生防微生物【高級(jí)教育】

1、第三章 生防微生物,吳云鋒,1,古柏文檔,第一節(jié) 根際微生物,2,古柏文檔,1微生物 微生物作為農(nóng)業(yè)生態(tài)系中必不可少的成員，廣泛分布于土壤、根際、根表、根內(nèi)，及地上部分各種器官的表面和內(nèi)部。 根際（rhizosphere）： 也稱為根圍、根圈、根域，是指土壤中緊密環(huán)繞根的區(qū)域。 根際微生物（rhizosphere microorganisms）： 由于植物根系經(jīng)常向周圍的土壤分泌各種外滲物質(zhì)，因此，在根際活動(dòng)著大量的微生物，由于根圍微生物多而活躍，構(gòu)成了根圍特有的微生物區(qū)系，根際微生物以無(wú)芽孢桿菌居多,3,古柏文檔,2. 分布 土壤具有微生物生長(zhǎng)繁殖所需要的一切營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及各種條件，因此土壤是微

2、生物良好的生活場(chǎng)所，有“微生物的天然培養(yǎng)基”之稱。 地球上最早的居民是微生物。 無(wú)論是繁華的現(xiàn)代城市、富饒的廣闊田野、還是人跡罕見(jiàn)的高山之巔、遼闊的海洋深處，從1萬(wàn)米深、水壓高達(dá)1140個(gè)大氣壓的太平洋底到8.5萬(wàn)米高的大氣層；從炎熱的赤道海域到寒冷的南極冰川；從高鹽度的死海到強(qiáng)酸和強(qiáng)堿性環(huán)境，到處都有微生物,4,古柏文檔,地球表面存在大量的微生物,5,古柏文檔,土壤微生物（Soil microbe,6,古柏文檔,溫泉水微生物,Animals,Plants,7,古柏文檔,水體微生物,8,古柏文檔,雪域高原微生物,9,古柏文檔,蘇聯(lián))東方號(hào)站,南極冰川微生物,10,古柏文檔,Bacteria i

3、n Antartic ice cores,Mine Drainage 礦山水,11,古柏文檔,12,古柏文檔,假如把地球演化到今天的歷史濃縮到一天，地球誕生是24小時(shí)中的零點(diǎn)， 地球誕生 零點(diǎn)， 地球的首批居民-厭氧性異養(yǎng)細(xì)菌 早晨7點(diǎn)鐘 好氧性異養(yǎng)細(xì)菌 午后13點(diǎn)左右， 魚(yú)和陸生植物 晚上22點(diǎn)； 人類 一天的最后一分鐘才出現(xiàn),1 首批居民 厭氧性異養(yǎng)細(xì)菌,好氧性 異養(yǎng)細(xì)菌,4 人類,3 魚(yú)和 陸生植物,13,古柏文檔,盡管人類對(duì)微生物的利用已有幾千年的歷史，現(xiàn)代微生物學(xué)也經(jīng)歷了一個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，但至今，為人們所認(rèn)識(shí)的微生物種類仍僅占自然界中微生物總數(shù)的1%5%，人類生產(chǎn)和生活中開(kāi)發(fā)利用的則

4、更少。因此，微生物可能是地球上最大的、尚未有效開(kāi)發(fā)利用的自然資源。 目前已知的細(xì)菌不足6000種（估計(jì)在30000種以上），真菌不足80000種（估計(jì)在1500000種），目前為人類所了解的數(shù)目約占總數(shù)的5；僅有約1%保存于世界各地菌種中心，并被開(kāi)發(fā)利用,14,古柏文檔,一個(gè)國(guó)家對(duì)生物資源掌握得越多、研究得越深入、利用得越充分，就越能掌握自己國(guó)家的未來(lái)發(fā)展?？茖W(xué)家們普遍相信，至少20%以上的昆蟲(chóng)腸道系統(tǒng)或體內(nèi)均可分離出多種單一宿主的絕對(duì)寄生微生物。因此，在昆蟲(chóng)種類數(shù)目未清楚前，所有微生物種類的數(shù)量都可能被低估。隨著人類對(duì)生命過(guò)程認(rèn)識(shí)的加深，生物技術(shù)已成為實(shí)現(xiàn)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的最有潛力的技術(shù)手段。

5、當(dāng)前的生物技術(shù)以微生物技術(shù)為核心，在環(huán)境整治、可再生能源生產(chǎn)和人類健康保障等方面正發(fā)揮著不可替代的作用。微生物的生存環(huán)境和生命策略的多樣性，使之成為人類尋求解決環(huán)境、能源和健康等問(wèn)題的最佳材料。 據(jù)估計(jì)，發(fā)達(dá)國(guó)家微生物產(chǎn)品的年產(chǎn)值約占國(guó)民生產(chǎn)總值的6%10%，每年僅向全球藥業(yè)市場(chǎng)提供的原材料就有500億美元而；在中國(guó)，其產(chǎn)值目前約占3,15,古柏文檔,植物根系 PLANT ROOTS,植物殘?bào)w PLANT RESIDUES,植物 PLANTS,Bacteria,Fungi,微生物 Microbial,原核生物 Protozoa 線蟲(chóng) nematodes,植物生長(zhǎng)與微生物活動(dòng)的關(guān)系,16,古柏文

6、檔,微生物根系活動(dòng)MICROBIAL ACTIVITY Parent material, time, topography, climate, vegetation, fauna,植物根系 PLANT ROOTS,植物殘?bào)w PLANT RESIDUES,植物 PLANTS,Bacteria,Fungi,微生物 Microbial,原核生物 Protozoa 線蟲(chóng) nematodes,17,古柏文檔,3類群 （1）土壤中生活的生物： 土壤微生物 微小的植物 動(dòng)物等。 （2）土壤微生物的種類（ major groups of soil microorganisms）： 主要有6種。 細(xì)菌Bacte

7、ria 真菌Fungi 放線菌Actinomycetes 病毒Viruses 線蟲(chóng)Nematodes 酵母Yeast,18,古柏文檔,其它生物還有： 藻類Algae 原生動(dòng)物Protozoa 螨類Mite Populations contributes to development of the total community These groups + higher animals interact in soil to catalyze the biogeochemical processes occurring therein 土壤微生物種類繁多，數(shù)量極大，其中以土壤表層或耕作層中及植

8、物根附近微生物數(shù)量較多。 土壤越肥沃，微生物種類和數(shù)量越多。 根際微生物的種類受植物的種類和植物的發(fā)育階段所影響,19,古柏文檔,土壤微生物數(shù)量(Amount of soil microorganisms): Bacteria： exists in soil at densities of 108 to 109 colony-forming units per g dry soil Actinomycete: 107 to 109 propagules per g dry soil Fungal and Protozoan: 106 propagules each per g dry soil

9、,20,古柏文檔,1） 細(xì)菌 土壤中數(shù)量最多的微生物。 占土壤微生物總量的70%90， 田間土壤中一般為106108個(gè)/cm3， 其中上層15厘米的土壤中，細(xì)菌鮮重為15003700公斤/公頃,21,古柏文檔,土壤細(xì)菌soil bacteria,革蘭氏陽(yáng)性菌Gram + 節(jié)桿菌屬Arthrobacter 芽胞桿菌Bacillus 梭菌屬Clostridium,革蘭氏陰性菌Gram- 假單胞菌Pseudomonas 根瘤菌Rhizobium, （大豆根瘤菌Bradyrhizobium japonicum） 固氮菌Azotobacter 亞消化單胞菌Nitrosomonas 硝化甘油菌Nitrob

10、acter 農(nóng)桿菌Agrobacterium,22,古柏文檔,2. 大腸桿菌Escherichia coli,1. 芽孢桿菌Bacillus subtilis,3. 棒狀桿菌Corynebacterium,細(xì)菌種類,23,古柏文檔,桿狀菌Bacillus,梭菌屬Clostridium,內(nèi)生芽胞桿菌Endospore-bearing bacteria,24,古柏文檔,4. 假單胞菌Pseudomonas aeruginosa,5. 陰溝腸桿菌Enterobacter cloacae,25,古柏文檔,Bordetella pertussis,乳酸菌Lactobacillus,26,古柏文檔,鏈球菌

11、Streptococcus sobrinus,葡萄球菌Staphylococcus,葡萄球菌Staphylococcus,螺原體Spirillum Borrelia burgdorferi,27,古柏文檔,28,古柏文檔,藍(lán)藻細(xì)菌Cyanobacteria,29,古柏文檔,2） 放線菌 是土壤中另一類主要的微生物類群，數(shù)量?jī)H次于細(xì)菌，占微生物區(qū)系總量的1314%。 放線菌多存在于偏堿性的土壤中，大部分土壤放線菌屬于鏈霉菌科的三個(gè)屬： 鏈霉菌屬（Streptomyces） 小單孢菌（Micromonospora） 諾卡氏菌屬（Nocardia） 土壤或根圍中的鏈霉菌大多數(shù)種都?xì)w于鏈霉菌屬。放線菌

12、雖然數(shù)量比細(xì)菌少，但由于其菌絲體的體積比單個(gè)細(xì)菌大幾十倍甚至幾百倍，所以在土壤中的生物量也相近于細(xì)菌,30,古柏文檔,放線菌Actinomycetes,31,古柏文檔,3） 土壤真菌 數(shù)量排第三位。土壤中的真菌各種類型都有，以半知菌類為最多，主要分布于土壤表層中,32,古柏文檔,真菌和細(xì)菌（Fungi and bacteria,Culturable and unculturable,Fungi,bacteria,33,古柏文檔,有機(jī)營(yíng)養(yǎng)型或異養(yǎng)型微生物：只利用現(xiàn)成有機(jī)物質(zhì)的微生物。 無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)型或自養(yǎng)微生物：一些靠二氧化碳和碳酸鹽自食其力的微生物。 微生物具有極強(qiáng)的抗熱、抗寒、抗鹽、抗干燥、抗酸

13、、抗堿、抗缺氧、抗壓、抗輻射及抗毒物等能力,34,古柏文檔,微生物的呼吸： 有的喜歡吸氧氣，是好氧性的； 有的則討厭氧氣，屬于厭氧性的； 還有的在有氧和無(wú)氧環(huán)境下都能生存，叫兼性微生物。 （4）藻類 由于藻類主要是自養(yǎng)型，所以它同腐生物的競(jìng)爭(zhēng)力較弱，在根圍的數(shù)量較低。土壤中的藻類數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于上述各類。 主要有：綠藻、硅藻等。 土壤中的原生動(dòng)物都是單細(xì)胞異養(yǎng)型的，主要是纖毛蟲(chóng)、鞭毛蟲(chóng)、根足蟲(chóng)等，次要是纖毛蟲(chóng)、鞭毛蟲(chóng)、根足蟲(chóng)等,35,古柏文檔,36,古柏文檔,相互作用 Complexity Interactions,37,古柏文檔,The lichen Peltula,Unidentified l

14、ichen,Microcoleus vaginatus,地木耳Nostoc,與地衣共生藻類,38,古柏文檔,4作用 根據(jù)對(duì)植物的作用，根際微生物(rhizosphere)分為： 3類 （1）有害微生物：占8%15% （2）中性微生物：占80%90% （3）有益微生物：占2%5% 有益微生物的種類包括： 共生物：根瘤菌、某些放線菌和菌根真菌。 腐生物：它們有些促進(jìn)對(duì)礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)的吸收和利用，或者產(chǎn)生激素促進(jìn)植物生長(zhǎng)，或者可抑制寄生和非寄生病原菌的微生物。由于這類能直接或間接地促進(jìn)植物生長(zhǎng)的細(xì)菌又被稱為根際促生菌Plant growth-promoting rhizobacteria，PGPR。 有些

15、生防菌能減輕病害，故稱為根圍促健菌Plant health-promoting rhizobacteria，PHPR,39,古柏文檔,PGPR細(xì)菌包括： 假單胞桿菌屬(Pseudomonas)：熒光假單胞菌 土壤桿菌屬(Agrobacterium) 歐文氏桿菌屬(Erwinia) 伯克氏桿菌屬(Burkholderia) 芽孢桿菌屬(Bacillus)。 沙雷氏菌(Serratis spp.) Arthrobactor Alculigenes Rhizobactium 20多個(gè)屬的根圍細(xì)菌。 放線菌 木霉菌,40,古柏文檔,PGPR的作用： （1）定殖于植物根系, 優(yōu)先占領(lǐng)根際； （2）抗生素

16、、嗜鐵素等直接作用于病原菌，抑制根際有害微生物（DRMO）。 PGPR能抑制DRMO產(chǎn)生氰化物，從而促進(jìn)馬鈴薯的生長(zhǎng)發(fā)育, 多年連作效果更為明顯。PGPR海洋放線菌MB 97和海洋細(xì)菌BAC 9912 , 則能抑制大豆紫青霉菌產(chǎn)生毒素Rubratoxins，MB97還能產(chǎn)生刺激大豆生長(zhǎng)的次級(jí)代謝產(chǎn)物, 克服大豆連作障礙, 從而促進(jìn)重茬大豆的生長(zhǎng)發(fā)育, 提高大豆的產(chǎn)量和品質(zhì)。 （3）產(chǎn)生IAA等植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑，促進(jìn)植物生長(zhǎng)發(fā)育； （4）誘導(dǎo)植物抗病性（ISR,41,古柏文檔,根分泌物 Root exudates,根際/根表 rhizosphere/rhizoplane,42,古柏文檔,在植物根際

17、微生態(tài)系統(tǒng)中，植物有益微生物和有害微生物是相互制約的。 土壤微生物可以降解土壤中的有機(jī)成分，先將有機(jī)質(zhì)降解成腐殖質(zhì)，然后變成各種化合成分，最終變成基本的土壤成分。 有機(jī)物是土壤微生物生存的必要條件，各種各樣的有機(jī)物在土壤中生存、繁衍和死亡,43,古柏文檔,大多數(shù)根際、根表細(xì)菌很活躍 Most bacteria in the rhizosphere/rhizoplane are active,根尖Root tip,根毛Root hair,根內(nèi)微生物,44,古柏文檔,5影響因素 由于土壤具備里各種微生物生長(zhǎng)發(fā)育所需要的營(yíng)養(yǎng)、水分、空氣、酸堿度、滲透壓和溫度等條件，所以土壤是微生物生活的良好環(huán)境。

18、（1）土壤質(zhì)地 土壤質(zhì)地：包括土壤的物理結(jié)構(gòu)及其理化性狀。 耕作土壤：礦物質(zhì)占95以上，有機(jī)質(zhì)占5。 我國(guó)南方的紅壤土、黃壤土以及高山地區(qū)灰化土、森林土均為堿性土，其余廣大地區(qū)為中性土。沙漠地區(qū)多為堿性土。 微生物的原生質(zhì)的pH接近中性，大部分微生物在中性條件下生長(zhǎng)良好。 土壤細(xì)菌、放線菌在中性偏堿土壤中生長(zhǎng)良好，pH5以下停止生長(zhǎng)。 真菌喜歡在弱酸性土壤中生長(zhǎng)， pH約為3.0，真菌占優(yōu)勢(shì)。真菌在偏堿土壤中停止生長(zhǎng)或死亡,45,古柏文檔,土壤組成,46,古柏文檔,微生物活動(dòng)Microbial activity,Plant cover,47,古柏文檔,48,古柏文檔,49,古柏文檔,The m

19、anner in which soil particules are assembled in aggregate forms,Aggregates are the products of the，interactions of the soil mineral components,the microbial and plant communities, and of the soil ecosystem history,Structure,50,古柏文檔,2）植物種類 植物種類的影響植物分泌物或揮發(fā)物質(zhì)的差異，現(xiàn)在已形成了一門“化學(xué)生物群落學(xué)”來(lái)專門研究植物、分泌物或揮發(fā)物與生物群落之間的

20、關(guān)系。 （3）土壤微生物互作 抑制病害的發(fā)生 刺激病害的發(fā)生,51,古柏文檔,第二節(jié) 放線菌 Actinomycetes,52,古柏文檔,一、生物學(xué),1定義 放線菌（actinomyces）是一類介于細(xì)菌與真菌之間的單細(xì)胞原核微生物，所以在Bergeys Manual of Systematic Bacteriology. Vol.4 上歸在分枝菌綱(Actinomycetes)。菌絲纖細(xì)、分枝，從一個(gè)中心向周圍呈放射生長(zhǎng)，故稱為放線菌,53,古柏文檔,放線菌（Actinomycetes）形態(tài),2菌絲形態(tài) 放線菌菌絲：直徑與細(xì)菌相似，小于1微米，菌絲細(xì)胞的結(jié)構(gòu)與細(xì)菌基本相同，形態(tài)比細(xì)菌復(fù)雜。

21、細(xì)胞核：無(wú)核膜，多數(shù)能形成分生孢子,54,古柏文檔,放線菌（Actinomycetes）形態(tài),55,古柏文檔,根據(jù)菌絲形態(tài)和功能的不同，放線菌菌絲可分為三種: 基內(nèi)菌絲(Substrate mycelium） 氣生菌絲(Aerial mycelium) 孢子絲(Reproductive mycelium) 基質(zhì)菌絲：專管吸收營(yíng)養(yǎng); 氣生菌絲：作為放線菌成長(zhǎng)發(fā)育標(biāo)志的。 孢子絲：放線菌長(zhǎng)到一定階段便開(kāi)始產(chǎn)生孢子，先在氣生菌絲的頂端長(zhǎng)出孢子絲，等到成熟之后，就分裂出成串的孢子。 孢子：形狀有球形，卵圓形，可以隨風(fēng)飄散，遇到適宜的環(huán)境，開(kāi)始吸水，萌生成新的放線菌,56,古柏文檔,鏈霉菌的一般形態(tài),鏈

22、霉菌菌絲,57,古柏文檔,鏈霉菌屬（Streptomyces）藍(lán)色亞群（Gyaneus,鏈霉菌屬（Streptomyces）黃色亞群（Flavus,58,古柏文檔,鏈霉菌屬（Streptomyces），粉紅孢類群（Roseoporus）弗氏亞群亞群（Fradiae,59,古柏文檔,3菌落形態(tài) 放線菌生長(zhǎng)較慢，菌絲從平板底層開(kāi)始生長(zhǎng)，呈放射狀，菌絲相互交錯(cuò)纏繞形成質(zhì)地致密的小菌落。 菌落表面粗糙干燥粉狀，不透明、難以挑取。 菌落顏色鮮艷，有白色、粉色、灰色、紫色等。放線菌在固體培養(yǎng)基上形成與細(xì)菌不同的菌落特征，當(dāng)大量孢子覆蓋于菌落表面時(shí)，就形成表面為粉末狀或顆粒狀的典型放線菌菌落。 由于基內(nèi)菌絲

23、和孢子常有顏色，使得菌落的正反面呈現(xiàn)出不同的色澤,60,古柏文檔,放線菌Actinomycetes,放線菌的菌絲形態(tài)光鏡照片,61,古柏文檔,質(zhì)地: 致密、干燥、多皺、小而不蔓延、不挑起，表面有放射狀溝紋。 形狀：隨菌種不同有兩類： (1)產(chǎn)生大量分枝狀菌絲的菌種： 如鏈霉菌（Strptomyces）形成與培養(yǎng)基結(jié)合較緊的菌落，不易挑起或整個(gè)挑起。 (2)不產(chǎn)生大量菌絲的菌種： 如諾卡氏菌屬（Nocardia）形成的菌落呈粉質(zhì)，挑之易碎,62,古柏文檔,放線菌的菌落特征 A：諾爾斯氏鏈霉菌 B：皮疽諾卡氏菌 C：酒紅指孢囊菌 D：游動(dòng)放線菌 E：小單胞菌 F：皺雙孢馬杜拉放線菌,63,古柏文檔

24、,4生活習(xí)性 分布：廣泛分布于自然界，多見(jiàn)于土壤中。較干燥、微堿性和有機(jī)質(zhì)豐富的土壤是放線菌的主要習(xí)居場(chǎng)所。估計(jì)每克土壤中約含放線菌孢子107個(gè)。多數(shù)情況下，泥土中散發(fā)出的“泥腥味”就是由放線菌中鏈霉菌產(chǎn)生的土腥素造成的。 除少數(shù)厭氧或兼性厭氧的寄生菌外，大多數(shù)是好氣性的腐生菌，屬于化能異養(yǎng)。其種類繁多，代謝功能各異，是具有巨大實(shí)用價(jià)值的一類微生物,64,古柏文檔,5繁殖 放線菌沒(méi)有有性繁殖，主要通過(guò)形成無(wú)性分子孢子方式和菌絲斷裂成片段進(jìn)行無(wú)性繁殖。 一種方式先在氣生菌絲的尖端生長(zhǎng)出孢子絲，成熟后分裂出成串的分生孢子或孢囊孢子散落在適宜環(huán)境里發(fā)芽形成新的菌絲體；放線菌能像真菌那樣形成分枝菌絲，

25、并在菌絲末端產(chǎn)生外生的分生孢子，有些種類甚至形成孢子囊。 另一種方式是菌絲體的無(wú)限伸長(zhǎng)和分枝，在液體振蕩培養(yǎng)（或工業(yè)發(fā)酵）中，放線菌每一個(gè)脫落的菌絲片段，在適宜條件下都能長(zhǎng)成新的菌絲體，也是一種無(wú)性繁殖方式,65,古柏文檔,放線菌的繁殖方式圖,66,古柏文檔,應(yīng)用： 產(chǎn)生大量的、種類繁多的抗菌素； 產(chǎn)生酶類、維生素； 一些放線菌有固氮能力； 放線菌在自然界物質(zhì)循環(huán)中也起著重要作用，由于它們具有較強(qiáng)的分解復(fù)雜有機(jī)物的能力，對(duì)于土壤肥力的提高也有重要作用。 危害： 只有極少數(shù)放線菌對(duì)人類構(gòu)成危害，某些放線菌（ Actinomyces ）菌種引起動(dòng)物放線菌?。ㄆつw、腦、肺和足部感染），某些諾卡氏菌屬

26、（Nocardia ）引起人和動(dòng)物的諾卡氏菌??； 少數(shù)放線菌能引起植物病害。如馬鈴薯瘡痂病,67,古柏文檔,1898年德國(guó)的Globing 從土壤中分離出第一株放線菌以來(lái)，至今有百年歷史。瓦克斯曼研究土壤微生物時(shí)發(fā)現(xiàn)放線菌中含有鏈霉素，為世界上的肺結(jié)核及腦膜炎患者帶來(lái)了福音。 1952年他和另外一位科學(xué)家榮獲諾貝爾醫(yī)學(xué)生理獎(jiǎng)。 目前4000多種抗菌素中三分之二是由不同的放線菌產(chǎn)生,二、放線菌的分離,68,古柏文檔,1. 分離培養(yǎng)基 高氏一號(hào)培養(yǎng)基 秸稈腐解瓊脂培養(yǎng)基 玉米粉瓊脂培養(yǎng)基 黃豆粉瓊脂培養(yǎng)基。 玉米粉瓊脂培養(yǎng)基上分離的放線菌數(shù)量及種類均最多，細(xì)菌數(shù)量最少。 黃豆粉瓊脂培養(yǎng)基上有抑菌圈

27、，易挑菌。 采用玉米粉瓊脂培養(yǎng)基和黃豆粉瓊脂培養(yǎng)基兩種培養(yǎng)基，就可以從土壤中分離到絕大部分放線菌（種類和數(shù)量），能充分地反映土壤中的放線菌數(shù)量,69,古柏文檔,2.土壤樣品預(yù)處理方法 （1）6%酵母膏能夠強(qiáng)烈抑制真菌的生長(zhǎng)，但是不能減少細(xì)菌的污染； （2）0.05%SDS（5mmol/L磷酸緩沖液配制）能夠強(qiáng)烈抑制細(xì)菌的生長(zhǎng)，放線菌出菌率較前者高但是依然有真菌的污染存在； （3）重鉻酸鉀強(qiáng)烈抑制真菌生長(zhǎng)，對(duì)細(xì)菌也有一定有效的抑制作用，使用后放線菌出菌率低,70,古柏文檔,4）6%酵母膏和0.05%SDS混合處理，再加土樣風(fēng)干10d能夠完全抑制真菌的污染問(wèn)題，大量降低細(xì)菌的出菌率，不影響放線菌的

28、篩選。 采樣后4條件下貯藏1個(gè)月后的土樣進(jìn)行同樣預(yù)處理的分菌效果，是細(xì)菌菌落數(shù)顯著增加，尤其是未經(jīng)風(fēng)干土樣，細(xì)菌、真菌菌落連成一片，已無(wú)法挑菌,71,古柏文檔,1土壤中放線菌的種類 1943年鏈霉素的發(fā)現(xiàn)及其醫(yī)藥上的巨大作用，促進(jìn)了放線菌分類的發(fā)展。目前有放線菌80多個(gè)屬，僅鏈霉屬就有1000多個(gè)種和變種。 a. 鏈霉菌（Streptomyces canescens），也稱“灰色鏈絲菌”。放線菌類的一個(gè)大屬。約有800種左右。 其基質(zhì)菌絲不斷裂，氣生菌絲分化成直的、彎曲的或螺旋狀的孢子絲，頂端生很多分生孢子。菌落較小而致密，不易挑取，表面呈粉狀，有多種顏色。 許多種類：可產(chǎn)生抗菌素，如鏈霉素、

29、四環(huán)素、紅霉素、卡那霉素、春雷霉素、阿維菌素等； 有些：可生產(chǎn)蛋白酶、葡萄糖異構(gòu)酶。還可以用于制造菌肥，如“5406”抗生菌肥料等,三、種類與分類依據(jù),72,古柏文檔,鏈霉素 Streptomycin,四環(huán)素 Tetracycline,73,古柏文檔,b. 金霉菌（Streptomyces aureofaciens），亦稱“金色鏈霉菌”。 以在固體培養(yǎng)基上產(chǎn)生金黃色色素而得名。 抗菌素工業(yè)上用以生產(chǎn)金霉素。 c. 土霉菌（Streptomyces rimosus），亦稱“龜裂狀鏈霉菌”。 菌落呈皺狀裂紋。 抗菌素工業(yè)上用以生產(chǎn)土霉素(地霉素)。 d. 小單孢菌（Micromonospora），

30、放線菌的一個(gè)屬。 只在基質(zhì)菌絲末端產(chǎn)生單個(gè)分生孢子，不形成氣生菌絲。菌落很小。 如產(chǎn)生慶大霉素的棘狀小單孢菌和紫色小單孢菌等,74,古柏文檔,e. 諾卡氏菌屬（Nocardia） 利福霉素、諾卡殺菌素（Nocardicins,利福霉素 Rifamycin,75,古柏文檔,2分類依據(jù) 經(jīng)典分類 （1） 形態(tài)特征 基內(nèi)菌絲體的發(fā)育程度 有無(wú)氣生菌絲體和孢子、孢囊、菌核以及其它結(jié)構(gòu)， 孢子鏈、孢子、孢囊、孢囊孢子的形狀、大小、數(shù)目等； 各類繁殖體是否有能游動(dòng)的鞭毛以及鞭毛的位置,76,古柏文檔,2）培養(yǎng)特征 基質(zhì)菌絲和氣生菌絲的顏色一向是分類重要特征，70年代微生物所編的鏈霉菌鑒定手冊(cè)中，主要就是根

31、據(jù)這二者區(qū)分的。 60年代后期到70年代初發(fā)表的國(guó)際鏈霉菌計(jì)劃（ISP），以和氣生菌絲顏色為主，基質(zhì)菌絲和可溶色素的顏色為副。新增加的色素對(duì)酸堿度是否敏感的方法，極具鑒別價(jià)值。 為了觀察形態(tài)和培養(yǎng)特征，國(guó)際鏈霉菌計(jì)劃只采用4種培養(yǎng)基： 甘油天門冬素瓊脂 無(wú)機(jī)鹽淀粉瓊脂 酵母精麥芽糖瓊脂 燕麥粉瓊脂。 還必須輔以蔗糖硝酸鹽（查氏）瓊脂，葡萄糖天門冬素瓊脂，蘋(píng)果酸鈣瓊脂，營(yíng)養(yǎng)瓊脂等，最好還需接種到高氏合成1號(hào)瓊脂，伊莫松瓊脂，馬鈴薯塊上，才能充分觀察到某些菌的特征,77,古柏文檔,3）生化特征 最初所測(cè)定的幾個(gè)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、蔗糖轉(zhuǎn)化等。

32、在鏈霉素屬各個(gè)種的鑒定中，對(duì)于其是否能夠在有機(jī)培養(yǎng)基內(nèi)產(chǎn)生黑色素越來(lái)越受重視。 國(guó)際鏈霉菌計(jì)劃規(guī)定用胰胨酵母精培養(yǎng)液測(cè)定產(chǎn)生黑色素的能力； 用酪氨酸瓊脂測(cè)定是否產(chǎn)生酪氨酸酶； 用蛋白胨酵母精鐵瓊脂測(cè)定是否產(chǎn)生硫化氫，但這三者的反應(yīng)時(shí)常并非總是一致的,78,古柏文檔,對(duì)于氮源的利用，逐漸成為比可少的測(cè)定項(xiàng)目。 測(cè)定碳源種類較多，有時(shí)竟達(dá)20多種。 國(guó)際鏈霉菌計(jì)劃規(guī)定9種碳源：以 D-葡萄糖為陽(yáng)性對(duì)照，再加上L-阿拉伯糖、L-鼠李糖、D-果糖、蔗糖、棉子糖、DL-肌醇和甘露醇。實(shí)踐證明，由這幾種碳源所反應(yīng)的碳源譜時(shí)常相同，有必要再加一些碳源，如半乳糖、乳糖、麥芽糖、甘露糖、蜜二糖、松三糖、淀粉、菊

33、糖、甘油、衛(wèi)矛醇等才能顯示不同菌種碳源利用的差異,79,古柏文檔,4） 生態(tài)條件 主要是好氣與嫌氣、腐生與寄生、中溫與嗜溫（少數(shù)嗜低溫）以及對(duì)酸堿度（PH）的要求。 絕大部分放線菌都是好氣的，只有放線菌屬的幾個(gè)種和小單孢菌屬的個(gè)別種是嫌氣的；絕大部分放線菌是腐生的，只有幾個(gè)放線菌屬的幾個(gè)種，分枝桿菌屬的許多種、諾卡氏菌屬少數(shù)種以及嗜皮菌等是寄生的，其中幾種鏈霉菌能夠寄生再植物上,80,古柏文檔,5） 放線菌的化學(xué)分類 在傳統(tǒng)分類學(xué)中形態(tài)學(xué)是很好的分類特征。從20世紀(jì)60年代初期開(kāi)始，Lechvaliev等放線菌分類學(xué)家進(jìn)行了化學(xué)分類學(xué)的研究，建立了一套放線菌細(xì)胞組分的化學(xué)分析方法，從而逐步打破

34、了傳統(tǒng)的分類概念，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,81,古柏文檔,A. 細(xì)胞壁化學(xué)組分 放線菌的細(xì)胞壁是由肽聚糖胞壁酸、多糖等高分子組成。 肽聚糖四肽三位往往含特異氨基酸，不同種放線菌的肽聚糖中，這個(gè)位置的氨基酸不同，Lechevalier 等用紙層析法分析了大量放線菌株細(xì)胞壁化學(xué)組分，按所含氨基酸種類分型，按全細(xì)胞糖型分為4個(gè)型，這以成為確定放線菌種屬必不可少的手段,82,古柏文檔,磷酸脂是位于細(xì)菌、放線菌細(xì)胞膜上的極性物質(zhì)，不同屬的菌磷酸質(zhì)組成不同，它是鑒別屬的重要依據(jù)之一。 分類上重要的磷酸脂有：磷酸酰乙醇氨（PE）、磷酸酰甲醇乙醇氨（PME ）、

35、磷脂酰膽堿及含有葡萄糖氨未知結(jié)構(gòu)的磷酸脂,83,古柏文檔,B. 醌 醌是細(xì)胞原生質(zhì)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）和甲萘醌等。甲萘醌的側(cè)鏈由不同長(zhǎng)度的異戊烯基單位所構(gòu)成，異戊烯基單位的長(zhǎng)度及氫飽和度在不同的屬中是不同的，因此，可以作為分類的特征之一,84,古柏文檔,C. 枝菌酸 枝菌酸及其他脂類是細(xì)胞膜的重要組成部分。根據(jù)枝菌酸的有無(wú)將不含枝菌酸的諾卡氏菌里劃分出來(lái)，并結(jié)合其他指標(biāo)建立了無(wú)枝菌酸屬和擬無(wú)枝菌酸屬。對(duì)于既含枝菌酸細(xì)胞壁又是IV型的諾卡氏菌、分枝桿菌以及非常接近細(xì)菌的棒桿菌，用枝菌酸分析方法可以明確的分開(kāi)。因此，枝菌酸的測(cè)定是研究諾卡氏放線菌

36、分類中必不可少的化學(xué)指標(biāo),85,古柏文檔,D. 脂肪酸 脂肪酸以脂的形式存在于磷脂蛋白、脂多糖、磷壁酸脂中，其中一些細(xì)胞膜的組成部分。放線菌的脂肪酸分為6類，它們的脂鏈長(zhǎng)度在不同的菌中不同，根據(jù)側(cè)鏈脂肪酸有無(wú)ANT/ISO系統(tǒng)與是否為7碳烷，把磷酸中的脂肪酸分為4個(gè)類型，放線菌肪酸的類型不同,86,古柏文檔,E. 化學(xué)分類系統(tǒng)存在問(wèn)題及發(fā)展趨勢(shì) 從每種化學(xué)分類的鑒定內(nèi)容看，都是由一組數(shù)據(jù)來(lái)決定種屬的。在數(shù)據(jù)間由于缺乏定量的相關(guān)系，不同屬得數(shù)據(jù)難以截然分開(kāi)，從而造成分類上的混亂，給化學(xué)分類的實(shí)際應(yīng)用造成困難。近年來(lái)，儀器分析方法越來(lái)越多的應(yīng)用于化學(xué)分類研究，使定量化有發(fā)展。同時(shí)，不同學(xué)科的相互滲

37、透也會(huì)促進(jìn)分類標(biāo)準(zhǔn)向合理化發(fā)展，從而形成公認(rèn)得分類標(biāo)準(zhǔn),87,古柏文檔,6）放線菌的分子分類 自80年代分子生物學(xué)及遺傳學(xué)的發(fā)展，許多學(xué)者又在分子生物學(xué)方面探索放線菌得分類。 a. DNA堿基分析 DNA內(nèi)G+C含量摩爾百分比在細(xì)菌分類中很重要，在放線菌中由于百分?jǐn)?shù)范圍窄，各屬重疊多，所以通常起輔助作用，但有時(shí)也有重要參考價(jià)值，常常以GCmol%的顯著差異來(lái)糾正錯(cuò)誤的種屬劃分,88,古柏文檔,b. DNA-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(gè)強(qiáng)有力的手段，可以用來(lái)解決傳統(tǒng)分類方法難以解決的問(wèn)題,89,古柏文

38、檔,c. 16SrRNA寡核苷酸編目分析 16SrRNA寡核苷酸編目分析法，是Worse等于本世紀(jì)70年代早期設(shè)計(jì)的用來(lái)研究原核生物進(jìn)化關(guān)系的一種方法。該種方法應(yīng)用于細(xì)菌、放線菌分類研究之后已取得了豐碩成果，除了發(fā)現(xiàn)生命的第三種形式古細(xì)菌（Archaebacteria） 之后，還對(duì)真細(xì)菌（Eubacteria）的親源關(guān)系進(jìn)行了系統(tǒng)的闡述,90,古柏文檔,通過(guò)對(duì)放線菌不同菌種的寡核苷酸序列分析，它們的親緣關(guān)系也日清楚GCmol%含量在55%以上的革蘭氏陽(yáng)性菌還包括雙歧桿菌屬和丙酸桿菌屬兩類厭氧菌，它們?cè)诜啪€菌分枝線上形成最早的分枝（SAB值分別為0.40和0.48）。 放線菌分為5個(gè)分枝： 第一

39、個(gè)分枝：包括節(jié)桿菌屬、纖維單孢菌屬、微球菌屬、微桿菌屬、短桿菌屬和放線菌屬； 第二分枝：以簡(jiǎn)單接桿菌屬為代表； 第三分枝：是棒狀桿菌及其相近菌株； 第四分枝：包括分之桿菌、諾卡氏菌、以及下列菌屬的代表種，這些屬是紅球菌屬、纏繞棒桿菌、石灰壤諾卡氏菌屬、地嗜皮菌屬、指孢囊菌屬、小單孢菌屬、小瓶菌屬,91,古柏文檔,我國(guó)中科院提出的分類系統(tǒng) 放線菌目包括6個(gè)科： 1. 嗜皮菌科：菌絲體多方向分裂為成疊的立方形細(xì)胞堆。 2. 弗蘭克氏菌科：與植物共生，有菌絲體階段。 3. 放線菌科：基內(nèi)菌絲體分裂成桿菌或球菌狀小體，大多厭氣。 4. 鍵霉菌科：基絲不斷裂，只有氣絲形成的孢子鏈，好氣。 鏈霉菌科包括三

40、個(gè)屬： 鏈霉菌屬(Streptomyces)：孢子絲直，鉤狀，螺旋形或輪生。有灰白鏈霉菌(S.canescens)、檸檬熒光鏈霉菌(S.citrecofluorescens)和極美鏈霉菌(S.pulcher)等。金霉菌（Streptomyces aureofaciens），亦稱“金色鏈霉菌”。以在固體培養(yǎng)基上產(chǎn)生金黃色色素而得名?？咕毓I(yè)上用以生產(chǎn)金霉素。 土霉菌（Streptomyces rimosus），亦稱“龜裂狀鏈霉菌”。菌落呈皺狀裂紋。 欽氏霉屬(Chainia )：形成菌核。 孢器放線菌屬(Actinopycnidium)：形成分生孢子器。 5. 寡孢菌科：孢子單個(gè)或成短鏈。 6

41、. 游動(dòng)放線菌科：形成孢束,92,古柏文檔,鏈霉菌屬分類原則 以形態(tài)特征為主，生理生化特征為副的分類原則。 形態(tài)、培養(yǎng)特征： 孢子絲形狀 菌落形態(tài) 孢子堆顏色 氣絲和基絲顏色以及可溶性色素有無(wú)等。 近年由于微生物分子生物學(xué)的滲透，放線菌分類出現(xiàn)由描述科學(xué)向?qū)嶒?yàn)科學(xué)發(fā)展的趨勢(shì)，而現(xiàn)代技術(shù)尤其是電鏡技術(shù)，生理生化技術(shù)，分子生物學(xué)的應(yīng)用，促進(jìn)了這一趨勢(shì)并打破了傳統(tǒng)的描述分類，建立了化學(xué)分類，分子分類，數(shù)值分類等新的標(biāo)準(zhǔn)，促進(jìn)了分類學(xué)的發(fā)展,93,古柏文檔,四、防治原理 1抗生素 井岡霉素有內(nèi)吸性和治療作用。井岡霉素具有強(qiáng)內(nèi)吸作用,能很快被菌絲體吸收并在體內(nèi)傳導(dǎo)，從而保持它的優(yōu)異防治效果。大多數(shù)農(nóng)藥均

42、為保護(hù)劑，而井岡霉素在水稻發(fā)病率15%時(shí)用藥最為經(jīng)濟(jì)有效。15%以下發(fā)病一般不影響水稻的產(chǎn)量,發(fā)現(xiàn)病害后施藥具有更好的經(jīng)濟(jì)性。 滅瘟素又叫“稻瘟散”、“布拉葉斯”，是一種從放線菌培養(yǎng)液中提取出來(lái)的抗生素，用于防治稻瘟病、稻胡麻斑病、水稻菌核病等,94,古柏文檔,Erythromycin,b-lactam,Catalyzers,Enzymes,Inhibitors,Active compounds,95,古柏文檔,2其它作用 放線菌的代謝產(chǎn)物幾丁質(zhì)酶（chitinase）是造成菌絲畸變、細(xì)胞質(zhì)凝集和外溢的直接原因。 放線菌具有分解幾丁質(zhì)的能力，含有幾丁質(zhì)的土壤，滅菌后溶解病原真菌的能力消失，由于

43、真菌細(xì)胞壁的主要成份是幾丁質(zhì)，因此土壤中添加幾丁質(zhì)或有機(jī)質(zhì)可促進(jìn)放線菌大量繁殖，從而達(dá)到抑制土傳病害的目的。 放線菌在植物根系分泌類似赤霉素的物質(zhì)并能為植物根系直接吸收，促進(jìn)了植物的生長(zhǎng),96,古柏文檔,第三節(jié) 芽孢桿菌,一、概述 1. 概念 芽孢桿菌是一群好氧或兼性厭氧、產(chǎn)芽孢的G+桿菌的總稱，其生理特征豐富多樣。分布及其廣泛，是土壤和植物體表根際的重要微生物種群。 2. 特點(diǎn) 由于芽抱桿菌能產(chǎn)生耐熱性抗逆芽孢，這有利于生防菌劑的生產(chǎn)、劑型加工及在環(huán)境中存活、定殖與繁殖。芽孢桿菌生防菌劑在穩(wěn)定性、與化學(xué)農(nóng)藥的相容性和在不同植物不同年份防效的一致性等方面，明顯優(yōu)于非芽孢桿菌和真菌生防菌劑,97

44、,古柏文檔,3. 應(yīng)用 應(yīng)用芽孢桿菌防治植物病害的研究具有悠久的歷史，枯草芽孢桿菌已經(jīng)應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐。 美國(guó)有4株枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis）生防菌株獲得環(huán)保局（EPA）商品化或有限商品化生產(chǎn)許可證，它們是GBO3、MBI600、QST713和B. subtilis var.amyloliquefaciens FZB24。 我國(guó)利用芽孢桿菌防治植物病害的應(yīng)用研究也達(dá)到了世界先進(jìn)水平，開(kāi)發(fā)出了一批優(yōu)良的枯草芽孢桿菌如B916、B908、B3、B903、BL03、XM16，蠟樣芽孢桿菌（B.cereus）菌株R2，短小芽孢桿菌（B.pumillus）A3和增產(chǎn)菌系列產(chǎn)品等,9

45、8,古柏文檔,1998年辛玉成從蘋(píng)果樹(shù)體上分離得到的枯草芽抱桿菌Bacillus subtilisBL03菌株，經(jīng)室內(nèi)測(cè)定對(duì)蘋(píng)果霉心病菌、炭疽病菌、紅霉病菌和鐮刀菌等10種病原菌的抑制效果均為100%。B-912對(duì)油桃和桃的褐腐病的進(jìn)行防治試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)B-912對(duì)油桃和桃的褐腐病有顯著的抑制作用。 1999年陳以仁從土壤分離獲得枯草芽抱桿菌(Bacillus subtilis)菌株B-916對(duì)水稻紋枯病菌有較好拮抗作用的菌株,99,古柏文檔,二、作用原理 芽孢桿菌的作用原理以抗生、競(jìng)爭(zhēng)和誘導(dǎo)植物抗性為主。 1抗生 芽孢桿菌產(chǎn)生的拮抗物質(zhì)主要是抗生素、抗菌蛋白（又稱為芽孢桿菌素Bacilysin

46、）及揮發(fā)性抗菌物質(zhì),100,古柏文檔,抗生素有以下三類。 （a）脂肽抗生素： Iturin家族脂肽抗生素，一般對(duì)真菌具有強(qiáng)烈拮抗作用，有B.subtlis合成的Iturin A、C，Bacillomycin L、D、F和Mycosubtilin等； Surfactin家族脂肽抗生素具有抗菌、抗病毒和生物表面活性劑作用，包括枯草芽孢桿菌產(chǎn)生的Surfactin、Esperins和B.licheniformis產(chǎn)生的Surfactant 86、Lichenysin AD； Fengycin是另一類抗真菌脂肽抗生素，包括B.subtilis產(chǎn)生的Fengycin A、B和B.cereus產(chǎn)生的Pli

47、pastatin,101,古柏文檔,b）多肽抗生素： 芽孢桿菌多肽抗生素有線狀、環(huán)狀和分支狀多肽抗生素3類， 線狀抗真菌短肽抗生素： B.brevis產(chǎn)生的Gramicidin和Edeine。 環(huán)狀多肽抗生素： B.brevis產(chǎn)生的Gramicidin S和Tyrocidine是。 分支環(huán)肽抗生素包括Polymyxin、Octapeptins和Bactracin，它們主要作用于細(xì)菌。 芽孢桿菌素（Bacilysin）是枯草芽孢桿菌Marburg168產(chǎn)生的2肽抗生素，是一個(gè)最簡(jiǎn)單的多肽抗生素；Azoxybacillin是B.cereus產(chǎn)生的，具有廣譜抗真菌活性，其作用機(jī)制是通過(guò)轉(zhuǎn)錄水平抑制

48、真菌硫吸收（sulfate assimilate，SA）途徑有關(guān)酶的合成，這是第一真菌轉(zhuǎn)錄特異的抑制抗生素，在醫(yī)藥上有重要的應(yīng)用前景,102,古柏文檔,c）其它抗生素： 線狀聚酰胺物Zwittermicin A：在B.cereus和B.thuringiensis的很多菌株中都存在。對(duì)原核生物和真菌具有廣譜抑菌活性，對(duì)Phytophthora和Pythium屬病原真菌活性極強(qiáng)，并對(duì)Bt殺蟲(chóng)晶體蛋白具有協(xié)同增效作用,103,古柏文檔,抗菌蛋白有以下幾種： 芽孢桿菌產(chǎn)生的蛋白類抗菌物質(zhì)主要有細(xì)菌素、細(xì)胞壁降解酶如幾丁質(zhì)酶和葡聚糖酶。 （a）細(xì)菌素：細(xì)菌素是細(xì)菌合成的對(duì)于其它微生物具有抗生作用的小分子

49、量蛋白質(zhì)，芽孢桿菌能產(chǎn)生多種細(xì)菌素。 枯草芽孢抗菌產(chǎn)生的Subtilin和Subtilosin及巨大芽孢桿菌產(chǎn)生的Megacins對(duì)G+細(xì)菌具有很強(qiáng)的活性，枯草芽孢桿菌產(chǎn)生的Botrcidin AJ1316、Alirin B-1和6.9kDa小肽及Bacillus licheniformis M-4產(chǎn)生的M-4 Amoebicidal同時(shí)具有抗細(xì)菌和真菌作用,104,古柏文檔,b）幾丁質(zhì)酶和葡聚糖酶： 許多病原真菌細(xì)胞壁含有幾丁質(zhì)和-1，3-葡聚糖。幾丁質(zhì)酶（chitinase）和-1，3-葡聚糖酶（glucanase）是植物病程相關(guān)蛋白，它們通過(guò)破壞病原真菌的細(xì)胞壁而具有抗菌防病的作用。 最早報(bào)道幾丁質(zhì)酶活性的微生物是芽孢桿菌B