放線菌基本常識

1、放線菌是介于細菌與絲狀真菌之間而又接近于細菌的一類絲狀原核生物（有人認為它是細菌中的一類），因菌落呈放射狀而得名。1877年由合茲（Harz）首先發(fā)現(xiàn)一種寄生于牛體的厭氣性牛型放線菌，從此便引用了 Actinomyces這個屬名，后來又發(fā)現(xiàn)了好氣性腐生的種類，也叫放線菌。1984年，美國學者是瓦克斯曼（Waksman）把好氣性腐生放線菌另立為鏈霉菌屬， 以與放線菌屬相區(qū)別， 而將厭氣性寄生的種類仍保留原名-放線菌屬（Actinomyces）。我國現(xiàn)在也采用此分類系統(tǒng)。蘇聯(lián)學者在拉西里尼科夫則將二者均歸入放線菌屬，這種系統(tǒng)只蘇聯(lián)和東歐一些國家采用。放線菌多為腐生，少數(shù)寄生，與人類關(guān)系十分密切。腐

2、生型在自然界物質(zhì)循環(huán)中起著相 當重要的作用，而寄生型可引起人、動物、植物的疾病。這些疾病可分為兩大類，一類是放 線菌病，由一些放線菌所引起，如馬鈴薯瘡痂病、動物皮膚病、肺部感染、腦膜炎等；另一 類為諾卡氏菌病，由諾卡氏菌引起的人畜疾病，如皮膚病、肺部感染、足菌病等。此外，放 線菌具有特殊的土霉味， 易使水和食品變味。 有的能破壞棉毛織品、紙張等，給人類造成經(jīng) 濟損失。只要掌握了有關(guān)放線菌的知識，充分了解其特性，就可控制、利用和改造它們，使 之更好地為人類服務(wù)。放線菌最突出的特性之一是能產(chǎn)生大量的、種類繁多的抗生素。人們在尋找、生產(chǎn)抗生 素的過程中，逐步積累了有關(guān)放線菌的生態(tài)、形態(tài)、分類、生理特

3、性及其代謝等方面的知識。 據(jù)估計，全世界共發(fā)現(xiàn) 4, 000多種抗生素，其中絕大多數(shù)由放線菌產(chǎn)生。這是其他生物難 以比擬的?？股厥侵饕幕瘜W療劑，現(xiàn)在臨床所用的抗生素種類占井岡霉素、慶豐霉素、 我國用的菌肥"5406”也是由涇陽鏈霉菌制成；有的放線菌還用于生產(chǎn)維生素、酶制劑；此外，在管體轉(zhuǎn)化、石油脫蠟、燒類發(fā)酵、污水處理等方面也有應(yīng)用。在理論研究中也有重要意義。 因此，近30多年來，放線菌在微生物中特別受到重視。一、放線菌的分布放線菌常以抱子或菌絲狀態(tài)極其廣泛地存在于自然界。不論數(shù)量和種類，以土壤中最多。據(jù)測定，每克土壤可含數(shù)萬乃至數(shù)百萬個胞子，但受土壤性質(zhì)、季節(jié)、作物種類等條件的

4、影響。一般情況下，肥土較瘦土多，農(nóng)田土比森林土多，中性或偏堿性土壤中也較多。土壤環(huán) 境因子如有機質(zhì)、水分、 溫度、通氣狀況等也影響其數(shù)量。它適宜在含水量較低的土壤內(nèi)生 長。而廄肥和堆肥中僅限于高溫放線菌活動。放線菌所產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物往往使土壤具有特殊的泥腥味。河流和湖泊中，放線菌數(shù)量不多，大多為小單抱菌、游動放線菌和抱囊鏈霉菌，還有少數(shù)鏈 霉菌。海洋中的放線菌多半來自土壤或生存在漂浮海面的藻體上。海水中還存在耐鹽放線菌。大氣中也存在著大量的放線菌菌絲和抱子，它們并非原生的微生物區(qū)系，而是由于土壤、動植物、食品甚至衣物等表面均有大量的放線菌存在，由于它們耐干燥，常隨塵埃、水滴， 借助風力飛入大氣所

5、致。食品上常常生長放線菌，尤其在比較干燥、溫暖的條件下易于大量繁殖，使食品發(fā)出刺 鼻的霉味。健康動物，特別是反芻動物的腸道內(nèi)有著大量的放線菌，它們可有是腸道內(nèi)定居的微生物，堆肥中的高溫放線菌可能來源于此。在動物和植物體表有大量的腐生性放線菌，偶爾也有寄生性放線菌存在。了解放線菌的分布，對于進一步開發(fā)放線菌資源，發(fā)現(xiàn)和篩選新的抗生素，無疑是很重要的。二、放線菌的形態(tài)與結(jié)構(gòu)放線菌菌體為單細胞，大多由分枝發(fā)達的菌絲組成，最簡單的為桿狀或具原始菌絲。菌 絲直徑與桿狀細菌差不多，大約1微米。細胞壁化學組成中亦含原核生物所特有的胞壁酸和二氨基庚二酸，不含幾丁質(zhì)或纖維素。革蘭氏染色陽性反應(yīng)，極少陰性。有許多

6、放線菌對抗酸性染色亦吳陽性反應(yīng)，像諾卡氏放線菌。它與結(jié)核桿菌相比，如果脫色時間太長也可成為 陰性，這是諾卡氏菌與結(jié)核桿菌的區(qū)別之一。放線菌菌絲細胞的結(jié)構(gòu)與細菌基本相同。根據(jù)菌絲形態(tài)和功能可分為營養(yǎng)菌絲、氣生絲和抱子絲三種。（一）營養(yǎng)菌絲 又叫初級絲體或一級菌絲體，匍匐生長于培養(yǎng)基內(nèi)，主要生理功能是吸收 營養(yǎng)物，故亦稱基內(nèi)菌絲。營養(yǎng)菌絲一般無隔膜，即使有也非常少；直徑 0.2-0.8微米，但 長度差別很大，短的小于 100微米，長的可達600微米以上；有的無色素，有的產(chǎn)生黃、 橙、紅、紫、藍、綠、褐、黑等不同色素，若是水溶性的色素，還可透入培養(yǎng)基內(nèi)，將培養(yǎng) 基染上相應(yīng)的顏色，如果是非水溶性 （或

7、脂溶性）色素，則使菌落噸呈現(xiàn)相應(yīng)的顏色。因此， 色素是鑒定菌種的重要依據(jù)。（二）氣生菌絲 又稱二級菌絲體。營養(yǎng)菌絲體發(fā)育到一定時期，長出培養(yǎng)基外并伸向空間 的菌絲為氣生菌絲。 它疊生于營養(yǎng)菌絲上，以至可覆蓋整個菌落表面。在光學顯微鏡下，顏色較深，直徑比營養(yǎng)菌絲粗，約 1-1.4微米，其長度則更懸殊。直形或彎曲而分枝，有的產(chǎn) 生色素。（三）抱子絲 當氣生菌絲體發(fā)育到一定程度，其上分化出可形成抱子的菌絲即抱子絲，又名產(chǎn)抱絲或繁殖菌絲。抱子絲的形狀和在氣生菌絲上的排列方式，隨菌種而異。抱子絲的形狀有直形、 波曲和螺旋形之分。 螺旋狀抱子絲的螺旋結(jié)構(gòu)與長度均很穩(wěn)定，螺旋數(shù)目、疏密程度、旋轉(zhuǎn)方向等都是種

8、的特征。螺旋數(shù)目通常為 5-10轉(zhuǎn)，也有少至1個多至 20個的；旋轉(zhuǎn)方向多為逆時針，少數(shù)種是順時針的。抱子絲的排列方式，有的交替著生， 有的叢生或輪生。抱子絲從一點分出 3個以上的抱子枝者，叫做輪生枝。它有一級輪生和二 級輪生。上述特征，皆可作為菌種鑒定的依據(jù)。抱子絲生長到一定階段可形成抱子。在光學顯微鏡下，抱子呈球形、橢圓形、桿狀、瓜 子狀等；在電子顯微鏡下還可看到抱子的表面結(jié)構(gòu)，有的光滑、有的帶小疣、有的生刺（不同種的抱子，刺的粗細長短不同 ）或有毛發(fā)狀物（圖2-63）。抱子表面結(jié)構(gòu)也是放線菌種鑒定 的重要依據(jù)。抱子的表面結(jié)構(gòu)與抱子絲的形狀、顏色也有一定關(guān)系，一般直形或波曲狀的抱子絲形成的

9、抱子表面光滑； 而螺旋狀抱子絲的形狀、 顏色也有一定關(guān)系， 一般直形或波曲狀 的抱子絲形成的抱子表面光滑；而螺旋狀抱子絲形成的抱子，有的光滑，有的帶刺或毛；白色、黃色、淡綠、灰黃、淡紫色的抱子表面一般都是光滑型的，粉紅色抱子只有極少數(shù)帶刺，黑色抱子絕大部分都帶刺和毛發(fā)。由于抱子含有不同色素，成熟的抱子堆也表現(xiàn)出特定的顏色，而且在一定條件下比較穩(wěn) 定，故也是鑒定菌種的依據(jù)之一。應(yīng)指出的是，抱子的形態(tài)和大小不能籠統(tǒng)地作為分類鑒定 的重要依據(jù)。因為，即使從一個抱子子絲分化出來的抱子，形狀和大小可能也有差異。放線菌的發(fā)育周期是一個連續(xù)的過程?，F(xiàn)以鏈霉菌為例，將放線菌生活史概括如下：抱 子在適宜條件下萌

10、發(fā)，長出 1-3個芽管；芽管伸長，長出分枝，分枝越來越多形成營養(yǎng)菌絲 體；營養(yǎng)菌絲體發(fā)育到一定階段，向培養(yǎng)基外部空間生長成為氣生菌絲體；氣生菌絲體發(fā)育到一定程度，在它的上面形成抱子絲；抱子絲以一定方式形成抱子。如此周而復(fù)始，得以生 存發(fā)展。三、放線菌和菌落特征放線菌的菌落由菌絲體組成。一般圓形、光平或有許多皺褶，光學顯微鏡下觀察，菌落 周圍具輻射狀菌絲。總的特征介于霉菌與細菌之間，因種類不同可分為兩類：一類是由產(chǎn)生大量分枝和氣生菌絲和菌種所形成的菌落。鏈霉菌的菌落是一類型的代 表。鏈霉菌菌絲較細，生長緩慢，分枝多而且相互纏繞，故形成的菌落質(zhì)地致密、表面呈較 緊密的絨狀或堅實、干燥、多皺，菌落較

11、小而不蔓延；營養(yǎng)菌絲長在培養(yǎng)基內(nèi)，所以菌落與 培養(yǎng)基結(jié)合較緊，不易挑起或挑起后不易破碎：當氣生菌絲尚未分化成抱子絲以前，幼齡菌落與細菌的菌落很相似，光滑或如發(fā)狀纏結(jié)。有時氣生菌絲呈同心環(huán)狀，當抱子絲產(chǎn)生大量 抱子并布滿整個菌落表面后，才形成絮狀、粉狀或顆粒狀的典型的放線菌菌落； 有些種類的 抱子含有色素，使菌落有面或背面呈現(xiàn)不同顏色。另一類菌落由不產(chǎn)生大量菌絲體的種類形成，如諾卡氏放線菌的菌落，粘著力差，結(jié)構(gòu) 呈粉質(zhì)狀，用針挑起則粉碎。若將放線菌接種于液體培養(yǎng)基內(nèi)靜置培養(yǎng)，能在瓶壁液面處形成斑狀或膜狀菌落，或沉 降于瓶底而不使培養(yǎng)基混濁；如以震蕩培養(yǎng)，常形成由短的菌絲體所構(gòu)成的球狀顆粒。 四、

12、放線菌的繁殖方式1放線菌主要通過形成無性抱子的方式進行繁殖，也可借菌體為裂片段繁殖。放線菌長到一定階段，一部分氣生菌絲形成抱子絲，抱子絲成熟便分化形成許多抱子， 稱為分生抱子。抱子的產(chǎn)生有以下幾種方式。凝聚分裂形成凝聚抱子。其過程是抱子絲抱壁內(nèi)的原生質(zhì)圍繞核物質(zhì)，從頂端向基部逐漸凝聚成一串體積相等或大小相似的小段，然后小段收縮，并在每段外面產(chǎn)生新的抱子壁而成為 j圓形或橢圓形的抱子。 抱子成熟后，抱子絲壁破裂釋放出抱子（圖2-65）。多數(shù)放線菌按此方 式形成抱子，如鏈霉菌抱子的形成多屬此類型。對些種方式現(xiàn)已提出了異議。 | 橫隔分裂形成橫隔抱子。其過程是單細胞抱子絲長到一定階段，首先在其中產(chǎn)生

13、橫隔膜，然后，在橫隔膜處斷裂形成抱子，稱橫隔抱子，也中節(jié)抱子或粉抱子（圖2-66）。一般呈圓柱形或桿狀，體積基本相等，大小相似，約0.7-0.8 M-2.5微米。諾卡氏菌屬按此方式形成抱子。有些放線菌首先在菌絲上形成抱子囊（sporangium）,在抱子囊內(nèi)形成抱子，抱子囊成熟后，破裂，釋放出大量的抱囊抱子。抱子囊可在氣生菌絲上形成，也可在營養(yǎng)菌絲上形成， 或二者均可生成。游動放線菌屬和鏈抱菌囊菌屬待均民些方式形成抱子。抱子囊可由抱子絲盤繞形成，有的由抱子囊柄頂端膨大形成。抱囊抱子形成過程見圖2-67。小單抱菌科中多數(shù)種的抱子形成是在營養(yǎng)菌線上作單軸分枝，基上再生出直而短（5-10微米）的特殊

14、分枝，分枝還可再分枝杈，每個枝杈頂端形成一個球形、橢圓形或長圓形抱了，二|它們聚集在一起，很象一串葡萄 （圖2-68）,這些抱子亦稱分生抱子。 某些放線菌偶爾也產(chǎn)生厚壁抱子。放線菌抱子具有較是的耐干燥能力，但不耐高溫，60-65 C處理10-15分種即失去生活能力。放線菌也可借菌絲斷裂的片斷形成親的菌體，這種繁殖方式常見于液體培養(yǎng)基中。工業(yè)化發(fā)酵生產(chǎn)抗生素時，放線菌就以此方式大量繁殖。如果靜置培養(yǎng)，培養(yǎng)物表面往往形成菌膜，膜上也可產(chǎn)生出抱子。五、放線菌的生理除少數(shù)自養(yǎng)型菌種如自養(yǎng)鏈霉菌外，絕大多數(shù)為異差型。異差型。異差菌的營養(yǎng)要求差 別很大，有的能利用簡單化合物，有的卻需要復(fù)雜的有機化合物。它

15、們能利用不同的碳水化合物。它們能利用不同的碳水化合物，包括糖、淀、粉有機酸、纖維素、半纖維素等作為能 源。最好的碳源是葡萄糖、在麥芽糖、糊精、淀粉和甘油，而蔗糖、木糖、棉子糖、醇和有 機酸次之。有機酸中以醋酸、乳酸、檸檬酸、琥珀酸和蘋果酸易于利用，而草酸、酒石酸和 馬尿酸較難利用。某些放線菌還可利用幾丁質(zhì)，碳氫化合物、丹寧以至橡膠。氮素營養(yǎng)方面，以蛋白質(zhì)、蛋白有月東以及某些氨基酸最適，硝酸鹽錢鹽和素次之。除諾卡氏菌外，絕大多數(shù)放線菌都能利用酷蛋白，并能液化明膠。和其他生物一樣，放線菌的生長一般都需要K、Mg、Fe、Cu和Ca其中Mg和K對于菌絲生長和抗生素的產(chǎn)生有顯著作用。各種抗生素的產(chǎn)生所需

16、的礦質(zhì)營養(yǎng)并不完全相同，如弗氏鏈霉菌產(chǎn)生新霉素時必需 Zn元素，而Mg、Fe、Cu、Al和Mn和等不起作用。Co是放線 菌產(chǎn)生維生素B12的必需元素，當培養(yǎng)基中含1或2Ppm的Co時，可提高灰色鏈霉菌的維 生素產(chǎn)量三倍，如果培養(yǎng)基中Co含量高至20-50ppm時則產(chǎn)生毒害作用。 另外，Co還有促進抱子形成的功能。大多數(shù)放線菌是好氣的，只有某些種是微量好氣菌和厭氣菌。因此，工業(yè)化發(fā)酵生產(chǎn)抗 生素過程中必須保證足夠的通氣量；溫度對放線菌生長亦有影響，大多數(shù)放線菌的最適生長溫度為23-37 C,高溫放線菌的生長溫度范圍在50-65 C,也有許多菌種在 20-23 C以下仍生長良好；放線菌菌絲體比細菌

17、營養(yǎng)體抗干燥能力強，很多菌種有盛在 CaCl2和H2SO4的干燥器內(nèi)能存活一年半左右。放線菌的生理特性相當復(fù)雜，這里只能概要地介紹。了解上述特性，對于進一步發(fā)揮其 經(jīng)濟效益，尋找和開發(fā)放線菌資源無疑是很重要的。六、放線菌的代表屬（一）鏈霉菌屬（Streptomyces）共約1, 000多種，其中包括和很多不同的種別和變種。它 們具有發(fā)育良好的菌絲體，菌絲體分枝，無隔膜，直徑約 0.4-1微米，長短不一，多核。菌 絲體有營養(yǎng)菌絲、氣生菌絲和胞子絲之分，抱子絲再形成分生抱子。抱子絲和抱子的形態(tài)因 種而異，這是鏈霉菌屬分種的主要識別性狀之一。雖然一些鏈霉菌可見于淡水和海洋，但它主要生長在含水量較低、

18、通氣較好的土壤中。 由于許多鏈霉菌產(chǎn)生抗生素的巨大經(jīng)濟價值和醫(yī)學意義，對這類放線菌已做了大量研究工 作。研究表明，抗生素主要由放線菌產(chǎn)生，而其中 90%又由鏈霉菌產(chǎn)生，著名的、常用的 抗生素如鏈霉素、土霉素，抗腫瘤的博萊霉素、絲裂霉素，抗真菌的制霉菌素，抗結(jié)核的卡 那霉素，能有效防治水稻紋枯的井岡霉素等，都是鏈霉菌的次生代謝產(chǎn)物。有的鏈霉菌能產(chǎn)生一種以上的抗生素，有化學上，它們常?；ゲ幌嚓P(guān)；可是，從全世界許多不同地區(qū)發(fā)現(xiàn)的不同種別，卻可能產(chǎn)生同抗生素；改變鏈霉菌的營養(yǎng)，可能導致抗生素性質(zhì)的改變。這些菌 一般能抵抗自身所產(chǎn)生的抗生互不，而對其他鏈霉菌產(chǎn)生的抗生素可能敏感。盡管過去對產(chǎn)生抗生素的鏈

19、霉菌的鏈霉菌研究很廣，但對這些生物的生態(tài)學相互關(guān)系了解甚少，這是今后應(yīng)加強的。另外，許多傳染病用現(xiàn)有的抗生素得不到適當抑制或者產(chǎn)生了抗藥株，因此，必須繼續(xù)尋找和篩選新的抗生素。鏈霉菌不僅種類繁多， 而且其中50%以上的都能產(chǎn)生抗生素。中國科學院北京微生物所根據(jù)氣候菌絲的顏色（抱子堆的顏色）；基內(nèi)菌絲的顏色、可溶性色素、抱子絲的形狀、抱子 的形狀和表面結(jié)構(gòu)等特征，將鏈霉菌分為14個種組，每個種組又包括許多不同的種。（二）諾卡氏菌屬（Nocardia）它又名原放線菌屬，在培養(yǎng)基上形成典型的菌絲體，劇烈彎曲如樹根或不彎曲，具有長菌絲。這個屬的特點是在培養(yǎng) 15小時至4天內(nèi)，菌絲體產(chǎn)生橫隔膜， 分枝的

20、菌絲體突然全部斷裂成長短近于一致的桿狀或球狀體或帶杈的桿狀體（圖2-69）。每個桿狀體內(nèi)至少有一個核，因些可以復(fù)制并形成新的多核的菌絲體。此屬中多數(shù)種無氣生菌絲，只有營養(yǎng)菌絲，以橫隔分裂方式形成抱子。少數(shù)種在營養(yǎng)菌絲表面覆極薄的一層氣生菌絲枝 一子實體或抱子絲。抱子絲直形、個別種呈鉤狀或螺旋，具橫隔膜。以橫隔分裂形成抱子， 抱子桿狀、柱形兩端截平或橢圓形等。菌落外貌與結(jié)構(gòu)多樣，一般比鏈霉菌菌落小，表面崎嶇多皺，致密干燥，一觸即碎，或者為 面團；有的種菌落平滑或凸起，無光或發(fā)亮呈水浸狀。此屬多為好氣性腐生菌，少數(shù)為厭氣性寄生菌。能同化各種碳水化合物，有的能利用碳 氫化合物、纖維素等。諾卡氏菌主要

21、分布于土壤?，F(xiàn)已報導100余種，能產(chǎn)生30多種抗生素。如對結(jié)核分枝桿菌和麻瘋分枝菌有特效的利福霉素，對引起植物白葉枯病的細菌，以及原蟲、病毒有作用的間型霉素，對革蘭氏陽性細菌有作用的瑞斯托菌素等。另外，有此諾卡氏菌用于石油脫蠟、燒 類發(fā)酵以及污水處理中分解睛類化合物。（三）放線菌屬（Actinomyces）放線菌屬多為致病菌，只有營養(yǎng)菌絲，直徑小于1微米，有橫隔，可斷裂成"V"形或"Y"形體。無氣生菌絲，也不形成抱。一般為厭氣菌或兼性厭氣菌。引起牛顆腫病的牛型放線菌是此屬的典型代表。另一類是衣氏放線菌，它寄生于人體，可引起后顆骨腫瘤和肺部感染。它們的生長需要較豐富的營養(yǎng)，通常在培養(yǎng)基中加放血清或心、 腦浸汁等。(四)小單抱菌屬(Micromonospora)菌絲體纖細，直徑 0.3-06微米，無橫隔膜