极端微生物对极端环境的适应机理及应用研究进展

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1、极端微生物对极端环境的适应机理及应用研究进展摘要极端微生物在极端环境中生长繁殖，其必然有适应恶劣环境下的特殊细胞结构、生理机制、遗传基因等。对近几年的六大类极端微生物在分类、生存机制和应用方面的最新研究进展进行综述，为极端微生物菌种资源利用及代谢产物开发提供了一些理论依据。关键词极端微生物；极端环境；适应机理；应用中图分类号Q939.9文献标识码A文章编号1007-5739(2014)09-0249-02ResearchProgressofAdaptationMechanismandApplicationofExtr

2、emeMicrobesTowardExtremeEnvironmentMENGSu-xiang1CAOJian1,2*(1SchoolofBioengineering,HenanUniversityofTechnology,ZhengzhouHenan450001；2ZhongyuanUniversityofTechnology)AbstractExtrememicrobesgrowintheextremeenvironments,sotheymustownspecialcellstrueture,physiolog

3、icalmechanismandgeneetc・Inthispaper,thelateststudiesonthesurvivalmechanism,classificationandapplicationofsixkindsofextrememicrobeswerereviewed，whichcanprovidesometheoreticalbasisforutilizationandmetabolitesexploitationofextrememicrobesstrainsresource・Keywordsex

4、trememicrobes；extremeenvironment；adaptationmechanism；application极端微生物是指生长在极端环境下，并依赖这些极端环境中的一种或几种极端因子生长的微生物的总称，包括嗜热、嗜冷、嗜盐、嗜酸、嗜碱、嗜压等多种类型的微生物。极端微生物是有着巨大应用价值的宝贵资源，这些微生物是生物圈的边界生命，近年来，对极端微生物的研究得到高度重视，特别是极端微生物应用方面，其代谢产物和菌体本身在生产生活方面的应用给人们带来了极大的利益。不仅在揭示生命起源、探索生命进化理论、生物多

5、样性等方面带给研究者重要的启示和拓展，而且在环境保护、石油开采、能源利用、燃料乙醇生产，甚至人们的日常生活中都有广泛的应用。1嗜热微生物嗜热菌是指生活在高温废水、热泉、火山等高温地带的一类微生物，根据最适温度的不同，分为极端嗜热菌（最适温度65°C以上）、专性嗜热菌（最适温度40°C以上）和兼性嗜热菌。嗜热微生物基本上都是真细菌和古细菌，已鉴定出的嗜热微生物有140种，分布于将近70属中［1］。1.1嗜热机理嗜热微生物能够在高温条件下生长繁殖，必然有其独特的生存机制［2］,其细胞膜组成、嗜热蛋白质和嗜热酶、遗传物质结

6、构的稳定性等都与常温微生物不同，概括起来主要有：细胞膜中长链饱和脂肪酸比例高，疏水键强度大，耐高温水平提高；蛋白质一级结构氨基酸的组成和排列不同，一些金属离子如Ca2+、Mg2+、Zn2+对蛋白质的空间结构起稳定作用，使蛋白质在高温条件下具有稳定性；遗传物质，包括DNA和tRNA中G、C碱基含量都很高，使堆积力增大，不易解链，并且tRNA的周转率高，可保证一些重要酶的快速合O1.2嗜热菌的应用研究进展嗜热菌是极端微生物中应用最广泛的一类微生物，国外进行了大量研究，嗜热菌中的嗜热酶更是被广泛开发利用。海藻糖是糖类中唯一

7、对生物体具有神奇保护作用的一种糖，海栖热袍菌的海藻糖合酶基因在大肠杆菌中的表达，使得高温酶解法制备海藻糖成为现实［3］。葡糖醛酸酯酶是一种可降解植物细胞壁的新型酶制剂，将Sporotrichumthermophile的葡糖醛酸酯酶基因克隆到Pichiapastoris,表达后第1次得到嗜热葡糖醛酸酯酶［4］。在墨西哥油田，岩心驱替实验利用嗜热微生物、发酵微生物和厌氧微生物对常规技术提取后的重油进行恢复，具有明显的效果，恢复率达到19.8%［5］o利用地衣嗜热微生物Circinariagyrosa.模拟火星条件下极端微

8、生物的生存能力，以评价地球外的可生存环境，作用120h后，其光合作用不变，证明该嗜热菌具有很强的生存适应能力［6］。2嗜冷微生物目前已知将近75%的地球生物圈基本属于低温环境，包括深海、极地、岩洞、高山和人工冷环境。根据最适温度的不同，将嗜冷微生物分为嗜冷菌（最适温度15°C）o已发现的嗜冷微生物有细菌、蓝细菌、真菌及嗜冷古生菌，绝大多数嗜冷微