【技術(shù)交流】芽孢

燕婉良時

芽孢的定義芽孢——特殊的休眠構(gòu)造英文名稱：spore ，endospore

有些細菌（多為桿菌）在一定條件下，細胞質(zhì)高度濃縮脫水所形成的一種抗逆性很強的球形或橢圓形的休眠體。對多數(shù)細菌來說1個菌體細胞只形成1個芽孢，但有些菌體會生成兩個芽孢，如堅強芽孢桿菌，有的在細胞一端生成，有的在細胞中部生成。由于芽孢是在細胞內(nèi)形成的，所以也常稱之為內(nèi)生孢子，亦稱芽孢。每一細胞僅形成一個芽孢，所以其沒有繁殖功能。

　　在不同細菌中，芽孢所處的位置不同，有的在中部，有的在偏端，有的在頂端。芽孢一般呈圓形、橢圓形、圓柱形。在有些細菌中，芽孢的直徑小于菌體直徑，這些細菌稱為芽孢桿菌，為好氧細菌；在另一些細菌中，芽孢的直徑大于菌體直徑，使整個菌體呈梭形或鼓塑形，這些細菌稱為梭狀芽孢桿菌，為厭氧菌，梭狀芽孢桿菌的芽孢位于菌體中間。破傷風(fēng)桿菌的芽孢位于菌體的一端，使菌體呈鼓槌狀。好氧芽孢桿菌屬(Bacillus)和厭氧的梭狀芽孢桿菌屬(Clostridium)的所有細菌都具有芽孢。在球菌和螺菌中，只有少數(shù)種類有芽孢，球菌中只有芽孢八疊菌（Sporosarcina）屬產(chǎn)芽孢�；【�中只有芽孢弧菌屬(Sporovibrio)產(chǎn)芽孢。

芽孢形成

　　芽孢的形成是一個極其復(fù)雜的過程，包括形態(tài)結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分等多方面的變化。　　光學(xué)顯微鏡和電子顯微鏡觀察研究的結(jié)果，表明芽孢的形成在結(jié)構(gòu)上主要經(jīng)歷以下幾個階段：①核物質(zhì)融合成軸絲狀（桿狀）。②在細胞中央或一端，細胞膜內(nèi)陷形成隔膜包圍核物質(zhì)，產(chǎn)生一個小細胞。③小細胞被原來的細胞膜包圍，生成前孢子。前孢子實質(zhì)上是一個被兩層同心膜包圍著的原生質(zhì)體。在光學(xué)顯微鏡下觀察未染色的活細菌，可以看到前孢子是一個清亮的、與菌體其他部分明顯不同的區(qū)域。④前孢子再被多層膜包圍，如皮層、孢子衣等，最后成為成熟的芽孢，由于細胞壁的潰溶而釋放出來。

芽孢機構(gòu)

　　芽泡形成過程中在化學(xué)成分方面也發(fā)生很大變化。生芽孢的細胞大量吸收鈣離子并大量合成營養(yǎng)細胞中沒有的吡啶二羧酸。在成熟的芽孢中，芽孢原生質(zhì)體含有極高的吡啶二羧酸鈣，在新合成的、具有特殊化學(xué)構(gòu)造的外層（皮層和孢子衣，有時還有芽孢外壁）中也有這種物質(zhì)。芽孢的壁含有一種特殊的肽聚糖，所有芽孢基本上都一樣，但與營養(yǎng)細胞的細胞壁肽聚糖卻不一樣。同時，芽孢中還含有一些特殊的蛋白質(zhì)。　　細菌芽孢的形成是細胞分化的一個典型例子，進行顯微鏡研究時可以見到7個明顯的分化階段：　　營養(yǎng)細胞（分裂）—>DNA變濃稠—>形成隔膜—>吞沒前芽孢—>形成皮層—>形成芽孢殼—>芽孢游離

　　由于芽孢在結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分上均有別于營養(yǎng)細胞，所以芽孢也就具有了許多不同于營養(yǎng)細胞的特性。芽孢最主要的特點就是抗性強，對高溫、紫外線、干燥、電離輻射和很多有毒的化學(xué)物質(zhì)都有很強的抗性。同時，芽孢還有很強的折光性。在顯微鏡下觀察染色的芽孢細菌涂片時，可以很容易地將芽孢與營養(yǎng)細胞區(qū)別開，因為營養(yǎng)細胞染上了顏色，而芽孢因抗染料且折光性強，表現(xiàn)出透明而無色的外觀。研究表明芽孢對不良環(huán)境因子的抗性主要由于其含水量低（40％）。且含有耐熱的小分子酶類，富含大量特殊的吡啶二羧酸鈣和帶有二硫鍵的蛋白質(zhì)，以及具有多層次厚而致密的芽孢壁等原因。　　自由存在的芽孢沒有明顯的代謝作用，只保持潛在的萌發(fā)力，稱為隱藏的生命。一旦環(huán)境條件合適，芽孢便可以萌發(fā)成營養(yǎng)細胞。

細菌芽孢的特點概要

　　整個生物界中抗逆性最強的生命體，是否能消滅芽孢是衡量各種消毒滅菌手段的最重要的指標(biāo)�！　⊙挎呤羌毦�的休眠體，在適宜的條件下可以重新轉(zhuǎn)變成為營養(yǎng)態(tài)細胞；　　產(chǎn)芽孢細菌的保藏多用其芽孢。產(chǎn)芽孢的細菌多為桿菌，也有一些球菌。　　芽孢的有無、形態(tài)、大小和著生位置是細菌分類和鑒定中的重要指標(biāo)�！　⊙挎吲c營養(yǎng)細胞相比化學(xué)組成存在較大差異，容易在光學(xué)顯微鏡下觀察。（相差顯微鏡直接觀察；芽孢染色）

環(huán)境工程微生物學(xué)書中對其特點的描述

　�、毖挎叩暮�水率低，38%～40%�！　、惭挎弑诤穸�致密，分三層：外層是芽孢外殼，為蛋白質(zhì)性質(zhì)。中層為皮層，由肽聚糖構(gòu)成，含大量2，6-吡啶二羧酸。內(nèi)層為孢子壁，由肽聚糖構(gòu)成，包圍芽孢細胞質(zhì)和核質(zhì)。芽孢萌發(fā)后孢子壁變?yōu)闋I養(yǎng)細胞的細胞壁�！　、逞挎咧械�2，6-吡啶二羧酸（dipicolinic

acid

簡稱DPA）含量高，為芽孢干重的5%～15%。吡啶二羧酸　　以鈣鹽的形式存在，鈣含量高。在營養(yǎng)細胞和不產(chǎn)芽孢的細菌體內(nèi)未發(fā)現(xiàn)2，6-吡啶二羧酸。芽孢形成過程中，2，6-吡啶二羧酸隨即合成，芽孢就具有耐熱性，芽孢萌發(fā)形成營養(yǎng)細胞時，2，6-吡啶二羧酸就消失，耐熱性就喪失�！　、春�有耐熱性酶。　　芽孢由于有以上四個特點，是芽孢對不良環(huán)境如：高溫、低溫、干燥、光線和化學(xué)藥物有很強的抵抗力。細菌的營養(yǎng)細胞在70～80℃時10分鐘就死亡，而芽孢在120～140℃還能生存幾小時，營養(yǎng)細胞在5%苯酚溶液中很快就死亡，芽孢卻能存活15天，芽孢的大多數(shù)酶處于不活動狀態(tài)，代謝活力極低，所以，芽孢是抵抗外界不良環(huán)境的休眠體�！　⊙挎卟灰字�色，但可用孔雀綠染色。

　　關(guān)于芽孢耐熱的本質(zhì)至今尚無公認的解釋。較新的是滲透調(diào)節(jié)皮層膨脹學(xué)說。滲透調(diào)節(jié)皮層膨脹學(xué)說：芽孢衣對多價陽離子和水分的透性很差皮層的離子強度很高，產(chǎn)生極高的滲透壓奪取芽孢核心的水分，結(jié)果造成皮層的充分膨脹。核心部分的細胞質(zhì)卻變得高度失水，因此，具極強的耐熱性。除滲透調(diào)節(jié)皮層膨脹學(xué)說外，還有別的學(xué)說來解釋芽孢的高度耐熱機制。例如，針對在芽孢形成過程中會合成大量的為營養(yǎng)細胞所沒有的DPA－Ca，該物質(zhì)會使芽孢中的生命大分子物質(zhì)形成穩(wěn)定而耐熱性強的凝膠�？傊�，芽孢耐熱機制還有待于深入研究。

芽胞的萌發(fā)

　　剛形成的芽孢總是處于休眠狀態(tài)。熱處理（如65℃放置幾十分鐘）可以使芽孢加速活化。低溫貯藏也有活化作用，只是較慢�！　⊙挎呙劝l(fā)時首先發(fā)生吸脹作用，隨之折光性和抗性喪失，繼而呼吸作用開始，顯出代謝活性，芽孢物質(zhì)（干重）的30％變?yōu)榭扇芪镝尦�，營養(yǎng)細胞壁迅速合成，最后，新形成的營養(yǎng)細胞從孢子衣里萌發(fā)出來。萌發(fā)通常有三種方式：赤道脫出，末端脫出，斜出。

細菌其他休眠狀態(tài)的結(jié)構(gòu)

　　少數(shù)細菌還產(chǎn)生其他休眠狀態(tài)的結(jié)構(gòu)，如固氮菌的孢囊等。固氮菌在營養(yǎng)缺乏的條件下，其營養(yǎng)細胞的外壁加厚、細胞失水而形成一種抗干旱但不抗熱的圓形休眠體——孢囊，與芽孢一樣，也沒有繁殖功能。在適宜的外界條件下，孢囊可萌發(fā)，重新進行營養(yǎng)生長。

　　芽孢細菌的繁殖都是等分橫裂的，一個母細胞產(chǎn)生兩個子細胞。在其分裂的過程中并沒有芽孢的產(chǎn)生；而且，當(dāng)產(chǎn)生芽孢時，一個細菌只產(chǎn)生一個芽孢，并沒有數(shù)量的增加�！　∫话阏J為，芽孢是在生長后期、營養(yǎng)物質(zhì)缺乏時形成的，因而是適應(yīng)不良環(huán)境的產(chǎn)物。但實際上，可能不完全是如此。有人在培養(yǎng)枯草芽孢桿菌時，曾作過追蹤觀察。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在接種培養(yǎng)4小時后即有芽孢生成。以后每隔4小時觀察一次，芽孢數(shù)均呈比例增長。至24小時，約半數(shù)產(chǎn)生芽孢；48小時，全部變成芽孢。這種情況表明，在此情形下營養(yǎng)細胞轉(zhuǎn)向芽孢形成有一定的概率。芽孢開始形成不必等到生長后期，更不必等到生長完全停止�！　∫虼耍�芽孢形成既不是細菌生活周期的必經(jīng)階段，也不是細菌繁殖的一種形式，又不是一種消極的對環(huán)境的反應(yīng)，而是一個新器官的積極生成。決定芽孢形成的根本原因在于細菌內(nèi)部，細菌染色體上有控制芽孢形成的基因。細菌在營養(yǎng)生長中，這些基因通常不表達，它們可能被一個阻遏體系所控制，一旦這一阻遏消除，就可導(dǎo)致芽孢形成�！　∮袝r人們把芽孢與莢膜、鞭毛等并列，統(tǒng)稱為細菌的特殊結(jié)構(gòu)，這一稱呼也值得商榷。因為在正常生長中的營養(yǎng)細胞本身并沒有芽孢，而當(dāng)芽孢形成后，營養(yǎng)細胞就不復(fù)存在。雖然在有些菌類，芽孢形成后還有部分菌體殘存，但這時的菌體已喪失了營養(yǎng)細胞的作用，不能再象無芽孢時的菌體那樣進行生命活動。而莢膜和鞭毛就不同了，它們不影響細菌的生命活動，伴隨著營養(yǎng)細胞的生存而存在。因此，把芽孢看成是一種獨立的休眠體，是一種積極產(chǎn)生的新的生命形式或新器官，或許是恰當(dāng)?shù)摹?/strong>

　　1．分類鑒定不同細菌的芽孢具有不同的特點，從形狀、大小、表面特征，直到與菌體的關(guān)系等都有不同的表現(xiàn)，因此可以作為分類鑒定的依據(jù)或參考�！　�2．科研材料由于芽孢獨特的產(chǎn)生方式，成為研究形態(tài)發(fā)生和遺傳控制的好材料�！　�3．保存菌種芽孢對不良環(huán)境有很強的抵抗力，可以保持生命力達數(shù)十年之久，在自然界使細菌度過惡劣的環(huán)境，在實驗室是保存菌種的好材料�！　�4．分離菌種芽孢的耐熱性有助于芽孢細菌的分離。將含菌懸浮液進行熱處理，殺死所有營養(yǎng)細胞，可以篩選出形成芽孢的細菌種類�！　�5．生物殺蟲有些芽孢細菌在產(chǎn)生芽孢的同時，可以產(chǎn)生一種雙錐形的結(jié)晶內(nèi)含物，稱為伴孢晶體，這是一種蛋白質(zhì)毒素，可以殺死某些昆蟲（特別是鱗翅目）的幼蟲。蛋白質(zhì)晶體的毒性是有高度專性的，對其他動物與植物完全沒有毒性。因此，它們便成為一種理想的生物殺蟲劑，這種殺蟲劑的生產(chǎn)，并不需將蛋白質(zhì)分離出來，只需培養(yǎng)大量細菌，在其形成芽孢并產(chǎn)生晶體時收獲、干燥，做成粉劑即可。　　6.研究芽孢的意義研究細菌芽孢有著重要的理論和實踐意義。①芽孢的有無、形態(tài)、大小和著生位置等是細菌分類和鑒定中的重要形態(tài)學(xué)指標(biāo)；②這類菌種芽孢的存在，有利于提高菌種的篩選效率，有利于菌種的長期保藏；③是否能殺滅一些代表菌的芽孢是衡量和制定各種消毒滅菌標(biāo)準(zhǔn)的主要依據(jù)；④許多產(chǎn)芽孢細菌是強致病菌。例如，炭疽芽孢桿菌、肉毒梭菌和破傷風(fēng)梭菌等；⑤有些產(chǎn)芽孢細菌可伴隨產(chǎn)生有用的產(chǎn)物，如抗生素短桿菌肽、桿菌肽等。

　　芽孢可度過不良環(huán)境，對干旱和高、低溫都有極強的抵抗力。條件轉(zhuǎn)好時，1個芽孢可形成1個細菌細胞。有些細菌的芽孢，在干燥條件下，可保持10多年或更長的時間仍能萌發(fā)，有的能忍耐-253℃的低溫，有的在沸水中煮30小時后仍有生活力，但也有的芽孢在80～90℃下幾分鐘即死亡。因此，外科手術(shù)或注射器的消毒，一定要用高壓滅菌。能形成芽孢的細菌為桿菌科中的梭狀芽孢桿菌屬和芽孢桿菌屬的所有種類。此外，還有少數(shù)螺旋菌、孤菌和八疊球菌等屬的種類。研究芽孢的形成和萌發(fā)，具有重要的理論和實踐意義。因為有些能形成芽孢的細菌是人體的病原菌。在食品、醫(yī)藥，以及發(fā)酵工業(yè)都要徹底消滅細菌的芽孢。有些芽孢菌可用來殺滅害蟲，如蘇云金桿菌、青蟲菌、殺螟桿菌等在形成芽孢時，還產(chǎn)生蛋白質(zhì)伴胞晶體，對鱗翅目昆蟲有強大的毒殺作用。因而將這些芽孢桿菌制成殺蟲劑，實行以菌治蟲，并稱之為細菌農(nóng)藥

cjlittlepig

水產(chǎn)中水質(zhì)改良主要用到枯草芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌及納豆芽孢桿菌，還有就是用于發(fā)酵飼料中。

evilfirefox

學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)，這個芽孢經(jīng)常用的嘛？

會游泳的鳥

哇，這個文章好長啊

知天易逆天難

好長啊，收藏了慢慢消化下~

見龍ZT

芽孢主要用于池塘水質(zhì)凈化
以前做服務(wù)選擇產(chǎn)品時,發(fā)現(xiàn)中順此類產(chǎn)品的質(zhì)量不錯
為了效果,當(dāng)時偶對比過不同廠家的芽孢的含量
40倍鏡下中順此類產(chǎn)品中的芽孢還是密密麻麻的,很給力,贊一個

shungzj

樓主說有太專業(yè)了，有些地方看不懂。呵呵，感恩樓主

巧克力娃娃

知天易逆天難 發(fā)表于 2011-8-29 12:17
好長啊，收藏了慢慢消化下~

還是玩三國殺的友人啊

、、、隨意

巧克力娃娃 發(fā)表于 2012-10-15 18:41
還是玩三國殺的友人啊

三國殺，干嘛不玩英雄殺啊
呵呵

手可摘星辰

芽孢不好殺，防治可以產(chǎn)生芽孢的細菌病時，最好是在細菌繁殖剛開始的時候做好消毒預(yù)防工作