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1、极端环境热泉水中嗜热微生物研究进展摘要极端微生物是地球生物圈的重要组成部分，其中的嗜热微生物（thermophilicmicroorganism）是一类最适生长温度高于45°C的微生物，嗜热酶是从嗜热微生物中分离得到的一类热稳定性酶，由于嗜热酶分子内部有很多氢键、二硫键及紧密而有韧性的空间结构的存在，所以嗜热酶在高温条件下具有很强的稳定性，高温反应活性，以及对有机溶剂、去污剂和变性剂的较强抗性，嗜热酶在许多方面都有广泛的应用。论述了嗜热微生物适应环境的机制,探讨了嗜热微生物的生物地球化学意义。关键词嗜热微生物、热泉、嗜热酶、应用前言极端环境是指环境中存
2、在的某些特有的物理和化学条件,,适合在极端环境中生活的微生物,称之为极端微生物(extremophiles),包括嗜热菌、嗜盐菌、嗜碱菌、嗜酸菌、嗜压菌、嗜冷菌以及抗辐射、耐干燥、抗高浓度金属离子和极端厌氧的微生物【1】。嗜热微生物（thermophilicmicroorganism）它们有其自己的适应机制和特定的新陈代谢能力，具有独特的基因类型、特殊的生理机制及代谢产物，是地球上的边缘生命形式【2】。嗜热酶是从嗜热微生物中分离得到的一类热稳定性酶，具有化学催化剂无法比拟的优点，尤其是在高温条件下保持极好的稳定性，使很多高温化学反应得以实现从而将极大的
3、促进生物技术产业的发展。近年来，人们已从嗜热微生物中分离得到多种嗜热酶。【3】今后，还应继续在嗜热酶的结构与功能、应用等方面作深入而全面的研究。本文主要对嗜热酶的研究进展及应用作一综述。1极端环境地质1.1热泉，沸泉地质沸泉、热泉大多数成群地出露在一系列的南北向断陷盆地或地堑中，在这种应力环境中大气降水下渗的浅成循环水热流体较发育,其特点是:①热泉热液的矿化度低,M≤3.5g/L;②泉水区地热增温率高,热海热田35℃/100m,羊八井热田北区ZK4002孔深1850m处已达229.8℃,显示浅部已接近水汽化点温度【4】;③热泉热液升流带普遍出现井温倒置
4、现象,显示侧向热流和冷流体的强烈混合。【5】热泉水氢氧同位素也表明大气降水是热泉的主要来源,并证明了热泉热液是同远山区降水在地下经长时间迁移补给而非当地雨水补给的循环热液。壳幔热结构和深部热异常也是浅成高温热液循环系统形成发育的必要条件【6】。1.2热泉水化学类型和成因以阳离子和络阴离子团的毫摩尔分数xB>25%参与命名,则表1热泉为Cl--HCO-3型(热海大滚锅、蛤蟆咀)、HCO-3-Cl--Na+型(孔雀泉)、HCO-3-Na+型(瑞滇、硝塘、热水塘、瑞孔Ⅰ和羊应Ⅱ)、CO2-3-HCO-3-Na+型(邦那掌)、HCO-3-Cl--SO2-4-N
5、a+型(羊应Ⅴ泉)、SO2-4-Al-(硫磺塘汽泉)热泉、沸泉水的化学成因演化是据水化学三个主要阴离子组分相对含量来判断的【7】。2嗜热菌在高温水中概况2.1 概述嗜热菌是一类生活在热环境中的微生物。如火山口及周围区域、温泉、工厂高温废水排放区、堆肥等。根据对温度的不同要求,嗜热微生物可划分为三类:(1)极端嗜热菌,最适生长温度在65℃以上,而最高生长温度和最低生长温度分别超过75℃和40℃以上【8】。已发现的极端嗜热菌有20多个属,大多是古细菌,生活在火山喷口附近或其周围区域，(2)专性嗜热菌,最高生长温度超过55℃,最适生长温度在40℃以上,而在4
6、0℃以下生长很差,甚至不能生长;(3)兼嗜热菌,既能在高于55℃下生长,又可在中温范围内生长【9】。2.2耐热机制现有资料表明,绝大多数革兰氏阳性嗜热细菌的细胞壁是由N-乙酰葡萄胺和N-乙酰胞壁酸通过β-1,4糖苷键连接起来的聚糖链,以及由L型与D型交替排列的氨基酸组成的短肽“尾”和肽“桥”构成的三维网状结构;典型的革兰氏阴性嗜热细菌的细胞外膜是由质膜-肽聚糖层-细胞外膜(蛋白、脂蛋白、脂多糖)构成的【10】。嗜热菌细胞膜的脂质双分子层中有很多特殊的类脂,主要是甘油脂肪酰二酯。通过调节磷脂的组分可维持细胞膜在高温下的液晶态【11】。此外,增加磷脂酰烷基
7、链的长度、异构化支链的比率及脂肪酸饱和度都可使嗜热菌的细胞膜耐受高温【12】。3嗜热酶3.1嗜热酶的种类嗜热酶有许多种，各种酶的作用各不相同，目前已开发的嗜热酶有：1）降解淀粉类的嗜热酶：极端耐热淀粉酶、热稳定的葡萄糖糖化酶(1,4-glucanohydrolase)、热稳定的支链淀粉酶、热稳定的环糊精糖基2）降解纤维素类物质的嗜热酶：热稳定性纤维素酶【13】；3）热稳定的木聚糖酶；4）降解几丁质的热稳定性酶：热稳定的几丁质酶；5）降解蛋白质的热稳定性酶：热稳定的蛋白酶；6）葡萄糖异构酶和木糖异构酶；7）DNA聚合酶等。3.2嗜热酶的特点嗜热酶是一类主
8、要来源于嗜热微生物的热稳定酶,能够在高温下长时间保持活性而不变性,其特点可概括为三点：1）作用
