芽孢杆菌：特征，繁殖，营养，疾病 - 生物学 - 2025

芽孢杆菌属是沙门氏菌属中的一种细菌，其特征是在有氧条件下形成孢子。它们是杆状的，通常是革兰氏阳性的（尽管有些是革兰氏可变的），其菌落呈现出染成粉红色的生物体，而其他菌落则染成紫色。

在这些情况下，研究人员发现，由于肽聚糖层厚度的减少，随着革兰氏阴性反应的生物数量会随着菌落的年龄而增加。

弯曲芽孢杆菌。摘自：Sahay博士。

该属细菌可以是严格需氧的或兼性厌氧的。由于鞭毛的存在，大多数是可移动的，但是，也有非移动代表。它们几乎可以在地球上的任何环境中找到，包括从高海拔到海底的极端环境。

该属在1835年由Christian Gottfried Ehrenberg用于定义杆状细菌，但后来由Ferdinand Cohn重新定义，并用于在需氧，革兰氏阳性和兼性需氧或厌氧条件下将形成孢子的细菌分组。

一些物种具有医学意义，因为它们会引起诸如炭疽（炭疽芽孢杆菌）或食源性疾病（蜡状芽孢杆菌）之类的疾病。其他用于获得抗生素，酶，作为益生菌或用于发酵过程和农业。

一般特征

该属的主要定义特征是在有氧条件下产生内生孢子的能力。这些孢子的特征是能够抵抗高温，干燥，消毒剂的作用甚至辐射。

细胞壁由几层相互缠绕的肽聚糖组成，形成了一个坚固的支架，可以维持细胞的形状，并包含回声酸和硫代磷酸。

它们呈杆状，笔直或略微弯曲，可以单个，成对出现，偶尔也可以成串出现。由于存在鞭毛鞭毛，它们中的绝大多数是可移动的，也就是说，它们向各个方向投射。但是，炭疽芽孢杆菌缺乏鞭毛。

该属的大多数细菌都是革兰氏阳性的，但是，有些是革兰氏可变的，即它们可以染成粉红色或紫色。这是因为随着细菌的老化，肽聚糖层的厚度和复杂度会降低，并且在用酒精处理时无法保留结晶紫。

它们是普遍存在且具有极强抗性的生物，具有能够抵抗极高温度（嗜温性）或极低（嗜温性）的物种，也有一些物种能够耐受其他物种的极酸性或极碱性环境。

一些物种严格有氧，不能在缺氧条件下生存，而其他物种则是兼性厌氧的。

形态学

芽孢杆菌属细菌可以是杆状，笔直或略微弯曲，通常带有圆形末端，即使某些细胞已被描述为正方形（例如蜡状芽孢杆菌）。

单元的直径在0.4到1.8微米之间变化，长度在0.9到10.0微米之间。每个物种内和每个菌株内的细胞尺寸往往具有很小的变异性。

细胞单个和成对出现，一些成链出现，偶有长丝状。根据种类，品系和培养条件，子细胞可以分离。

因此，当通过相差显微镜观察时，培养物似乎由单个细胞和成对的分裂细胞组成。在其他情况下，子细胞可以保持彼此附着，从而显示出细胞链。

孢子的形态是分类学特征，尽管特定菌株中可能存在一些变异。最常见的孢子是椭圆形或椭圆形，但形状从圆柱形到椭圆形，球形或不规则形状，让人联想到肾脏或香蕉。

分类和分类

从分类学上讲，芽孢杆菌属（Bacillus）位于凤尾蕨（Phylum Firmicutes），芽孢杆菌（Bacilli）类，有序芽孢杆菌（Bacillales），Bacillacea家族中。克里斯蒂安·格特弗里德·埃伦贝格（Christian Gottfried Ehrenberg）在1835年使用该属对杆状细菌进行了分组。

然后，费迪南德·科恩（Ferdinand Cohn）在1872年将其重新定义为形成孢子，耐热，革兰氏阳性和兼性需氧或厌氧细菌。该属的类型种类是枯草芽孢杆菌。

1991年，研究人员确定，芽孢杆菌属（Bacillus）属（迄今为止已被处理）是多系的。因此，他们进行了芽孢杆菌组的重排，从中提取了五个新属。

该属可分为两组，一方面是枯草芽孢杆菌和相关物种，另一方面是蜡状芽孢杆菌。第一组将直径小于1μm的生物，非溶胀的孢子囊和椭圆形孢子分组。

另一方面，第二组包含直径大于1μm的物种，其孢子囊和椭球形孢子未溶胀。

在哪里找到的？

芽孢杆菌细菌大多数是从土壤，水，食物和临床样品中分离出来的。但是，它们也在最不寻常的环境中被发现，例如在海平面以下几千米处的海洋沉积物，平流层空气样本中，酸性地热池中，高碱性地下水中以及高盐湖中。

其他人在人造壁ni中也发现过，从墨西哥的坟墓和残破的罗马壁画到航天器装配设施中的超净室。

植物也是新芽孢杆菌种的丰富来源，一些内生芽孢杆菌和其他与根际相关的芽孢杆菌。

再生产

芽孢杆菌属的细菌有两种形式的无性繁殖：二元裂变和孢子形成。

二分裂

二元裂变是当细菌处于其发育的有利环境中并允许指数增长时发生的一种繁殖类型。二元裂变涉及有丝分裂，产生两个相同的子细胞。

枯草芽孢杆菌培养。摘自：怀疑。

繁殖孢子

第二种也以孢子形成而闻名。它出现在殖民地有某种压力时。在孢子形成期间，发生不对称细胞分裂，导致形成较大的细胞（干细胞）和较小的细胞（芽孢）。

前孢子被干细胞包围，并覆盖有几个保护层，这会导致水分流失并使其成熟。此后，干细胞发生裂解并释放内生孢子，该内生菌可以保持休眠状态，直到重新建立有利条件为止。

如前所述，这种内生孢子能抵抗极端温度，干燥，去污剂和辐射的作用，并且是这些细菌抵抗力及其在任何环境中定殖能力的主要原因。

营养

发现芽孢杆菌属的大多数细菌都生活在土壤中，其营养是腐生的，也就是说，它们以分解有机物为食。

其他物种构成了动物的细菌菌群。在这些情况下，它们建立了共生关系，利用宿主吸收的食物并产生有助于消化这些食物的酶。

最后，某些物种可以充当机会性寄生虫，直接以其宿主为食。

疾病

大多数芽孢杆菌属物种是非致病性的，很少与人类或其他动物的疾病相关。炭疽是由这类细菌引起的最著名疾病，尽管由蜡状芽孢杆菌引起的食物中毒和机会性感染也很常见。

炭疽或炭疽

该病具有高度传染性，是由炭疽杆菌引起的。它可以影响身体的不同部位，其致病性取决于受影响的组织，感染的形式以及从感染开始治疗所需的时间。

炭疽芽孢杆菌培养物，菌株采集自日本东京都Kaimedo，是1993年生物恐怖主义事件的发源地，取​​自并编辑于：美国疾病控制中心。

该病最具有侵略性的形式是肺炭疽，其死亡率很高。它还会侵袭皮肤（炭疽病）或消化系统。炭疽可以攻击包括人类在内的任何温血动物。

被该疾病杀死的动物的尸体以及被粪便污染的土地或被感染动物的血液构成了该疾病的宿主。

炒饭综合症

这是一种虚假综合症，主要是由于食用处理不当的大米引起的，尽管也可能由于食用乳制品和其他食品而引起。病原体是蜡状芽孢杆菌。

该综合征的特征是存在恶心和呕吐，在摄入被污染的食物后1至5小时出现。腹部绞痛也可能发生，但腹泻很少见。

这是一种自限性疾病，通常持续不超过48小时，在该综合征症状持续的情况下，避免脱水，休息和避免食用乳制品很重要。

眼内炎

眼内炎是由于不同的病原体引起的眼部感染。被感染器官的炎症反应可能导致同一只眼睛受伤。

不同种类的细菌与这种疾病有关，最相关的一种是蜡状芽孢杆菌，其感染会导致病灶预后不佳。

该疾病的治疗包括对患者使用克林霉素或万古霉素，也建议使用地塞米松。有时疾病会损害视力。在这些情况下，建议手术切除玻璃体液。

其他疾病

芽孢杆菌细菌与各种疾病有关，主要影响免疫系统受损的人。这些疾病包括心内膜炎，菌血症，皮肤和肌肉骨骼感染以及角膜炎。

巨大芽孢杆菌是细菌的最大种类之一，可引起脑脓肿。

巨大芽孢杆菌。摘自：Alexastely。

应用领域

益生菌

根据世界卫生组织的说法，益生菌是一种活的微生物，会对饮食中摄入足够量的人或动物的健康产生有益的影响。

芽孢杆菌的某些种类被用作益生菌，包括凝结芽孢杆菌。食用这种细菌的好处之一是，研究人员认为它可以缓解肠易激综合症的症状。它还可以减轻类风湿关节炎和肠胃气胀的症状。

用作益生菌的另一种属是枯草芽孢杆菌。这种生物作为益生菌的好处包括缓解肠道炎症和泌尿生殖道感染以及止泻。

就此而言，这种细菌的孢子可抵抗角化细胞炎引起的氧化应激。

生物控制器

芽孢杆菌属的细菌会产生多种具有抗生素特性的物质，这些物质会抑制植物致病性生物的生长，例如非核糖体环脂肽和δ-内毒素。它也被用于药理行业以获得针对人类病原体的抗生素。

在全球商业化的生物农药中，约有75％是基于苏云金芽孢杆菌生产的。其他种类，例如枯草芽孢杆菌，短小芽孢杆菌和解淀粉芽孢杆菌也可商业使用，主要用于生产杀菌剂。

其他用途

工业上也使用芽孢杆菌属的细菌也用于酶的商业生产和洗涤剂的生产。此外，它们是微生物学，分子生物学或基因工程研究中使用最广泛的微生物之一。

生命周期

在适当的营养，温度，pH，大气成分等条件下，芽孢杆菌细胞会通过二元裂变而生长和分裂，二元裂变是一种无性繁殖的形式，由DNA复制组成，然后通过隔膜将细胞质分裂穿过单元格中心的分隔线，产生两个子单元格。

不利条件

但是，当环境条件不利时，营养细胞会生成内生孢子，内生孢子是不包含ATP的细胞结构，并且具有极强的新陈代谢潜能，从而赋予抵抗力。

内生孢子在指数生长期结束时形成。已知许多其他因素会影响内生孢子的形成，例如生长温度，环境pH，通气，某些矿物质的存在以及碳，氮和磷的来源及其浓度。另一个影响是人口密度。

步进休眠孢子-营养细胞

休眠孢子向营养细胞的转化涉及三个步骤：激活，发芽和生长。温度的有利变化或细胞的老化会破坏无活性。

但是，许多物种不需要这种激活。离开休眠状态时，如果孢子遇到适当的环境条件，则会通过失去折射力，使皮质快速水解以及降解小可溶性酸蛋白（从而使其对药剂产生抗性）而触发发芽。化学和辐射。

由于水分的吸收，发芽孢子的原生质体明显膨胀，生物合成得以恢复，并且新的营养细胞从旋转孢子层中出现，从而产生了新的营养繁殖时期。

特色物种

蜡状芽孢杆菌

该物种是革兰氏阳性细菌，普遍存在于世界所有温带地区的土壤，水和食物中。它是一种兼性厌氧菌种，可以通过周生鞭毛的作用移动。

该细菌是食源性疾病的主要罪魁祸首之一，有可能出现呕吐综合症或毒性传染综合症。蜡状芽孢杆菌还可引起各种非胃肠道疾病，例如心内膜炎，菌血症，眼内炎或慢性皮肤感染。

由于它具有极强的内生孢子，因此不能通过烹饪来消除，也不能通过冷冻消除，但是冷冻会阻止其生长，因此，如果要储存食物，建议使用低于6°C的温度。很长一段时间。

炭疽芽孢杆菌

它是该属的一个物种，其特征是由于没有鞭毛而不能移动，这与该属的其他代表所发生的情况相反。它是革兰氏阳性和兼性厌氧菌。

该细菌负责炭疽热，其致病性取决于两个毒力因子，一种称为物质P的荚膜多肽，另一种称为因子B的蛋白质外毒素。

这种细菌有许多种，它们之间的毒力也不同。最强毒株已被用作生物武器。

枯草芽孢杆菌

革兰氏阳性和过氧化氢酶阳性细菌栖息在土壤中。它是带有圆形边缘的棒状，长2-3微米，宽1微米。该细菌几乎完全有氧，但可以在缺氧环境中存活。

它被认为对人类是安全的，但是有个别案例表明该物种污染了食物。在这些情况下，症状类似于蜡样芽孢杆菌中毒的症状。

它是研究最多的细菌之一，研究人员认为它是大肠杆菌的革兰氏阳性形式。它也被认为是用于实验室研究的模型生物，尤其是在基因操作研究中。

枯草芽孢杆菌可产生bactricin，一种杀菌抗生素，可有效治疗革兰氏阳性细菌，例如金黄色葡萄球菌。它还生产具有抗真菌活性的生物活性化合物以及用于生产洗涤剂的物质。

苏云金芽孢杆菌

革兰氏阳性杆菌，生活在土壤，植物表面以及各种蝴蝶和飞蛾的毛毛虫的肠中。其特征在于，在孢子形成过程中，它们产生具有杀虫特性的蛋白质晶体。

由于这些被称为δ内毒素的晶体，苏云金芽孢杆菌的孢子和蛋白质晶体已被用作生物农药超过100年。

研究人员已经通过基因工程将该植物的遗传信息引入了各种植物，例如马铃薯，棉花或玉米，从而使植物产生具有杀虫特性的物质。

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