嗜热放线菌的应用研究

嗜热放线菌的应用研究

摘要：放线菌是一类比其他微生物更为丰富的生物活性物质资源，历史上为抗

生素工业的建立和发展发挥过巨大作用。极端环境中的放线菌因适应极端环境，

形成了独特的机能、结构和遗传特性，以及特殊的代谢产物，是一类具有很大潜

力的生物资源。

关键词：嗜热放线菌分类学研究实际应用前景

Abstract:The analog actinomycetes other microorganisms is a biologically active substance is more abundant resources, the history of the industrial establishment and development of antibiotics has played a significant role. Extreme environments actinomycetes extreme environments due to meet to form a unique functional, structural and genetic features, and special metabolites, is a kind of biological resources with great potential.

Key words:thermophilic actinomycetes practical application taxonomic study

嗜热放线菌

高温菌进一步分为极端嗜热菌，最适生长温度在65~80℃；中度嗜热菌，最适温度为50~60℃;兼性高温菌，最适生长在40~50℃。到目前为止，已报道的嗜热放线菌（Thermophilic Actinomycetes）最高生长温度为70℃，还未发现超过70℃生长的极端嗜热放线菌，已发现的嗜热放线菌大多数为中度嗜热菌和兼性高温菌。

地球上存在着各种各样的自然或人工高温环境。自然环境包括有喷发的火山（岩浆熔化温度高达1000℃）、干燥-蒸汽喷气孔（达到500℃）、沸腾或过热的温泉（90℃以上）以及土壤、干草和岩石的太阳热基质（根据色彩对阳光的吸收能力，温度可升到60~70℃甚至更高）；人工高温环境如堆肥、城市垃圾堆、人工堆放的干草和煤渣堆等自然有机丰富的地方以及热水供应的循环系统等。除了上述的一些高温环境之外，和其他嗜热微生物一样，嗜热放线菌也普遍存在于一般的热区土壤、湖泊甚至高寒山区的土壤中。

相对其他极端环境而言，国内外对嗜热放线菌的研究要比对其他极端环境下

的放线菌的研究多一些。早在19世纪下半叶放线菌刚刚被发现不久，人们就分离到一些嗜热的高温放线菌和链霉菌的嗜热菌群。

（1）嗜热放线菌的最适生长温度很少能达到70℃以上的，通常在30~55℃生长较好。Gadkari等（1990）从燃烧的木炭堆里分离出嗜热并能氧化CO2和H2的专性化能无机营养型的嗜热放线菌——热自养链霉菌（Streptomyces thermoautotrophicus）。

（2）Edwards等通过所分离的50个嗜热链霉菌属与201个中温链霉菌属进行比较分类研究的结果表明，嗜热链霉菌属与中温链霉属形成了明显不同的变

异中心，嗜热菌并不是从中温菌分离单元的变异体。Goodfellow等的研究结果也表明嗜热链霉菌与中温链霉菌存在明显的差别。从16SrDNA序列分析的结果可以看出嗜热链霉菌至少形成两个明显的系统进化分枝。

（3）嗜热放线菌与中温放线菌相比，温泉和土壤里的嗜热放线菌的孢子链大多为直或波曲形，产生螺旋孢子链的菌株比中温链霉菌少，没有一株高温菌产生红或绿色气生菌丝。土壤、温泉嗜，热放线菌菌株的碳源利用谱要比中温菌的窄，但利用半乳糖的菌株却比中温菌的多。多数酶活性的产生菌株均少于中温菌，但产生角蛋白酶、几丁质酶的菌株却多于中温菌。

（4）土壤嗜热放线菌中具有硝酸盐还原、硫化氢产生、角蛋白酶活性、几丁质酶活性及对抗生素具有抗性的菌株均比温泉嗜热菌多。而温泉嗜热放线菌的生长温度范围要比土壤嗜热放线菌宽。

（5）嗜热放线菌主要以链霉菌属、高温放线菌属、小单孢菌属、高温单孢菌

属等为主，另外还有拟无枝菌酸属和糖多孢属等。对于嗜热放线菌及其他极端环

境中的放线菌的分类学研究，现在大多采用形态、化学、基因和系统进化分析等

相结合的多相分类来确定其分类地位。

嗜热放线菌的应用

餐厨垃圾、园林垃圾、农业废弃物以及日常生活中的废弃纤维产品均可作为

堆肥原料,这些原料中含有一定量的纤维素和木质素。研究者发现,在好氧堆肥过中,对这几类有机物质具有降解能力的微生物主要是高温放线菌和高温真菌(刘有胜等, 2007;席北斗等, 2002)。目前对于高温环境下嗜热菌的开发利用已经受到广泛重视.嗜热菌具有代谢快、代时短、酶的热稳定性高等特点,对于该环境下有机物质的生物转化具有不可估量的作用.已有学者使用传统的培养方法对高温环境下嗜热菌进行过研究,但这些方法仅能得到环境中0. 1% ~10%的微生物信息

(Muyzeretal., 1993),不能很好地反映该环境下嗜热菌的原始状态.近年来兴起

的聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电(PolymeraseChain Reaction-Denature

Gradient Gel Electrophoresis,PCR-DGGE)技术,可直接从高温环境样本中提

取微生物群落的基因组DNA,从而获得原始环境条件下微生物群落信息(和致中

等, 2000; Takakuetal.,2006;Ahnetal., 2005,杨朝晖等, 2007b).本研究中分

别对园林垃圾和餐厨垃圾进行好氧堆肥,并采用传统的培养方法和PCR-DGGE技

术对堆肥高温阶段嗜热真菌和嗜热放线菌种群动态变化进行研究,以期寻找嗜热

真菌和嗜热放线菌的种群变化规律和优质的接种菌群,提高堆肥过程有机物质降

解效率,为进一步优化堆肥进程提供依据。

山东省第一轻工业科学研究所从海南岛等地区2847份样品中分离得到的几十株产葡萄糖异构酶的嗜热放线菌，经研究初步证实具有发酵时间短、杂菌污染少、酶热稳定性强以及多数成熟菌丝体不易断裂便于分离收集等优点，这些都