文/图 中国水产频道网友 @渔歌子
一、蛭弧菌的定义和简介
蛭弧菌是寄生于其他细菌并能导致其裂解的一类细菌。它虽然比通常的细菌小，能通过细菌滤器，有类似噬菌体的作用，但它不是病毒，确确实实是一类能'吃掉'细菌的细菌。1962年首次发现于菜豆叶烧病假单胞菌体中，随后从土壤、污水中都分离到了这种细菌。根据其基本特性，命名为Bdellovibriobacteriovorus。其中，'Bdello'一词来自希腊字,是'水蛭'的意思，'vibrio'意为'弧菌'，而种名'bacteriovorus'是'食细菌'的意思。由于它们具有特殊的捕食生活方式以及有可能充当决定自然界中微生物种群变动的角色，因而引起了许多科学工作者的兴趣。
中文学名蛭弧菌拉丁学名Bdellovibrio界细菌界门变形细菌门纲δ变形菌纲目蛭弧菌目科蛭弧菌科属蛭弧菌属
蛭弧菌(Bdellovibrio)是寄生于其他细菌并能导致其裂解的一类细菌。它虽然比通常的细菌小，能通过细菌滤器，有类似噬菌体的作用，但它不是病毒，确确实实是一类能'吃掉'细菌的细菌。1962年首次发现于菜豆叶烧病假单胞菌体中，随后从土壤、污水中都分离到了这种细菌。根据其基本特性，命名为Bdellovibriobacteriovorus。其中，'Bdello'一词来自希腊字,是'水蛭'的意思，'vibrio'意为'弧菌'，而种名'bacteriovorus'是'食细菌'的意思。由于它们具有特殊的捕食生活方式以及有可能充当决定自然界中微生物种群变动的角色，因而引起了许多科学工作者的兴趣。
二、蛭弧菌特征
蛭弧菌属于蛭弧菌科。相差显微镜观察表明，它具有细菌的一切形态特征：单细胞，弧形或逗点状，有时呈螺旋状。大小为0.3-0.6×0.8-1.2微米，或仅为杆菌长度的1/3-1/4。端生鞭毛很少多于一根，有的在另一端生有一束纤毛。水生蛭弧菌的鞭毛还具鞘膜，它是细胞壁的延伸物，并包围着鞭毛丝状体，所以比其他细菌的鞭毛粗3-4倍，这是一个很显著的特点。蛭弧菌运动活跃，革兰氏染色阴性。细胞中蛋白质含量较高，有的占干重的60-70%。DNA含量5%，GC百分数为42-51。据报导，蛭弧菌DNA的合成是在宿主细胞DNA完全裂解后进行，宿主细胞中80%的DNA都并到寄生菌中去了，其机制还不很清楚。
三、蛭弧菌生活方式
蛭弧菌生活方式多样，有寄生型，也有兼性寄生，极少数营腐生。寄生型必须在生活宿主细胞或在有其提取物中得到营养或生长因子时才能生长繁殖，并表现出严格的特异性；非寄生型营腐生生活，或者至少是兼性腐生，可在蛋白胨和酵母提取物培养基上生长繁殖，它们中绝大多数都丧失了寄生性，只有十几分之一可恢复寄生性。实验表明，从自然界分离得到的蛭弧菌都是依赖寄生型，迄今为止，还没有直接从自然界分离得到非寄生型。不依赖宿主的蛭弧菌，只能生活在实验室条件下。故有人认为，兼性或腐生型均由寄生型蛭弧菌衍化而来，有人称它为'突变型'。
四、蛭弧菌生长要求
寄生型蛭弧菌生长，要求pH6.0-8.5；温度23-37℃，低于12℃，高于42℃时均不生长；能稳定分解蛋白质，一般不利用碳水化合物，而以肽、氨基酸作碳源和能源；能液化明胶；严格好氧；在人工培养基上则产生黄色色素，细胞色素a、b、c，还能产生各格酶类。其中有宿主细胞有关。
五、蛭弧菌生活史
蛭弧菌的生活史有两个阶段。既有自由生活的、能运动、不进行增殖的形式；又有在特定宿主细菌的周质空间内进行生长繁殖的形式。这两种形式交替进行。
六、蛭弧菌工作机理
蛭弧菌侵入宿主细菌的方式十分独特。开始时，它以很高的速度(每秒高达100个细胞长度)猛烈碰撞宿主细胞，无鞭毛端直接附着于宿主细胞壁上，然后，菌体以100转/秒以上的转速产生一种机械'钻孔'效应，加上蛭弧菌入侵时的收缩而进入宿主细胞的周质空间。从'钻孔'到进入只需几秒钟便可完成。在吸附至侵入开始前的5-10分钟，宿主细胞出现卷曲现象，这可能因为蛭弧菌产生的胞壁酸酶等使之转化为球质体的缘故。
如果很多蛭弧菌同时冲击一个宿主细胞，可能在其未侵入前，宿主细胞壁就已溃溶掉。至于真正的原因，目前还不清楚。蛭弧菌侵入周质空间的同时失去鞭毛，受到感染的宿主细胞也开始膨胀，变为一个对渗透压并不敏感的球形体。此称'蛭弧体'。这时，'蛭弧体'增长，比原本大几倍，然后均称地分裂，形成许多带鞭毛的个体——子代细胞。随着细胞的增殖和某些酶的产生，宿主细胞壁进一步瓦解，子代蛭弧菌释放出来。完成这一生活周期约需4小时(图2-83)。子代细胞遇到敏感宿主又可重新侵染，开始下一个循环。
近年发现，有的蛭弧菌在某种情况下还可进入到宿主细菌细胞质中，立即生长繁殖。这一发现，有待进一步证实。
七、蛭弧菌侵入对象
蛭弧菌与宿主细胞之间，常表现出一定的特异性。不过，有的特异性较差，能侵入多种细菌。例如不同的蛭弧菌菌株，能侵入各类不同的植物病原菌。
蛭弧菌在人的某些病原菌体中也已发现，藻类和某些农业致病真菌细胞中亦有它分布。这些蛭弧菌的溶菌作用，对于控制农业及人畜病原微生物，无疑是有价值的。虽然蛭弧菌可使一些细菌遭受毁灭性裂解，然而，它本身的命运同样遭受到另一类小生物的威胁。1970年首次发现了蛭弧菌噬菌体(bdellophage)，它们对寄生或非寄生两种类型的蛭弧菌均有裂解作用。不过，专一性严格，只对一定的种株作用，并有自己的裂解过程。
当蛭弧菌直接附着于宿主细胞之前，或者在完成侵入宿主细胞周质以前，蛭弧菌噬菌体的尾部首先附着在蛭弧菌细胞上，然后该噬菌体将核酸注入蛭弧菌菌体中，于是完成了它的入侵过程，而噬菌体头部，完全以空壳保留在蛭弧菌细胞之外，被感染了噬菌体的蛭弧菌，其形态、大小不变，噬菌体却在细胞内大量复制。与此同时，蛭弧菌本身仍在宿主细菌的周质中，以二均分裂的方式繁殖，其结果，蛭弧菌的宿主细胞裂解，蛭弧菌噬菌体的子代也随之被释放出来。至于噬菌体如何通过蛭弧菌宿主释放于体外，实质性的机制还不清楚。
实验证明：在宿主细菌-蛭弧菌-蛭弧菌噬菌体之间，已构成了一种独特的'三位一体'的寄生系统(图2-84)。它们之间的相互作用，或许发生在自然生态系统之中，也可能是另一种情况，即蛭弧菌噬菌体的天然宿主是非寄生型蛭弧菌，或者以溶源状态天然存在，通过某种诱导因子的作用而得到发展。如果真是这样，无疑对其宿主是个威胁。
八、蛭弧菌分布和分离
蛭弧菌广泛存在于自然界，土壤、河水、附近海洋水域及下水道污水中都有分布，干净的井水、泉水中找不到它们的存在。一般污水中含菌数105个/毫升，下水道污水中可含菌数万个/毫升，土壤中含菌数103-5个/克。怎样检查和分离蛭弧菌呢?多少需要借鉴细菌病毒研究中所使用的方法。即将蛭弧菌与敏感菌混合倒平板，在适宜条件下培养2-3天，平板上便会出现类似噬菌体的噬菌斑，并逐渐扩大，宿主细胞完全被溶解而形成透明区。从这些透明区中就可分离到蛭弧菌。利用这一特征，还可计算出蛭弧菌噬菌体的数目。同时可追踪增殖过程、寄生潜伏时间、新产生蛭弧菌的数量以及它们的活性等。例如蛭弧菌噬菌体杀死宿主细胞而不产生噬菌斑，遇到这种情部，用此法就较困难。如果要从土壤中分离蛭弧菌，应将少量样品先制成悬浮液，经滤膜过滤，以截留大的细菌，让小的蛭弧菌通过，取滤液进行分离。
蛭弧菌不仅宿主范围广泛，加之特殊的生活方式，使之具有生态学优势。其一，蛭弧菌进入到其他细菌的周质空间，可以确保营养需要，不依赖外界的来源。因此，即使在营养物质很少的地方，诸如海洋、江河、湖泊等生态系统中也能生长；其二，周质内的环境是一个无竞争的小生境。这对生长缓慢的蛭弧菌无疑是个很有利的条件；另外，周质空间被一个稳定的、坚强的细胞壁所包围，有似大分子不能通过，即使小分子也不易透过，这就为蛭弧菌提供了一个保护性环境。
九、蛭弧菌应用价值
由于上述特性，使蛭弧菌具有很大的潜在应用价值，很可能成为生物防治有害细菌的一种有力武器，首先，它有可能用于净化水体和清除工、农、医等方面的有害细菌。在农业上，有人将水生蛭弧菌跟引起水稻白叶枯病的黄杆菌混合在一起，加入农田灌溉水中，由于蛭弧菌以黄杆菌为'食料'，使灌溉水中该致病菌大大减少。对大豆痘病、柑桔溃疡病、棉花凋萎病的致病菌也具较强的侵染力，因而它可能成为人类与农业致病进行斗争的有力武器。在医学上，有的蛭弧菌对伤寒杆菌、副伤寒杆菌、痢疾杆菌等人畜致病菌也有很强的裂解作用。例如，有人用蛭弧菌有效地防治了由弗氏志贺氏菌引起的兔角质结膜炎和肠道疾病。蛭弧菌的防治作用，或者防止感染，或者明显地减少疾病的持续时间和严重程度。当用蛭弧菌和志贺氏菌混合接种时，在肠中的志贺氏菌的数量大幅度减少。然而，给动物强行喂养蛭弧菌则未获得成功效果；第二，这类细菌大量存在于污水中，对大肠杆菌和沙门氏菌属的细菌均有广泛的寄生性，因此，有人以蛭弧菌作为水域污染程度的一项最终指标(一般是以大肠杆菌的含菌数/毫升作为水源污染的指标)。
值得注意的是：它对一些有益的细菌如固氮菌等亦有裂解作用。在理论研究中，蛭弧菌同样具有十分重要的意义。特别是宿主细菌-蛭弧菌-蛭弧菌噬菌体这个'三位一体'的寄生系统，更引人注目。因为这一系统充满了'你死我活'的矛盾和斗争，优胜者得对生存和发展，失败者遭致危害和毁灭。人们可以通过这一系统，从正反两个方面去研究的利用'生命之战'的拮抗体系为人类服务。例如，蛭弧菌对宿主细胞周质空间的高度适应力的致死力，不论对致病的有害细菌还是非致病的有益细菌都是相等的。这一现象给我们提出了一系列的问题：它们的适应力和致死活力是否有着共同的作用机制?这种作用受何因子控制......?弄清这些问题，对于广泛应用将起到更大的指导作用。
十、噬菌蛭弧菌在虾蟹健康养殖中的应用
我国是水产养殖大国，多年来虾蟹产量居世界之首。然而，随着虾蟹养殖业的迅速发展，水质污染越来越严重，导致虾蟹发病与死亡的损失也愈加触目惊心，水质污染与病害发生已经成为制约虾蟹健康养殖可持续发展的瓶颈。据研究与调查统计表明，水质污染已经对虾蟹生长、发育、繁殖及其产量与产品品质产生了重要的不良影响，还导致了生物多样性的降低；我国虾蟹每月平均发病率和死亡率分别约高达14.03%-23.93%和3.92%-23.79%，由此造成的直接经济损失高达49.50亿元。因此，如何进行有效的养殖水体水质与病害控制无疑是虾蟹健康养殖业可持续发展所面临的巨大挑战。
目前，利用微生物进行水质处理与病害防治业已证明是一种绿色环保、有效的病害防治技术与方法，在国内外均有较多的报道。其中噬菌蛭弧菌作为一种具有先天独特噬菌特性的寄生性细菌，在虾蟹病害防治中逐渐崭露头角，已经成为虾蟹健康养殖的“新秀”。本文从噬菌蛭弧菌的噬菌机理入手，进一步阐明了噬菌蛭弧菌作为一种新型生防菌剂所具有的独特功效，以期加深我国虾蟹养殖者对噬菌蛭弧菌的认识，加快噬菌蛭弧菌制剂在我国虾蟹健康养殖应用中的推广进程。
噬菌蛭弧菌是一种具有先天独特噬菌特性的猎食性细菌
自德国学者Stolp和Petzold（1962年）首次在德国的土壤中发现了这种以寄生和裂解细菌为生的噬菌蛭弧菌以来，国内外学者相继对其噬菌机理展开了研究。迄今已经证实，噬菌蛭弧菌对病原菌的作用方式为“穿入、稳定、裂解”模型，即噬菌蛭弧菌首先通过化学趋避性识别并吸附宿主细菌，然后通过酶解和机械钻孔等一系列反应，进入宿主细菌的质壁空间或细胞质，对宿主细胞进行一系列的修饰与改造，同时进行自身生物大分子合成，最终分裂形成子代蛭弧菌并释放到宿主细胞外。
近年来，为了在基因与蛋白质水平深入探索噬菌蛭弧菌的噬菌机理，Beck、Barel等学者（2005）研究了噬菌蛭弧菌在宿主体内增殖时产生的蛋白与一些潜在的功能基因，发现外膜蛋白、蛋白酶基因很可能在其识别和裂解宿主菌的过程中起了非常重要的作用。这些研究为进一步阐明噬菌蛭弧菌的噬菌机理奠定了坚实的基础。
噬菌蛭弧菌在虾蟹健康养殖应用中的独特功效
1、噬菌蛭弧菌对虾蟹病原菌的杀菌范围广，噬菌效果显著
噬菌蛭弧菌与解淀粉芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌等分泌抗菌肽、依枯草菌素等抑菌物质的生防细菌不同，它主要以机械钻孔与酶解的方式破坏病原菌细胞壁，从而达到杀菌的效果。噬菌蛭弧菌的这种作用方式也决定了其杀菌范围比其他生防细菌更为广泛。
大量研究结果表明，噬菌蛭弧菌几乎能够裂解虾蟹常见的病原菌种类。例如，杨淑专和黄庆辉（1997）研究了噬菌蛭弧菌对虾蟹病原菌的寄生作用后表明，噬菌蛭弧菌对非01霍乱弧菌、哈维氏弧菌、副溶血弧菌、鳗弧菌、梅氏弧菌、溶藻弧菌、河弧菌、气单胞菌等共25株虾蟹常见病原菌具有良好的噬菌活性。因此，通过向水体中泼洒噬菌蛭弧菌，可以广泛降低水体中虾蟹病原菌的种类与数量，从而减少了虾蟹细菌性病害的发生率。
此外，噬菌蛭弧菌对病原菌的噬菌效果也极为显著。杨莉等（2000）试验证实噬菌蛭弧菌能够在5天使嗜水气单胞菌含量下降103cfu/mL，在9天使嗜水气单胞菌含量下降107cfu/mL。这些研究表明噬菌蛭弧菌消除致病菌的效率高，为进一步在虾蟹细菌性病害防治上推广应用提供了重要的临床试验依据。
2、噬菌蛭弧菌噬菌条件较为宽松，适应虾蟹养殖水体环境能力强
虾蟹养殖生长的pH、温度范围与噬菌蛭弧菌的噬菌条件基本相同。据研究表明，目前分离的噬菌蛭弧菌菌株对pH、温度等环境因子的要求并不严格，其噬菌条件范围一般为pH6.5-8.6和4℃-37℃。例如，邵桂元等（1995）研究发现，噬菌蛭弧菌在4℃-37℃和pH6.0-8.0条件下对点状产气单胞菌有形成噬菌斑的能力；李戈强等（1998）试验也证明噬菌蛭弧菌在温度10-35℃和pH6.5-8.6范围内对河流弧菌均有裂解作用，并进一步指出在25-30℃和6.5-8.1范围内噬菌蛭弧菌对河流弧菌裂解活性最强。而且，Rice等（1998）试验也证实，水体中的天然细菌含量完全可以保持噬菌蛭弧菌的生长。这些均说明噬菌蛭弧菌对虾蟹养殖水体环境的适应能力强，对温度和pH的适应范围较宽松。
3、噬菌蛭弧菌能够解决虾蟹病原菌因出现耐药性所导致的负面效应
耐药性是指病原体在反复接触抗病原体药物后，其反应不断减弱，以至最后能够抵抗药物而不被杀灭或抑制的现象。耐药性的产生除了遗传因素外，主要与养殖过程中长期使用某种药物、用药方法不当以及病原体的异地传播有关。病原菌耐药性的产生，不仅会导致用药量增加，提高养殖成本，而且还会造成环境与水产品污染，进而危害人类健康。
研究表明，噬菌蛭弧菌是一种具有先天噬菌特性的寄生性细菌，其噬菌作用不因病原菌是否产生耐药性而发生影响。本实验室曾观察了噬菌蛭弧菌对耐沙拉沙星和新霉素的嗜水气单胞菌的裂解作用，发现其对这些嗜水气单胞菌耐药菌株仍然具有良好的噬菌效果。因此，噬菌蛭弧菌是解决病原菌不断产生耐药问题的最佳选择之一。
4、噬菌蛭弧菌具有水质改良、增强免疫力与抗病菌感染三重功效
噬菌蛭弧菌作为一种寄生性细菌，除了具有良好的噬菌效果外，经研究证实还具有水质改良、增强免疫力与抗病菌感染三重功效，这是任何一种益生菌与化学消毒剂所不能比拟的。张梁等（2005）研究了噬菌蛭弧菌对水质影响后发现，噬菌蛭弧菌能够显著改善养殖环境中的主要化学指标，具体表现在：向水中泼洒含量为5×104PFU/L的噬菌蛭弧菌制剂后，养殖水体的化学耗氧量、氨氮含量、硫化物含量分别下降了29.95%、33.87%和34.38%，溶解氧含量上升了12.43%；张吕平等（2009）研究进一步指出噬菌蛭弧菌（3×105PFU/mL）抑制弧菌的效果明显优于二氯异氰尿酸钠（0.3mg/L）和季铵盐络合碘（0.3 mg/L）。
此外，徐琴等（2007）研究表明，噬菌蛭弧菌能够明显促进中国对虾生长及非特异免疫因子活性的提高。将噬菌蛭弧菌以1%比例添加到中国对虾基础饲料中连续投喂25天后发现，对虾增长率、增重率、存活率分别提高了49.07%、74.61%、50%；溶菌酶活力、超氧化物歧化酶活力分别提高了约500%和100%，对虾抗鳗弧菌感染的相对保护率也高达52.9%。这些研究结果均显示了噬菌蛭弧菌在预防虾蟹病菌感染方面的优越性。
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