1、本科毕业论文 文献综述 环境科学 荧光假单胞菌的生物学特性研究进展 摘要： 荧光假单胞广泛分布于自然，是一种环境污染菌，又在环境保护，生防治理中起到了很好的作用，特别是在农业生产方面已得到了大量的应用。本文综述了近年来国内外对荧光假单胞菌的基础研究和应用研究的新进展，包括荧光假单胞菌对动物的致病性研究，荧光假单胞菌的根际促生作用机理和生物防治研究，以及荧光假单胞菌用于环境保护的研究，并探讨了荧光假单胞菌研究的发展前景。 关键词 :荧光假单胞菌；生物学特性；研究 近年来，随着科技的不断进步，环境污染逐渐蔓延，人们 开始通过研究荧光假单胞菌的生物学特性，将其运用到环境保护行列之中。此菌 广泛分布于
2、自然界，如土壤、水、植物及动物活动环境中 ，且 该菌生化能力活跃，可降解许多人工合成化合物 。很多假单胞菌作为植物根际微生物具有抑制植物病原菌，帮助植物吸收营养、促进植物生长等有益作用。以荧光假单胞菌为受体构建农业上具有应用前景的工程菌在国外已有产业化例子； 随着分子生物学的广泛渗入，通过对这些作用机制的遗传性状进 行分析，采用遗传工程加 以改良， 可能 使荧光假单胞菌具有更诱人的生防效果。 1 荧光假单胞菌的一般特性 荧光假单胞菌属于假单胞 菌科（ Pseudomonas）假单胞菌属（ Pseudomonas）。是好氧或兼性厌氧的革兰氏阴性细菌。这种类型的细菌在 4生长，高于 30生长不好，
3、 37一般不生长。但也有部分荧光假单胞菌可以在 37生长，往往成为临床上的机会性病原。荧光假单胞菌为杆状，两端钝圆，部分菌体呈微弯曲状，大小为 0.51.0 m，没有菌柄和鞘，不产芽孢，以单极毛或数根极毛运动，罕见不运动者，有的种还具有短波毛的侧毛 。菌体大小 (0.5 1)(1.5 4)微米。 在紫外光下发出绿色荧光。此菌不产生脓青酶，氧化酶反应阳性或阴性，接触酶 反应阳性，过氧化氢酶反应阳性，精氨酸双水解酶反应阳性，吲哚试验反应阳性，硝酸盐还原反应阳性，甲基红（ M.R.）试验阳性， V.P 试验阴性。大多数不需要有机生长因子即可生长，化能营养为异样型，有的种利用 H2 或 CO 为能源进
4、行兼性化能自养 1。 DNA 中的 G+C 克分子含量为 58 70。存在于土壤、淡水、海水中。目前已确认有 29 种，其中至少有 3 种对动物或人类致病。 而荧光假单胞菌 (P. fluorescens)是 属于假单胞菌属 rRNA I 群荧光 DNA 同源组 。 2 荧光假单胞菌的生物特性研究进展 2.1 荧光假单胞菌对人类的致病性研究 荧光假单胞菌属于非发酵菌 , 是一种环境污染菌 , 对人类而言是一种较为罕见的机会致病菌。姚芬等 (2008)2发现了一株对头孢菌素类和碳青霉烯类抗生素均高度耐药的荧光假单胞菌 , 对其耐药情况及其耐药机制进行了初步研究，结果发现，菌株对 -内酰胺类抗生素
5、和碳青霉烯类抗生素高度耐药 , 产 IMP 型金属 -内酰胺酶 , 酶的编码基因位于 I 型整合子上， IMP 型金属酶的产 生是该菌对 -内酰胺类抗生素耐药的主要原因。 荧光假单胞菌可从脓液、痰、胸腔积液、尿和血液等临床标本中分离到。宋旭霞等（ 2003） 3从胆汁标本中分离出的 1 株假单胞菌。根据本菌产生荧光素及培养嗜低温的特点 , 可做出初步判断，根据非发酵菌编码手册鉴定和应用 ATB Expression 自动细菌鉴定仪结果证实为荧光假单胞菌。唐由凯等（ 1987） 4从血、尿标本中分离出 12 株荧光假单胞菌 ,在研究生物学性状的基础上探讨了本菌的条件致病性问题 ,结果显示 ,凡能
6、使机体免疫力下降的各种原因均可导致本菌感染 ，治疗本菌感染 ,必须进行药敏试验 ,选择有效的抗生素。杨玉荣等（ 1984） 5从血浆丙种球蛋白中分离出假单胞菌，经研究表明，此菌嗜低温，与其它嗜冷的革兰氏阴性杆菌一样可在冰箱中存储的血液及其制品中繁殖，且释放内毒素，内毒素磷脂体可导致休克。 也有从腹泻标本中分离出该菌的例子。王渤等 (2010)6从幼儿腹泻标本中分离出一株荧光假单胞菌。采用细菌学鉴定法，检出的细菌生物学性状及生化反应特性与荧光假单胞菌相符。 在变质食品中嗜冷菌是重要的一群。 特别在冰箱日益普及的今天，在食品变质中此类细菌会越来越常见。这些细菌常与食物（鸡 蛋、血、牛乳等）腐败有关
7、，产生有毒害的物质，并可引起食物中毒。马麦生等（ 1993） 7用细菌检验标准方法从 4冷藏 2 周的生猪肉中以优势菌生长状态分离出 l 株荧光假单胞菌；从冷藏的鸡蛋中以纯培养状态分离到 3 株荧光假单胞菌和 l 株变形杆菌。对该 5株细菌进行了鉴定，结果证明它们都是适宜在 4生长的嗜冷菌。 2.2 荧光假单胞菌对鱼类的致病性研究 荧光假单胞菌是淡水鱼类赤皮病的主要病原菌 ,为革兰氏阴性菌。草鱼、青鱼、鲤鱼、鲫鱼等大多数淡水鱼类均可爆发赤皮病，该病发病范围广 ,在我国各养殖水域均有流行。不同规格的鱼均可 能患病 ,且一年四季时有发生 ,死亡率较高。尤其在鱼类运输、捕捞或放养时 ,鱼体一旦受到机
8、械损伤或越冬冻伤 ,更易引发此病 8，给我国淡水养殖业造成了严重的损失。 自 2008 年以来，浙江新昌某养殖场的光唇鱼爆发赤皮病 , 发生大量死亡。张玉明等（ 2010） 9 从患病鱼肝脏中分离到菌株 GCL100301, 通过人工感染试验 , 确定该菌株为病原。通过生理生化和分子生物学鉴定 , 该菌株 GCL100301被鉴定为荧光假单胞菌。通过对该菌株的药物敏感试验 , 发现其对环丙沙星、新霉素敏感 , 对青霉素、复方新诺明、先锋 V、新 生霉素、痢特灵和头孢噻吩完全耐药。研究结果为光唇鱼病害防治提供了理论依据。 严必福（ 2005） 10根据赤皮病的病例，对传统的防治技术加以改进。研究
9、表明，荧光假单胞菌只有鱼体皮肤受损伤后才能侵入鱼体，并构成对鱼类的危害，荧光假单胞菌是致病的外界因素，鱼体皮肤受损伤是感染致病的内在条件，外界因素和内在条件都具备时，鱼体就能够感染发病。只要根据发病机理，切断感染途经就不会导致鱼类发病。 邓显文等（ 2010） 11从发病罗非鱼中分离获得一株 革兰氏阴性杆菌 ,依据细菌形态、培养、生理生化特性初步鉴定为荧光假单胞菌 ,结合 PCR 检测、克隆测序及 Blast 比对分析 ,进一步确定该分离菌株为荧光假单胞菌。致病性试验结果显示 ,该分离菌株具有较高的致病性 ,能引起罗非鱼发病、死亡 ,其病理变化与荧光假单胞菌引起的鱼类赤皮病完全相似。 目前 ,
10、对该病的治疗仍以抗生素和化学药物为主，效果不甚明显，且易导致耐药菌株产生，同时药物残留也会降低鱼肉品质，危及消费者健康，而免疫防治由于无毒性、无残留，可以有效减少用药等特点具有明显的优势。 耿晓修 (2006)12等人从患病草鱼分离出荧光假单胞菌，制备甲醛灭活全菌苗、高温灭活全菌苗、可溶 性蛋白及外膜蛋白疫苗。经腹腔注射草鱼后，上述疫苗均诱导较强的免疫应答 , 4 种疫苗免疫后均产生明显的保护效应，达到有效保护 ,说明这些疫苗均可用于预防草鱼赤皮病。 2.3 荧光假单胞菌的根际促生作用机理研究 无致病性的假 单胞菌是 活跃在植 物根际的 一类微生 物，属 Plant Growth-promot
11、ing Rhizobacteria(PGPR)一大类，关于 PGPR 防病促生作用机制，国内外已进行了大量研究，主要包括抗生作用、 Fe3+鳌合作用、酶解作用、诱导抗性、分泌激素物质刺激生长和竞争等。普遍认为 PGPR 对根部的 有效定殖与其防病促生作用密切相关，而且可能是其它机制发挥作用的前提 13。 自 1986 年以来，彭于发等 (1995)14开始从事荧光假单胞菌防治小麦全蚀病的试验研究，用 D93 菌株进行了防治冬春麦区全蚀病试验示范，降低白穗率65%-90%，增产 21%以上，防效基本稳定；对 D93 菌株防病增产作用机制已进行了多年研究，发现， D93 菌株对包括根尖在内的各根段
12、表面均可大量定殖，还可随根表水膜主动向根尖和根基部扩展 ; D93 菌株具有根内定殖特性，根细胞内部和细胞间隙均发现细菌的分布。 董晓雅等 (2010)15从小麦根际分离到 1 株对食用菌有较强促生作用的荧光假单胞菌，该菌株与平菇、杏鲍菇杏或鸡腿菇瑞混合培养，可显著提高这些食用菌菌丝生长速度及诱导并促进子实体的形成和发育。 冯莉等 (2007)16利用分离到的植物根际促生菌 荧光假单胞菌的菌悬液处理烟草根际土壤，结果表明，用荧光假单胞菌处理后 , 烟草根系活力显著提高 , 根系生物量显著增加。 2.4 荧光假单胞菌的生物防治研究 荧光假单胞菌在生物防治方面起到了很重要的作用。利用荧光假单胞菌防
13、治植物病害的机制 包括竞争 铁元素和其 他营养物质 、生态位 排斥作用(Nicheexclusion)17、诱导植物产生系统抗性 18,19，以及产生拮抗微生物的代谢产物等。开展生物防治以菌治菌可以提高防治效果、降低成本、克服或延缓抗药性的产生并能保护农田生态环境、减少环境污染，具有广阔的发展和应用前景。 王晓 (2011)20选用滑石粉和羧甲基纤维素钠来制备荧光假单胞菌 DH09 菌剂，菌剂能显著降低油菜菌核病的发病率；荧光假单胞菌 DH09 菌剂具备生产开发的潜力，该菌剂的应用丰富了生防菌剂的资源。 杨合同等（ 1994)21曾用荧光假单胞菌菌株 P32 进行防治棉花枯萎病和小麦全蚀病 田
14、间试验，取得较好防效，研究结果表明，荧光假单胞菌 P32 产生的噬铁素与 Fe3+有高度亲和性。 岳东霞等（ 2008） 22采用基因工程的方法，将含有 2,4-DAPG 基因的质粒pMON5122 导入到野生型荧光假单胞菌株中 ,，获得荧光假单胞工程菌株，该工程菌对黄瓜枯萎病的盆栽防治效果达到 75.0%，并且能够提高黄瓜出苗率。 2.5 荧光假单胞菌用于环境治理的研究 水体重金属污染主要是人类活动造成的，采矿、选矿、冶、镀、化工、制革和造纸工业排放的汞、铬、镉、镍、铜、铅等金属废水具有较大的毒性，对水生生物存在较大 威胁。生物修复技术是在生物降解的基础上发展起来的一种新兴清洁技术，可通过环
15、境的最优化加速自然生物降解，是一种高效、经济和生态可承的清洁技术。微生物降解作用能将污染物分解并最终去除，有快速、安全、费用低廉的优点，因此被称为环境友好替代技 23-27。 姜伯乐等（ 2007） 28为提高荧光假单胞菌的生物修复能力， 将酿酒酵母耐铜基因 CUP1 克隆至荧光假单胞菌。 酿酒酵母耐铜基因 CUP1 编码铜金属硫蛋白（ Cu-MT），对铜有很高的亲和性，可拮抗重金属铜毒性 。 研究表明，重组菌株的抗铜性得到提高。可用于治理土壤重金属 污染。 李海华 (2010)29等采用荧光假单胞菌作为供试菌种，通过正交试验分析了菌种对重金废水处理的适宜条件，并研究了荧光假单胞菌对不同初始浓
16、度的重金属废水的去除规律，指出，荧光假单胞菌适合处理高浓度的含 Cr 废水。 李海华等（ 2011） 30将荧光假单胞菌 引入到传统的卡鲁塞尔氧化沟工艺模型中 ,研究了不同水力停留时间 荧光假单胞菌 对重金属 Cd、 Cr、 Pb 和 Cu的吸附降解规律 .对水力停留时间为 36 h 进行了接种对比试验研究 .研究发现 ， 荧光假单胞菌对 4 种重金属的去除率均达到 70%以上 ,去除效果非常显著 ,而这个 时间参数也正是氧化沟常规的设计参数 ,说明将荧光假单胞菌引入到城市污水处理工艺中 ,可以明显提高常规工艺对重金属的吸附降解效率 . 3 小结和展望 综上，一方面，荧光假单胞菌是一种环境污染
17、菌和条件致病菌，影响了人类等其它动物的健康，必须通过对其生物特性的研究，有效防治该菌引起的污染和疾病；另一方面，荧光假单胞菌在农业生产方面有着巨大的贡献，根据其根际促生机理和生防机制，将其合理利用到农业生产上，能够有效促进植物生长，提高防治效果、降低成本、克服或延缓抗药性的产生。荧光假单胞菌还可用于处理高浓度的含 Cr 废水，将生 物修复技术运用到重金属废水处理中，既保护了生态环境还能减少环境污染。可见，荧光假单胞菌的研究已经占了一定的科学领域，今后需要不断挖掘荧光假单胞菌的潜能，将其生物特性更好地应用到生活、医疗、农业生产和环境保护等更多领域。 荧光假单胞菌有特殊的温度生长特性，该菌在 4
18、生长，多数菌株 37 不长，部分条件性致病菌株 37生长。该 菌可以产生蛋白酶、酯酶和磷脂酶等胞外酶，其产酶特性及其细胞结构成分如外膜蛋白种类和脂多糖结构等均受生长温度的影响；该菌对宿主细胞的粘附性、细胞毒性作用也受到培养温度的影响。目前，有关温度对荧 光假单胞菌生物学特性及致病性的影响尚知之甚少，有待进一步开展深入研究。 参考文献 1 董微 , 李大平 . 化能自养细菌 Calvin 循环相关基因的组织和调节研究进展 J. 应用与环境生物学报 , 2006, 12(4): 589-594. 2 姚芬 , 黄源春 , 张娟等 . 一株荧光假单胞菌的耐药研究 J. 汕头大学医学院学报 , 200
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