低温微生物在污水处理领域中的运用

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1、低温微生物在污水处理领域中的运用　　近年来有关低温微生物的研究日趋增多，基础研究工作主要集中在低温菌的分布和降解机制方面，下面是小编搜集整理的一篇相关论文范文，供大家阅读查看。　　引言　　在自然界中，有些环境是普通生物不能生存的，如高温、低温、高酸、高碱、高盐、高压、高辐射等。然而，即便是在这些通常被认为是生命禁区的极端环境中，仍然有些微生物在顽强的生活着，这些微生物叫做极端环境微生物或简称为极端微生物。低温微生物是重要的极端微生物之一，直到20世纪70年代才被系统地研究与分类。Morita将低温微生物

2、分为两类：一类是生活在低温下且其最高生长温度不超过20℃，最适温度在15℃，在0℃可生长繁殖的微生物称嗜冷菌;另一类为最高生长温度高于20℃，最适温度高于15℃，在0~5℃可生长繁殖的微生物称耐冷菌[1].　　由于耐冷菌比嗜冷菌更能忍受温度波动，因此其在低温环境中占据着独特的生态位。近年来，低温微生物在污水处理领域中的应用逐渐受到重视[2].　　1低温微生物的菌种资源　　低温微生物在地球上分布广泛，主要分布于海洋、极地环境、冰川、高山冻土等常冷环境中。此外，还存在于常温土壤、人工湿地、河流底泥、低温生物

3、膜、池塘等一般生境。20世纪70年代以来，极端环境微生物已成为微生物学发展的新领域和新的资源库。低温微生物具有广泛的微生物区系，已发现的低温微生物既有真细菌、蓝细菌，又有酵母菌、真菌和藻类，其中以真细菌居多。近年已报道的部分低温微生物的门、属种、革兰氏类型、最适生长温度及其所在生境见表1.低温细菌主要涉及6门、30余属种。其中，以变形菌门中γ-变形菌居多。具体情况如下：蓝藻门(1种)、鞘脂杆菌门(1种)、黄杆菌门(1种)、放线菌门(4种)、厚壁菌门(3种)和变形菌门(24种)。另外，酵母也是

4、较常见的低温微生物[21].　　2低温微生物的耐冷机制　　2.1细胞膜的适应　　低温主要影响细胞膜中脂质双分子层对溶质的渗透功能，减弱细胞对营养物质的吸收。耐冷菌在低温条件下生存，主要依赖于细胞内膜流动性的调节能力，最常见的适应是改变细胞膜中脂肪酸的组成[15,40].饱和脂肪酸在去饱和酶的低温诱导下会转化为不饱和脂肪酸，而它的增加会引起脂类熔点的降低，使细胞膜保持良好的流动性，利于耐冷菌生存[41].Russell等[15]研究发现当温度由37℃降至8℃时，厌氧细菌Clostridiumbotulin

5、um体内不饱和度由27%增长至40%,这是通过增加支链脂肪酸、不饱和直链脂肪酸的数量，减少环状脂肪酸的浓度实现的。此外，低温菌还可通过改变极性头组的大小和电荷[30]、膜中的蛋白质含量、类胡萝卜素的构成[4,42]、短链和长链脂肪酸的比例[43]、顺反式脂肪酸的比例[30],增强膜的流动性。但上述所有的策略并不均具有效性，例如极性头组的变化对于修改膜流动性的效果不太明显[44].Denich等[45]也研究发现通过改变脂肪酸链的长度来增强膜的流动性只可能发生在生长细胞中。此外，低温菌适应低温环境也主要取

6、决于由双组分信号转导通路组成的膜传感器和胞质反应调节器参与低温信号的感知和转导能力，达到激活冷调节基因的目的[46].　　2.2冷适应酶　　在低温环境下，菌体细胞内的化学反应速率会降低，此时低温菌体内会合成具有较高催化效率的冷适应酶，以维持足够的代谢通量[47].迄今为止，获得的冷适应酶主要有核糖核酸酶[24],RNA聚合酶[29],铁超氧化物歧化酶[35],碱性磷酸酶[48],酪氨酸磷酸酶[49],α-淀粉酶、β-半乳糖苷酶[50],氨肽酶[51],琥珀酸脱氢酶[52],谷氨酸脱

7、氢酶、葡萄糖脱氢酶、木聚糖酶、胰蛋白酶[53]等。Zheng等[35]研究发现耐冷菌Marinomonassp.NJ522能产生耐冷型铁超氧化物歧化酶(Fe-SOD)，分子量约48kDa,该酶在pH8~10、40℃时活性最大，在0℃时能保持最大活性的35%.辛明秀等[52]分离到一种具有催化活性的琥珀酸脱氢酶，该酶的最适反应温度为20℃，但在0℃仍可保持酶活性的20%.　　2.3冷应激蛋白质。　　当温度突然降低时，低温菌会相应诱导表达多种蛋白，最主要的一类称为冷休克蛋白(CSPs)[54].低温时，CS

8、Ps可优先结合单链RNA和DNA,并作为转录催化剂或mRNA分子伴侣参与细胞内的转录、翻译、蛋白折叠以及调控膜的流动性[55].CSPs的基因同系物也已经在几种南极细菌中发现[56],其中最主要的一类冷休克蛋白为CspA.Jiang等[57]研究发现CspA在低温时可作为RNA的分子伴侣并参与hrs和gyrA两种冷休克基因的转录调节。低温菌在低温环境连续生长期间产生第二类永久性蛋白，称为冷适应蛋白(CAPs)，它的存在确保了低温时细胞内蛋白