殺魚假交替單胞菌的研究進展

中國海洋大學 山東 青島 266000

1 假交替單胞菌屬

3.6億平方公里的廣闊海洋,約占地球表面積的70.8%,分別含有潮間帶、海洋表層、深海和熱液口等生態系統,生物資源蘊含豐富,物質代謝網絡(物質能量循環)極其復雜,具有不可替代的地位在生物地球化學循環中。而假交替單胞菌屬是一個遍及海洋各處的特有細菌屬,在海洋生態系統中扮演著不可或缺的角色,假單胞菌屬于1995年建立[1],目前假單胞菌包括從海洋環境(海水,藻類,海洋無脊椎動物;魚類)中分離出來的40多個物種[2-4]。該屬菌株能分泌色素、胞外多糖、胞外酶和抗菌溶菌物質[5]等多種物質,這些胞外活性物質有降解瓊脂、抗菌溶菌和裂解藻類等多種生物功能,在工業養殖中的生物防治、赤潮治理,在工業生產和新型海洋藥物的開發及利用等方面具有極大的應用前景。目前假交替單胞菌屬有超過40個種,該屬菌株的細胞均為革蘭氏陰性、桿狀、好氧異養型、生長需鈉離子、DNA的GC含量一般為37%-50%、有鞭毛輔助自身運動。

2 殺魚假交替單胞菌的分類地位

殺魚交替單胞菌廣泛分布于海洋環境中,是一類好氧異養型、有鞭毛的革蘭氏陰性細菌。殺魚假交替單胞菌屬屬于細菌界(Bacteria),變形菌門(Proteobacteria),γ-變形菌綱(γ-proteobacterium)交替單胞菌目(Alteromonadales)假交替單胞菌科(Pseudoalteromonadaceae)、假交替單胞菌屬(Pseudoalteromonas)。。當前的Pseudoalteromonaspiscicida經歷了兩次歷史重命名。最初,Pseudoalteromonaspiscicida于1954年被命名為Flavobacteriumpiscicida,當時是從佛羅里達西南海岸[6]的“赤潮”水域中分離出來的。此后,人們發現F.piscicida的鞭毛均勻地極性化,而不是最初描述的富集性,并且在1965年對Pseudomonaspiscicida進行了一般性重新分配[7]。隨著分子鑒定的發展,根據基于小的亞基核糖體DNA序列的系統發育分析,將它分配給假單胞菌屬Pseudoalteromonaspiscicida[8]。基于16SrRNA基因序列的系統發育分析(圖1-1),假交替單胞菌屬可分為兩個大類別,產色素類群(16個種)均,不產色素類群(23個種),不產色素的菌株內部多數種的序列一致性非常高,甚至超過了99%呈現出單獨分枝,殺魚假交替單胞菌是產色素菌株,對生長條件的要求相對嚴格(1-6%NaCL濃度、可利用的有限碳源物質等),但是其能分泌出多種胞外生物活性物質(毒素,胞外酶,抗菌物質、色素等),相比之下,不產色素的菌株則可利用更廣泛的碳源并可耐受更寬泛的環境條件[9]。PH

3 殺魚假交替單胞菌的系統發育研究

不同的形態學特征、序列異同是區分不同種假交替單胞菌的主要依據。

4 殺魚假交替單胞菌研究展望

殺魚假單胞菌在自然界很普遍,通過產生抗菌化合物來減少競爭性菌群。P.piscicida殺死Vibrioparahaemolyticus,它的溶解性囊泡從殺魚假單胞菌菌株表面直接轉移到弧菌細胞表面,隨后在弧菌細胞壁消化溶解成孔,與這些囊泡相關的酶可能負責細胞壁中孔的消化溶解[10]。這些發現可能有助于益生假單胞菌滅活病原體的益生菌,并可能導致酶和其他具有藥理價值的抗菌化合物的分離。且其抗菌活性受到種內和種間群體感應系統的調控,受群體感應調控的抗菌物質為鄰苯二甲酸異辛酯[11]。殺魚假單胞菌的抑菌抗菌特性為開發具有藥用潛力的天然化合物建立模型,也為海洋微生物作為海洋活性物質的藥源提供新的依據,在水產養殖和食品安全,控制環境中生物膜的形成以及食品加工中具有潛在的應用。

殺魚假交替單胞菌通常和真核生物呈共生關系[12],有助于我們研究微生物與宿主之間相互關系的重要機制。其遍及在海洋環境中,它們的適應機制和存活策略具有多樣性和有效性,有助于我們研究海洋微生物生態系統的多樣性。多種不同的胞外活性物質的分泌,表明其代謝途徑的多樣性,有助于研究微生物的新陳代謝及其調控機制,在微生物分子生物學研究領域具有重要的意義。一些極端條件下殺魚假交替單胞菌遺傳機理的研究對微生物菌種選育、改良和培養工藝等的創新同樣具有重要理論價值。

有害藻類水華(harmfulalgaeblooms)的爆發則是水體富營養化引起的生物污染現象,且現在已成為普遍存在的水體環境問題,隨著全球水體富營養化程度加劇,其造成的環境問題和經濟損失日益引起人們的關注,因此對有害藻類的控制受到國內外有關專業人士的重視。目前防治水華的方法是物理和化學方法,效果微乎其微。殺魚假交替單胞菌分泌的胞外酶可以溶解藻類細胞和抑制藻類孢子萌發,作為可以進行有害藻類水華生物防治的微生物,殺魚假交替單胞菌具有較大的應用前景。

生物污損(biofouling)是有害海洋微型或大型生物在物體表面的一種不良沉積。它的出現嚴重地降低著船舶的性能和壽命,使船舶變慢、靈活性減弱、燃油消耗增加等。引起海洋生物污損的生物主要為菌類和藻類,殺魚假交替單胞菌能夠分泌的胞外活性物質抑制多種細菌和藻類生長[10],通過其研究為高效、無毒的生物防污劑的開發提供新的思路和技術支持。

受鹽度的影響脫氮技術在淡水養殖研究和應用上優于海水養殖脫氮技術,隨著工業化海水養殖產業的快速發展,該技術已成為一個重要的產業需求,殺魚假單胞菌菌株兼備去除水體中的氨氮和對蝦病原菌副溶血弧菌的功能[13],既能改善對蝦養殖的水環境,又能防控對蝦急性肝胰腺壞死,可以減輕海水無機氮污染方面擁有廣闊應用前景。深入研究利用微生物去除水中的氨氮和亞硝氮,充分開發微生物在工業化海產養殖中的應用,為海水養殖可持續發展提供技術支持。

圖1-1 假交替單胞菌屬內各種的系統發育關系(Bowan 2007)