细菌的特殊结构——芽孢

一、简介

  某些细菌在一定生长阶段，可在细胞内生成一个圆形、椭圆形或者圆柱形高度折光的内生孢子被称为芽孢。

  能够产生芽孢的细菌大多为杆菌，主要为好氧性芽孢杆菌属和厌氧性芽孢杆菌属以及微好氧性芽孢杆菌属等，球菌中除芽孢微球菌属外均不产生芽孢，螺旋菌中只有少数菌产生芽孢。细菌是否产生芽孢是由其遗传性导致的，但也需要一定的环境条件，多数芽孢杆菌实在不良的环境条件下产生芽孢，如营养缺乏，不易生长的温度或代谢产物积累过多等，但有些菌种却相反，需要在适宜的条件下才能产生芽孢，如苏云金芽孢杆菌在营养丰富，富含大量有机氮化合物、温度和通风条件适宜的条件下，在幼龄细胞中大量产生芽孢，且具有伴孢晶体。

  芽孢通常呈圆形、椭圆形或者圆柱形，位于细菌的中央、近端或者极端。芽孢在细菌中央且直径较大时，菌体呈梭状，芽孢在细菌顶端且直径较大时，则菌体呈鼓槌状。

二、芽孢的结构

  1.核心（Core）：含有DNA、核糖体和少量水分，代谢近乎停滞。 

  2. 皮层（Cortex）：由特殊的肽聚糖构成，维持芽孢的低含水量。 

  3. 芽孢壳（Coat）：由蛋白质层组成，抵御化学物质和酶的攻击。 

  4. 外膜（Exosporium）（部分芽孢有）：额外保护层，增强环境适应性。 

三、特点

  1、极强的抗逆性： 

  芽孢含水量底（40%左右），含有特殊的DPA-Ca和耐热性的酶以及多层次厚而致密的芽孢壁，具有极强的抗热、抗干燥、抗辐射、抗化学药物等不良环境的能力，一般芽孢在普通条件下可保持活力数十年之久。

耐高温（部分芽孢可在沸水中存活数小时）、耐辐射、耐化学消毒剂（如酒精、紫外线）。肉毒梭菌芽孢杆菌在PH7.0的100℃水中煮8h才能致死。

  2、代谢休眠：芽孢代谢活动几乎停止，仅维持最低生命活动，遇适宜环境可重新萌发为营养细胞。

  3、特殊结构：多层厚壁结构（如皮层、芽孢壳等），含吡啶二羧酸（DPA）和钙离子，增强稳定性。

四、芽孢的形成与萌发

  芽孢形成

  当细菌感知营养匮乏时，启动复杂的芽孢形成过程： 

  1. DNA复制并不对称分裂，形成前芽孢（Forespore）。 

  2. 母细胞包裹前芽孢，逐步合成皮层、芽孢壳等结构。 

  3. 母细胞裂解，释放成熟芽孢。 

  芽孢萌发

  遇到适宜环境（如水分、营养物质），芽孢吸收水分，打破休眠状态，重新生长为营养细胞。

五、灭菌挑战

  常规消毒方法（如煮沸、酒精）无法杀灭芽孢，需采用高压蒸汽灭菌（121°C, 15-30分钟）或特殊化学灭菌剂（如环氧乙烷）。

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