[科普中國]-細菌芽孢形成

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。1個細菌細胞只形成1個芽孢，有的在細胞一端，有的在細胞中部。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。

形成過程芽孢的形成是一個極其復雜的過程，包括形態(tài)結構、化學成分等多方面的變化。光學顯微鏡和電子顯微鏡觀察研究的結果，表明芽孢的形成在結構上主要經(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。
芽泡形成過程中在化學成分方面也發(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、具有特殊化學構造的外（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)。1

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。

細菌芽孢的意義細菌在生長發(fā)育后期，個體不斷縮小，細胞壁不斷增厚，形成芽孢。芽孢小而輕，可隨風四處飄散，對不良環(huán)境有很強的抵抗能力，一旦遇到合適的環(huán)境，又會重新萌發(fā)成細菌，芽孢是用來抗極端環(huán)境保住細菌本身的生命的,這是生物進化適應惡劣環(huán)境的產(chǎn)物，芽孢可抗干旱，高熱,高酸堿、高滲環(huán)境,在惡劣環(huán)境下處于休眠狀態(tài)，遇到適宜的條件又可萌芽生長。待到適宜溫度又可以變成細菌。2

利用芽孢可度過不良環(huán)境，對干旱和高、低溫都有強的抵抗力。條件轉好時，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。

危害芽孢對人類也有有害的一面。最常見的情況之一，就是用加熱法保存食品時，芽孢往往會造成保存的失敗。這是因為芽孢極耐熱，一般加熱法不能把它殺死，它萌發(fā)成營養(yǎng)細胞后大量繁殖，會導致食品腐敗變質(zhì)。因此需要用高溫滅菌法（121℃，30min）把芽孢殺死，才能使食品長期保存。醫(yī)療器械也需經(jīng)高溫滅菌后才能保證安全。

本詞條內(nèi)容貢獻者為:

張磊 - 副教授 - 重慶師范大學