【技術(shù)交流】芽孢

燕婉良時(shí)

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

有些細(xì)菌（多為桿菌）在一定條件下，細(xì)胞質(zhì)高度濃縮脫水所形成的一種抗逆性很強(qiáng)的球形或橢圓形的休眠體。對(duì)多數(shù)細(xì)菌來(lái)說(shuō)1個(gè)菌體細(xì)胞只形成1個(gè)芽孢，但有些菌體會(huì)生成兩個(gè)芽孢，如堅(jiān)強(qiáng)芽孢桿菌，有的在細(xì)胞一端生成，有的在細(xì)胞中部生成。由于芽孢是在細(xì)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(xì)胞僅形成一個(gè)芽孢，所以其沒(méi)有繁殖功能。

　　在不同細(xì)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(xì)菌中，芽孢的直徑小于菌體直徑，這些細(xì)菌稱為芽孢桿菌，為好氧細(xì)菌；在另一些細(xì)菌中，芽孢的直徑大于菌體直徑，使整個(gè)菌體呈梭形或鼓塑形，這些細(xì)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(xì)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。弧菌中只有芽孢弧菌屬(Sporovibrio)產(chǎn)芽孢。

芽孢形成

　　芽孢的形成是一個(gè)極其復(fù)雜的過(guò)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(gè)階段：①核物質(zhì)融合成軸絲狀（桿狀）。②在細(xì)胞中央或一端，細(xì)胞膜內(nèi)陷形成隔膜包圍核物質(zhì)，產(chǎn)生一個(gè)小細(xì)胞。③小細(xì)胞被原來(lái)的細(xì)胞膜包圍，生成前孢子。前孢子實(shí)質(zhì)上是一個(gè)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(xì)菌，可以看到前孢子是一個(gè)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(xì)胞壁的潰溶而釋放出來(lái)。

芽孢機(jī)構(gòu)

　　芽泡形成過(guò)程中在化學(xué)成分方面也發(fā)生很大變化。生芽孢的細(xì)胞大量吸收鈣離子并大量合成營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞中沒(méi)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(shí)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(yíng)養(yǎng)細(xì)胞的細(xì)胞壁肽聚糖卻不一樣。同時(shí)，芽孢中還含有一些特殊的蛋白質(zhì)。　　細(xì)菌芽孢的形成是細(xì)胞分化的一個(gè)典型例子，進(jìn)行顯微鏡研究時(shí)可以見(jiàn)到7個(gè)明顯的分化階段：　　營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞（分裂）—>DNA變濃稠—>形成隔膜—>吞沒(méi)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(yíng)養(yǎng)細(xì)胞，所以芽孢也就具有了許多不同于營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞的特性。芽孢最主要的特點(diǎn)就是抗性強(qiáng)，對(duì)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(qiáng)的抗性。同時(shí)，芽孢還有很強(qiáng)的折光性。在顯微鏡下觀察染色的芽孢細(xì)菌涂片時(shí)，可以很容易地將芽孢與營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞區(qū)別開(kāi)，因?yàn)闋I(yíng)養(yǎng)細(xì)胞染上了顏色，而芽孢因抗染料且折光性強(qiáng)，表現(xiàn)出透明而無(wú)色的外觀。研究表明芽孢對(duì)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(méi)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(yíng)養(yǎng)細(xì)胞。

細(xì)菌芽孢的特點(diǎn)概要

　　整個(gè)生物界中抗逆性最強(qiáng)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)。　　芽孢是細(xì)菌的休眠體，在適宜的條件下可以重新轉(zhuǎn)變成為營(yíng)養(yǎng)態(tài)細(xì)胞；　　產(chǎn)芽孢細(xì)菌的保藏多用其芽孢。產(chǎn)芽孢的細(xì)菌多為桿菌，也有一些球菌。　　芽孢的有無(wú)、形態(tài)、大小和著生位置是細(xì)菌分類和鑒定中的重要指標(biāo)。　　芽孢與營(yíng)養(yǎng)細(xì)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(shū)中對(duì)其特點(diǎn)的描述

　　⒈芽孢的含水率低，38%～40%。　　⒉芽孢壁厚而致密，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(xì)胞質(zhì)和核質(zhì)。芽孢萌發(fā)后孢子壁變?yōu)闋I(yíng)養(yǎng)細(xì)胞的細(xì)胞壁。　　⒊芽孢中的2，6-吡啶二羧酸（dipicolinic

acid

簡(jiǎn)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(yíng)養(yǎng)細(xì)胞和不產(chǎn)芽孢的細(xì)菌體內(nèi)未發(fā)現(xiàn)2，6-吡啶二羧酸。芽孢形成過(guò)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(yíng)養(yǎng)細(xì)胞時(shí)，2，6-吡啶二羧酸就消失，耐熱性就喪失。　　⒋含有耐熱性酶。　　芽孢由于有以上四個(gè)特點(diǎn)，是芽孢對(duì)不良環(huán)境如：高溫、低溫、干燥、光線和化學(xué)藥物有很強(qiáng)的抵抗力。細(xì)菌的營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞在70～80℃時(shí)10分鐘就死亡，而芽孢在120～140℃還能生存幾小時(shí)，營(yíng)養(yǎng)細(xì)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(dòng)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。　　芽孢不易著色，但可用孔雀綠染色。

　　關(guān)于芽孢耐熱的本質(zhì)至今尚無(wú)公認(rèn)的解釋。較新的是滲透調(diào)節(jié)皮層膨脹學(xué)說(shuō)。滲透調(diào)節(jié)皮層膨脹學(xué)說(shuō)：芽孢衣對(duì)多價(jià)陽(yáng)離子和水分的透性很差皮層的離子強(qiáng)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(xì)胞質(zhì)卻變得高度失水，因此，具極強(qiáng)的耐熱性。除滲透調(diào)節(jié)皮層膨脹學(xué)說(shuō)外，還有別的學(xué)說(shuō)來(lái)解釋芽孢的高度耐熱機(jī)制。例如，針對(duì)在芽孢形成過(guò)程中會(huì)合成大量的為營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞所沒(méi)有的DPA－Ca，該物質(zhì)會(huì)使芽孢中的生命大分子物質(zhì)形成穩(wěn)定而耐熱性強(qiáng)的凝膠。總之，芽孢耐熱機(jī)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。　　芽孢萌發(fā)時(shí)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(kāi)始，顯出代謝活性，芽孢物質(zhì)（干重）的30％變?yōu)榭扇芪镝尦觯瑺I(yíng)養(yǎng)細(xì)胞壁迅速合成，最后，新形成的營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞從孢子衣里萌發(fā)出來(lái)。萌發(fā)通常有三種方式：赤道脫出，末端脫出，斜出。

細(xì)菌其他休眠狀態(tài)的結(jié)構(gòu)

　　少數(shù)細(xì)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(yíng)養(yǎng)缺乏的條件下，其營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞的外壁加厚、細(xì)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(méi)有繁殖功能。在適宜的外界條件下，孢囊可萌發(fā)，重新進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)。

　　芽孢細(xì)菌的繁殖都是等分橫裂的，一個(gè)母細(xì)胞產(chǎn)生兩個(gè)子細(xì)胞。在其分裂的過(guò)程中并沒(méi)有芽孢的產(chǎn)生；而且，當(dāng)產(chǎn)生芽孢時(shí)，一個(gè)細(xì)菌只產(chǎn)生一個(gè)芽孢，并沒(méi)有數(shù)量的增加。　　一般認(rèn)為，芽孢是在生長(zhǎng)后期、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)缺乏時(shí)形成的，因而是適應(yīng)不良環(huán)境的產(chǎn)物。但實(shí)際上，可能不完全是如此。有人在培養(yǎng)枯草芽孢桿菌時(shí)，曾作過(guò)追蹤觀察。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在接種培養(yǎng)4小時(shí)后即有芽孢生成。以后每隔4小時(shí)觀察一次，芽孢數(shù)均呈比例增長(zhǎng)。至24小時(shí)，約半數(shù)產(chǎn)生芽孢；48小時(shí)，全部變成芽孢。這種情況表明，在此情形下?tīng)I(yíng)養(yǎng)細(xì)胞轉(zhuǎn)向芽孢形成有一定的概率。芽孢開(kāi)始形成不必等到生長(zhǎng)后期，更不必等到生長(zhǎng)完全停止。　　因此，芽孢形成既不是細(xì)菌生活周期的必經(jīng)階段，也不是細(xì)菌繁殖的一種形式，又不是一種消極的對(duì)環(huán)境的反應(yīng)，而是一個(gè)新器官的積極生成。決定芽孢形成的根本原因在于細(xì)菌內(nèi)部，細(xì)菌染色體上有控制芽孢形成的基因。細(xì)菌在營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)中，這些基因通常不表達(dá)，它們可能被一個(gè)阻遏體系所控制，一旦這一阻遏消除，就可導(dǎo)致芽孢形成。　　有時(shí)人們把芽孢與莢膜、鞭毛等并列，統(tǒng)稱為細(xì)菌的特殊結(jié)構(gòu)，這一稱呼也值得商榷。因?yàn)樵谡�常生長(zhǎng)中的營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞本身并沒(méi)有芽孢，而當(dāng)芽孢形成后，營(yíng)養(yǎng)細(xì)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(shí)的菌體已喪失了營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞的作用，不能再象無(wú)芽孢時(shí)的菌體那樣進(jìn)行生命活動(dòng)。而莢膜和鞭毛就不同了，它們不影響細(xì)菌的生命活動(dòng)，伴隨著營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞的生存而存在。因此，把芽孢看成是一種獨(dú)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(xì)菌的芽孢具有不同的特點(diǎn)，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(dú)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(duì)不良環(huán)境有很強(qiáng)的抵抗力，可以保持生命力達(dá)數(shù)十年之久，在自然界使細(xì)菌度過(guò)惡劣的環(huán)境，在實(shí)驗(yàn)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(xì)菌的分離。將含菌懸浮液進(jìn)行熱處理，殺死所有營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞，可以篩選出形成芽孢的細(xì)菌種類。　　5．生物殺蟲(chóng)有些芽孢細(xì)菌在產(chǎn)生芽孢的同時(shí)，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(chóng)（特別是鱗翅目）的幼蟲(chóng)。蛋白質(zhì)晶體的毒性是有高度專性的，對(duì)其他動(dòng)物與植物完全沒(méi)有毒性。因此，它們便成為一種理想的生物殺蟲(chóng)劑，這種殺蟲(chóng)劑的生產(chǎn)，并不需將蛋白質(zhì)分離出來(lái)，只需培養(yǎng)大量細(xì)菌，在其形成芽孢并產(chǎn)生晶體時(shí)收獲、干燥，做成粉劑即可。　　6.研究芽孢的意義研究細(xì)菌芽孢有著重要的理論和實(shí)踐意義。①芽孢的有無(wú)、形態(tài)、大小和著生位置等是細(xì)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(zhǎng)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(xì)菌是強(qiáng)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(xì)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(guò)不良環(huán)境，對(duì)干旱和高、低溫都有極強(qiáng)的抵抗力。條件轉(zhuǎn)好時(shí)，1個(gè)芽孢可形成1個(gè)細(xì)菌細(xì)胞。有些細(xì)菌的芽孢，在干燥條件下，可保持10多年或更長(zhǎng)的時(shí)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(shí)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(xì)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(shí)踐意義。因?yàn)橛行┠苄纬裳挎叩募?xì)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(xì)菌的芽孢。有些芽孢菌可用來(lái)殺滅害蟲(chóng)，如蘇云金桿菌、青蟲(chóng)菌、殺螟桿菌等在形成芽孢時(shí)，還產(chǎn)生蛋白質(zhì)伴胞晶體，對(duì)鱗翅目昆蟲(chóng)有強(qiáng)大的毒殺作用。因而將這些芽孢桿菌制成殺蟲(chóng)劑，實(shí)行以菌治蟲(chóng)，并稱之為細(xì)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(gè)芽孢經(jīng)常用的嘛？

會(huì)游泳的鳥(niǎo)

哇，這個(gè)文章好長(zhǎng)啊

知天易逆天難

好長(zhǎng)啊，收藏了慢慢消化下~

見(jiàn)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(shí),發(fā)現(xiàn)中順此類產(chǎn)品的質(zhì)量不錯(cuò)
為了效果,當(dāng)時(shí)偶對(duì)比過(guò)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(gè)

shungzj

樓主說(shuō)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(zhǎng)啊，收藏了慢慢消化下~

還是玩三國(guó)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(guó)殺的友人啊

三國(guó)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(xì)菌病時(shí)，最好是在細(xì)菌繁殖剛開(kāi)始的時(shí)候做好消毒預(yù)防工作