白喉棒状杆菌属在微生物学范围有着独特的特征。第一从形态与染色特点来看，白喉棒状杆菌为细长稍弯的杆菌，一端或两端膨大呈棒状，排列不规则，常呈L、V、X、Y字形或排成栅栏状。无荚膜、无鞭毛、不形成芽孢。用美蓝染色菌体着色不均匀，呈现着色较深的颗粒；用奈瑟染色，菌体染成黄褐色，颗粒被染成紫黑色，这类颗粒称为异染颗粒，其主要成分是核糖核酸和多磷酸盐，是白喉棒状杆菌的形态特点之一，具备辨别意义。
在培养特质方面，白喉棒状杆菌为需氧或兼性厌氧菌，最适温度为37℃，最适pH为7.2 | 7.8。在普通培养基上可以成长，但形态不典型。在含有凝固血清的吕氏培养基上成长飞速，涂片染色形态典型，异染颗粒明显。在含有0.03% | 0.04%亚碲酸钾血琼脂平板上，白喉棒状杆菌能吸收亚碲酸钾，并使其还原为元素碲，菌落呈黑色。
从致病性来讲，白喉棒状杆菌的主要致病物质是白喉毒素。该毒素是一种外毒素，由β | 棒状杆菌噬菌体的毒素基因（tox）编码。白喉棒状杆菌本身不产生毒素，只有当它被β | 棒状杆菌噬菌体感染并整理到细菌染色体上时，才具备产生毒素的能力。白喉毒素毒性强烈，能抑制敏锐细胞的蛋白质合成，引起组织坏死和炎症。白喉棒状杆菌主要通过飞沫传播，也可通过污染的物品间接传播。细菌侵入易感者上呼吸道，在咽部黏膜成长繁殖，产生毒素，引起局部炎症和全身中毒症状。局部表现为在咽喉部形成灰白色假膜，假膜是由细菌、坏死组织、纤维蛋白和白细胞等组成，与黏膜下组织紧密粘连，不容易拭去。假如假膜延伸至气管、支气管，可致使呼吸道阻塞，紧急时可引起窒息死亡。全身中毒症状主如果由毒素吸收入血引起，可致使心肌炎、软腭麻痹、声嘶、肾上腺功能障碍等。
在免疫性上，感染白喉棒状杆菌后，机体可产生抗毒素免疫。抗毒素可中和白喉
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