嗜盐曲霉抗逆相关基因之功能鉴别与应用研究

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1、嗜盐曲霉抗逆相关基因之功能鉴别与应用研究第一部分文献综述第一章耐盐和嗜盐微生物研究进展地球上主要存在着两种高盐环境，自然形成的高盐环境和人工形成的高盐环境。前者主要有盐湖和死海：如位于约旦和巴勒斯坦交界的死海，湖水盐度达34%，约为一般海水的10倍左右；美国犹他州西北部的大盐湖，比普通海水高50倍；地处青藏高原的东北部的青海湖，含盐量1.25%，新疆地区的干盐湖。后者主要包括人工形成的盐场、盐池和盐腌制品，盐浓度更高。在这些高盐环境中，动、植物物种几乎不能生存，主要生命形式为不同类群的微生物，例如极端嗜盐古菌、嗜盐（耐盐）细菌、嗜盐（耐盐）真菌和藻类，要满足它们生长，至少需要2%的Na

2、Cl，其最适盐浓度一般高达15～20%。根据微生物对盐浓度的适应情况的不同，可将微生物分为耐盐菌，非嗜盐菌、轻度嗜盐菌、中度嗜盐菌、极端嗜盐菌，如表1.1[1-2]。嗜盐古菌，又称极端嗜盐古菌(Extremelyhalophilicarchaea)，是嗜盐微生物的一大类群，根据2001年出版的《伯杰氏系统细菌学手册》，将嗜盐古菌分类地位归属于古菌域(Archae)、广古菌门(Euryarchaeota)、嗜盐菌纲(halobacteria)、嗜盐菌目(Halobacteriales)、嗜盐菌科(Halobacteriaceae)[3]。嗜盐古菌主要可分为六属：嗜盐杆菌属(halobac

3、terum)、嗜盐小盒菌属(haloarcula)、嗜盐富饶菌属(Haloferax)、嗜盐球菌属(halococcus)、嗜盐嗜碱杆菌属(Natronobacterium)、嗜盐嗜碱球菌属(Natronococcus)。嗜盐古菌一般栖息在高盐环境中，如晒盐场、天然盐湖或高盐腌制食物中，盐浓度约为12%～32%（饱和浓度）。早在1919年，LeFevre和Round从腌制黄瓜的盐卤水中，分离了21株能在不同NaCI浓度范围内生长的嗜盐细菌[4]，这是最早关于分离和描述的嗜盐古菌的文献报道。嗜盐古菌自上世纪80年代起陆续受到人们的重视，越来越多的新属被发现并报道。最近十年嗜盐古菌资源研究

4、发展尤为迅速，已鉴定发表的嗜盐古菌有36个属140个种；其中我国科学家分离鉴定的属有：盐碱团球菌属Halalkalicoccus[5]，盐粒菌属Halogranum[6]盐海洋菌属Halopelagius[7]，盐红色菌属Halorussus[8]，盐美丽菌属Halobellus和盐东方菌属Halorientalis[9]。由于嗜盐古菌在古菌域中是最容易培养的类群，所以对它的生物多样性及形态学、生理生化特征、代谢产物（功能酶等）、分子生物学方面的研究，不仅能够丰富古菌域资源，而且在食品、工业及医药等方面也具有广泛的应用前景[10]。..1.2嗜盐（耐盐）微生物的适应机制目前，嗜盐（耐盐

5、）菌的适应机制的研究，主要集中在复杂的真核微生物上。真核微生物的耐盐分子机制研究，很长一段时间都被限制在面包酵母Saccharomycescerevisiae和其他一些中度耐盐酵母上。直到有研究者发现了极端耐盐真菌Hortaeaiaichthyophaga，这两个菌株成为公认的新的嗜盐（盐耐）模式生物，最近对这两种真菌在高盐环境中的适应机制研究的较多，也较为系统。当暴露于高盐环境中时，细胞会受到两种不同的环境刺激：渗透胁迫和离子胁迫。在一般情况下，高渗胁迫导致非适应性的生物迅速从细胞内往外渗水，增加细胞质中溶质的浓度，从而降低了膨压以保护细胞免受损害[39]。高浓度离子胁迫下，离子（如

6、Na+）会进入细胞，导致胞内离子浓度增加，随后破坏细胞膜以及细胞溶质系统。在长期的进化过程中，嗜盐（耐盐）微生物形成了不同的机制对抗渗透压力。如极端嗜盐古菌，当暴露在高盐度的环境中，胞内钾离子迅速积累高达摩尔水平[40]，然而真核微生物无法承受如此高的胞内离子浓度。耐盐机制研究的较多的真核生物，主要有盐敏感酿酒酵S.cerevisiae[41]和在一些耐盐真菌如丝状构巢曲霉A.nidulans，以及汉逊德巴利酵母D.hansenii[42]，念珠菌C.versatilis[43]，胶红酵母R.mucilaginosa和毕赤酵母Pichiaguillermondii[44]。在酿酒酵母S

7、.cerevisiae中，质膜转运子Trk1和Trk2与K+和Na+离子胞内运输有关，当同时存在两种离子时，对K+表现出更高的亲和性[45]。Tok1K+离子通道，EnaNa+-ATPase，和Nha1Na+/H+反向转运蛋白转运体已经研究比较透彻。另外非特异性的蛋白转运子（如Pm3，Qdr2）也参与K+/Na+离子跨膜运输[46]。Trk转运子主要负责K+离子的吸收，质膜Nha反向转运蛋白[47]，EnaATPaseTok通道蛋白，HakK+