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        鹽堿土壤放線菌的研究概況

        2012-12-31 00:00:00胡磊景彩虹薄樂濤達(dá)文燕楊建姚健牛世全
        湖北農(nóng)業(yè)科學(xué) 2012年13期

        摘要:鹽堿土壤放線菌是極端微生物的重要組成部分,也是一類極具應(yīng)用前景的微生物資源。討論了鹽堿土壤放線菌的分離問題,并對其分類的發(fā)展與現(xiàn)狀進(jìn)行了概述,同時還就篩選抗生素高產(chǎn)菌株作了介紹。

        關(guān)鍵詞:鹽堿土壤;放線菌;分離篩選;分類鑒定

        中圖分類號:Q939.13+1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:0439-8114(2012)13-2660-06

        放線菌是因菌落呈放射狀而得名。自1877年哈爾茲(Harza)從牛的頸腫病中發(fā)現(xiàn)放線菌以后[1],直到上世紀(jì)40年代初期,放線菌還是一類尚未被人們所熟知的微不足道的微生物,大部分科學(xué)工作者都把放線菌當(dāng)作真菌。隨著認(rèn)識的深入,到上世紀(jì)60年代放線菌才被認(rèn)定是原核生物,并與細(xì)菌的關(guān)系極為密切,包括在廣義的細(xì)菌中。目前,在《伯杰氏系統(tǒng)細(xì)菌學(xué)手冊》第四卷中,放線菌屬于原核生物界,厚壁菌門放線菌綱放線菌目(Actinomycetales)[2]。

        土壤中的放線菌是一類擁有巨大應(yīng)用價值的微生物,它們對于土壤中有機(jī)質(zhì)的分解以及腐殖質(zhì)的形成有重要作用,其數(shù)量、種類與土壤肥力有著極為密切的關(guān)系,是土壤肥力高低的標(biāo)志之一[3-5]。此外,放線菌還是一種能產(chǎn)生多種有益代謝產(chǎn)物(主要是抗生素)且具有很高經(jīng)濟(jì)價值的微生物[6,7]。到目前為止,從放線菌中發(fā)現(xiàn)的具有生物活性的物質(zhì)大約有12 000種,約占整個天然生物活性物質(zhì)的50%,其中僅僅從鏈霉菌一個屬就發(fā)現(xiàn)近萬種[8,9]。因此,放線菌的研究具有十分重要的科學(xué)價值和實(shí)用價值[10,11]。但目前已知的天然生物活性物質(zhì)大部分來自普通放線菌(即鏈霉菌),因而從鏈霉菌中發(fā)現(xiàn)新活性物質(zhì)的幾率已大大降低。

        當(dāng)前,在從鏈霉菌中尋找開發(fā)新化合物日益困難的情況下,人們把目光投向了對稀有放線菌的研究上[12]。自20世紀(jì)50年代以來,已從部分稀有放線菌代謝產(chǎn)物中得到許多已經(jīng)臨床應(yīng)用的重要活性物質(zhì),如紅霉素B、利福霉素、慶大霉素、安莎類、肽類、酶抑制劑等活性物質(zhì)。目前從事稀有放線菌的研究和開發(fā)的學(xué)者很多,其中日本研究者 Hayakawa是一位突出的代表,他在這方面做了大量工作,在其發(fā)表的“對土壤中稀有放線菌的分離和分布的研究”一文中,綜述了20多年來他們開發(fā)的20多種稀有放線菌所采用的選擇分離方法和研究成果,其要點(diǎn)是將樣品的預(yù)處理和精心制作的選擇性培養(yǎng)基結(jié)合起來應(yīng)用,獲得了良好的效果,同時綜述了這些稀有放線菌在日本土壤中的發(fā)生和分布的調(diào)查結(jié)果[13]。

        近些年來極端環(huán)境微生物(Extreme environmental microorganism)越來越受到科學(xué)界的關(guān)注,這類微生物能長期生長在高溫、低溫、高酸、高堿及高鹽等極端特異環(huán)境中,必然有其獨(dú)特的基因類型和特殊的生理機(jī)制,從而產(chǎn)生特殊的代謝產(chǎn)物。因此極端環(huán)境是發(fā)現(xiàn)未知微生物資源的理想之地,當(dāng)然也就包括對稀有放線菌的探尋。在這種背景下,嗜堿和嗜鹽放線菌作為獲取抗生素和酶制劑的微生物資源日益受到重視,國內(nèi)外許多學(xué)者致力于這方面的研究,并從中找到了幾種抗生素和酶制劑。本文主要評述了近年來國內(nèi)外在鹽堿土壤放線菌研究方面的進(jìn)展情況。

        1 鹽堿放線菌的分離

        1.1 土樣預(yù)處理

        土樣的預(yù)處理是放線菌分離工作中至關(guān)重要的一環(huán)。在預(yù)處理方法中,土樣的風(fēng)干或加熱處理是在雜菌抑制中比較常用的兩種預(yù)處理方法。

        姜成林[14]將土樣在室溫條件下風(fēng)干20 d后研碎過篩,結(jié)果表明,土樣中90%的細(xì)菌死亡,而放線菌的出菌率卻有很大的提高。司美茹等[15]在相同預(yù)處理時間的條件下,通過改變預(yù)處理溫度,研究了不同的溫度對預(yù)處理的影響,結(jié)果表明,一定時間的加熱預(yù)處理能較好地抑制細(xì)菌的數(shù)量,并可以促進(jìn)放線菌的孢子萌發(fā)。閆建芳等[16]將室溫下風(fēng)干的土樣分別進(jìn)行40、60、80、100、120 ℃加熱處理1 h,結(jié)果表明,放線菌的種類和數(shù)量隨著對土樣加熱處理溫度的升高而增多,當(dāng)然也不可過高,其中100 ℃加熱處理的土樣獲得放線菌數(shù)量最多。鄭雅楠等[17]將土樣進(jìn)行室溫下風(fēng)干10、20 d,50、120 ℃下加熱1 h 等處理,結(jié)果發(fā)現(xiàn)室溫下風(fēng)干10與20 d土樣中放線菌數(shù)目無明顯變化,但20 d處理的土樣中細(xì)菌菌落數(shù)較少;在120 ℃高溫處理1 h后的土樣中,真菌、細(xì)菌以及放線菌全部被殺死;在50 ℃高溫處理1 h后的土樣中,細(xì)菌數(shù)量較多,影響放線菌的分離效果;根據(jù)研究結(jié)果,得出室溫風(fēng)干10或者20 d的處理效果要好于高溫加熱處理。

        1.2 培養(yǎng)基成分

        碳源是培養(yǎng)基的基本成分,如甘油、淀粉、葡萄糖、腐殖酸等都是常用碳源,在用這些碳源制作的培養(yǎng)基上放線菌的出菌率均較大。Hayakawa認(rèn)為用腐殖質(zhì)酸作碳源選擇效果更好。因?yàn)楦迟|(zhì)是一種結(jié)構(gòu)復(fù)雜的物質(zhì),一般的細(xì)菌很難分解它,而放線菌多具有分解利用腐殖質(zhì)的能力,因此他們研制了一種腐殖酸-維生素(Humic-Vitamin,HV)培養(yǎng)基,應(yīng)用效果很好[13]。最近,譚悠久等[18]提出改良的HV培養(yǎng)基配方如下:腐殖酸0.100%,K2HPO4 0.100%, NaCl 0.080%,MgSO4 0.050%,CaCO3 0.001%,復(fù)合維生素(見“1.4”),土壤浸提液10.000%,瓊脂2.000%。黃路枝等[19]提出改良的HV培養(yǎng)基將碳源腐殖酸改成了淀粉,這是否是HV培養(yǎng)基還有待商榷。彭云霞等[20]認(rèn)為嗎啉丙磺酸(MOPS)、丙烯酰胺、海藻糖和EDTA是分離稀有放線菌比較理想的碳源,稀有放線菌的出菌率能超過50%。

        1.3 抑制劑的選擇使用

        史學(xué)群等[21]的實(shí)驗(yàn)證明, K2Cr2O7在一定的濃度范圍內(nèi)可以明顯抑制細(xì)菌的生長,對放線菌的生長無明顯的影響,濃度在50 μg/mL時效果最佳,當(dāng)K2Cr2O7的使用濃度在70 μg/mL時放線菌生長受到抑制,使用濃度在30 μg/mL時對細(xì)菌的抑制效果不明顯。黃路枝等[19]的實(shí)驗(yàn)得出以下結(jié)論,K2Cr2O7可以很好地抑制真菌污染、較好地抑制細(xì)菌污染;培養(yǎng)基中添加抑制劑萘啶酮酸和卡那霉素均能較好地抑制細(xì)菌和部分鏈霉菌;同時添加萘啶酮酸和卡那霉素,則每皿分離到的放線菌菌落為1~10個,真菌和細(xì)菌污染率很小,可以順利進(jìn)行挑菌工作;而抑制劑中利福平抑制作用太強(qiáng)烈,只有極少量放線菌能夠被分離,因而他們認(rèn)為利福平不宜用于放線菌的分離。因此,稀有放線菌選擇性分離的最佳抑制劑為2×10-5 g/mL K2Cr2O7+2×10-5 g/mL萘啶酮酸+1×10-5 g/mL卡那霉素。彭云霞等[20]建議使用兩組抑制劑:100 μg/mL的放線菌酮或制霉菌素+20 μg/mL的萘啶酮酸和50 μg/mL的K2Cr2O7。

        在分離特定類群放線菌時,則要更有針對性地選擇抑制劑。

        Hayakawa等[22]用卡那霉素、交沙霉素和溶菌酶作抑制劑對采自日本不同區(qū)域的19個土樣進(jìn)行分離,分離出菌株Actinomadura viridis。在相同條件下,不加抑制劑分離得到的A. viridis占放線菌總菌數(shù)的9%;而加入卡那霉素、交沙霉素、溶菌酶和萘啶酸等抑制劑后分離得到的菌數(shù)卻占65%??梢姡种苿┑倪x用導(dǎo)致了對A. viridis的高度選擇性分離。

        Suzuki等[23]的抗生素敏感性實(shí)驗(yàn)的結(jié)果顯示,鏈霉菌對利富平、氨基羥丁基卡那霉素A、白霉素、二甲胺四環(huán)素、新生霉素、衣霉素和萬古霉素等7種抗生素敏感;與鏈霉菌相比,Actinobispora對白霉素、新生霉素和衣霉素具有一定抗性。所以,這3種抑制劑可用于選擇性分離Actinobispora。

        也有小部分稀有放線菌在分離過程中不宜或少用抗生素作抑制劑,如Sporichthya對大多數(shù)抗生素敏感,在分離培養(yǎng)基中盡量少用抗生素。

        1.4 適當(dāng)加入維生素混合物

        據(jù)資料報道[13],稀有放線菌多數(shù)在傳統(tǒng)的分離培養(yǎng)基上生長狀況不好,這是由于不同的稀有放線菌所需的營養(yǎng)條件有所不同。比如大多數(shù)小雙孢菌的生長需要B族維生素,特別是硫胺素。有些小四孢菌和鏈孢囊菌也需要一些維生素才能生長。有些土壤放線菌需要在添加了原分離土樣營養(yǎng)物質(zhì)的培養(yǎng)基上才能生長[12]。常用的復(fù)合維生素是每

        1 000 mL培養(yǎng)基加維生素B1、核黃素、煙酸、維生素B6、泛酸鈣/泛酸、肌醇、p-氨基苯甲酸各0.5 mg,生物素0.25 mg。

        1.5 鹽的影響

        嗜鹽放線菌類型主要是依據(jù)嗜鹽菌最適生長所需NaCl濃度劃分的。到目前為止, Kushner[24]提出的劃分方法仍為人們廣泛接受。最適生長鹽濃度(NaCl),耐鹽菌的耐受范圍是0.2~2.5 mol/L(1.17%~14.63%),極端嗜鹽菌耐受范圍是2.5~5.2 mol/L(14.63%~30.4%)。

        唐蜀昆等[25]做了嗜鹽/耐鹽放線菌的NaCl耐受實(shí)驗(yàn),從對NaCl濃度的耐受范圍來看,所分離到的菌株無論是嗜鹽放線菌或是耐鹽放線菌,都能忍受20%的NaCl濃度,但卻不能在25%的NaCl濃度下生長。

        鹽濃度是鹽環(huán)境嗜鹽放線菌的主要限制性因子。不同鹽濃度條件下,嗜鹽放線菌的分離是有規(guī)律的。一般來講,5%的NaCl(W/V)分離到的大多是耐鹽鏈霉菌屬(Streptomyces)類群,少數(shù)是耐鹽諾卡氏菌屬(Nocardia)、小單孢菌屬(Micromonospora)、原單孢菌屬(Promicromonospora)、類諾卡氏菌屬(Nocardioides)等類群,很少能分離到嗜鹽放線菌;10%的NaCl分離的菌株大多數(shù)也是耐鹽放線菌,以擬諾卡氏菌屬(Nocardiopsis)占優(yōu)勢,還有少量Streptomyces,也能分離到少量的嗜鹽Nocardioides、糖單孢菌屬(Saccharomonospora);15%或以上的NaCl分離到的多數(shù)菌株為嗜鹽放線菌,而且種類豐富,主要類群有Actinopolyspora、Saccharomonospora、 Saccharopolyspora、 Streptomonospra以及少數(shù)Prauserella等??梢?,要提高嗜鹽放線菌的出菌率,鹽濃度是一個重要的影響因子[26]。

        長期以來用單一種類的NaCl鹽來分離嗜鹽放線菌,限制了對嗜鹽放線菌的認(rèn)識。唐蜀昆等[26]的實(shí)驗(yàn)證明,單獨(dú)用15%或以上的NaCl并不能提高嗜鹽放線菌的出菌率。只有一定比例的復(fù)合鹽才能大幅度提高嗜鹽放線菌的出菌率。實(shí)際上,鹽環(huán)境的離子類型是多種多樣的,主要有8種離子:Na+、K+、Mg2+、Ca2+、Cl-、SO42-、CO32-、HCO3-, 但是不同鹽湖、不同鹽土之間,8種離子的組成和比例有較大的差異,長期棲息在那里的放線菌必然對不同離子及其不同濃度產(chǎn)生了選擇性適應(yīng)。因此,在設(shè)計(jì)分離程序時,應(yīng)盡可能充分考慮復(fù)合鹽這個環(huán)境因素。

        1.6 pH值的影響

        耐堿放線菌是一類可以在較高的pH環(huán)境中生長的放線菌。分離培養(yǎng)基的pH值一般在9.0~12.0, 堿性培養(yǎng)基在分離培養(yǎng)過程中pH值可能有所下降[12],可用Na2HPO4/NaH2PO4緩沖液配制培養(yǎng)基。較早報道嗜堿放線菌的是日本的Mikami[27]。從堿性環(huán)境中分離到的放線菌大多屬于擬諾卡氏菌屬(Nacardiopsis),多數(shù)可耐堿和鹽,是堿性環(huán)境中的優(yōu)勢菌,但通常很少分離到其他稀有的菌種。造成這種現(xiàn)狀的主要原因從張永光等[28]的實(shí)驗(yàn)中可以得到一些啟示,其實(shí)驗(yàn)在用不同堿性物質(zhì)調(diào)節(jié)岀不同pH值的條件下,根據(jù)30株菌的生長情況,把它們分為3個類型:對Na+依賴型、CO32-敏感型和廣譜型。Na+依賴型:其中3個菌株在沒有Na+,即用KOH、K2CO3調(diào)節(jié)pH值的堿性培養(yǎng)基上,在pH 8.0以下有微弱生長,在pH 8.0以上均不生長;但在用NaOH調(diào)節(jié)pH值的堿性培養(yǎng)基上,pH 7~12均可生長,在用Na2CO3調(diào)節(jié)時,pH 7~11均可生長。CO32-敏感型:有8個菌株在NaOH、KOH調(diào)節(jié)的不同pH值培養(yǎng)基上,pH 7~12均可以生長;但在Na2CO3、K2CO3調(diào)節(jié)pH值的堿性培養(yǎng)基上,僅能在pH 10以下生長,顯然CO32-對它們的生長有影響。廣譜型:余下19株菌,在4種堿性物質(zhì)調(diào)節(jié)的pH 7~12的培養(yǎng)基上均可生長,且19株菌均為Nocardiopsis;4種堿性物質(zhì)對這19株菌的生長無明顯影響,Na+、K+對它們生長也無明顯影響。

        放線菌能在較高的pH值環(huán)境中生長,并不意味著它的最適pH值也較高。在唐蜀昆等[25]所作的pH耐受實(shí)驗(yàn)中,無論是嗜鹽放線菌還是耐鹽放線菌菌株的pH范圍均在6.0~10.0之間,最適pH 7.0~8.0,而不是起初設(shè)想的從鹽堿地分離的菌株以嗜鹽嗜堿的居多。而在姜怡等[29]的實(shí)驗(yàn)中,從新疆、青海的重鹽堿土、鹽湖及埃及鹽堿地采集的樣品,用pH 12的培養(yǎng)基共分離到534株放線菌,但其中有87%的菌株能在pH 6.0~12.0生長,說明它們是耐堿放線菌,只有14株在pH 7.0不生長,其最適生長pH 8.5~11.5,這些菌株才是真正的嗜堿菌。所以,即使在高堿環(huán)境嗜堿放線菌的數(shù)量也不會多。

        2 鹽堿放線菌的分類鑒定

        2.1 鹽堿放線菌的分類鑒定方法

        2.1.1 經(jīng)典分類 在放線菌的分類鑒定中,較長時期一直是以美國瓦克斯曼(Waksman)的分類系統(tǒng)和前蘇聯(lián)克拉西里尼可夫(Krasilnikov)的分類系統(tǒng)為依據(jù),采用經(jīng)典的方法,即以形態(tài)和培養(yǎng)特征為主,以生理生化特性為輔的鑒定方法[30]。

        形態(tài)特征:主要包括基內(nèi)菌絲體的發(fā)育程度,是否斷裂,有無氣生菌絲體和孢子、孢囊、菌核以及其他結(jié)構(gòu),此外還要說明孢子鏈、孢子、孢囊、孢囊孢子的形狀、大小、數(shù)目等,各類繁殖小體是否有能游動的鞭毛以及鞭毛的位置[31]。

        培養(yǎng)特征:放線菌分類中基絲和生孢子氣絲的顏色一向受到重視,中科院微生物所20世紀(jì)70年代編著的《鏈霉菌鑒定手冊》一書中主要就是根據(jù)這二者分群的[32]。

        生化特征:所測定的生化指標(biāo)通常集中在幾個酶的活性上,如明膠液化、牛奶凝固和胨化、淀粉水解、纖維素分解、硝酸鹽還原等。

        生態(tài)條件:主要是指腐生與寄生、中溫與嗜熱(少數(shù)嗜低溫)、對O2的要求以及對酸堿度的要求等。絕大部分放線菌都是腐生、中溫、好氣的。

        2.1.2 化學(xué)分類 大量的研究證明,企圖以形態(tài)學(xué)解釋分類學(xué)中的問題已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠,這不僅是因?yàn)橥晃⑸锏男螒B(tài)隨培養(yǎng)條件的不同容易發(fā)生變化,而且由于外觀相似的微生物其微觀形態(tài)也會有所不同,所以在未完全搞清楚其形態(tài)學(xué)的表現(xiàn)之前就不能完全根據(jù)形態(tài)去進(jìn)行鑒定[33]。上世紀(jì)60年代開始,Lechevalier等分類學(xué)家進(jìn)行了化學(xué)分類學(xué)的研究,建立了一整套放線菌細(xì)胞組分的化學(xué)分析方法,從而逐步改變了傳統(tǒng)的分類觀念,奠定了化學(xué)分類的基礎(chǔ),使放線菌分類學(xué)的內(nèi)容從表觀水平深入到了細(xì)胞水平[34,35]。

        化學(xué)分類主要有:①細(xì)胞壁化學(xué)組分分類。放線菌的細(xì)胞壁含有肽聚糖,肽聚糖四肽鏈上第三位往往含特異氨基酸。不同屬種放線菌的肽聚糖中這個位置的氨基酸種類各異,因此可以作為分類學(xué)上的一個重要特征。②磷酸類酯分類。磷酸類酯是位于細(xì)菌、放線菌細(xì)胞膜上的極性類酯。不同屬的菌其磷酸類酯組分不同,它是鑒別屬的重要依據(jù)之一。③醌分類。醌是細(xì)胞原生質(zhì)膜上的組分,在電子傳遞和氧化磷酸化中起重要作用。放線菌的醌有泛醌(輔酶Q)和甲基萘醌等。甲基萘醌的側(cè)鏈由不同長度的異戊烯基單位所構(gòu)成,異戊烯基單位的長度及氫飽和度在不同的屬中是不同的。因此,可以做為分類的特征之一。④脂肪酸分類。脂肪酸常以脂的形式存在于磷酯脂蛋白、脂多糖、磷壁酸酯中,其中一些是細(xì)胞膜和細(xì)胞壁的組成部分。放線菌的脂肪酸可分為6大類,它們的側(cè)鏈長度在不同的菌中是不同的。⑤枝菌酸分類。枝菌酸及其他酯類是細(xì)胞膜的重要組成部分。Lechevalier等[36]根據(jù)枝菌酸的有無將不含枝菌酸的諾卡氏菌從含有枝菌酸的諾卡氏菌里劃分出來,并結(jié)合其他指標(biāo)建立了無枝菌酸屬和擬無枝菌酸屬。

        2.1.3 分子分類 ①DNA堿基分析。由于DNA內(nèi)G+C含量的摩爾百分比在放線菌中范圍窄,各屬重疊較多,通常只起輔助作用。它的重要用途在于驗(yàn)證已有的分類關(guān)系是否正確,常以G+C摩爾分?jǐn)?shù)的顯著差異來糾正錯誤的種屬劃分[37]。②DNA-DNA/rRNA分子雜交技術(shù)。研究表明DNA-DNA/rRNA分子雜交技術(shù)在種屬水平上研究細(xì)菌、放線菌分類地位是一個強(qiáng)有力的手段,DNA-DNA同源性可以揭示種間和種內(nèi)的親源關(guān)系,而DNA-rRNA雜交在屬的水平上則會發(fā)揮更大的作用[38]。③16 S rRNA寡核苷酸編目分析。通過對放線菌中不同菌種的16 S rRNA寡核苷酸序列分析,可以確認(rèn)它們之間的親緣關(guān)系。根據(jù)近年來對放線菌的研究,放線菌的定義應(yīng)該發(fā)生深刻變化,放線菌應(yīng)是革蘭氏陽性、G+C摩爾分?jǐn)?shù)含量在55%以上的真細(xì)菌,它們應(yīng)排除高溫放線菌屬而包括微球菌屬以及棒狀桿菌屬、節(jié)桿菌屬、纖維單孢菌屬、微桿菌屬和短桿菌屬等[36]。

        2.2 嗜鹽放線菌的代表

        嗜鹽放線菌是由不同生理類群的放線菌組成,下列各屬(種)是嗜鹽放線菌的一些代表。

        2.2.1 放線多孢菌屬(Actinopolyspora)[39] 該屬是最早分離到的嗜鹽放線菌,最適生長的鹽濃度是15%~20%,且能在30%的食鹽中生長,但在低于5%的NaCl中不生長。

        2.2.2 鏈單孢菌屬(Streptimonospora)[40] 該屬的主要特征是:革蘭氏陽性,好氣;基內(nèi)菌絲發(fā)育良好,不斷裂;氣生菌絲成熟時形成短孢子鏈,短孢子鏈上的孢子呈橢圓至短桿狀,表面有皺;基內(nèi)菌絲大量分枝,不斷裂;呈橢圓形(或圓形)的單孢子著生在基內(nèi)菌絲上,2種孢子都不具運(yùn)動性。其代表種為Streptimonospora salinasp. nov.,該菌種最適鹽濃度為15%。

        2.2.3 多態(tài)放線菌屬(Actinopolypha gen. nov)[41] 該屬的主要特征是:革蘭氏陽性,嚴(yán)格好氣;生長緩慢,細(xì)胞在不同的生長時期呈不同的形態(tài);在細(xì)胞發(fā)育的早期菌絲形成短孢子鏈,發(fā)育成熟時菌絲伸長并膨脹,形成厚度不均的分枝菌絲體;無氣生菌絲或稀少。其代表種為:新加坡多態(tài)放線菌(Actinopolymorpha singaporensis sp. nov.)。該菌種為亞嗜鹽放線菌,最高生長鹽濃度為15%。

        2.2.4 亞嗜鹽鏈霉菌(Streptomyces subhalophilus) 該菌是中科院微生物所周培瑾等人在研究嗜鹽細(xì)菌時發(fā)現(xiàn)的1株嗜鹽放線菌,可在含5%~8% NaCl的培養(yǎng)基中生長。NaCl濃度高于18%時,則完全不能生長,因此只能稱中等嗜鹽菌,定名為亞嗜鹽鏈霉菌(S. subhalophilus)[42]。

        2.2.5 類諾卡氏菌屬(Nocardioides) 該屬菌株M6[43]分離自美國俄勒岡州一個被芳香族氯化物重度污染的鹽堿湖,它能快速降解其中的2,4,6-三氯酚。根據(jù)其16 S rRNA序列及其脂肪酸組成,將其定為類諾卡氏菌屬。

        2.2.6 Streptomyces sparsus sp.nov. S. sparsus sp. nov.是由我國研究者Jiang等[44]最近從青海鹽堿土中分離出的一個放線菌菌種。在瓊脂平板上它們的營養(yǎng)菌絲發(fā)育良好,不斷裂,菌絲直或彎曲,產(chǎn)生孢子鏈。在25%(W/V) MgCl2·6H2O鹽濃度和pH 10的條件下生長良好。根據(jù)16 S rRNA基因序列的系統(tǒng)發(fā)育分析及DNA-DNA分子雜交和表型特征的鑒定,確定這是一個與鏈霉菌屬原有各種均不相同的新種,現(xiàn)定名為Streptomyces sparsus sp. nov.。

        2.3 嗜堿放線菌的代表

        嗜堿放線菌的獲得難度要大些。近些年來我國研究者獲得的成果如下:

        王來福等[45]自云南堿性土壤中分離出一批嗜堿或耐堿的放線菌,經(jīng)鑒定其中有12個種2個亞種分別歸屬于擬諾卡氏菌屬(Nocardiopsis)、糖絲菌屬(Saccharothrix)、小單孢菌屬(Micromonospora)和鏈霉菌屬(Streptomyces),其中僅一個新亞種在pH 9~10的范圍內(nèi)生長良好,因此定名為白色擬諾卡氏菌嗜堿亞種(Nocardiopsis albus subsp. alkalophilis subsp. nov.),其他菌種可能都為耐堿菌。姜怡等[29]從重鹽堿土壤、鹽湖等極端環(huán)境中分離出14株嗜堿菌,它們在pH 7.0的條件下不生長,而在pH 8.5~11.5的范圍內(nèi)生長很好,這些菌種大多屬擬諾卡氏菌屬,其中有5個新種,分別是嗜堿擬諾卡氏菌(Nocardiopsis alkalophilis sp.nov)、產(chǎn)脂酶擬諾卡氏菌(N. lipesognsis sp.nov)、貧營養(yǎng)擬諾卡氏菌(N. macra sp.nov)、彊北擬諾卡氏菌(N. jiangbeinsis sp.nov)和耐冷擬諾卡氏菌(N. frigoritoelransis sp.nov)。

        3 產(chǎn)活性物質(zhì)的鹽堿放線菌的篩選

        3.1 傳統(tǒng)篩選

        傳統(tǒng)的放線菌篩選方法大多是以對某些如病原菌或雜草、昆蟲等靶標(biāo)的抑制和滅殺效果為標(biāo)準(zhǔn)來篩選產(chǎn)生活性物質(zhì)的放線菌[46,47],即篩選拮抗放線菌。拮抗放線菌的篩選工作一般分為初篩和復(fù)篩兩步。初篩是將已分離得到的放線菌進(jìn)行針對靶標(biāo)的抑制活性篩選,優(yōu)點(diǎn)是可以較早地知道是否篩到了拮抗菌種,缺點(diǎn)是會舍棄很多初始條件下不顯示活性的菌株。復(fù)篩則是對初篩得到的陽性菌株進(jìn)行進(jìn)一步地驗(yàn)證和改進(jìn),以便更有效地篩選出針對靶標(biāo)的菌株。

        3.2 新型篩選

        新型的篩選方法主要著眼于放線菌產(chǎn)抗基因的激活與誘變上??股禺a(chǎn)生菌的產(chǎn)抗水平受到自身所產(chǎn)抗生素的嚴(yán)格限制,一株高產(chǎn)抗生素產(chǎn)生菌必然具備對自身所分泌的抗生素的抗性,非抗性菌株一般很難繞過這一機(jī)制。所以要得到高產(chǎn)菌株,除采用提高自身耐受性的發(fā)酵條件外,還要選育對自身抗生素脫敏的突變株,使這種突變株不僅生長不受影響,而且可以在高濃度自身代謝產(chǎn)物存在下提高產(chǎn)量,這樣就可以使抗生素的反饋調(diào)節(jié)作用失效,從而使抗生素大量積累。因此篩選抗抗生素產(chǎn)生菌也就成了菌種選育中的常用方法[48]。如盧文玉等[49]采用激光誘變與鏈霉素抗性篩選法聯(lián)合篩選出了達(dá)托霉素高產(chǎn)菌株,且提高了篩選效率。

        菌種的抗性基因可通過其產(chǎn)物滅活胞內(nèi)或胞外的抗生素,保護(hù)自身免受所產(chǎn)生的抗生素的殺滅作用,有些抗性基因的產(chǎn)物還直接參與抗生素的合成,抗性基因經(jīng)常和生物合成基因連鎖,而且它們的轉(zhuǎn)錄有可能也是緊密相連的,是激活生物合成基因進(jìn)行轉(zhuǎn)錄的必需成分??剐曰虮仨毷紫冗M(jìn)行轉(zhuǎn)錄,建立抗性后生物合成基因的轉(zhuǎn)錄才能進(jìn)行,為某些菌種引入抗生素抗性,可激活原來無活性的抗生素生物合成基因[48]。沈玲等[50]以天然的12株無活性或活性微弱的放線菌為材料,引入鏈霉素耐藥性突變,得到一株對植物病原真菌和細(xì)菌都具有較好抗菌活性的耐藥突變株。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,利用鏈霉素耐藥性突變作用于微生物的核糖體,使之發(fā)生變化并改變其次生產(chǎn)物的代謝途徑,可以獲得具有農(nóng)藥開發(fā)價值的活性化合物。

        據(jù)聯(lián)合國教科文組織(UNESCO)和糧農(nóng)組織(FAO)不完全統(tǒng)計(jì),全世界鹽堿土面積約為9.55×108 hm2, 我國約有9 913×104 hm2,其中現(xiàn)代鹽堿土3 693×104 hm2,殘余鹽堿土4 487×104 hm2,潛在鹽堿土1 733×104 hm2[51],在這看似貧脊的土壤里卻蘊(yùn)藏著極其豐富的鹽堿放線菌資源。經(jīng)過20余年的研究和探索,在鹽堿放線菌分離及分類學(xué)研究方面已經(jīng)取得了一些成績,但同嗜鹽嗜堿細(xì)菌相比,鹽堿放線菌在生理學(xué)、遺傳學(xué)、酶學(xué)及其他生物技術(shù)領(lǐng)域的研究幾乎還是一片空白,因此在分離篩選鹽堿放線菌的同時,還要加強(qiáng)鹽堿放線菌的生態(tài)學(xué)、生理學(xué)等方面的研究[52]。

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