什么是黑曲霉？生活环境、致病性、防治策略与工业应用综述

[健康] 脚底出现小黑点是什么原因？ #生活常识# #常见疾病防治#

引言

黑曲霉(Aspergillus niger)是曲霉属中最常见的种。其名称源自拉丁语“aspergillum”，意为圣水喷洒器，因其在显微镜下呈现类似喷洒器的形态而得名。黑曲霉常导致葡萄、杏、洋葱、花生等果蔬出现黑霉病，引发食物污染或变质。相较于其他如黄曲霉(Aspergillus flavus)、烟曲霉(Aspergillus fumigatus)和粗糙脉胞菌(Aspergillus clavatus)等曲霉种，黑曲霉还具有轻微机会性致病特征，易在免疫功能低下者中引发与肺炎相关的呼吸道感染。

黑曲霉广泛存在于土壤中，有时亦在室内出现，呈黑色，即所谓的“黑霉”。然而，黑曲霉也有其益处，数世纪以来一直被用于生产柠檬酸这一常见食品防腐剂，应用于罐头水果、洗发水及血液保存液中。需要注意的是，部分黑曲霉菌株会产生包括赭曲霉毒素A、异黄酮类抑菌剂在内的真菌毒素。

黑曲霉历史

黑曲霉是曲霉属中最常见且研究最为深入的物种，涉及其形态、生理特性、益处及影响等方面。因此，人们普遍认为其对人类和动物的致病性较低。1917年，食品化学家詹姆斯·柯里发现黑曲霉在含糖培养基中能以高浓度产生柠檬酸。他从中提取出这种酸并对其作为食品防腐剂的诸多益处进行了广泛研究。其他研究还表明，黑曲霉可用于葡萄糖淀粉酶、α-半乳糖苷酶以及许多其他工业重要酶的生产。

基于这些发现以及涉及形态学研究的其他研究，科学家得出结论：黑曲霉存在不同性质的菌株。2004年，一群研究黑曲霉产赭曲霉毒素特性的研究人员发现了几种与之相似的物种。这些物种属于亚属Circumdati、节段Nigri，包含15种与黑曲霉非常相似的黑色孢子相关种。它们分别是A. tubingensis、A. foetidus、A. carbonarius和A. awamori。

黑曲霉生活习性

黑曲霉具有高度耐热性，能在极低或极高温度等极端条件下茁壮生长。结合其以无性形式进行繁殖的特性，当环境条件适宜时，黑曲霉能在任何环境中生长，展现出机会主义生存策略。其理想栖息地包括腐烂植被（如堆肥堆、落叶）、土壤中，同时也常出现在粮仓储存谷物、干果、干果仁以及聚酯材料等多种场所。

近期国际空间站的研究显示，黑曲霉对太空辐射（受紫外线、X射线及太阳耀斑严重影响的环境）具有高度适应性，进一步印证了黑曲霉对极端环境的高度适应能力。

黑曲霉的生长形态

黑曲霉是一种丝状真菌，形成类似小型植物的丝状菌丝体。宏观观察显示，黑曲霉最初生长呈白色，几天后变为黑色并产生分生孢子，菌落边缘呈现淡黄色，产生放射状裂纹。显微镜下观察黑曲霉可见其具有光滑色的分生孢子梗和分生孢子。分生孢子梗为有隔膜透明菌丝的突起，分生孢子头呈放射状且分裂成双列（二列式）。分生孢子梗顶端的泡囊产生无性细胞——小梗，支撑着分生孢子梗上的瓶梗。

图1、黑曲霉（Aspergillus niger），分生孢子

分生孢子梗长400-3000微米，光滑且透明。分生孢子梗顶端变暗，终止于直径约30-75微米的球形泡囊，小梗和瓶梗覆盖泡囊。瓶梗产生表面粗糙、深棕色、直径约4-5微米的分生孢子。

黑曲霉培养特性

总体而言，黑曲霉培养物呈现棉絮状外观，初期为白色至黄色，随后转为黑色，由毛毡状分生孢子梗组成。背面呈白色至黄色。显微镜下观察，分生孢子头呈放射状，分生孢子母细胞双列排列，分生孢子为棕色。

在马铃薯葡萄糖琼脂上于25℃培养，初期菌落为白色，迅速变为黑色并产生大量分生孢子。背面呈淡黄色，生长过程中可能在琼脂中产生放射状裂纹。

麦芽汁琼脂培养：在25℃和37℃条件下分别培养7天，生成浅棕色、光滑壁的分生孢子菌落。

察贝克酵母琼脂培养：在25℃和37℃条件下分别培养5天，形成黑色、毛绒状光滑壁的分生孢子菌落。

图2、黑曲霉在麦芽提取物琼脂（MEA）上的菌落（左），黑曲霉察贝克酵母琼脂上的菌落（右）

黑曲霉生命周期

黑曲霉通过形成分生孢子进行无性繁殖。生命周期始于分生孢子散布到至少25-40℃的适宜环境表面。分生孢子萌发形成营养细胞。细胞进一步发育为分支二歧状的菌丝体，其中包括向空气中延伸的气生菌丝。

气生菌丝生长并形成分生孢子梗，其顶端膨大形成分生孢子梗囊（泡囊）。囊内产生初级支梗，即瓶梗。

瓶梗上形成次级支梗，开始产生分生孢子。分生孢子在瓶梗顶部呈多列（若干行）排列。

黑曲霉致病性

植物病害表现

黑曲霉可感染洋葱幼苗，导致洋葱及观赏植物出现黑霉病，条件适宜时病害可扩散并系统化显现。

黑曲霉引起洋葱的一种常见采后病害，可在鳞茎鳞片间观察到黑色分生孢子。

此外，黑曲霉还可导致花生和葡萄发病。

人畜疾病

相较于其他常见曲霉属物种，黑曲霉较少引起人畜疾病。

然而，在罕见情况下，对于免疫系统受损的个体，吸入受损上皮组织及呼吸道系统的黑曲霉孢子可能导致机会性侵袭性肺曲霉病，造成严重肺部疾病。

频繁接触富含曲霉属孢子的泥炭尘的园艺工作者也可能因吸入而患曲霉病。

黑曲霉也是外耳道真菌病（otomycosis）的常见病因，该病表现为暂时性听力下降、疼痛，严重病例可损伤外耳道及鼓膜。

黑曲霉实验室诊断方法

显微镜检查：观察深棕色、边缘粗糙的分生孢子和棕色分生孢子梗。

培养性状检查：使用马铃薯葡萄糖琼脂、察贝克酵母琼脂和麦芽酵母琼脂进行培养观察。

基因组测序：对真菌进行基因测序，以实现鉴定并与其他真菌区分。

薄层色谱法：用于赭曲霉毒素等真菌毒素的定性定量检测。

黑曲霉感染治疗

针对机会性侵袭性曲霉病的治疗，使用抗真菌药物如伊曲康唑、两性霉素B。

对于外耳道真菌病，使用伊曲康唑，并配合非甾体抗炎药（如对乙酰氨基酚）缓解疼痛。

黑曲霉预防与控制措施

使用化学及抗真菌处理手段清除黑曲霉孢子及生长：

70%乙醇或异丙醇处理约10分钟，有效穿透孢子细胞壁及菌丝，有效杀灭。

酚类化合物能在20分钟内杀灭黑曲霉孢子，可添加于洁肤皂、漱口水及表面消毒剂中。

含次氯酸盐的漂白剂能抑制孢子生长。

预防外耳道真菌病：

游泳或冲浪时避免水分进入耳道。

淋浴后及时擦干耳朵。

避免将棉签插入耳道。

避免抓挠耳道内外皮肤。

入水后使用醋酸耳滴。

黑曲霉工业应用

黑曲霉以生产柠檬酸而闻名，主要用作罐头水果、干果仁及干果等食品的防腐剂。

黑曲霉还能产生糖苷水解酶，这是一种用于将生物质转化为生物燃料的酶，通过分解植物细胞壁中的纤维素和半纤维素，将其转化为可转化为乙醇的物质。

该物种还可用于生产生物活性代谢物以及其他医药产品。

由于黑曲霉表面酶的果糖基转移活性显著，可对其进行改造以大量生产低聚果糖。

黑曲霉具有较强的生物吸附能力，其菌落常用于提高某些染料（如刚果红和蓝9染料）的吸附能力并去除其中杂质。

总结

黑曲霉（Aspergillus niger）作为曲霉属的一员，以其独特的形态、广泛的生态分布和双重角色——既是果蔬腐败的诱因，又是工业生产的重要资源——在微生物世界中占据一席之地。其名称源于显微镜下类似喷洒器的形态，常引发果蔬黑霉病，但同时作为柠檬酸等食品防腐剂的主要生产者，服务于罐头、洗护品和医疗领域。黑曲霉具有高度耐热性和对极端环境（包括太空辐射）的适应性，能在各种条件下快速繁殖。其生命周期以无性繁殖为主，分生孢子在适宜条件下萌发为菌丝体，进而形成分生孢子梗和分生孢子。尽管对健康人群致病性较低，免疫功能低下者则可能遭受机会性肺部感染或外耳道真菌病。实验室通过显微镜检查、培养特性分析、基因测序及薄层色谱法进行诊断。治疗手段包括使用抗真菌药物如伊曲康唑、两性霉素B。预防措施包括化学消毒、个人卫生习惯改善等。黑曲霉的工业价值体现在柠檬酸生产、糖苷水解酶供生物质转化、生物活性代谢物制造、低聚果糖发酵及染料纯化等方面。

【相关资源】

名称：黑曲霉 | Aspergillus niger

菌株编号：HZB229211

微生物资源鉴定保藏平台

敬请关注“灰藻视界”，共筑健康未来！
— 武汉市灰藻生物科技有限公司团队敬上

灰藻生物：我们期待着与客户共同成长，共创生命科学的美好未来！

更新日期：2024-04-26

网址：什么是黑曲霉？生活环境、致病性、防治策略与工业应用综述 https://www.yuejiaxmz.com/news/view/96511

相关内容

我国畜禽养殖业的环境问题与防治对策
食用菌生长环境控制系统的设计与应用
医务人员血源性病原体职业暴露分析与防护对策
宠物养护与疫病防治专业和兽医专业区别
慢性病防治
为什么要小心：生活中的潜在风险与应对策略
慢性病预防与调理
国家疾控局综合司关于印发学生常见病多病共防技术指南的通知
小学道德与法治教学生活化策略
小学道德与法治生活化教学策略

随便看看