一、芽孢

芽孢也叫内生孢子。芽孢杆菌在一定阶段，在胞内形成的圆形、或椭圆形的细菌休眠体。其特点是：含水量低，有致密的细胞壁结构；耐高温，干燥环境；能抵抗许多化学药物。对不良环境具有极强的抗逆能力，是整个自然界中最强的生命体形式，同时也是细菌分类重要标志。

二、能产芽孢的细菌有哪些？

枯草芽孢杆菌/蜡样芽孢杆菌/地衣芽孢杆菌/短小芽孢杆菌/炭疽芽孢杆菌/巨大芽孢杆菌/蕈状芽孢杆菌/苏云金芽孢杆菌。

芽孢杆菌为革兰氏染色阳性菌。需氧或兼性厌氧，大多数有动力，无荚膜，多数溶血，通常过氧化氢酶阳性。DNA中的G+C克分子含量为32～62%。

各类芽孢杆菌具有广泛用途，以枯草芽孢杆菌为例，其可用于生产ɑ-淀粉酶、蛋白酶、β-葡聚糖酶、碱性磷酸酶等，各种芽孢杆菌在酶制剂行业/饲料添加剂行业广泛采用。

三、芽孢/孢子/包囊概念区分

芽孢是细菌的一种抗逆环境状态，具芽孢状态的细菌在不良情况下绝大部分可以存活。芽孢新陈代谢极慢，不能进行分裂生殖，当营养状况改良时芽孢可转化为营养态，又进行较旺盛的新陈代谢进而分裂生殖。由于芽孢极强的，故在灭菌过程中需反复操作。

孢子是真菌和放线菌的生殖器官。

藻状菌无性繁殖产生的孢子生在孢子囊内，所以称包囊孢子，一般有两种类型：一种具有一个或二个鞭毛，称游动孢子。另一种类型其孢子无鞭毛，又名静止孢子。

四、如何提高芽孢转化率？

4.1 营养匮乏可提高芽孢转化率

(1) 维持最佳浓度的C源（葡萄糖3-5%）、N源（蛋白胨0.6-0.8%）可迟缓芽胞体的形成；

(2) 较高的C/N比可迟缓芽孢体的形成；

(3) 提高磷酸盐浓度对生长的影响较小，但会导致储能物质PHB增加，并延缓芽孢形成；

(4) 提高镁离子浓度，作于与磷酸盐效果相似；

(5) 补糖措施可使芽孢形成过程逆转；

4.2 恶化环境条件有助于形成芽孢

(1) 控氧：降低通气量或严格厌氧等；

(2) 温度：冷冻或者升温，改变培养温度；

(3) 调pH：调节发酵pH至碱性或者酸性。

4.3 储能物质是芽孢形成的关键条件之一

对于蜡样芽孢杆菌（bacillus cereus）而言，聚β-羟基丁酸（简称PHB）的积累在其营养体发酵对数期完成时达到积累值最高峰，随后此类细菌可在营养缺乏时利用PHB作为碳源及能源。

因此，PHB（一种类似糖原功能的物质）是影响芽孢形成快慢的关键物质，作为储能物质，PHB在蜡样芽孢杆菌（好氧）体内的的降解路线如下：

根据文献报道，PHB含量在蜡样芽孢杆菌发酵的对数期末期达到最大值，自稳定期开始PHB逐渐减少并形成芽孢，储能物质完全消耗殆尽之时芽孢产量最大。有人认为是PHB降解为芽孢提供了碳源及能源。

4.4 大量积累的p3Ap3可阻碍营养态细胞的蛋白合成通路

众所周知，芽孢杆类细菌自芽孢态向营养态的转变是由营养条件的优劣而定。此现象的本质是细胞内的5’,3’(2’)-双（三）磷酸腺苷（p3Ap3）调节。p3Ap3由p3Ap3合成酶调节，p3Ap3合成酶位于细胞膜，可能是磷酸烯醇式丙酮酸-丙糖磷酸转移酶系统（PTS）。故当外界营养条件丰富时，PTS系统参与碳源运输；当碳源不足时，产生调节分子：p3Ap3，因此，细菌的营养态与芽孢态的转变过程在于p3Ap3酶对外界环境的感知。

五、结论：

结合之前论述过的产芽孢条件：大量芽孢形成的三个必要条件是：

1 大量的能量储备（如：糖原或聚β-羟基丁酸等），是为芽孢形成的内在条件；

2 整体环境为营养匮乏的条件下，大量存在的p3Ap3能强烈一直RNA聚合酶活性，通过阻碍蛋白质的合成进而影响细胞的生长，最终形成大量芽孢，有鉴于此，可以考虑添加外源p3Ap3以抑制RNA聚合酶活性；

3 恶劣的环境条件。

参考文献：

《发酵工程》大工艺2群（细菌类发酵） 讨论资料

《发酵工程》固态发酵技术群 讨论资料

尤复翰 陆佩洪. 细胞的发育[M]. 1983

郭秀君等；蜡质芽孢杆菌芽孢的形成及与PHB的关系.《山东大学学报》1994.3

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