细菌的芽孢.doc

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（315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3660%，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710%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 DPACa的形式存在。皮层主要含芽孢肽聚糖、 DPACa，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 cells6、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0.62.0m。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0.62.0m。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