降低水活度条件下产孢对枯草芽孢杆菌孢子萌发动力的影响及其机制研究

这篇研究首次系统揭示了枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）在降低水活度（aw 0.98）条件下产孢对其孢子萌发动力学的负面影响。通过比较NaCl和甘油两种溶质调节的产孢环境，发现孢子萌发效率在营养物质（如L-丙氨酸、L-缬氨酸和AGFK混合物）和化学刺激物（Ca-DPA）中均显著受损，且热激活无法逆转此缺陷。研究进一步通过突变体实验和荧光探针渗透性测试，提出高盐产孢环境可能通过改变孢子外壳层（crust/outer coat）结构导致渗透性降低，从而影响萌发。该成果为预测自然环境（如土壤盐渍化）中孢子萌发行为提供了关键数据，对控制食源性病原体和食品腐败孢子具有重要指导意义。

　　

摘要

研究聚焦枯草芽孢杆菌168菌株在降低水活度（a_w
0.98）条件下产孢对其孢子萌发的影响。通过对比NaCl（S_salt
）和甘油（S_gly
）调节的产孢环境与标准条件（a_w
~0.99，S_control
），发现两种处理均显著损害孢子萌发效率，但机制存在差异：S_gly
孢子在所有测试营养（NBYE培养基、L-丙氨酸、L-缬氨酸、AGFK混合物）中均表现缺陷，而S_salt
孢子仅在L-丙氨酸和L-缬氨酸中萌发受损。热激活（65–85°C）无法逆转这些缺陷，且高盐产孢还导致Ca-DPA诱导的萌发效率降低1.8倍，但意外增强十二胺（dodecylamine）的响应速率。

材料与方法

实验采用野生型（WT）及外壳缺陷突变体（ΔcotY
缺失外壳层crust，ΔcotE
缺失crust和outer coat）。通过分光光度法（OD₆₀₀
）和DPA-Tb荧光法监测萌发动力学，结合透射电镜（TEM）和扫描电镜（SEM）观察孢子结构，并利用4 kDa FITC-葡聚糖探针评估外壳渗透性。

结果

1. 营养诱导萌发：S_gly
   孢子在AGFK中萌发效率降低5.8倍，且呈现聚集倾向和部分DPA滞留（灰色孢子增多）；S_salt
   孢子对L-缬氨酸的响应最弱，萌发率仅为对照的50%。
2. 热激活无效性：75°C处理使S_salt
   孢子在L-丙氨酸中的DPA释放减少2.7倍，而S_control
   孢子在AGFK中经同等处理效率提升2倍。
3. 化学诱导萌发：Ca-DPA处理下，S_salt
   孢子延迟期延长且速率降低；相反，十二胺处理中，S_salt
   和S_gly
   孢子的DPA释放速率比对照快2.3倍。
4. 外壳层作用：ΔcotE
   突变完全消除高盐产孢对萌发的抑制，而ΔcotY
   仅部分缓解。FITC探针实验证实S_salt
   孢子外壳渗透性降低，30分钟时荧光强度仅为对照的50%。

讨论

研究提出高盐产孢通过改变外壳层（尤其是crust）的组装或交联度，阻碍营养物质和Ca-DPA的渗透，但增强十二胺对SpoVA通道的激活。这与已知的gerP
缺失表型相似，但蛋白组学分析仍需进一步验证。值得注意的是，孢子对L-缬氨酸（疏水性高于L-丙氨酸）的选择性抑制提示外壳层可能通过物理化学特性筛选萌发信号分子。

应用与展望

该研究为气候变暖背景下土壤盐渍化区域的孢子行为预测提供了理论依据，同时指出传统热激活策略对高盐环境孢子的局限性。未来可探索靶向修饰外壳层（如调控cotY
或gerP
表达）以控制有害孢子萌发，或利用十二胺协同作用开发新型消杀方案。