应用电子显微镜和其他物理方法研究表明：大肠杆菌体呈椭圆球形，体积为13.5×20×40纳米。30S亚基上有一凹陷的颈部，将其分为头部与躯干两部分；50S亚基的外形带有三个角，中间凹下；50S亚基的外形带有三个角，中间凹下，并有一个很大的空穴。当二者结合成70S时，30S的亚基水平地50S亚基结合，腹面与50S亚基结合面上有相当大的空隙，蛋白质生物合成过程可能就在其中进行。
采用温和的条件，小心地从细胞中分离核糖体时，可以得到3-4个以至上百个成串的核糖体，叫做多聚核糖体。它由一条长的mRNA分子与一定数目的核糖体结合而成，每个核糖体可能独立完成一条肽链的合成，所以这种多聚核糖体的外观呈念珠状，每个核糖体可以独立完成一条肽链的合成，所以这种多聚核糖体在一条mRNA链上可同时合成几条肽链，这就大大提高了翻译效率。因此细菌能在很短时间内大量生长繁殖。
核糖体是蛋白质的合成"车间"或"装配机"，其数量多少与蛋白质合成直接相关，往往随菌体生长速率而变，据估计，快速繁殖时核糖体数目高，每个菌体可有1-7×10 4个。缓慢繁殖时，其数量可减至2，000个左右。原核生物细胞中平均约含15，000个，而真核细胞平均约含10 6-10 7个。
(五)细胞质及其内含物
细胞质是细胞膜内的物质，除细胞核外，皆为细胞质。它无色透明，呈粘液状，主要成分为水、蛋白质、核酸、脂类，并有少量糖及无机盐。由于富含核酸，因而嗜碱性强，幼龄菌囊体等均属细胞内结构，此外还有气泡和颗粒状内含物。
气泡(gasvacuold) 某些光合细菌和水生细菌的细胞质中，含有几个乃至很多个充满气体的圆柱形或纺锤形气泡(图2-23)，它由许多气泡囊(gasvesicle)组成。其膜不同于真正的膜，它只含蛋白质而无磷脂。蛋白质亚单位排列成一个坚硬的结构，以对抗外部施加于该结构的压力，使之维持正常功能。膜的外表亲水，而内侧绝对疏水，故气泡只能透气而不能透过水和溶质。
气泡的生理功能有待进一步研究。实验表明，许多漂浮于湖水和海水中的某些光合与非光合性细菌、蓝细菌等都有气泡，使之具有浮力。蓝细菌就是一个典型的例子，由于大生长，有气泡的细胞漂浮于湖水表面，并随风聚集成块，常使湖内出现水华；有些光合细菌利用气泡集中在水下10-30米深处，这样既能吸收适宜的光线和营养进行光合作用，又可避免直接与氧接触；盐杆菌属的细菌，细胞中气泡显著，它们是专性好氧菌，可生活在含氧极少的饱和盐水中。因此，人们推测，气泡的作用可能是使菌体浮于盐水表面，以保证细胞更接近空气。
颗粒状内含物 在许多细菌细胞中，常含有各种较大的颗粒，大多系细胞贮藏物，如异染颗粒、聚β-羟基丁酸、肝糖、硫滴等。这些内含物常因菌种而异，即使同一种菌，颗粒的多少也随菌龄和培养条件不同而有很大变化。往往在某些营养物质过剩时，细菌就将其聚合成各种贮藏颗粒，当营养缺乏时，它们又被分解利用。
1.异染颗粒又名捩转菌素(volutin)，可能是磷源和能源性贮藏物。颗粒随菌龄增长而变大。在细菌旺盛同化营养物的后期数量尤多。主要成分是多聚偏磷酸盐，可能还含有RNA、蛋白质、脂类与Mg2+。嗜碱性或暑中性较强，用蓝色染料(如甲苯胺蓝或甲烯蓝)染色后不呈蓝色而呈紫红色，故称异染颗粒。白喉杆菌和鼠疫杆菌具有特征性的异染颗粒，常排列在菌体的两端，所以又叫极体，在菌种鉴定上有一定意义。这种颗粒最早见于迂回螺菌细胞内，故亦称迂回体。
2.聚β-羟基丁酸颗粒 它为细菌所特有，是一种碳源和能源性贮藏物。它是D-3-羟基于酸的直链聚合物。这些颗粒易被脂溶性染料苏丹黑着色，在光学显微镜下可以看见。假单胞菌、根瘤菌、固氮菌肠杆菌等细胞内均有，而巨大芽孢杆菌的聚-β-羟基丁酸颗粒较大，直径约0.2-0.7微米，每个颗粒含有几千分子的聚-β-羟基丁酸。有些细菌的颗粒由一个4-6纳米宽的膜包围，但它并非一个单位膜结构。羟基丁酸分子呈酸性，当其聚合为聚-β-羟基丁酸时就成为为中性脂肪酸了，这样便能维持细胞中内性环境，避免菌体内酸性增高。
3.肝糖(blycogne)粒和淀粉粒 肝糖粒较小，只能在电子显微镜下观察，如用稀碘液染成红褐色，可在光学显微镜下看到。有的细菌积累淀粉粒，用碘液可染成深蓝色。
4.硫滴 某些硫磺细菌细胞内可积累硫滴。如贝氏硫菌属、发光硫菌属，当其生活在含H2S的环境中时，细胞内则积累折光性很强的硫滴。它是硫原贮藏物质，也可被细菌重新利用。
5.多肽(polypeptide) 有的芽孢杆菌如苏云金芽孢杆菌等，在细胞质内常形成一种菱形的多肽结晶，通常称为伴孢晶体，具有毒杀某些昆虫的作用。
综上所述，上同微生物其贮藏性内含物不同。例如厌气性梭状芽孢杆菌只含有聚-β-羟基丁酸，大肠杆菌只贮藏糖原，但有些光合细菌二者兼有。它们的形成对微生物是有利的。一方面，当环境中缺乏氮源而碳源和能源丰富时，细胞内就贮存较多的内含物；直至达到细胞干重的50%。如果把这样的细胞移入有氮培养基时，这些贮藏物被酶分解而作为能源和碳源用于合成反应；另一方面，这些贮藏物以聚体形式存在，有利于维持细胞内环境的平衡，避免不适合的pH、渗透压等的危害。同时，有些贮藏物若在细胞内大量积累，还可被人们利用。
(六)荚膜
荚膜(capsule) 有些细菌生活在一定营养条件下，可向细胞壁表面分泌一层松散透明、粘度极大、粘液状或胶质状的物质即为荚膜。这些物质，有时用负染色法可在光学显微镜下看见。根据荚膜在细胞表面存在的状况，可以分为以下四类。
这种物质若具一定外形，厚约200纳米，而且相对稳定地附着于细胞壁外者，称为荚膜或大荚膜(macrocapsule)。它与细胞结合力较差，通过液体震荡培养或离心便可得到荚膜物质。如果这种物质的厚度在200纳米以下者即为微荚膜。。它与细胞表面结合较紧，光学显微镜不能看见，但可采用血清学方法证明其存在。微膜易被胰蛋白质酶消化。
没有明显边缘，又比荚膜疏松，而且向周围环境扩散，并增加培养基粘度，这种类型的粘性物质层叫粘液层(slimelayer)。有的微生物，其附着性粘液物并非在整细胞表面产生，而是局限于一个区域，通常是在一端，使细胞特异性地附着于物体表面。这种局限化了的粘液层，叫"粘接物"。
荚膜物质互相融合，连为一体，组成共同的荚膜，多个菌体包含其中，称为"菌胶团"。肠膜明串珠菌，在蔗糖液中串生，并在其外形成一个共同的厚的荚膜。 图 2-33 细菌荚膜
产荚膜细菌由于有粘液物质，在固体琼脂培养基上形成的菌落，表面湿润、有光泽、粘状液、称为光滑型(smooth)菌落。而无荚膜细菌形成的菌落，表面干燥、粗糙，称为粗糙型(rough)菌落。产荚膜常常可突变为无荚膜菌体，被称为R型向S型转化。
荚膜的化学组成因菌种而异，主要是多糖，有的也含有多肽、蛋白、脂以及由它们组成的复合物--脂多糖、脂蛋白等(表2-5)。荚膜多糖又叫胞外多糖，它可能是一种单糖形成的同型多糖(或均质多糖)，像肠膜明串珠菌、牛链球菌，在以蔗糖为碳源时，合成的葡聚糖液层即是：有的由两种以上的单糖组成异型多糖(或杂质多糖)，如肺炎双球菌Ⅲ型的荚膜，由D-谷氨酸聚合而成；巨大芽孢杆菌等则由蛋白质与多糖组成；痢疾志贺氏菌的荚膜是多糖-多肽-磷酸复合物。有的胞外多糖常与磷酸、醋酸、延胡索酸或丙酮酸相结合。从结构看，大多数细菌荚膜是一种聚合物均匀结构，而有些细菌并非如此。通过荚膜膨胀试验表明：以多糖为骨架，多肽填充其间，如巨大芽孢杆菌荚膜就是这种结构。
产生荚膜是微生物的一种遗传特性，种的特征，但并非细胞绝对必要的结构，失去荚膜的变异株同样正常生长。而且，即使用特异性水解荚膜物质的酶处理，也不杀死细胞。
荚膜的形成与环境条件密切相关。肠膜明串珠菌，只有在人或动物体内，或者在环境中CO2分压较高时才形成荚膜；大肠杆菌需在丰富的碳水化合物和较低温度条件下才能形成。另外，产荚膜细菌也不是在整生活期内都能形成荚膜，如某些链球菌，早期形成，后期消失；肺炎双球菌缓慢生长时才能形成。
荚膜虽不是细胞的重要结构，但它是细胞外碳源和能源性贮藏物质，并能保护细胞免受干燥的影响，同时能增加某些病原菌的致病能力，使之抵御宿主吞噬细胞的吞噬。例如能引起肺炎的肺炎双球菌Ⅲ型，如果失去了荚膜，则成为非致病菌。有些具荚膜的病菌并非荚膜本身有毒，而是利于在人体大量生长繁殖所致。当然，有的荚膜有毒，如流感嗜血杆菌、肺炎克氏杆菌、和多杀巴斯德氏菌［出血败血性民氏杆菌，等。有些细菌能藉荚膜牢固地粘附在牙齿表面，引起龋齿。
产荚膜细菌，常常给生产带来麻烦，食品工业中的粘性面包、粘性牛奶，都是由于污染了些类细菌引起的。对制糖工业威胁更大，由于产荚膜细菌的大量繁殖，增加了糖液粘度，影响了过滤速度，使生产蒙受损失。
在一定条件下，有害的东西可变为有益的物质。肠膜明串珠菌，在人为控制下，让其得用蔗糖以合成大量荚膜物质--葡聚糖。葡聚糖是生产右旋糖酐的原料，而右旋糖酐是代血浆的主要成分，具体维持血液渗透压和增加血溶量的作用，临床上还用于抗休克、消肿和解毒。在医疗上十分重要。
提纯的荚膜物质，有的具抗原性和半抗原性，人们常通过血清学反应进行细菌鉴定。像炭疽杆菌，由于荚膜化学组成的微小差异，通过荚膜膨胀试验，可将其分为70多个型。
(七)鞭毛
运动性微生物细胞的表面，着生有一根或数根由细胞内伸出的细长、波曲、毛发状的丝状体结构即为鞭毛(flagellum)。它是细菌的"运动器官"。
鞭毛约占菌体干重的1%，其长度往往超过菌体的若干，最长可达70微米，但直径很细，一般为10-20纳米，因此，只有用电子显微镜才能真正观察到细菌的鞭毛。如果通过特殊的鞭毛染色法，在光学显微镜下也能看到。最常用的是Leifson染色法，其要点是用碱性品红染色、以鞣酸作媒染剂。媒染剂促使染料分子附着于鞭毛上，围绕鞭毛形成外壳或沉淀，从而使鞭毛加粗，便于观察。另外，通过半固体琼脂穿刺或半固体琼脂平皿扩散以及暗视野映光法、悬滴法等观察运动性，也可初步判断菌体有无鞭毛。
除尿素八叠球菌外，大多数球菌不生鞭毛；杆菌中有的生鞭毛有的不具鞭毛；螺旋菌和弧菌一般都雎鞭毛。
鞭毛着生的位置和数目是种的特征，具有分类鉴定的意义。例如革兰氏阴性杆菌中的假单胞菌属具端生鞭毛，而埃希氏菌属的鞭毛着生在体周围。根据鞭毛的数目和着生情况，可将具鞭毛的细菌分为以下几种类型：
偏端单生鞭毛菌 在菌体的一端只生一根鞭毛，如霍乱弧菌、荧光假单胞菌。
两端单生鞭毛菌 在菌体两端各具一根鞭毛，如鼠兄咬热螺旋体。
偏端丛生鞭毛菌 菌体-端生-束鞭毛，如铜绿假单胞菌、产碱杆菌。
周生鞭毛菌 周身都生有鞭毛，如大肠杆菌、枯草杆菌等。
鞭毛并非直的而是螺旋形，平展时呈波曲状，因此在两个相禽弯曲间表现出恒定的长度，叫波长。各种微生物鞭毛的波长是恒定的，但有的细菌也有两种不同波长的鞭毛。
提纯的细菌鞭毛(亦称鞭毛素)，其化学成分主要为蛋白质，有的还含有少量多糖以至类脂、RNA、DNA等。例如普通变形杆菌和枯草杆菌的鞭毛纯制品中，蛋白质占99%、碳水化合物在0.2%以下、类脂少于0.1%。鞭毛蛋白占细胞蛋白质的2%，分子量为15，000-40，000道尔顿。它是一种很好的抗原物质，这种鞭毛抗原又叫H(H)抗原，各种细菌的鞭毛蛋白质由于氨基酸组成不同导致H抗原性质上的差别，帮可通过血清学反应，进行细菌分类鉴定。
近代科学技术的发展和应用，对鞭毛的结构也有了比较清楚的认识。例如大肠杆菌，一根完整的鞭毛，从形态上可分为三个部分：细胞最外面的是螺旋形鞭毛丝，靠近细胞表面的是鞭毛钩，埋在细胞膜里的基体(图2-38)。
鞭毛丝 亦称丝状体或轴丝，位于鞭毛末端，X-衍射研究表明，它是一条直径允13.5纳米，长约20微米的中空螺旋丝结构。鞭毛蛋白为球状蛋白分子，球状蛋白南组成丝状亚基，三条丝状亚基围绕着一个中空的核心组装成螺旋链，使之成为一条丝状结构(图2-39)。当鞭毛蛋白氨基酸序列发生变化时，鞭毛的形状、长度、波曲度也会随之变化。如果因机械作用失去了鞭毛，细菌大约在一个世代就可使之恢复到正常的数目和长度。鞭毛生长速度极快，每分钟可增长0.5微米左右，故达到全长只需10-20分钟。同位素实验表明，细菌鞭毛的延长，其鞭毛蛋白亚基可能在鞭毛基部合成，通过鞭毛丝内部中间孔道运送到鞭毛丝顶端，使鞭毛不断延长。
鞭毛钩 也叫钩形鞘，是连接于鞭毛丝基部的一个弯曲的筒状部分。直径约17纳米，稍大于鞭毛丝，长约45纲米，同样由蛋白质亚基组成，分子量因种而异。亚基的结合较鞭毛丝的稳定。
基体 又叫生毛体或基粒，连接于鞭毛钩的下端，由几种多肽组成，。其结构比鞭毛丝和鞭毛钩都复杂。它包括一条中心杆及连接于其上的2-4个环。中心杆长约27纳米，直径约7纳米，位于套环内。革兰氏阴性细菌的L环和P环分别包埋在细菌的外壁层(脂多糖层)和内壁层(肽聚糖层)，而S环在细胞膜表面，M环在细胞膜中或恰好居于膜下。革兰氏阳性细菌只有S环和M环。S环可能与细胞壁外表面上的磷壁(酸)质多聚体相连，M环则与细胞膜相连。这一差别表明S环和M环是鞭毛功能所必需的。
一个很有趣味的问题是当细胞分裂时两个子细胞怎样从母细胞那里获得完全的鞭毛成分呢?端生鞭毛菌菌体两端可能有区别，在细胞分裂过程中，恰好在发生分裂的那个部位形成了新的鞭毛，这样，鞭毛只能在分裂端形成而不能在另一端形成，可能如图2-41，A所示。而周生鞭毛菌，细胞分裂与鞭毛的合成可能如图2-41B所示，原稽的鞭毛平均分配给两个子细胞，并有新合成的鞭毛填充缺位。
鞭毛是细菌的运动器官。鞭毛的运动引起菌体运动。不过端生鞭菌与周生鞭毛菌的运动方式不同(同2-42)。周生鞭毛菌一般按直线慢而稳重地运动和旋转；端生鞭毛菌则运动较快，主要靠旋转从一地直撞另一地。鞭毛为什么能运动呢?真核微生物鞭毛运动所需能量由ATP提供，在鞭毛着生的每个位置上，每当周期性地用一个ATP就产业一次简单的蛋白质收缩运动。可是在细菌鞭毛上至今尚未发现ATP酶和核苷酸类的物质存在。因而目前认为，细菌鞭毛的运动，是由于鞭毛基部的一个鞭毛"发动器"，当S环和M环彼此向相反方向旋转时，"发动器"起动，导致中心杆转动，使鞭毛丝急整流旋转，推动菌体前进。关于鞭毛运动的机理，至今还未完全探明
细菌的运动速度也惊人的，平均速度见表2-6。它们的运动速度可以是其自身长度的10倍或数十倍。如逗号弧菌，端生鞭毛，菌体约0.3-0.5×1-5微米，而运动速度可达200微米/秒，相当于自身长度的40倍；又如蔓延螺菌，不仅前进速度为50微米/秒，而且鞭毛的旋转为40转/秒，带动菌体以14转/秒以上。这种惊人的运动速度的旋转频率，是世界上最优秀的短跑冠军和芭蕾舞演员所望尘莫及的。鞭毛的运动往往受环境条件的影响，当细菌与环境互相吸引时，鞭毛作顺时针旋转，反之，则以反时针方向转动。
细菌的运动性，是分类鉴定的一种依据。因此，准确区分鞭毛运动与布朗氏运动，以及在实验室正确应用研究这一过程的方法都是十分重要的。布朗氏运动是所有小质粒、包括非生命物质也具有的一种随机运动，动力来自周围水分子本身的运动，这些小质粒，以漫无目的的方式在周围运动，但在水中并不发生前进。可是，有鞭毛的细菌，常以一定的方向在水中运动。大的细菌、放线菌和较大的细菌，一般无布朗氏运动的表现，即使有也极轻微，检查细菌运动性最简便的方法是使用半固体琼脂培养基，这种软的琼脂对细菌运动性没有影响。例如采用试管半固体琼脂培养基穿刺接种法或平板半固体琼脂点种法，根据能否形成树根状菌群或迅速周围蔓延予以判断。 端生的和周生的鞭毛菌的鞭毛运动方式
细菌以推进方式作直向运动，以翻腾形式作短转向运动。能运动的细菌对外界环境的刺激很敏感，而且可以立即改变自己的运动状态。当受到外界因子刺激后，通过上述两种运动方式进行趋避运动，以求生存或生长更好。由于环境条件刺激而改变原来的运动方式，表现出一种新的运动特点，这种运动叫趋性运动。根据影响因子的不同，可分为分学趋避运动和光趋避运动两种。
化学趋避运动是许多细菌对不同化学物浓度所产生的反应运动。例如大肠杆菌细胞表面有多种蛋白质，能接受化学因子的刺激。当它们与不同的化学物质结合后，减少了翻腾运动的频率，加强了直向推进运动，使细菌趋向吸引物并聚于高浓度区，或者避离排斥物，菌体聚集在低尝浓度区。
光趋避运动是光合细菌对光反应所产生的运动。在行光趋避运动时，细菌并不改变它的翻腾运动的频率，而是以爆发活动的方式留在光圈内(图2-44)。设想一个光合细菌在一光点上的运动，首先把它培养在具弱光的液体培养基内，菌体进行着均匀的随机运动。此时若用一柱强光照射该培养基的局部，10-30分钟内，通过鞭毛运动，群体中绝大多数细胞便聚集在强光照射区。当这些细菌在偶尔情况下进入强光区后，并不改变自己的运动方式，继续按推进和翻腾运动方式运动，只有在其运动到光圈边缘时，则马上改变运动方向，以免走了光圈。因而经过一定时间后，很多趋光区内(图2-45)，甚至可以区别强工只差5%的光源。但是，微生物是如何控制它的鞭毛而对趋避性刺激起反应的，目前还是个迹。显然，在细胞内一定存运动起作用的协调系统。
更有趣的是，某些芽孢杆菌，如环状芽孢杆菌能借助鞭毛的定向排列和协调运动，使整个菌在固体培养基表面成团移动。
鞭毛虽是细菌的"运动器官"，但并非生命活动所必需。它极易脱落，也可因变异面是零丧失。即使以一定方式除去鞭毛，对细菌生存毫无影响。有人认为，鞭毛是细菌生存适应的产物。像水生细菌通常只一根或几根端生鞭毛，而陆生细菌多为周生鞭毛，以利在潮湿环境下活动，有些病原菌的鞭毛可能与致病性有关，它可协助菌体，穿过动物粘液性分泌物和上皮细胞的屏障进入人或运动体液和组织中引导起病害。
有些原核生物没有鞭毛也能运动。粘细菌、蓝细菌主要表现为"滑行"，这种运动方式，只有当菌体同固体表面接触时才能发生，如果悬于水中，运动即停止。也有的通过"轴索"扭曲而运动，如螺旋体等。
散毛和线毛
很多革兰氏阴性细菌，尤其是肠道细菌和某些假单胞菌属的菌株以及少数革兰氏阳性细菌的细胞表面，有一些比鞭毛更细、较短而直硬的丝状体结构叫上散毛(fimbria)(图2-46)。其数目很多，每个菌体约有150-500根。直径7-10纳米，长200-2，000纳米，仅在电子显微镜下才能看见。与鞭毛一样，散毛也起源于细胞质基粒或直接起源于靠近细胞膜的原生质。散毛不是细菌的"运动器官"。某不具鞭毛的细菌生有散毛，有的细菌二者兼有。
散毛的类型很多，肠道菌就有性毛和普通散毛两种。普通散毛根据其形态、分布、数目、吸附特性等又可分成六型。其中常见的是Ⅰ型散毛，它能牢固地吸附在动植物、真菌胞上，引导起红细胞凝集；有的是噬菌体的吸附位点，例如大肠杆菌噬菌体M13就可吸附在大肠杆菌的性散毛上(参阅图3-33)，进而侵入细胞；有的散毛，当大量菌体生长在一起时则相互纠缠，形成菌醭，漂浮于液面。
性散毛( sex pili)是在性质粒(F因子)控制下形成的，故又称F-散毛(F-pili)。它比普通散毛粗而长，数目较少，大肠杆菌约有四根，是细菌接合的"工具"。当不同质的细菌接合时，通过性散毛，雄性株就可将遗传物质传递给不具性质粒的雌性菌株，使之也能产生性散毛。至于遗传物质到底怎样传递的，有待进一步研究。
散毛亦由蛋白质组成。这些蛋白质亚基在细胞内合成后，可暂时贮存在细胞中，然后再行聚合。散毛可能经常脱落并不断更换。有的细菌具线毛(pilus) ，但散毛与线毛是有一定区别的。
(七) 芽孢
某些细菌，在其生长的一定阶段，在细胞内形成一个圆形，椭圆形或圆柱菜的结构，对不良环境条件具有较强的抗性，这种休眠体即称芽孢(spore)或孢子。由于它位于细胞之内，为区别放线菌、霉菌等所形成的分生孢子，故又称为生孢子(endospore)。芽孢的出现，实质是微生物发育徨中所产生的细胞分化现象或称形态发生，是一个或一群细胞从一种功能转变为另一种功能的表现。能形成芽孢的细菌，当处于活跃生长或分裂期时，在正常情况一上不形成芽孢；可是，从对数期转入稳定期时，细胞分化现象产生，在营养细胞内发育形成一个新型细胞--内生孢子。这种细胞与母细胞相比，不论化学组成、细微结构、生理功能等方面都完全不同。
能否形成芽孢是细菌种的特征。能产生芽孢的杆菌主要有好气性的芽孢杆菌属(Bacillus)和厌气性的梭状芽孢杆菌属，此外还有微好气的芽孢乳杆菌属，厌气的脱硫肠状菌属以及多孢子菌属。而球菌中仅芽孢八叠球菌属能产生孢子；螺状菌属与弧菌属(Vibrio)中少数种也能产生芽孢；甚至放线菌中的高温放线菌属亦产生内生孢子。
芽孢形成的位置、形状、大小因菌种而异，在分类鉴定上有一定意义。例如巨大芽孢杆菌、柘草芽孢杆菌、炭疽芽孢杆菌等的芽孢位于菌体中央，卵圆形、比菌体小；丁酸梭菌等的芽孢位于菌体中央，椭圆形，直径比菌体大，使孢子囊两头小中间大而呈梭形；可是破伤风梭菌的芽孢却位于菌体一端，正圆形，直径比菌体大，孢子囊呈鼓槌状。
芽孢具有厚而致密的壁，不易着色，在相差显微镜下呈现折光性很强的小体；用芽孢染色法染色后，普通光学显微镜下也可看见。利用电子显微镜，不仅可以观察各种芽孢的表面特征，有的光滑、有的具有脉纹或沟嵴，而且还能看到一个成熟的芽孢具有核心、内膜、初生细胞壁、皮层、外膜、外壳层及外孢子囊等多层结构。
根据电子显微镜的观察，芽孢形成包含着下述一系列复杂过程。
1. 轴丝形成 在营养细胞内，分开存在的两个染色体首先发生构型变化，即两个染色体聚集在一起，从致密发育的形式，逐渐成为一个连椟的、位于细胞中央的轴丝状结构，并通过间体与细胞膜相连。有人认为这是芽孢早期所具有的特异结构，是抗辐射的物质基础；
2.隔膜形成 在接近细胞一端处，细胞膜内隐，向心延伸，产生隔膜，将细胞分成大小两部分。与此同时，轴丝状结构也分为两部分；
3.前孢子形成 在细胞中，较大部分的细胞膜围绕较小的部分迅速地继续延伸，直至将小的部分完全包围到大的部分中为止，这个新形成的细胞(结构)叫前孢子(forespore)。此时当孢子由两层极性相反的细胞膜组成，其中内膜将发育成为营养细胞的细胞膜。
4.皮层形成 由于前孢子迅速进行合成作用，新形成的物质沉积于前孢子的两层极性相反的细胞膜之间，逐渐发育形成皮层(cortex)。与此同时，随着2，6-吡啶二羧酸简称DPA， NHOOCCOOH的合成，Ca2+的吸收，出现了DPA-Ca的复合物；而且在前孢子的外面也开始形成外壳层。这时的皮层，似乎变成了一种呈现出条纹的多层结构；
