1、Part 17: 放線菌和相關(guān)生物（Actinomycetes and related organisms)一種高G+C含量(hnling)的G+細(xì)菌弗蘭克氏菌產(chǎn)生不能運(yùn)動(dòng)(yndng)的孢囊孢子。它們與高等植物如赤楊共生。共五十三頁(yè)本章(bn zhn)綱要1 放線菌的一般定義2 放線菌的一般特征3 放線菌亞目4 微球菌亞目5 棒桿菌(gnjn)亞目6 小單孢菌亞目7 鏈霉菌亞目8 鏈孢囊菌亞目9 弗蘭克氏菌亞目10 放線菌目的其他亞目共五十三頁(yè)1、 放線菌的一般(ybn)定義放線菌（antinomycetes）是一類呈菌絲狀生長(zhǎng)、主要以孢子繁殖和陸生性強(qiáng)的原核(yun h)生物。 從醫(yī)療的角

2、度看，放線菌非常重要當(dāng)它們降解橡膠產(chǎn)品，在航空燃料中生長(zhǎng)，產(chǎn)生有臭味的物質(zhì)污染水源，在污水灌溉的植物上生長(zhǎng)，形成厚厚的泡沫時(shí)，它們可能很討厭。但另一方面，它們又是大多數(shù)抗生素的生產(chǎn)者。 H.A.Lechevalier & M.P.Lechevalier共五十三頁(yè)2、 放線菌的一般(ybn)特征放線菌是一種原核生物(shngw)，以菌落呈放射狀而得名。 分布：在自然界分布很廣，主要習(xí)居于土壤之中，每克土壤中含數(shù)萬(wàn)乃至數(shù)百萬(wàn)個(gè)放線菌孢子。中性、偏堿性的土壤和有機(jī)質(zhì)豐富的土壤中較多。土壤特有的泥腥味主要由放線菌的代 謝產(chǎn)物引起的。共五十三頁(yè) 結(jié)構(gòu)： 基內(nèi)菌絲長(zhǎng)在medium內(nèi)，吸收營(yíng)養(yǎng)氣生菌絲向me

3、dium上空伸展 孢子絲 氣生菌絲分枝部分，分化的具有形成孢子作用 的繁殖(fnzh)菌絲，放線菌的孢子常具有色素，呈 白、灰等顏色，是分類的重要特征之一分生孢子鏈瓊脂(qingzh)表面共五十三頁(yè)放線菌的分支(fnzh)菌絲在固體基質(zhì)的內(nèi)部和表面都會(huì)生長(zhǎng)，形成菌絲體。好氧的菌絲體末端會(huì)產(chǎn)生分生孢子，孢子的外形一般相差很大。孢子不耐高溫，但可以耐干旱，這是放線菌的一種適應(yīng)方式。絕大多數(shù)的放線菌不能運(yùn)動(dòng)。少數(shù)能通過(guò)鞭毛孢子實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)。不同放線菌的細(xì)胞壁組成差別非常大，可作為分類標(biāo)準(zhǔn)?？梢园逊啪€菌的細(xì)胞壁分成4大類（表3.1）其中第、型放線菌的細(xì)胞抽提物分別含有特征糖，可用于分類（表3.2）。共五十

4、三頁(yè)放線菌孢子(boz)的掃描電鏡照片實(shí)例圖1形成(xngchng)孢子的糖多孢菌屬菌絲圖2鼠毛上的囊軸發(fā)仙菌孢子囊圖3玫瑰小雙孢菌菌絲上成對(duì)孢子圖4棘孢小單孢菌圖5多毛的鏈霉菌孢子鏈圖6世田北里孢菌的產(chǎn)氣孢子共五十三頁(yè)D-GluDL-DAP可與肽橋或其他(qt)四肽鏈中的DAP相連革蘭氏陽(yáng)性菌細(xì)胞壁L-AlaD-AlaN-乙酰胞壁酸N-葡萄糖胺肽聚糖的相互(xingh)交聯(lián)共五十三頁(yè)表1 放線菌細(xì)胞壁類型(lixng)細(xì)胞壁類型二氨基庚二酸異構(gòu)體肽橋上的甘氨酸特征糖代表屬L，L+無(wú)類諾卡氏菌屬，鏈霉菌屬內(nèi)消旋+無(wú)游動(dòng)放線菌屬，小單孢菌屬等內(nèi)消旋-無(wú)弗蘭克菌屬等內(nèi)消旋-阿拉伯糖，半乳糖諾卡氏菌

5、屬等共五十三頁(yè)表2 放線菌全細(xì)胞糖模式(msh)類型糖模式類型特征糖代表屬A阿拉伯糖，半乳糖諾卡氏菌屬，紅球菌屬，糖單孢菌屬B馬杜拉糖馬杜拉放線菌屬，鏈孢囊菌屬，嗜皮菌屬C無(wú)高溫單孢菌屬，束絲放線菌屬，地嗜皮菌屬D阿拉伯糖，木糖小單孢菌屬，游動(dòng)放線菌屬共五十三頁(yè)菌落特征介于細(xì)菌與霉菌之間，放線菌的氣生菌絲較細(xì)，生長(zhǎng)緩慢，菌絲分枝交錯(cuò)纏繞，故菌落質(zhì)地(zhd)致密。菌絲長(zhǎng)在培養(yǎng)基內(nèi)，不易挑起。 放線菌形態(tài)特征的初步觀察 培養(yǎng)基： 高氏一號(hào) 可溶性淀粉 2% KNO3 0.1% K2HPO4 0.05% MgSO4.7H2O 0.05% NaCl 0.05% FeSO4 0.001% pH 7.2

6、7.0 共五十三頁(yè) 插片法觀察(gunch) 倒平板 10-12 ml，插片，將滅菌的蓋玻片以45o角度插入培養(yǎng)基內(nèi)，插入深度為1/2-1/3 蓋片法觀察切槽，去培養(yǎng)基，蓋上玻片，培養(yǎng)后翻身觀察 接種：將菌種接種在蓋玻片與瓊脂相邊沿線，放置之28培養(yǎng)6-15天 觀察：培養(yǎng)后菌絲體生長(zhǎng)在培養(yǎng)基及蓋玻片上，小心用攝子將蓋玻片取出，擦去較差一面的菌絲體，放在載玻片上（菌絲體覆蓋在載玻片上），于顯微鏡觀察。共五十三頁(yè) 作用：1) 產(chǎn)抗生素（4000種以上）2) 胞外酶，如：蛋白酶、葡糖異構(gòu)酶（游動(dòng)放線菌）3) 甾體轉(zhuǎn)化，環(huán)保(hunbo)，氰化物降解共五十三頁(yè) 2. 抗菌譜測(cè)定 供試菌： a. 枯草桿

7、菌（G+Rod） b. 金黃色葡萄球菌（G+Cocci） E.coli（G-腸道細(xì)菌） c. 白色念珠菌（代表酵母型） d. 分枝桿菌（代表結(jié)核桿菌） e. 青霉、曲霉（絲狀真菌） 瓊脂塊測(cè)定法：培養(yǎng)(piyng)后的放線菌，用打孔器切成一定體積的瓊脂塊，移到供試菌（剛接種）平皿上，觀察抑菌圈。 濾紙片法 （或杯碟法）：將濾紙片浸入受試發(fā)酵液中，直接放入平板或牛浸小杯，觀察抑菌圈。共五十三頁(yè) 放線菌的分類 1. 放線菌科 Actinomyces 屬 3. 雙歧桿菌 Bifidobacterium 2. 分枝桿菌科 Mycobacteriaceao 分枝桿菌屬 Mycobacterium 3.

8、弗蘭克氏菌 Frankiaceae 4. 游動(dòng)(yu dn)放線菌科 Actinoplanaceae 5. 嗜皮菌科 Dermatophilaceae 6. 諾卡氏菌科 Nocardiaceae 諾卡氏菌 Nocardia 假諾卡氏菌 Pseudonocardia 7. 鏈霉菌科 Streptomycetaceae 鏈霉菌屬 Streptomyces 8. 小單孢菌科 Micromonospora共五十三頁(yè)放線菌具有(jyu)良好菌絲體有分枝，無(wú)橫隔，不斷裂一般(ybn)無(wú)氣生菌絲無(wú)氣生菌絲，基內(nèi)菌絲無(wú)橫隔，不斷裂孢子絲多樣，直波、曲、螺旋，呈現(xiàn)多種顏色孢子絲盤(pán)卷形成孢囊，內(nèi)有孢囊孢子基內(nèi)菌絲

9、有橫隔，能斷裂成桿狀和球狀孢子孢子單個(gè)著生于短梗頂端鏈霉菌屬孢囊鏈霉菌屬諾卡氏菌屬小單孢菌屬常用放線菌的簡(jiǎn)捷分類共五十三頁(yè)3 放線菌亞目這個(gè)亞目多數(shù)屬為外形(wi xn)不規(guī)則，不產(chǎn)芽孢，好氧或兼性的革蘭氏陽(yáng)性桿菌（11個(gè)屬為厭氧）。包括放線菌屬，隱秘桿菌屬，動(dòng)彎桿菌屬等。放線菌屬的細(xì)菌為直或微彎的桿菌，形狀變化很大有真正分支的纖細(xì)菌絲。（見(jiàn)左圖）放線菌屬為兼性或嚴(yán)格厭氧，生長(zhǎng)良好時(shí)需要CO2。圖1 內(nèi)氏放線菌（1000）圖2 放線菌屬掃描電鏡照片(zhopin)（18 000）共五十三頁(yè)多為致病菌，無(wú)氣生菌絲，基內(nèi)菌絲無(wú)隔膜，不斷裂放線菌屬的各個(gè)種一般在人類和其他溫血?jiǎng)游锏恼衬け砻?biom

10、in)生活，口腔就是個(gè)很好的環(huán)境。牛放線菌(A.bovis)導(dǎo)致牛的放線菌頸腫病，放線菌屬是人類放線菌病，眼睛感染和周期性疾病的病因。其中最重要的人類致病菌是衣氏放線菌(A.israelii)共五十三頁(yè)4 微球菌(qijn)亞目微球菌(qijn)亞目有10個(gè)科和許多屬，最著名的是微球菌(qijn)屬、節(jié)桿菌屬和嗜皮菌屬。微球菌屬包括好氧的，過(guò)氧化氫酶陽(yáng)性的球菌，主要以成對(duì)，四體或不規(guī)則簇狀存在。多不能運(yùn)動(dòng)（見(jiàn)左圖）。節(jié)桿菌屬包括好氧的，過(guò)氧化氫酶陽(yáng)性，營(yíng)呼吸代謝的桿菌，肽聚糖中含賴氨酸，它最特別之處是桿菌-球菌的生長(zhǎng)循環(huán)（圖例）。嗜皮菌屬形成有簇生鞭毛的孢子的孢子囊，兼性厭氧，可寄生于哺乳動(dòng)物

11、。圖1 微球菌屬。藤黃微球菌 甲基藍(lán)染色（1000）共五十三頁(yè)節(jié)桿菌（Arthrobacter）處于(chy)對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期呈不規(guī)則、分支的桿狀，通過(guò)斷裂繁殖。進(jìn)入穩(wěn)定期后，細(xì)胞變?yōu)榍驙?。轉(zhuǎn)移到新鮮培養(yǎng)基后，球狀又形成有活力的桿狀細(xì)胞。它們能耐受貧瘠和干旱的環(huán)境，對(duì)營(yíng)養(yǎng)的要求很靈活，甚至能降解一些殺蟲(chóng)劑和除草劑，對(duì)復(fù)雜的有機(jī)分子的礦化也很重要。共五十三頁(yè)節(jié)桿菌屬 桿菌-球菌生長(zhǎng)(shngzhng)循環(huán) 圖a 培養(yǎng)(piyng)6h球菌長(zhǎng)出桿菌 圖b 12h后的桿菌 圖c 24h后的細(xì)菌 圖d 3天后達(dá)到穩(wěn)定期的細(xì)胞共五十三頁(yè)5 棒桿菌(gnjn)亞目本目最重要的3個(gè)屬為棒桿菌屬，分支桿菌屬和諾卡氏

12、菌屬。棒桿菌(gnjn)屬包括好氧或兼性，過(guò)氧化氫酶陽(yáng)性，直或微彎的桿菌(gnjn)，末端常尖。成團(tuán)或成串存在（圖1）。分支桿菌屬為微彎或直的桿菌，有時(shí)分支或形成菌絲（圖2）。圖1 白喉棒桿菌圖2 麻風(fēng)分支桿菌 耐酸性染色共五十三頁(yè)Nocardia ： 基內(nèi)菌絲內(nèi)有隔膜，并可斷裂成桿狀或球桿狀。一般無(wú)氣生菌絲，以橫隔分裂方式形成孢子。產(chǎn)利福霉素，慶大霉素，可用于石油脫蠟、 烴類發(fā)酵(f jio)等。能降解許多分子，如石油烴，清潔劑，苯，多氯化聯(lián)二苯，以及許多殺蟲(chóng)劑。KCN HCONH2 HCOOH + NH3CH2=CH-CN CH2=CH CONH2 CH2=CH COOH丙烯腈丙烯酰胺污水

13、處理(w shu ch l)腈水合酶酰胺水解酶丙烯酸共五十三頁(yè) 建成年產(chǎn)2000噸裝置； 腈水合酶活力高，達(dá)1000萬(wàn)單位每毫升發(fā)酵液； 轉(zhuǎn)化率高，99%以上； 產(chǎn)物分離提取(tq)簡(jiǎn)便，產(chǎn)品純度99.8%以上。面向重要精細(xì)化學(xué)品和功能手性化合物的大規(guī)模生產(chǎn)，通過(guò)路線變更，建立了節(jié)能、減排、降耗的新型工藝路線，基礎(chǔ)研究向應(yīng)用研究有效延伸 生物催化生產(chǎn)煙酰胺、羥基乙酸和(S)-2,2-二甲基環(huán)丙烷(bn wn)甲酰胺的工藝路線共五十三頁(yè) 率先實(shí)現(xiàn)羥基乙酸的生物法生產(chǎn)； 建成年產(chǎn)150噸工業(yè)裝置； 腈水解酶活力達(dá)到10萬(wàn)單位以上； 轉(zhuǎn)化率高，99%以上；腈水合酶/酰胺酶雙菌雙酶耦聯(lián)法生產(chǎn)西司他丁關(guān)

14、鍵中間體2,2-二甲基環(huán)丙甲酰胺共五十三頁(yè)一株腈水合(shuh)酶生產(chǎn)菌諾卡氏菌培養(yǎng)過(guò)程中的鏡檢照片共五十三頁(yè)6150倍 發(fā)育初期有明顯的分枝菌絲，13h后開(kāi)始斷裂，20h后呈大小整齊的短桿狀，呈鏈條堆狀排列(pili)，48h菌體大小為 1.14 1.76m. 在營(yíng)養(yǎng)瓊脂平板上，菌落隆起，無(wú)氣生菌絲，呈不規(guī)則圓形，表面光滑，有光澤，呈粉紅色至桔紅色。共五十三頁(yè)6 小單孢菌亞目它們(t men)的菌絲往往有各種顏色，能產(chǎn)生不同的色素。它們(t men)沒(méi)有氣生菌絲或氣生菌絲不發(fā)達(dá)。菌絲末端生長(zhǎng)出孢子囊，分生孢子在孢子囊內(nèi)形成。孢子有能運(yùn)動(dòng)的，也有不能運(yùn)動(dòng)的。小單孢菌屬可以產(chǎn)生抗生素如慶大霉素。

15、圖1 成熟的游動(dòng)(yu dn)放線菌孢子囊的掃描電鏡照片共五十三頁(yè)小單孢菌科（Micromonosporaceae）是放線菌目的1科。生物學(xué)特征：基內(nèi)菌絲形成單個(gè)孢子。通常無(wú)氣生菌絲。小單孢菌屬：基因菌絲發(fā)育良好，形成致密小菌落，直徑約3毫米；菌絲纖細(xì)，直徑0.20.8微米，無(wú)鞘,有分枝，不斷裂；一般無(wú)氣生菌絲；孢子單個(gè)生在基內(nèi)菌絲上，時(shí)常在基絲表面形成褐黑色孢子層，孢子表面光滑、粗糙或有突起;菌落黃橙或橙紅,也有的為絳紅、褐色或綠藍(lán)等色；細(xì)胞壁化學(xué)組分型，即以內(nèi)消旋二氨基庚二酸和甘氨酸為特征性組份，有時(shí)還有少量左旋或羥基二氨基庚二酸；含有阿拉伯糖和木糖；DNA中的G+C克分子含量為71.47

16、2.8。本屬菌喜潮濕(chosh)，常見(jiàn)于湖、河的水和泥中，能夠分解一些不易分解的有機(jī)質(zhì)，如纖維素、幾丁質(zhì)、木聚糖等。產(chǎn)生多種抗生素，特別是氨基糖苷類，如對(duì)綠膿桿菌有特效的慶大霉素等。代表種為青銅小單孢菌。放線單孢菌屬：基內(nèi)菌絲上的長(zhǎng)柄頂端形成單個(gè)大孢子，直徑2.53.0微米，無(wú)氣生菌絲。至今只記述葡萄牙放線多孢菌1種。 共五十三頁(yè)共五十三頁(yè)7丙酸桿菌(gnjn)亞目（Propionibacterineae)多形的不能運(yùn)動(dòng)桿菌，常為一端尖，一端圓的棒狀。細(xì)胞可為球形或分支。兼性厭氧或好氧，利用乳酸鹽和糖產(chǎn)生大量丙酸和二氧化碳(r yng hu tn)。在動(dòng)物的皮膚和消化道，乳制品如乳酪中生長(zhǎng)有

17、丙酸桿菌屬（Propionbacterium）細(xì)菌，它們對(duì)瑞士乳酪的生產(chǎn)很有意義。共五十三頁(yè)瑞士乳酪含有丙酸桿菌發(fā)酵產(chǎn)生(chnshng)的CO2空洞共五十三頁(yè)困難(kn nn)與希望共存的丙酸發(fā)酵共五十三頁(yè)共五十三頁(yè)共五十三頁(yè)8 鏈霉菌(mjn)亞目本目有1個(gè)科3個(gè)屬，其中最重要的是鏈霉菌屬。鏈霉菌屬是一個(gè)大屬，有大約500個(gè)種。嚴(yán)格好氧，型細(xì)胞壁。它們的氣生菌絲在一個(gè)平面上分支，形成(xngchng)3-50或更多的不能運(yùn)動(dòng)的分生孢子短鏈，其孢子表面有光滑的，多刺的，及多疣的。鏈霉菌對(duì)生態(tài)和醫(yī)藥都很重要。在礦化作用中起著很重要的作用。鏈霉菌最著名的特征是它們能合成各種抗生素，其中一些被用于

18、醫(yī)藥和生物學(xué)研究，如兩性霉素B，氯霉素，紅霉素，新霉素，制霉菌素，鏈霉素，四環(huán)素等。圖1 雪白鏈霉菌的光滑孢子圖2 美好鏈霉菌多疣的孢子共五十三頁(yè)Streptomyces： 生長(zhǎng)在含水量低，通氣好的土壤中。有良好的分枝狀菌絲體，菌絲無(wú)隔膜(gm)。已知該菌屬有1000多種。S.griseus 灰色鏈霉菌S.rimosus 龜裂鏈霉菌共五十三頁(yè)圖3 綠色(l s)產(chǎn)色鏈霉菌的多刺孢子圖4 松果鏈霉菌孢子鏈的光學(xué)(gungxu)顯微鏡照片圖6 產(chǎn)鏈霉素的灰色鏈霉菌圖5 瘡痂病鏈霉菌 生長(zhǎng)在馬鈴薯上的一種放線菌共五十三頁(yè)9 鏈孢囊菌亞目本亞目包括(boku)3個(gè)科14個(gè)屬。伯杰氏手冊(cè)第一版中它們位于

19、第30組（馬杜拉菌）和第31組（高溫單孢菌相關(guān)屬）馬杜拉放線菌屬是與致病性放線菌有關(guān)的一類放線菌。高溫單孢菌屬在氣生菌絲，或氣生菌絲和基質(zhì)菌絲上產(chǎn)生單個(gè)孢子。圖1 馬杜拉放線菌電鏡照片(zhopin)圖2 白色鏈孢囊菌的電鏡照片共五十三頁(yè)孢囊鏈霉菌屬：由氣生菌絲的孢子(boz)絲盤(pán)卷成孢子(boz)囊。如： 粉紅孢囊鏈霉菌（Streptosporangium roseum） 產(chǎn)生多霉素（polycin）抗G+、G-、病毒、腫瘤共五十三頁(yè)10 弗蘭克氏菌亞目弗蘭克氏菌屬能形成不能運(yùn)動(dòng)的孢囊孢子。在菌絲斷裂時(shí)，會(huì)釋放出成群的孢子。弗蘭克氏菌在至少8個(gè)科的高等非豆科植物的根系中共生，能固氮，微需氧（

20、赤楊這樣的植物能在缺氧的環(huán)境下生長(zhǎng)與此有關(guān))。魚(yú)孢菌屬是最奇特的一類放線菌。它缺乏基質(zhì)菌絲體，菌絲通過(guò)附著器與基質(zhì)相連，并向上(xingshng)生長(zhǎng)形成氣生菌絲體，在有水時(shí)釋放出可運(yùn)動(dòng)的有鞭毛的分生孢子。圖1 被菌絲包裹(bogu)的一個(gè)孢子囊的掃描電鏡照片共五十三頁(yè)紅枝榿木的一個(gè)根瘤(gnli)，細(xì)胞被弗蘭克氏菌的小囊所充滿共五十三頁(yè)11 雙歧桿菌(gnjn)（Bifidobacteriales)雙歧雙歧桿（B.bifidus）是人類(rnli)腸道的最早入住者，尤其是哺乳期的新生兒。1500倍雙歧桿菌改良的乳制品共五十三頁(yè)相關(guān)生物有棒狀桿菌類群和丙酸細(xì)菌科 棒桿菌屬Corynebacte

21、rium 節(jié)桿菌屬Arthrobacter 丙酸桿菌 Propionbacterium形態(tài)性狀差別(chbi)非常大，同一菌種表現(xiàn)多態(tài)性。重要工業(yè)菌種： 北京棒桿菌（Coryn. pekinense) 谷氨酸棒桿菌(Coryn. Glutamicus) 黃色短桿菌(Brevibacterium flavum) 乳糖發(fā)酵短桿菌(B.lactofermentum) 產(chǎn)氨短桿菌(B.ammoniagenes) 嗜乙酰乙酸棒桿菌 (Coryn. Acetoacidophilum)節(jié)桿菌屬 (Arthrobacter) 產(chǎn)D-氨基酸，甾類化合物共五十三頁(yè) -聚賴氨酸的研究進(jìn)展 聚賴氨酸對(duì)多種細(xì)菌、酵母菌的生長(zhǎng)有抑制作用，是一種新穎的營(yíng)養(yǎng)性食品(shpn)保鮮劑。結(jié)構(gòu)式如下：共五十三頁(yè)建立(jinl)了快速篩選放線菌的方法。1.1高通量菌種初篩方法的建立(jinl) 50處理一個(gè)小時(shí) 5mmol/L磷酸緩沖液土樣 取1 克 或自然風(fēng)干3-10天 稀釋不同濃度 5-7后挑菌落 1 株1瓶 涂布 純種菌 發(fā)酵 誘變(yu bin) 所要的菌種 高產(chǎn)穩(wěn)定優(yōu)良的菌株 顯桔黃色沉淀 重新篩選用Dragendorff 試劑檢測(cè)重鉻酸鉀（可同時(shí)抑制細(xì)菌和霉菌生長(zhǎng)）共五十三頁(yè)產(chǎn)-PL菌株培養(yǎng)兩天的菌落(jnlu)形態(tài)篩選得到