放線菌基本常識(shí)

放線菌是介于細(xì)菌與絲狀真菌之間而又接近于細(xì)菌的一類絲狀原核生物(有人認(rèn)為它是細(xì)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(gè)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(guó)學(xué)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(guó)現(xiàn)在也采用此分類系統(tǒng)。蘇聯(lián)學(xué)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(guó)家米用。放線菌多為腐生，少數(shù)寄生，與人類關(guān)系十分密切。腐生型在自然界物質(zhì)循環(huán)中起著相當(dāng)重要的作用，而寄生型可引起人、動(dòng)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(dòng)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(jì)損失。只要掌握了有關(guān)放線菌的知識(shí)，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?cè)趯ふ?、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、生理特性及其代謝等方面的知識(shí)。據(jù)估計(jì)，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(xué)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(guó)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，在甾體轉(zhuǎn)化、石油脫蠟、烴類發(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(cè)定，每克土壤可含數(shù)萬乃至數(shù)百萬個(gè)抱子，但受土壤性質(zhì)、季節(jié)、作物種類等條件的影響。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(jī)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(zhǎng)。而廄肥和堆肥中僅限于高溫放線菌活動(dòng)。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(dòng)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(dòng)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(fēng)力飛入大氣所致。食品上常常生長(zhǎng)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(dòng)物，特別是反芻動(dòng)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(dòng)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(duì)于進(jìn)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(xì)胞，大多由分枝發(fā)達(dá)的菌絲組成，最簡(jiǎn)單的為桿狀或具原始菌絲。菌絲直徑與桿狀細(xì)菌差不多，大約1微米。細(xì)胞壁化學(xué)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。有許多放線菌對(duì)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(shí)間太長(zhǎng)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(xì)胞的結(jié)構(gòu)與細(xì)菌基本相同。根據(jù)菌絲形態(tài)和功能可分為營(yíng)養(yǎng)菌絲、氣生絲和抱子絲三種。（一） 營(yíng)養(yǎng)菌絲又叫初級(jí)絲體或一級(jí)菌絲體，匍匐生長(zhǎng)于培養(yǎng)基內(nèi)，主要生理功能是吸收營(yíng)養(yǎng)物，故亦稱基內(nèi)菌絲。營(yíng)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(zhǎng)度差別很大，短的小于100微米，長(zhǎng)的可達(dá)600微米以上；有的無色素，有的產(chǎn)生黃、橙、紅、紫、藍(lán)、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(jí)菌絲體。營(yíng)養(yǎng)菌絲體發(fā)育到一定時(shí)期，長(zhǎng)出培養(yǎng)基外并伸向空間的菌絲為氣生菌絲。它疊生于營(yíng)養(yǎng)菌絲上，以至可覆蓋整個(gè)菌落表面。在光學(xué)顯微鏡下，顏色較深，直徑比營(yíng)養(yǎng)菌絲粗，約1-1.4微米，其長(zhǎng)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(dāng)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(zhǎng)度均很穩(wěn)定，螺旋數(shù)目、疏密程度、旋轉(zhuǎn)方向等都是種的特征。螺旋數(shù)目通常為5-10轉(zhuǎn)，也有少至1個(gè)多至20個(gè)的；旋轉(zhuǎn)方向多為逆時(shí)針，少數(shù)種是順時(shí)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(diǎn)分出3個(gè)以上的抱子枝者，叫做輪生枝。它有一級(jí)輪生和二級(jí)輪生。上述特征，皆可作為菌種鑒定的依據(jù)。抱子絲生長(zhǎng)到一定階段可形成抱子。在光學(xué)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(xì)長(zhǎng)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?yàn)?，即使從一個(gè)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(gè)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發(fā)，長(zhǎng)出1-3個(gè)芽管；芽管伸長(zhǎng)，長(zhǎng)出分枝，分枝越來越多形成營(yíng)養(yǎng)菌絲體；營(yíng)養(yǎng)菌絲體發(fā)育到一定階段，向培養(yǎng)基外部空間生長(zhǎng)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(xué)顯微鏡下觀察，菌落周圍具輻射狀菌絲?？偟奶卣鹘橛诿咕c細(xì)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(xì)，生長(zhǎng)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(jiān)實(shí)、干燥、多皺，菌落較小而不蔓延；營(yíng)養(yǎng)菌絲長(zhǎng)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(dāng)氣生菌絲尚未分化成抱子絲以前，幼齡菌

落與細(xì)菌的菌落很相似，光滑或如發(fā)狀纏結(jié)。有時(shí)氣生菌絲呈同心環(huán)狀，當(dāng)抱子絲產(chǎn)生大量抱子并布滿整個(gè)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?！隽硪活惥溆刹划a(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、 放線菌的繁殖方式放線菌主要通過形成無性抱子的方式進(jìn)行繁殖，也可借菌體為裂片段繁殖。放線菌長(zhǎng)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(duì)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(xì)胞抱子絲長(zhǎng)到一定階段，首先在其中產(chǎn)生橫隔膜，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070.8x1-2.5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(yíng)養(yǎng)菌絲上形成，或二者均可生成。游動(dòng)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(yíng)養(yǎng)菌線上作單軸分枝，基上再生出直而短（5-10微米）的特殊分枝，分枝還可再分枝杈，每個(gè)枝杈頂端形成一個(gè)球形、橢圓形或長(zhǎng)圓形抱了，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，60-65r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(shí)，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(yíng)養(yǎng)要求差別很大，有的能利用簡(jiǎn)單化合物，有的卻需要復(fù)雜的有機(jī)化合物。它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(jī)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(jī)酸次之。有機(jī)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?xì)浠衔铩⒌幰灾料鹉z。氮素營(yíng)養(yǎng)方面，以蛋白質(zhì)、蛋白有胨以及某些氨基酸最適，硝酸鹽銨鹽和素次之。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(zhǎng)一般都需要K、Mg、Fe、Cu和Ca其中Mg和K對(duì)于菌絲生長(zhǎng)和抗生素的產(chǎn)生有顯著作用。各種抗生素的產(chǎn)生所需的礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)并不完全相同，如弗氏鏈霉菌產(chǎn)生新霉素時(shí)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(dāng)培養(yǎng)基中含1或2ppm的Co時(shí)，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(shí)則產(chǎn)生毒害作用。另外，Co還有促

進(jìn)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(duì)放線菌生長(zhǎng)亦有影響，大多數(shù)放線菌的最適生長(zhǎng)溫度為23-37°C，高溫放線菌的生長(zhǎng)溫度范圍在50-65r，也有許多菌種在20-23r以下仍生長(zhǎng)良好；放線菌菌絲體比細(xì)菌營(yíng)養(yǎng)體抗干燥能力強(qiáng)，很多菌種有盛在CaCI2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(dāng)復(fù)雜，這里只能概要地介紹。了解上述特性，對(duì)于進(jìn)一步發(fā)揮其經(jīng)濟(jì)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(zhǎng)短不一，多核。菌絲體有營(yíng)養(yǎng)菌絲、氣生菌絲和抱子絲之分，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(shí)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(zhǎng)在含水量較低、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(jì)價(jià)值和醫(yī)學(xué)意義，對(duì)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(xué)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(yíng)養(yǎng)，可能導(dǎo)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(duì)其他鏈霉菌產(chǎn)生的抗生素可能敏感。盡管過去對(duì)產(chǎn)生抗生素的鏈霉菌的鏈霉菌研究很廣，但對(duì)這些生物的生態(tài)學(xué)相互關(guān)系了解甚少，這是今后應(yīng)加強(qiáng)的。另外，許多傳染病用現(xiàn)有的抗生素得不到適當(dāng)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(guó)科學(xué)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(gè)種組，每個(gè)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(zhǎng)菌絲。這個(gè)屬的特點(diǎn)是在培養(yǎng)15小時(shí)至4天內(nèi)，菌絲體產(chǎn)生橫隔膜，分枝的菌絲體突然全部斷裂成長(zhǎng)短近于一致的桿狀或球狀體或帶杈的桿狀體（圖2-69）。每個(gè)桿狀體內(nèi)至少有一個(gè)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(yíng)養(yǎng)菌絲，以橫隔分裂方式形成抱子。少數(shù)種在營(yíng)養(yǎng)菌絲表面覆極薄的一層氣生菌絲枝—子實(shí)體或抱子絲。抱子絲直形、個(gè)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(tuán)；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?xì)浠衔?、纖維素等。諾卡氏菌主要分布于土壤?，F(xiàn)已報(bào)導(dǎo)100余種，能產(chǎn)生30多種抗生素。如對(duì)結(jié)核分枝桿菌和麻瘋分枝菌有特效的利福霉素，對(duì)引起植物白葉枯病的細(xì)菌，以及原蟲、病毒有作用的間型霉素，對(duì)革蘭氏陽性細(xì)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、烴類發(fā)酵以及污水處理中分解腈類化合物。（三）放線菌屬（Actinomyces）放線菌屬多為致病菌，只有營(yíng)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。

引起牛顎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，可引起后顎骨腫瘤和肺部感染。它們的生長(zhǎng)需要較豐富的營(yíng)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(xì)，直徑0.3-06微米，無橫隔膜、不斷