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海洋放線菌的特性、分類和分布習性研究現狀

壹、放線菌的分布

放線菌通常以孢子或菌絲的形式存在於自然界中。無論數量還是種類,土壤都是最豐富的。據測定,每克土壤中可含有數萬甚至數百萬個孢子,但受土壤性質、季節、作物種類等條件影響。壹般來說,肥沃的土壤比稀薄的土壤多,農田土壤比森林土壤多,中性或堿性土壤多。土壤環境因素如有機質、水分、溫度和通風也影響其數量。它適合在低含水量的土壤中生長。然而,嗜熱放線菌的活性在糞肥和堆肥中是有限的。放線菌產生的代謝產物往往會使土壤產生壹種特殊的泥臭味。

在河流和湖泊中,放線菌數量較少,多為小單孢菌、運動放線菌和鏈黴菌孢囊,也有少數鏈黴菌。海洋中的放線菌大多來自土壤,或者以漂浮在海面的藻類為食。海水中還有耐鹽放線菌。

大氣中也有大量的放線菌菌絲和孢子,並不是原始的微生物菌群,而是因為土壤、動物、植物、食物甚至衣服表面都有大量的放線菌。因為它們是耐幹的,所以它們經常帶著灰塵和水滴,借助風力飛入大氣層。

放線菌常生長在食物上,特別是在幹燥溫暖的條件下,容易大量繁殖,使食物散發刺鼻的黴味。

健康動物,尤其是反芻動物的腸道內有大量的放線菌。其中壹部分可能是定居在腸道內的微生物,堆肥中的嗜熱放線菌可能來源於此。動植物表面有大量的腐生放線菌,偶爾也有寄生放線菌。

了解放線菌的分布對於進壹步開發放線菌資源,發現和篩選新的抗生素無疑是非常重要的。

二、放線菌的形態和結構

放線菌為單細胞,多由分枝良好的菌絲組成,最簡單的為桿狀或具原始菌絲。菌絲體的直徑與桿狀菌相似,約1微米。細胞壁的化學成分還含有原核生物特有的細胞壁酸和二氨基庚二酸,但不含幾丁質或纖維素。革蘭氏染色陽性,很少陰性。有許多放線菌,如諾卡氏菌屬放線菌,能抵抗酸性染色的陽性反應。與結核桿菌相比,脫色時間過長可轉陰,這也是諾卡氏菌與結核桿菌的區別之壹。

放線菌的菌絲體細胞結構與細菌基本相同。根據菌絲的形態和功能,可分為營養菌絲、氣絲和孢子絲三種類型。

(1)營養菌絲,也叫原生菌絲或初生菌絲,匍匐在培養基中,主要生理功能是吸收營養物質,故又稱基質菌絲。營養菌絲壹般沒有隔膜,即使有也很少;直徑0.2-0.8微米,但長度差別很大,短的不到100微米,長的可達600微米以上;有的沒有色素,有的產生黃、橙、紅、紫、藍、綠、棕、黑等不同的色素。如果是水溶性色素,也可以滲透到培養基中,使培養基染上相應的顏色。如果是水不溶性(或脂溶性)色素,菌落噸會顯示相應的顏色。因此,色素是鑒定菌株的重要依據。

(2)氣生菌絲又稱次生菌絲。當營養菌絲發育到壹定時期,長出培養基並延伸到空間的菌絲為氣生菌絲。它疊加在營養菌絲上,使其能覆蓋整個菌落表面。在光學顯微鏡下,比營養菌絲顏色更深,直徑更粗,約1-1.4微米,長度更是相差懸殊。直的或彎曲的和分支的,有些產生色素。

(3)孢子絲菌當氣生菌絲發育到壹定程度時,分化出能形成孢子的菌絲,即孢子絲菌,又稱孢子絲菌或生殖菌絲。孢子體的形狀及其在氣生菌絲上的排列因菌株而異。

孢子絲可分為直形、波浪形和螺旋形。螺旋孢子絲的螺旋結構和長度非常穩定,螺旋的數量、密度和旋轉方向是物種的特征。螺旋數通常為5-10轉,少則1,多則20;旋轉方向多為逆時針,少數為順時針。孢子絲交替排列,成簇或輪生。孢子絲從壹點分出三個以上的孢子分枝,稱為輪生分枝。它有壹等輪和二等輪。上述特征可作為菌種鑒定的依據。

孢子絲在光學顯微鏡下生長到壹定階段可形成孢子,孢子有球形、橢圓形、桿狀、瓜子形等。在電鏡下也可以看到孢子的表面結構,有的光滑,有的有小疣,有的有刺(不同種類的孢子有不同長度的刺)或有毛(圖2-63)。孢子表面結構也是放線菌種類鑒定的重要依據。孢子的表面結構也與孢子體的形狀和顏色有關。壹般直形或波浪形孢子體形成的孢子表面光滑。螺旋形孢子體的形狀和顏色也有關系。壹般直形或波浪形孢子體形成的孢子表面光滑。螺旋形孢子體形成的孢子光滑、有刺或有毛;白色、黃色、淺綠色、灰黃色和淡紫色的孢子表面壹般光滑,粉紅色的孢子只有少數刺,黑色的孢子大多有刺和毛。

由於孢子含有不同的色素,成熟的孢子堆也呈現特定的顏色,在壹定條件下相對穩定,因此也是鑒定菌株的依據之壹。需要指出的是,孢子的形狀和大小壹般不能作為分類鑒定的重要依據。因為,即使從孢子絲分化出來的孢子在形狀和大小上也可能不同。

放線菌的發育周期是壹個連續的過程。以鏈黴菌為例,放線菌的生活史總結如下:孢子在適宜條件下萌發,長出1-3個芽管;芽管拉長,分枝生長,越來越多的分枝形成營養菌絲;當營養菌絲發育到壹定階段,生長成氣生菌絲至培養基外層空間;氣生菌絲發育到壹定程度,在其上形成孢子體;孢子絲以某種方式形成孢子。如此循環,才能生存和發展。

三。放線菌和菌落的特征

放線菌群落由菌絲體組成。壹般圓形、扁平或有許多褶皺,光學顯微鏡下,菌落周圍有放射狀菌絲。壹般特征介於黴菌和細菌之間,因物種不同可分為兩類:

壹種是由大量分枝的氣生菌絲和菌株形成的菌落。鏈黴菌的菌落是壹種類型的代表。鏈黴菌菌絲細,生長緩慢,分枝多,相互纏繞,所以形成的菌落質地致密,表面呈致密的絲絨狀或堅實、幹燥、有皺紋,菌落小,不鋪展;營養菌絲生長在培養基中,因此菌落與培養基結合緊密,攪起後不易攪起或破碎:在氣生菌絲分化成孢子體之前,幼菌落與細菌菌落非常相似,光滑或纏結如發。有時氣生菌絲為同心環,只有在孢子體產生大量孢子並覆蓋整個菌落表面後,典型的放線菌菌落才呈絮狀、粉末狀或顆粒狀。有些種類的孢子含有色素,這使得菌落的表面或背部具有不同的顏色。

另壹類菌落是由不產生大量菌絲體的菌種形成的,如諾卡氏放線菌的菌落,粘附性差,呈粉末狀結構,用針壹挑就碎。

如果將放線菌接種於液體培養基中培養,可在瓶壁液面形成點狀或膜狀菌落,或沈降於瓶底而培養基不混濁。如果搖瓶培養,往往會形成由短菌絲體組成的球形顆粒。

四、放線菌的繁殖方式

放線菌繁殖主要是通過形成無性孢子,或者利用菌體作為分裂碎片。

放線菌生長到壹定階段,部分氣生菌絲形成孢子體,孢子體成熟後分化出許多孢子,稱為分生孢子。孢子可以通過下列方式產生。

凝結和分裂形成濃縮的孢子。其過程是,孢子壁內的原生質圍繞著核物質,從上至下逐漸凝結成壹系列體積相同或大小相近的小片段,然後小片段收縮,每壹片段外又產生新的孢子壁,成為圓形或橢圓形的孢子。孢子成熟後,孢子體壁破裂,孢子被釋放出來(圖2-65)。大多數放線菌以這種方式形成孢子,如鏈黴菌孢子。現在已經有人對某些方式提出了異議。

隔膜分裂形成隔膜孢子。其過程是,當單細胞孢子體生長到壹定階段時,首先在其中產生隔膜,然後在隔膜處破裂形成孢子,稱為隔膜孢子,也叫中孢子或花粉孢子(圖2-66)。壹般為圓柱形或桿狀,體積基本相等,大小相近,約為0.7-0.8×1-2.5微米。諾卡氏菌就是這樣形成孢子的。

有些放線菌先在菌絲上形成孢子囊,孢子囊內形成孢子。當孢子囊成熟時,它破裂並釋放出大量的孢子囊孢子。孢子囊可以在氣生菌絲、營養菌絲或兩者上形成。放線菌和子囊菌需要以某種方式形成孢子。孢子囊可由孢子體盤繞而成,有的由孢子囊柄頂端膨大而成。孢子囊孢子的形成過程如圖2-67所示。

小單孢菌科大多數種的孢子形成是通過營養線上的單軸分枝,從基部再生出直而短(5-10微米)的特殊分枝,分枝還可以進壹步分枝,每個分枝頂端形成壹個球形、橢圓形或長方形的孢子,這些孢子叢生在壹起,很像壹串葡萄(圖2-68)。

有些放線菌偶爾會產生厚壁孢子。

放線菌孢子具有良好的耐幹性,但不耐高溫。當在60-65℃下處理10-15時,它們失去活力。

放線菌也可由菌絲的破碎碎片形成母菌,常見於液體培養基中。當工業發酵生產抗生素時,放線菌以這種方式增殖。如果將培養物靜置,通常會在培養物的表面形成細菌膜,並且在膜上也能產生孢子。

動詞 (verb的縮寫)放線菌生理學

除了少數自養菌株如自養鏈黴菌外,大部分都是異養的。外差型異養菌的營養需求差異很大,有的可以利用簡單的化合物,有的則需要復雜的有機化合物。他們可以使用不同的碳水化合物。它們可以利用不同的碳水化合物,包括糖、湖泊、粉狀有機酸、纖維素、半纖維素等作為能量來源。最佳碳源是葡萄糖、麥芽糖、糊精、澱粉和甘油,其次是蔗糖、木糖、棉子糖、酒精和有機酸。有機酸中,乙酸、乳酸、檸檬酸、琥珀酸和蘋果酸較易使用,草酸、酒石酸和馬尿酸較難使用。壹些放線菌還可以利用幾丁質、碳氫化合物、單寧甚至橡膠。

氮營養方面,蛋白質、蛋白腖和部分氨基酸最合適,硝酸鹽?其次是銨鹽和維生素。除諾卡氏菌外,大多數放線菌都能利用冷蛋白和液化明膠。

與其他生物壹樣,放線菌的生長壹般需要鉀、鎂、鐵、銅和鈣,其中鎂和鉀對菌絲生長和抗生素產生有顯著影響。生產各種抗生素所需的礦物質營養素並不完全相同。例如弗氏鏈黴菌產生新黴素時,Zn是必需的,而Mg、Fe、Cu、Al、Mn是無效的。Co是放線菌產生維生素B12的必需元素。當培養基中含有1或2ppm的Co時,灰色鏈黴菌中的維生素產量可提高3倍,如果培養基中的Co含量高達20-50ppm,則會產生毒性作用。此外,Co還有促進孢子形成的作用。

大多數放線菌為好氧菌,只有部分種類為微量好氧菌和厭氧菌。因此,在工業發酵生產抗生素的過程中,必須保證足夠的通風;溫度也會影響放線菌的生長。大多數放線菌的最適生長溫度為23-37℃,而嗜熱放線菌的生長溫度為50-65℃,許多菌株在20-23℃以下仍生長良好。放線菌菌絲體比細菌營養體具有更強的抗幹燥能力,許多菌株在CaCl2 _ 2和H2SO4幹燥器中能存活壹年半左右。

放線菌的生理特性比較復雜,這裏只能簡單介紹壹下。了解上述特性對於進壹步發揮其經濟效益,尋找和開發放線菌資源無疑是非常重要的。

六、放線菌的代表屬

(1)鏈黴菌的種類超過65,438+0,000種,包括許多不同的種和變種。它們的菌絲發達,菌絲分枝,無隔膜,直徑約0.4-1微米,長短不壹,多核。菌絲體可分為營養菌絲、氣生菌絲和孢子絲菌,它們依次形成分生孢子。孢子囊和孢子的形態因種而異,這是鏈黴菌種的主要鑒別特征之壹。

雖然在淡水和海洋中也能找到壹些鏈黴菌,但主要生長在含水量低、通風良好的土壤中。由於許多鏈黴菌產生的抗生素具有巨大的經濟價值和醫學意義,人們對這類放線菌進行了大量的研究工作。研究表明,抗生素主要由放線菌產生,其中90%由鏈黴菌產生。能有效防治水稻紋枯病的著名的常用抗生素如鏈黴素、土黴素、博來黴素、絲裂黴素,抗真菌的制黴菌素、卡那黴素、井岡黴素等都是鏈黴菌的次生代謝產物。壹些鏈黴菌能產生壹種以上的抗生素,這些抗生素在化學上互不相關。然而,在世界許多不同地方發現的不同物種可能產生相同的抗生素;改變鏈黴菌的營養可能會導致抗生素性質的改變。這些細菌壹般對自身的抗生素有抗性,但可能對其他鏈黴菌產生的抗生素敏感。盡管過去對產生抗生素的鏈黴菌進行了廣泛的研究,但對這些生物的生態關系知之甚少,這在未來應得到加強。此外,許多感染性疾病不能被現有的抗生素適當抑制或產生耐藥菌株,因此我們必須繼續尋找和篩選新的抗生素。

鏈黴菌種類繁多,其中50%以上能產生抗生素。根據氣候,中科院北京微生物研究所菌絲的顏色(孢子堆的顏色);根據基質菌絲體的顏色、可溶性色素、孢子體形狀、孢子形狀和表面結構等特征,將鏈黴菌分為14個種組,每個種組又包括許多不同的種。

(2)諾卡氏菌又稱原放線菌,在培養基上形成典型的菌絲體,像樹根壹樣劇烈彎曲或不彎曲,有長菌絲。該屬的特點是在培養15小時至4天內,菌絲產生隔膜,所有分枝菌絲突然斷裂,長成桿狀或球狀體或分枝桿狀體(圖2-69)。每個桿中至少有壹個細胞核,可以復制形成新的多核菌絲體。該屬大多數種沒有氣生菌絲,只有營養菌絲,營養菌絲通過橫向分裂形成孢子。少數種類在營養菌絲表面覆蓋壹層極薄的氣生菌絲分支——子實體或孢子體。孢子絲是直的,有些種類呈鉤狀或螺旋狀,有橫隔膜。孢子由隔膜分裂而成,孢子呈桿狀、圓柱形、兩端截短或橢圓形。

菌落外觀和結構多樣,壹般比鏈黴菌菌落小,表面凹凸不平有褶皺,致密幹燥,易破碎,或生面團;壹些種類的菌落是光滑的或凸起的,暗淡的或有光澤的,被水浸泡過的。

該屬多為好氧腐生菌,少數為厭氧寄生菌。可以同化各種碳水化合物,有的可以利用碳氫化合物、纖維素等。

諾卡氏菌主要分布在土壤中。已報道100多種,可生產30多種抗生素。如對結核分枝桿菌和麻風分枝桿菌有特效的利福黴素,對引起植物、原蟲和病毒的細菌有特效的絲裂黴素,對革蘭氏陽性菌有特效的裏斯托黴素等。此外,諾卡氏菌在石油脫蠟、烴類發酵和汙水處理中用於分解腈類化合物。

(3)放線菌多為病原菌,僅為營養菌絲,直徑小於65438±0微米,有隔膜,可斷成“V”形或“Y”形。沒有氣生菌絲,也沒有孢子。壹般為厭氧菌或兼性厭氧菌。引起牛頜腫脹的牛放線菌是該屬的典型代表。另壹種是伊氏放線菌,寄生在人體上,可引起後頜骨腫瘤和肺部感染。它們的生長需要豐富的營養,通常在培養基中加入血清或心腦汁。

(4)小單孢菌菌絲細長,直徑0.3-06微米,無隔膜和斷裂,菌絲侵入培養基,不形成氣生菌絲。菌絲上只長了許多分枝和小梗,頂端還附著壹個孢子。

菌落比鏈黴菌小得多,壹般2-3毫米,壹般為橙黃色,也有深褐色、黑色和藍色;菌落表面覆蓋著壹層薄薄的孢子。這種細菌通常是好氧腐生的,可以利用各種氮化物碳水化合物。大部分分布在土壤或湖底土壤中,也有不少堆肥糞肥。該屬約有30種,也是產生抗生素較多的壹個屬。如慶大黴素由巖藻小單孢菌和棘孢小單孢菌產生,有的可產生利福黴素、鹵黴素等30多種抗生素。目前認為該屬具有很大的產生抗生素的潛力,部分物種還積累了維生素B12,應引起註意。

(5)鏈孢囊的主要特征是能形成孢囊和孢子。其形成過程如圖2-67所示。有時也能形成螺旋狀的孢子絲,成熟後分裂成分生孢子。該屬的營養葉狀體分枝多,橫隔少,直徑0.5-1.2微米。氣生菌絲呈簇狀、分散狀或同心圓狀排列。該屬有15余種,其中許多種因能產生廣譜抗生素而受到關註。脈孢菌產生的多黴素能抑制革蘭氏陽性菌、革蘭氏陰性菌、病毒等,還能抑制腫瘤。綠色鏈格孢菌產生的綠色素對細菌、黴菌和酵母有作用。西伯利亞鏈格孢菌產生的兩性黴素對腫瘤有壹定療效。

(6)遊動放線菌通常生長在水下的葉子上。壹般有或很少氣生菌絲;營養菌絲或多或少分支,有或無隔膜,直徑約0.2-2.6微米;它由孢子囊孢子傳播。孢子囊形成於營養菌絲或孢子囊上。孢子囊的柄是直的或分枝的,每個分枝頂端形成壹至數個孢子囊。孢子囊孢子通常略具棱角,有壹到數個發光體或數個末端鞭毛,可以移動,這是該屬最特別的特征。

具體要看專業文獻。我會給妳壹些英文信息,並根據這些信息中的內容進行搜索。

1.海洋放線菌:前景、挑戰、未來方向。

Bullat,Stachje,Wardac,Goodfellow M .(這些都是海洋放線菌的權威,呵呵)肯特大學生物科學研究學院,坎特伯雷,肯特CT27NJ,

聯合王國。A.T.Bull@kent.ac .英國

在這篇論文中,我們評估了生物學研究的現狀

海洋放線菌生物技術。涵蓋的主題包括

海洋生物的豐富性、多樣性、新穎性和生物地理分布

放線菌,生態系統功能,生物勘探,以及壹種新的研究方法

放線菌分類空間的探索。未來海洋議程

基於上述考慮,建議進行放線菌研究

問題。

PMID: 15971359

2:環境微生物。2005年7月;7(7):1039-48.

熱帶太平洋沈積物中可培養海洋放線菌的多樣性。

Jensen PR,Gontang E,Mafnas C,Mincer TJ,Fenical W .

斯克裏普斯研究所海洋生物技術和生物醫學中心

加州大學聖地亞哥分校海洋學,拉霍亞,CA 92093-0204,

美國。pjensen@ucsd.edu

使用多種培養基和選擇性分離培養放線菌

從關島周圍收集的275個海洋樣本的技術。在…裏

總共觀察到6425個放線菌菌落,其中983個(15%),

代表從每個樣品中觀察到的形態多樣性的範圍,

是在純培養中獲得的。分離的大多數菌株(58%)

生長所需的海水表明高度的海洋適應性。這

回收的優勢放線菌(568株)屬於需海水放線菌

海洋分類單元‘鹽孢菌’,小單孢菌科的壹個新屬。A

這個分類群的正式描述已經被接受出版

艾爾。,2005年)並包括對鹽生菌屬的屬名的修正

與鏈黴菌屬相關的兩個主要新分支的成員。,暫定

被稱為MAR2和MAR3,是栽培的,似乎代表新屬

鏈黴菌科。總共有五種新的海洋生物類型,包括兩種

在高溫單孢菌科,似乎代表新的分類群,獲得

在文化上。這些結果支持分類多樣性的存在

生活在海洋中的系統發育不同的放線菌種群

環境。這些細菌很容易用低營養培養基培養

代表了用於藥物發現的未開發資源。

PMID:15946301[考研中]

3:自然生產。2005年3月;68(3):349-53.

Chinikomycins A和B:分離、結構鑒定和生物活性

來自海洋鏈黴菌的新型抗生素。隔離M045。

李F,馬斯基RP,秦S,薩特勒I,Fiebig HH,麥爾A,Zeeck A,Laatsch H。

哥廷根大學有機和生物分子化學系,

德國哥廷根D-37077塔曼街2號。

在我們篩選海洋鏈黴菌的生物活性成分時,發現了兩種新的

命名為chinikomycins A (2a)和B (2b)的抗腫瘤抗生素

與手黴素A (1)壹起分離,並通過以下方法闡明其結構

對它們光譜的詳細解釋。Chinikomycins A (2a)和B (2b)是

64-pABA-2型含氯芳香化手黴素衍生物

側鏈不尋常的對位取向。他們表現出抗腫瘤作用

針對不同人類癌細胞系的活性,但在

抗病毒、抗菌和植物毒性試驗。

PMID: 15787434

4.中依賴於文化和不依賴於文化的多樣性

專性海洋放線菌鹽孢菌屬

特雷西·j·明瑟?威廉·費尼卡爾和保羅·詹森*

加州大學聖地亞哥分校斯克裏普斯海洋研究所海洋生物技術和生物醫學中心,加利福尼亞州拉霍亞,郵編:92093-0204

於2005年4月6日收到65438/於2005年7月4日接受。鹽生菌是放線菌目的第壹個專性海洋屬,是生物活性次級代謝物的主要來源。盡管海洋沈積物中有全球、熱帶或亞熱帶分布,但迄今為止僅培育了兩種鹽生孢子菌,表明物種水平的多樣性有限。為了進壹步探索鹽生孢子菌的多樣性和分布,對從巴哈馬周圍收集的沈積物中分離的350多種菌株的系統發育多樣性進行了研究,包括使用新的富集方法培養的菌株。壹種不依賴於培養物的方法,使用鹽生菌特異性半巢式PCR技術,用於從環境DNA中檢測鹽生菌並估計多樣性。總的來說,16S rRNA基因

培養菌株的序列多樣性與在環境克隆文庫中檢測到的壹致。盡管進行了廣泛的努力,但沒有檢測到新的物種水平的多樣性,並且通過限制性片段長度多態性檢測的105株菌中的97%屬於壹個系統型(沙生鏈球菌)。新種內多樣性

包括壹個豐富的新的尚未培養的系統型,並為該屬建立了壹個新的深度記錄1,100 m。PCR引入的誤差,主要來自Taq聚合酶,顯著增加了克隆文庫序列多樣性,如果不從分析中掩蓋,將導致

對整體多樣性的高估。壹種專門針對營養細胞的環境DNA提取方法提供了海洋沈積物中活性放線菌生長的證據,同時表明大多數沈積物樣品主要含有鹽生孢子,其濃度在海洋沈積物中無法檢測到

環境克隆庫。討論了與環境樣品中孢子形成微生物的直接基於序列的檢測相關的挑戰。