细菌的芽孢
概念：某些细菌生长到一定阶段或在一定环境条件下，细胞的正常生长和分裂停止，细胞内细胞质浓缩，逐步行成一个圆形、椭圆形或圆柱形的，对不良环境有较强抵抗力的特殊结构，称为芽胞。
芽胞成熟后可自行从芽胞囊中释放出来。
因芽胞的形成都是在细胞内，故又称内生孢子。
﹙十﹚芽胞(endospore，spore)
芽胞
芽胞囊
◆电镜下芽胞图及概念
(3) 芽孢（endospore，spore）
某些细菌在生长发育后期，细胞内形成一个圆形或椭圆形的抗逆休眠体，称为芽孢。
（看书P34表及芽孢类型图，幻灯片060）
芽孢的特点
抗逆性：抗热、抗辐射、抗化学药物、抗静水压的能力。
表——一些芽孢菌的抗热性（引自食品微生物学）——打印
休眠能力：休眠期间不能检查出任何代谢活力，又称为隐生态。
在普通条件下芽孢可保存几年~几十年生活力，在一些考古活动中分离出的芽孢甚至已保存了数百年到上千年。
产孢种类：杆菌中只有Bacillus（芽孢杆菌属）和Clostridium（梭状芽孢杆菌属）能产生芽孢，球菌中Sporosacina（芽孢八叠球菌属）能产生芽孢。
弧菌和螺菌属中有一些种能形成芽孢。
（幻灯片059）
芽孢的构造：（幻灯片065.061.062.063.064）
芽孢囊（sporangium），母细胞的空壳；
孢外壁（exsosporium），母细胞残留物，主要由脂蛋白组成，含少量氨基糖，透性差；
芽孢衣（spore coat），约3nm，层次多（3~15层），主要由疏水性角蛋白和少量磷脂蛋白组成，芽孢衣对溶菌酶、蛋白酶、表面活性剂有很强的抗性，对多价阳离子渗透性很差；
皮层（cortex），占芽孢体积的36~60%，含有大量芽孢皮层特有的芽孢肽聚糖，特点是呈纤维束状、交联度小、负电荷强、可被溶菌酶水解，皮层中还含有占芽孢干重7~10%的DPA-Ca （吡啶二羧酸钙盐），不含磷壁酸。
皮层的渗透压可高达20个大气压左右，含水量约70%，略低于营养细胞（约80%），而比芽孢的平均含水量（约40%）高出许多；
核心（core ，包括芽孢壁、芽孢膜、芽孢质、核区）等结构，又称芽孢原生质体，含水量极低，与一般细胞的区别仅为芽孢壁中不含磷壁酸，芽孢质中含有DPA-Ca。
看书P35图2-19—芽孢肽聚糖和DPA
在杆菌中能形成芽孢的种类较多，在球菌和螺旋菌中只有少数菌种可形成芽孢。
产生芽孢的几个属：
(Bacillus)芽孢杆菌属
(Clostridium)梭状芽孢杆菌属
(Sporosarcina)芽孢八叠球菌属
2、能形成芽孢的细菌种类
产孢种类：杆菌中只有Bacillus（芽孢杆菌属）和Clostridium（梭状芽孢杆菌属）能产生芽孢，球菌中Sporosarcina（芽孢八叠球菌属）(只有一个种）能产生芽孢。
弧菌和螺菌属中有一些种能形成芽孢。
（幻灯片059）
芽孢的结构
芽孢的外壁层厚而致密，主要成分为脂蛋白，通透性差,不易着色。
核心含有大量的DNA、RNA、蛋白质酶等物质，还含有2,6—吡啶二羧酸（DPA）,DPA是芽孢特有的成分。
一般以DPA—Ca的形式存在。
皮层主要含芽孢肽聚糖、DPA—Ca，皮层体积大，比较致密。
芽孢平均含水量低,约40%.
3、芽孢的组成和结构
芽孢有多层结构，主要包括孢外壁、芽孢衣、皮层和核心：
芽孢有多层结构，主要包括孢外壁、芽孢衣、皮层和核心
4、芽孢的形成过程
芽孢的形成
产芽孢细菌在环境营养缺乏及有害代谢产物积累时，或者有些菌种在其达到一定生理阶段时，就开始形成芽孢。
从形态变化上看，芽孢的形成可以分为七个阶段：（幻灯片066）
a) 轴丝形成；
b) 不对等分裂，开始形成前孢子；
c) 形成双层隔壁，抗辐射性提高；
d) 开始形成皮层，折光率增高；
e) 芽孢衣合成结束；
f) 皮层合成完成，芽孢成熟，抗热性出现；
g) 芽孢囊裂解，芽孢游离。
在化学成分方面：大量吸收钙离子，合成吡啶二羧酸。
★1、对高温、干燥、辐射、化学药物有强大的抵抗力。
★2、含水量低、壁厚而致密，通透性差,不易着色，折光性强。
★3、芽胞内新陈代谢几乎停止，处于休眠状态，但保持潜在萌发力。
★4、一个芽孢萌发只产生一个营养状态的细胞。
5、芽孢的特性
（1）多层膜结构，通透性很差。
（2）组分：水分少（5%），DPA（吡啶二
羧酸），富含疏水性角蛋白。
（3）抗性强：热、酶解、辐射、药物。
（4）休眠体，新陈代谢几乎停止，一个芽
孢产生一个个体。
Table. Differences between endospores and vegetative cells
6、芽孢抗热机制
目前尚不清楚，但可能与以下因素有关，如含水量低、壁厚而致密，芽孢中的酶分子量小，比较耐热。
过去还曾认为芽孢抗热与DPA有关，现在已否认了这种假设。
芽孢抗热机制
关于芽孢抗热的本质至今尚无圆满的解释，一种较新的理论叫做“渗透调节皮层膨胀学说”（osmoregulatory expended cortex theory），综合了较新的实验结果，有一定的代表性。
该学说认为芽孢的抗热性在于：
芽孢衣对多价阳离子和水分的透性差及皮层的离子强度高，从而使皮层有极高的渗透压去夺取核心部分的水分，结果造成皮层部分的充分膨胀，而核心部分的生命物质却形成高度失水状态，因而产生极强的耐热性。
其它解释：Ca与DPA的螯合作用会使芽孢中的生物大分子形成一种稳定的耐热性凝胶。
总之，芽孢的耐热性机制还有待于深入研究。
研究意义：
a) 芽孢是细菌鉴定中的一项重要的形态学指标；
b) 芽孢的存在有利于这类菌种的筛选和保藏；
c) 能否杀灭一些代表菌种的芽孢是衡量各种消毒灭菌措施的主要指标。
7、伴胞晶体（parasporal crystal）
少数芽孢杆菌，如Bacillus thuringiensis（苏云金芽孢杆菌）在形成芽孢的同时，会在芽孢旁形成一个菱形或双锥形的碱溶性蛋白晶体（即δ内毒素）称为伴胞晶体。
它的干重可达芽孢囊的约30%，由18种氨基酸组成，大小约0.6＊2.0μm。
伴胞晶体对200多种昆虫尤其是鳞翅目昆虫的幼虫有毒杀作用，因此可以用做生物农药。
伴胞晶体（parasporal crystal）
（幻灯片069）少数芽孢杆菌，如Bacillus thuringiensis（苏云金芽孢杆菌）在形成芽孢的同时，会在芽孢旁形成一个菱形或双锥形的碱溶性蛋白晶体（即δ内毒素）称为伴胞晶体。
它的干重可达芽孢囊的约30%，由18种氨基酸组成，大小约0.6＊2.0μm。
伴胞晶体对200多种昆虫尤其是鳞翅目昆虫的幼虫有毒杀作用，因此可以用做生物农药。
细菌的其它休眠构造：固氮菌的胞囊（cyst）、粘球菌的粘液孢子（myxospore）、蛭弧菌的蛭胞囊（bdellocyst）、以及嗜甲基细菌和红微菌的外生孢子等。
9、芽孢的本质
即不是细菌生活周期的必经阶段，也不是细菌繁殖的一种形式，又不是对环境的消极反应，而是一种生命形式，一种独立的休眠体。
芽孢与营养细胞的比较（幻灯片068）
8、研究芽孢的意义：
1、分类鉴定
2、保存菌种
3、分离菌种
4、生物杀虫
5、灭菌标准
a) 芽孢是细菌鉴定中的一项重要的形态学指标；
b) 芽孢的存在有利于这类菌种的筛选和保藏；
c) 能否杀灭一些代表菌种的芽孢是衡量各种消毒灭菌措施的主要指标。
（1）鉴定价值：不同菌类芽孢的
大小、位置、形状不同。
（2）作为无菌标准。