程度。數據庫由許多試驗卡所組成。
還有半自動化的鑒定儀，也是Bio-Merieux公司生產的ATB（automatic testing bacteriology）。接種試驗卡和培養是由人工完成，有多種不同的試驗卡可選擇，可對不同細菌進行鑒定。結果是由讀數器和已裝有模式菌株數據的計算機完成。另外還有美國安普中心生產的Biolog儀，與ATB相同的是接種試驗卡和培養也是人工完成，試驗卡分為革蘭陽性和革蘭陰性兩種，鑒定結果由讀數器和計算機完成，其特點是除可給出種名之外，也有相近種的樹狀譜。
這些微生物自動鑒定儀可以快速、自動對微生物同時或分別進行鑒定、計數、藥敏實驗等，在國內外得到廣泛應用，但其價格昂貴，所用測試卡的耗費也很大。