芽孢是某些细菌在特定条件下形成的一种抗逆性很强的休眠体。它们通常呈球形或椭圆形,可以在细胞的一端、中部或顶端形成。芽孢的形成是在细胞内部进行的,因此也常被称为内生孢子。每个细菌细胞只形成一个芽孢,因此它不具备繁殖功能。芽孢在不同细菌中的形态和位置各异,有的呈圆形、椭圆形或圆柱形。芽孢的直径有时小于菌体直径,这些细菌被称为芽孢杆菌,属于好氧细菌;而在其他情况下,芽孢的直径大于菌体直径,使得整个菌体呈梭形或鼓塑形,这些细菌被称为梭状芽孢杆菌,属于厌氧菌。梭状芽孢杆菌的芽孢位于菌体中间,而破伤风杆菌的芽孢位于菌体的一端,使其呈鼓槌状。好氧芽孢杆菌属(Bacillus)和厌氧的梭状芽孢杆菌属(Clostridium)的所有细菌都具有芽孢。在球菌和螺菌中,只有少数种类有芽孢,球菌中只有芽孢八叠菌(Sporosarcina)属产芽孢。弧菌中只有芽孢弧菌属(Sporovibrio)产芽孢。
芽孢的形成是一个复杂的过程,涉及形态结构、化学成分等多方面的变化。在结构上,芽孢的形成主要经历以下几个阶段:首先是核物质融合成轴丝状(杆状);然后在细胞中央或一端,细胞膜内陷形成隔膜包围核物质,产生一个小细胞;这个小细胞被原来的细胞膜包围,生成前孢子;前孢子实质上是一个被两层同心膜包围着的原生质体;最后,前孢子再被多层膜包围,如皮层、孢子衣等,最终成为成熟的芽孢。在化学成分方面,芽孢含水量低(40%),含有耐热的小分子酶类,富含大量特殊的吡啶二羧酸钙和带有二硫键的蛋白质,以及具有多层次厚而致密的芽孢壁等原因。
芽孢具有许多不同于营养细胞的特性,最主要的是其抗性强,能够抵抗高温、紫外线、干燥、电离辐射和许多有毒化学物质。同时,芽孢具有很强的折光性。芽孢对不良环境因子的抗性主要由于其含水量低,含有耐热的小分子酶类,富含特殊的吡啶二羧酸钙和带有二硫键的蛋白质,以及具有多层次厚而致密的芽孢壁等原因。自由存在的芽孢没有明显的代谢作用,只保持潜在的萌发力,称为隐藏的生命。一旦环境条件合适,芽孢便可以萌发成营养细胞。
孢子是植物和某些微生物的无性生殖细胞,可以保持亲本的形状。种子一般由种皮、胚和胚乳三部分组成,有的植物成熟的种子只有种皮和胚两部分。种子的形成使幼小的个体得到母体的保护,并能获得足够的养料。孢子是植物产生的一种有繁殖或休眠作用的细胞,能直接发育成新个体。孢子一般细小,是单细胞的。由于它们的性质不同,产生过程和结构的差异而有各种名称。植物通过无性生殖产生的孢子叫“无性孢子”,如分生孢子、孢囊孢子、游动孢子等;通过有性生殖产生的孢子叫“有性孢子”,如接合孢子、卵孢子、子囊孢子、担孢子等;直接由营养细胞通过细胞壁加厚和积贮养料而能抵抗不良环境条件的孢子叫“厚垣孢子”、“休眠孢子”等。当孢子有性别差异时,两性孢子有同形和异形之分。前者大小相同;后者在大小上有差异,分别称大、小孢子,并分别发育成雌、雄配子体,这在高级植物中较为常见。
孢子植物是指能产生孢子的植物总称。种子植物是植物界最高级的类群。所有的种子植物都有两个基本特征:(1)体内有维管组织——韧皮部和木质部;(2)能产生种子并用种子繁殖。种子植物可分为裸子植物和被子植物。裸子植物的种子裸露着,其外层没有果皮包被。被子植物的种子的外层有果皮包被。孢子植物用孢子繁殖,种子植物用种子繁殖后代。