链霉菌的研究概况

海南大学课程论文 题目名称 链霉菌的研究概况 学 院 专业班级 姓 名 学 号 评阅意见 评阅成绩 评阅教师 2014 年 11 月 22 日 链霉菌的研究概况链霉菌的研究概况 工作单位 姓名 摘要摘要 链霉菌 Streptomyces 属于链霉菌属 是高等的放线菌 链霉菌是一类革兰氏 阳性细菌 是一种没有细胞核的原核生物 共约 1000 多种 其中包括和很多不同 的种别和变种 它主要生长在含水量较低 通气较好的土壤中 一些链霉菌也可 见于淡水和海洋 由于许多链霉菌产生抗生素的巨大经济价值和医学意义 对这类放线菌已做 了大量研究工作 研究表明 抗生素主要由放线菌产生 而其中 90 又由链霉菌 产生 著名的 常用的抗生素如链霉素 土霉素 抗真菌的制霉菌素 抗结核的 卡那霉素 能有效防治水稻纹枯的井冈霉素等 都是链霉菌的次生代谢产物 有 的链霉菌能产生一种以上的抗生素 有化学上 它们常常互不相关 可是 从全 世界许多不同地区发现的不同种别 却可能产生同抗生素 改变链霉菌的营养 可能导致抗生素性质的改变 这些菌一般能抵抗自身所产生的抗生素 而对其他 链霉菌产生的抗生素可能敏感 金黄垂直链霉菌作为链霉菌的一种 它能拮抗多种真菌和细菌 且对香蕉枯 萎病的防治效果好 因此 该链霉菌在植物病害的生物防治领域广阔的应用前景 关键词 关键词 链霉菌 应用 发展 第一章第一章绪论绪论 1 11 1 综述综述 链霉菌有发育良好的分枝菌丝 菌丝无横隔 分化为营养菌丝 气生菌丝 65 孢子丝 营养菌丝又名基内菌丝 色浅 较细 具有吸收营养和排泄代谢废物 的功能 气生菌丝是颜色较深 直径较粗的分枝菌丝 气生菌丝成熟分化成孢子 丝 孢子丝再形成分生孢子 孢子丝和孢子的形态 颜色因种而异 是分种的主 要识别性状之一 已报道的有千余种 主要分布于土壤中 已知放线菌所产抗生 素的 90 由链霉菌属属产生 其中链霉菌属的基内菌丝多分枝 常产生各种水溶性或脂溶性色素 本属种 数最多 因许多种是抗生素的产生菌而且产生抗生素的种类最多而著名 如链霉 素等 此外 孢囊放线菌属等 亦为链霉菌 没有成型的细胞核 故为原核生 物 1 21 2 分类地位分类地位 链霉菌属细菌界 放线菌门 放线菌纲 放线菌亚纲 放线菌目 链霉菌属 学名 Streptomyces 链霉菌在形态上分化为菌丝和孢子 在培养特征上与真菌相似 然而 用近 代分子生物学手段研究结果表明 链霉菌是属于一类具有分支状菌丝体的细菌 革兰染色为阳性 主要依据为 同属原核微生物 细胞核无核膜 核仁和真正 的染色体 细胞质中缺乏线粒体 内质网等细胞器 核糖体为 70S 细胞结构 和化学组成相似 细胞具细胞壁 主要成分为肽聚糖 并含有 DPA 放线菌菌丝 直径与细菌直径基本相同 最适生长 PH 范围与细菌基本相同 一般呈微碱性 都对溶菌酶和抗生素敏感 对抗真菌药物不敏感 繁殖方式为无性繁殖 遗 传特性与细菌相似 1 31 3 分布分布 链霉菌在自然界分布广泛 主要以孢子或菌丝状态存在于土壤 空气和水中 尤其是含水量低 有机物丰富 呈中性或微碱性的土壤中数量最多 营好氧性腐 生生活 对土壤中复杂有机物的矿化发挥重要作用 是最重要的抗生素生产菌 例如链霉素 四环素 红霉素 新霉素 卡那霉素和井冈霉素等 有的可产生工 业用蛋白酶 葡萄糖异构酶或维生素 B12 等 G C mol 值为 66 73 模式种是白 色链霉菌 S albus 1 41 4 繁殖方式繁殖方式 链霉菌主要通过形成无性孢子的方式进行繁殖 也可借菌体分裂片段繁殖 链霉菌长到一定阶段 一部分气生菌丝形成孢子丝 孢子丝成熟便分化形成许多 孢子 称为分生孢子 孢子的产生有以下几种方式 凝聚分裂形成凝聚孢子 其过程是孢子丝孢壁内的原生质围绕核物质 从顶 端向基部逐渐凝聚成一串体积相等或大小相似的小段 然后小段收缩 并在每段 外面产生新的孢子壁而成为圆形或椭圆形的孢子 孢子成熟后 孢子丝壁破裂释 放出孢子 横隔分裂形成横隔孢子 其过程是单细胞孢子丝长到一定阶段 首先在其中 产生横隔膜 然后 在横隔膜处断裂形成孢子 称横隔孢子 也称节孢子或粉孢 子 一般呈圆柱形或杆状 体积基本相等 大小相似 约 0 7 0 8 1 2 5 微米 诺卡氏菌属按此方式形成孢子 有些菌首先在菌丝上形成孢子囊 sporangium 在孢子囊内形成孢子 孢 子囊成熟后 破裂 释放出大量的孢囊孢子 孢子囊可在气生菌丝上形成 也可 在营养菌丝上形成 或二者均可生成 第二章链霉菌的培养与特征第二章链霉菌的培养与特征 2 12 1 营养要求营养要求 除少数自养型菌种如自养链霉菌外 绝大多数为异养型 异养菌的营养要求 差别很大 有的能利用简单化合物 有的却需要复杂的有机化合物 它们能利用 不同的碳水化合物 包括糖 淀粉 有机酸 纤维素 半纤维素等作为能源 最 好的碳源是葡萄糖 在麦芽糖 糊精 淀粉和甘油 而蔗糖 木糖 棉子糖 醇 和有机酸次之 有机酸中以醋酸 乳酸 柠檬酸 琥珀酸和苹果酸易于利用 而 草酸 酒石酸和马尿酸较难利用 氮素营养方面 以蛋白质 蛋白有胨以及某些氨基酸最适 硝酸盐和铵盐次 之 和其他生物一样 链霉菌的生长一般都需要 K Mg Fe Cu 和 Ca 其中 Mg 和 K 对于菌丝生长和抗生素的产生有显著作用 各种抗生素的产生所需的矿质营 养并不完全相同 如弗氏链霉菌产生新霉素时必需 Zn 元素 而 Mg Fe Cu Al 和 Mn 和等不起作用 Co 是放线菌产生维生素 B12 的必需元素 当培养基中含 1 或 2ppm 的 Co 时 可提高灰色链霉菌的维生素产量三倍 如果培养基中 Co 含量 高至 20 50ppm 时则产生毒害作用 另外 Co 还有促进孢子形成的功能 大多数菌是好氧的 只有某些种是微量好氧菌和厌氧菌 因此 工业化发酵 生产抗生素过程中必须保证足够的通气量 温度对链霉菌生长亦有影响 2 22 2 培养条件培养条件 链霉菌一般为需氧菌 生长的最适温度为 28 30 最适 PH 为 7 5 8 0 自 然环境中的链霉菌多数为腐生型异养菌 容易吸收和利用的碳源主要是葡萄糖 麦芽糖 淀粉和糊精 氮源以鱼粉 蛋白胨 玉米浆和一些氨基酸较为合适 硝 酸盐 铵盐 尿素等可作为速效氮源被链霉菌利用 由于链霉菌的次级代谢产物 较丰富 多数种类都能产生抗生素 故在培养放线菌时 一般需要加入各种无机 盐及一些微量元素 如钾 镁 铁 锰 铜 钴等 2 32 3 培养方式培养方式 培养主要采用液体培养和固体培养两种方式 固体培养可以积累大量的孢子 液体培养则可获得大量的菌丝体及代谢产物 在抗生素生产中 一般采用液体培 养 并在发酵罐中通入无菌空气 以增加发酵液的溶氧度 2 42 4 菌落特征菌落特征 链霉菌的菌落由菌丝体组成 一般圆形 光平或有许多皱褶 光学显微镜下 观察 菌落周围具辐射状菌丝 总的特征介于霉菌与细菌之间 链霉菌的菌落是由产生大量分枝和气生菌丝的菌种所形成的菌落 链霉菌菌 丝较细 生长缓慢 分枝多而且相互缠绕 故形成的菌落质地致密 表面呈较紧 密的绒状或坚实 干燥 多皱 菌落较小而不蔓延 营养菌丝长在培养基内 所 以菌落与培养基结合较紧 不易挑起或挑起后不易破碎 当气生菌丝尚未分化成 孢子丝以前 幼龄菌落与细菌的菌落很相似 光滑或如发状缠结 有时气生菌丝 呈同心环状 当孢子丝产生大量孢子并布满整个菌落表面后 才形成絮状 粉状 或颗粒状的典型的放线菌菌落 有些种类的孢子含有色素 使菌落有面或背面呈 现不同颜色 带有泥腥味 链霉菌在培养基中形成的菌落比较牢固 长出孢子后 菌落有各种颜色的粉 状外表 和细菌的菌落不同 但不能扩散性的向外生长 和霉菌的也不同 链霉 菌有菌丝 菌丝直径有 1 和细菌的宽度相似 但菌丝内没有横隔 和霉菌又 不同 第三章第三章 链霉菌的应用链霉菌的应用 3 13 1 链霉菌产生的抗生素以及部分链霉菌的特殊应用链霉菌产生的抗生素以及部分链霉菌的特殊应用 链霉菌可产生多种类型的具有重要价值的次级代谢产物 如抗生素 免疫调 节剂等 链霉菌被人们称为天然药物的合成工厂 一次代谢物是维持生物合成或 生长过程中所需的代谢物至于对生命的维持不具明显的功能只在某些生物上产生 的代谢物则是二次代谢物如抗生素或色素等 链霉菌可以产生多种二次代谢物包 括各种物质的分解酵素及抗生物质 这些代谢产物除了可用在人体的医药以及当 成家畜饲料的添加物外在农作物生产方面也可做为植物保护之用 链霉菌是已知 放线菌中最大的族群可产生高达一千多种的抗生物质许多重要的抗生素如放线菌 素 链霉素 四环霉素 保米霉素 维利霉素 嘉赐霉素及康霉素等都可由链霉 菌生产 一般而言农用抗生素具有较低毒性及残留性质可以抑制病原微生物的长 和繁殖或者能改变病原菌的形态而达到保护作物的效果 3 1 13 1 1 链霉菌产生的抗生素链霉菌产生的抗生素 链霉菌产生的抗生素种类繁多且结构复杂从结构上区分大致可把农用抗生素 分为下列六大类氨基糖类抗生素这类抗生素属于糖的衍生物由糖或氨基酸与其它 分子结合而成 在植物体内具有移行性可干扰病原细胞蛋白质的合成如链霉素 四环霉素类抗生素这类抗生素是由四个乙酸及丙二酸缩合环化而形成可以抑制病 原菌核糖体蛋白如四环霉素 核酸类抗生素这类抗生素含有核酸类似物的衍生物 作用于病原菌的去氧 核糖核酸合成系统抑制其前驱物或酵素的合成如保米霉素 大环内酯类抗生素它是由 12 个以上的碳原子组成且形成环状结构通常可和细 菌的 50 核糖体亚基结合以阻断蛋白质的合成如红霉素 多烯类抗生素 由 25 37 个碳原子组成的大环内酯类抗生素含有 3 7 个相邻的双键可与病原真菌 细胞膜上的类固醇结合有破坏细胞膜的功能如治霉菌素 多肽类抗生素 这类 抗生素是把氨基酸用不同的肽键结合经常形成网状结构可以抑制病原菌细胞壁的 合成如纯霉素 由于多数链霉菌具有分泌抗生物质或细胞外酵素的能力可以有 效抑制植物病原菌 此外少部分还具有促进植物生长或诱导植物产生抗病性的效 果 因此链霉菌在生物防治应用上极具潜力 3 1 23 1 2 泾阳链霉菌代谢产物的抑菌性能及发酵工艺优化泾阳链霉菌代谢产物的抑菌性能及发酵工艺优化 泾阳链霉菌发酵液对枯草芽孢杆菌 乳链球菌 金黄色葡萄球菌及多种植物 致病菌具有较强的抑制作用 其菌丝体的有机溶剂浸提液对细菌无显著抑菌作用 但相对于发酵液表现出对各种植物致病真菌有更强的抑制作用 3 1 33 1 3 红霉素链霉菌抗噬菌体菌株的应用红霉素链霉菌抗噬菌体菌株的应用 红霉素因噬菌体污染会造成巨大的经济损失 因此选育抗噬菌体菌株防治污 染已成为抗生素工业生产的一个重要课题 从变稀的红霉素异常发酵液中分离出 红霉素链霉菌噬菌体 并利用该噬菌体采用不接触噬菌体的选育方法 进行抗性 菌株的选育 获得了效价不低于现生产菌株 并对历年来引起污染的 4 株红霉素 链霉菌噬菌体都具有抗性的 58 菌株 该菌株在红霉素生产中使用后基本杜绝了 噬菌体污染 保证了生产的正常进行 3 3 1 41 4 细黄链霉菌在玉米上的应用细黄链霉菌在玉米上的应用 菌剂对地上部分的促生效果要好于对根的促生效果 从实验结果可以发现使 用 Streptomyces microflavus 005 菌液后能明显促进玉米苗期生长 第四章第四章 前景展望前景展望 链霉菌在生物防治和环境保护领域具有重大应用前景 是许多病原微生物的生防 因子 也是目前研究应用广泛的生防菌 随着链霉菌研究的不断扩展和深入 相 信会有更多链霉菌被筛选 进而丰富我国的链霉菌种群及其系统分类学研究 筛 选优良菌株或利用基因工程技术和原生质体融合技术 为构建高产 高效链霉菌 的生防菌株防治植物病害等提供有力的保障 尽管链霉菌在生物防治中取得了一 定的成就 但从整体上看还存在一些问题 例如 病原物对抗生素的耐药性增强 使得新抗生素的数量呈直线下降趋势发展 大多数生防链霉菌筛选都是试验的条 件下进行的 没有进行田间试验 而在田间自然条件下生防菌株的生防能力也会 有所变化 防效不稳 链霉菌中许多的功能物质 定殖规律和作用机理明确 影 响其发挥作用 而链霉菌能否成功定殖在植物叶表面和根部形成优势种群 是其 大规模商品化应用于农业上的一个关键因子 有研究表明 环境中的温度 湿度 天气等都会影响链霉菌在植物表面和土壤中的定殖 繁殖和扩展情况 今后研究 可以包括以下方面 1 采用现代发酵工程和代谢工程技术研究微生物定向发 酵调控工艺 建立优化的发酵 增殖生产工艺技术 提高有效活性物质的生产率 2 用抗病机制有交叉的生防菌复配协同抗病 许多学者的研究表明 使用几 种拮抗菌的混合物可以获得良好的病害防治效果 多菌复配可以拓宽链霉菌使用 范围 防治多种病原菌 可以增强其有效性 减少使用频率 可结合不同微生物 的防治优势 提高生防效果 3 通过对链霉菌的遗传改良包括提高抗菌物质 的表达增强竞争能力和诱导抗性等 增强其抗菌活性扩大抑菌谱 增强在植物寄 主上的定殖能力 从而提高防病能力 随着现代生物技术的运用 链霉菌的研究 及开发应用将会出现新的发展 对农业的可持续发展具有重要意义 同时有较强 的市场竞争力和良好经济效益 能产生巨大的社会 经济和生态效益 将会有广 阔的应用前景 放线菌可以分解许多有机物 包括芳香化合物 石蜡 橡胶 纤 维素 木质等复杂化合物和一些氰等毒性强的化合物 因此 放线菌不仅在自然 界物质循环中 更在污水及有机固体废物的生物处理中有积极的作用 还能