新鮮分離的百日咳桿菌為Ⅰ相菌。 Ⅰ相菌菌落光滑, 有莢膜, 毒力強, 含內毒素和外毒素。 連續轉種菌落變粗糙後毒力逐漸減弱, 抗原性強度也不相同, 此種無致病力的百日咳桿菌稱為第Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ相。 只有Ⅰ相百日咳菌致病產生症狀, 也必須用Ⅰ相菌製作疫苗才能產生免疫力。 該菌在人體外生存能力很弱, 室溫下只能生存2小時, 日光暴曬1小時或加熱60℃15分鐘即滅活,
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鮑特氏菌屬(Bordetella bacillus)中尚有副百日咳桿菌(B.parapertusis), 支氣管腐敗桿菌(B.bronchiseptica)。
此二者形態與百日咳桿菌相似, 前者可引起類似百日咳的呼吸道症狀, 但與百日咳桿菌無交叉免疫。 後者主要是動物致病菌。
鮑特氏菌屬中第四種是鳥鮑特氏菌(B.avium)是與支氣管腐敗菌相似的細菌, 是鳥類的致病菌, 還沒有引起過人的感染。