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第三节 放线菌
放线菌是一大类形态极为多样（杆状到丝状）、多数呈丝状生长的原核微生物。它的细胞构造、细胞壁的化学成分和对噬菌体的敏感性与细菌相同，但在菌丝的形成和以外生孢子繁殖等方面则类似于丝状真菌。它以菌落呈放射状而得名。 放线菌大多数为腐生菌，少数为寄生菌。它在自然界中分布极广，主要习居于土壤之中。每克土壤中含有数万乃至数百万个放线菌的孢子，一般在中性或偏碱性的土壤中较多。土壤特有的腥味主要是由放线菌所产生的代谢产物引起的。 放线菌是产生抗生素的主要微生物。据不完全统计，到目前为止，已筛选出抗生素达9000种以上，每年还新增百余种。其中放线菌产生的抗生素占多数，而链霉菌产的抗生素又占放线菌总数的80％。因此，本节内容侧重于链霉菌属。但近年来一个明显趋势是从稀有放线菌发现的新抗生素日益增多。 放线菌的产物在医药、卫生、农业生产、食品加工等方面已得到广泛应用，如由弗氏链霉菌产生的蛋白酶已在制革工业中用以脱毛，游动放线菌产生的葡萄糖异构酶已用于生产，还从灰色链霉菌的发酵液中提取维生素B12等。此外，在酶抑制剂、甾体转化、烃类发酵、污水处理等方面也有所应用。寄生性放线菌则能引起某些动植物病害。 一、放线菌的形态和构造 放线菌的形态较细菌复杂，大部分放线菌菌体由菌丝体构成，但它仍属单细胞，革兰氏染色阳性。菌丝体分为基内菌丝和气生菌丝，气生菌丝在无性繁殖中分化有孢子丝、孢囊和孢子等。 （一）菌丝及孢子丝 1．基内菌丝 它是营养型一级菌丝，长在培养基内或表面（图2-46左）。其主要功能是吸收营养物，所以又称营养菌丝。一般无横隔膜（诺卡氏菌除外），直径0.2～1.2μm，分枝繁茂，无色或产生水溶性或脂溶性色素而呈现黄、绿、橙、红、紫、蓝、褐、黑等各种颜色。 2．气生菌丝 这是由基内菌丝分枝向培养基上空伸展的二级菌丝，镜检观察其颜色较深且较基内菌丝粗，直径为1～1.4μm，直形或弯曲状，有分枝，有的产生色素（图2-46右）。  图2-46 链霉菌的基内菌丝与气生菌丝（孕育菌丝） 3.孢子丝及孢子 孢子丝是由气生菌丝分枝部分分化的具有形成孢子作用的繁殖菌丝，有直、波曲、螺旋和轮生等形状，链霉菌的常见孢子丝形态如图2-47所示。  图2-47 链霉菌的常见孢子丝形态 螺旋的数量、大小和疏密随不同的种而异。孢子丝上形成成串的孢子。孢子有球形、椭圆形、杆形、柱形和瓜子形等。同一孢子丝上分化的孢子，其形状、大小有时不一致。因此孢子的形状和大小不能作为区分种的唯一依据，而必须结合孢子的表面来进行区分。据目前的发现，孢子丝直或波曲者，其孢子表面光滑，尚未发现这类孢子有带刺的或毛发状；孢子丝为螺旋形者，其孢子表面则因种而异：有的光滑，有的刺状，有的毛发状。常见的链霉菌孢子丝形态见图2-48（垂直型）、图2-49（松螺旋型）、图2-50（紧螺旋型）、图2-51（单轮无螺旋型）、图2-52（双轮螺旋型）。  图2-48 一种产生antimycin的链霉菌（垂直型）  图2-49 一种产生ankinomycin的链霉菌（松螺旋型）  图2-50 一种产生ε-poly–L-lysine的链霉菌（紧螺旋型）  图2-51 一种产生leucomycin的链霉菌（单轮无螺旋型）  图2-52 一种产生deoxylaidlomycin的链霉菌（双轮螺旋型） 4．孢囊及孢囊孢子和游动孢子 孢囊链霉菌（Strptosporangium）孢囊发育于基内菌丝或气生菌丝，通常近似圆形。孢囊内形成的孢子有球形、椭圆形或杆状。具有鞭毛能游动的称为游动孢子；没有鞭毛不能游动的称为孢囊孢子。游动孢子的鞭毛有一个单生，或两个生在一起，或多数丛生，或周生（图2-53）。 放线菌孢子常具有色素，呈白、灰、黄、橙黄、红、蓝、绿等颜色。成熟的孢子堆，其颜色在一定培养基与培养条件下比较稳定。因此，颜色是鉴定此类菌种的重要依据之一。  图2-53 孢囊链霉菌的孢囊及孢囊孢子 （二）菌落形态 由菌丝体组成的菌落一般为圆形，秃平或有许多皱褶和地衣状。由于放线菌的气生菌丝较细，生长缓慢，菌丝分枝相互交错缠绕，所以形成的菌落质地致密，表面呈较紧密的绒状，坚实、干燥、多皱，菌落较小而不延伸。 菌落形成随菌种而不同。一类是产生大量分枝的基内菌丝和气生菌丝的菌种，如链霉菌（Streptomyces），基内菌丝伸入基质内，菌落紧贴培养基表面，极坚硬，若用接种铲来挑取，可将整个菌落自表面挑起而不破裂。菌落表面起初光滑或如发状缠结，其后在上面产生孢子，表面呈粉状、颗粒状或絮状。气生菌丝有时呈同心环（图2-54）。  图2-54 链霉菌菌落示例 另一类是不产生大量菌丝的菌种，如诺卡氏菌（Nocardia）所形成的菌落。这类菌菌落的黏着力不如上述的强，结构成粉质，用针挑取则粉碎（图2-55），所以放线菌菌落不同于细菌。 在放线菌菌落表面常产生聚集成点状的白色或黄色菌丝，它们是次生菌丝，产生孢子。普通染色剂如次甲基蓝、结晶紫和石炭酸品红都可作为气生菌丝、基内菌丝和孢子的染料。 
图2-55 某种诺卡氏菌菌落与基内菌丝 二、放线菌的繁殖 放线菌以无性方式繁殖，主要是形成孢子，也可通过菌丝断片繁殖。 链霉菌生长到一定阶段，一部分气生菌丝分化为孢子丝，孢子丝成熟便形成许多孢子。其生活史见图2-56。 以前人们认为，形成孢子的形式有凝聚和横隔分裂两种。但从电子显微镜观察超薄切片的结果表明，孢子丝形成孢子只有横隔分裂而无凝聚过程。横隔分裂有两种方式。 1）胞质膜内陷，逐渐向内收缩并合成横隔膜，孢子丝分隔成许多孢子。 2）细胞壁和质膜同时内陷，向内缢缩，孢子丝缢裂成连串的孢子。 图2-57表示横隔分裂形成孢子的过程。 另外有些放线菌可在菌丝上形成孢子囊，在孢囊内形成孢囊孢子。孢囊成熟后释放出大量孢囊孢子。 在液体培养中，放线菌主要靠菌丝断裂片断进行繁殖。  图2-56 链霉菌生活史 图2-57 孢子丝分隔成孢子 三、放线菌的分类 放线菌菌体外貌虽像真菌而微细，但其细胞结构属于原核细胞型，与细菌同属原核生物界,而以分核的丝状菌体区别于细菌。 （一）放线菌目的分科检索表 在分类上放线菌作为一个目。放线菌目的分类以形态学上的差异为依据。现主要根据基内菌丝的生长状况以及孢子着生方式，将其中主要的8个科区分如下。 放线菌目分科检索表 1．菌丝体向四面八方分裂、基内菌丝顶端尖细，内部丝横分裂呈立体形细胞………………………………………………………………………………嗜皮菌科（Dermatcphiloceae） 2．菌丝体沿菌丝长轴作垂直方向分裂 （1）基内菌丝体断裂，无气生菌丝，不产生孢子 A．雏形基内菌丝断裂为VY和T型细胞…………………放线菌科（Actinomycetaceae） B．基内菌丝有分枝，横隔、迅速断裂为杆状、球状…………诺卡氏菌科（Nocardiaceae） （2）基内菌丝体不断裂 A.孢子生长在短梗上或孢子丝上 （A）孢子单个着生 a.单个孢子着生在基丝的短梗上，基丝纤细，0.2～0.6μm……………小单孢菌科（Micromonosporcrpceae） b.单个孢子着生在气丝和基丝的短梗上，在高温中生长……………高温放线菌科 (Thermoactinomycetaceae） （B）2～20个孢子着生在气丝和基丝的短孢子梗上………………………小多孢菌科（Micropolysporoceae） （C）孢子在长链孢子丝上，气丝丰茂，基丝无横隔，直径较粗………………链霉菌科 （Strepomycetaceae） B.孢子形成于孢囊中，孢囊发生于气丝或基丝上，孢子有鞭毛能游动或无鞭毛不游动……………………………………………………………游动放线菌科（Actimoplanceae） 图2-58、图2-59和图2-60分别显示小单孢菌（Micromonospora）、小双孢菌（Microbispora）和小四孢菌（Microtetraspora）的形态。
图2-60 小四孢菌 （二）放线菌属和种的鉴定方法 放线菌的分类鉴定一向以形态和培养特征为主，生理生化和生态特征为辅。属的鉴定常采用形态特征与细胞壁化学组分类型相结合的方法。 1.形态 首先将分离获得的纯菌种在光学显微镜及电子显微镜下镜检。将菌种接在葡萄糖天门冬素琼脂或燕麦粉琼脂上，进行埋片或插盖玻片法培养。分别在培养后的1天、3天、5天、7天、14天、20天取出载玻片或盖玻片，用细胞壁染色法、镜检长在其表面的菌种在不同时间的发育情况。或从生长两周左右的菌种斜面上挑取一小块菌体，进行压片染色镜检。主要观察基内菌丝体有无横隔和断裂，了解气丝生长的特点。另外要借助电子显微镜观察孢子表面结构和有无鞭毛等。 2．细胞壁化学组成 放线菌的细胞壁与细菌的一样，其壁具有肽聚糖、胞壁酸、多糖等高分子物质，但不同属的成分和结构并不相同。 此外，整个细胞含的糖类也不相同。用菌体水解液的上部清液蒸干后，将残余物进行纸层析点样，另用标准糖或氨基酸作对照，显色后，可以测定二庚基庚二酸和其他氨基酸，以及特征性糖，获得的细胞壁化学组分型和全细胞糖类型作为属的指标。采用该法比以前以纯形态特征划分属更加可靠。 （三）放线菌的形态系统 放线菌的形态系统如图2-61所示。 图2-61 放线菌的形态系统 （四）放线菌分类工具书 1）中科院微生物研究所放线菌分类组，链霉菌鉴定手册，北京：科学出版社，1975。 2）The Society for Actinomycetes Japan，Atlas of Actinomycetes，Asakura Publishing Co．，Ltd．，1997。 （五）放线菌主要属的简捷分类 主要通过菌落观察及油镜镜检（图2-62）。 图2-62 放线菌主要属的简捷分类 四、发酵工业中常用的放线菌 （一）发酵工业中常用的放线菌 1.链霉菌属 基丝一般无横隔，直径0.5～0.8μm，气生菌丝生长丰茂，通常比基丝粗1～2倍，孢子丝为长链，单生，呈直、波曲或螺旋状，成熟时呈现各种颜色，多生长在含水量较低、通气较好的土壤中。它们是抗生素工业所用放线菌中最重要的属。已知链霉菌属有1000多种。许多著名的常用抗生素都是由链霉菌产生的，如链霉素、土霉素、井冈霉素、丝裂霉素、博来霉素、制霉菌素和卡那霉素等。 2.诺卡氏菌属 基丝较链霉菌纤细，直径0.2～0.6μm，有横隔裂断，一般无气生菌丝，基丝培养十几个小时形成横隔，并断裂成杆状或球状孢子。菌落较小，其边缘多呈树根毛状；主要分布于土壤中；有些种能产生抗生素（如利福霉素、蚁霉素等），也可用于石油脱蜡及污水净化中脱氰等。 3.小单孢菌属 孢子单个着生在短孢子梗上，基丝较细，直径0.3～0.6μm，基丝不断裂，一般无气生菌丝，在基丝上长出孢子梗。菌落较小。不少种产生抗生素，如庆大霉素、利福霉素等。 4.孢囊链霉菌属 孢囊孢子无鞭毛，气生菌丝的孢子丝盘卷成球形孢囊。其孢囊有两层壁，外壁较厚，内壁系薄膜，孢囊里形成孢囊孢子。这类菌亦可产生不少抗生素，如可抑制细菌、病毒和肿瘤的多霉素等。 （二）放线菌与细菌的异同 放线菌与细菌的异同如表2-12所示。 表2-12 放线菌和细菌的异同
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