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绿脓杆菌大小为1.5～3.0×0.5～0.8um，G-杆菌。菌体一端一般有一根鞭毛，运动活泼。无芽胞，米液型菌株有多糖荚膜或糖萼，具有抗吞噬作用。
在普通培养基上生长良好，专性需氧。菌落形态不一，多数直径2～3mm，边缘不剂齐，扁平湿润。在血琼脂平板上形成透明溶血环。
液体培养呈混浊生长，并有菌膜形成。绿脓杆菌能产生两种水溶性色素：
一种是绿脓素，为蓝绿色的吩嗪类分合物，无荧光性，具有抗菌作用。
另一种为荧光素，呈绿色。绿脓素只有绿脓杆菌产生，故有诊断意义。但广泛使用有效抗生素后筛选出的变异株常丧失其合成能力。
分解蛋白质能力甚强，而发酵糖类能力较低，分解葡萄糖，产酸不产气，不分解甘露醇、乳糖及蔗糖，能液化明胶。分解尿素，不形成吲哚，氧化酶试验阳性，可利用枸椽酸盐。
绿脓杆菌有菌体O抗原和鞭毛H抗原。O抗原含有内毒素和原内毒素蛋白质两种成份。
原内毒素蛋白质是一种高分子、低毒性，免疫原性强的保护性抗原，不仅存在于不同血清型绿脓杆菌中，而且广泛存在于假单胞菌属的其他细菌以及肺炎杆菌、大肠杆菌、霍乱弧菌等G-细菌中，是一种良好的交叉保护抗原。
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