极端微生物生态学.doc

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1、嗜酸微生物的生态学思考专业：微生物学姓名：袁昌果学号：12014000892【摘要】：介绍嗜酸微生物在微生物分类地位上的分布，种群结构的多样性以及适应环境的生理机制，并比较纯培养与免培养之间的的关系，它们对于全面、准确地反映嗜酸微生物多样性起到了怎样的的作用。【关键词】：嗜酸微生物、双层固体培养、分子生物学、生理机制嗜酸微生物是极端微生物中的一种类群，丰富了生命存在的形式，激发了人们探索生命禁区的兴趣。嗜酸微生物生活于pH为1.0~3.0，其最适生长pH范围2.5~1.0。嗜酸微生物的生境分布广泛，主要有硫矿和金属硫化矿酸性矿水、煤矿排出水、含硫的酸

2、性土壤以及深海火山等区域，其横跨原核和真核两大类群，具有较广的物种区系，其中以古细菌为最多[1]。由于嗜酸微生物有其特殊的遗传物质、适应特殊环境的生理机制以及特殊的代谢产物，因而对于解决一些重要问题可以提供很多启示，比如环境问题的生物修复等急亟解决的诸多问题。1、嗜酸微生物的分类及其多样性嗜酸微生物的分类主要有四种，其一：按照生长的pH范围分为嗜酸型和耐酸型两类，前者pH上限为3.0，最适生长范围2.5~1.0；后者pH上限为5.0，最适生长范围4.5~3.0；其二：按照生长的温度范围分为常温型、中温型和高温型三个类群，其温度范围分别为20~40℃、

3、40~60℃、60℃以上，另外还有少数生存于寒冷环境中的嗜酸型微生物，但由于技术的限制，这方面的报道还很少，不足于解释什么问题；其三：按照生长的营养类型分为化能自养、化能异养以及少数自养兼具异养的嗜酸型，前者主要以CO2为碳源、通过氧化铁、硫等元素获得生命活动所需的能源，后者主要以有机物进行异养生长，因而通常与前者相伴而生，通过分解其产生的有机物和死亡细胞获得碳源和能源；其四：按照生长过程中氧所需的程度分为好氧型、兼性厌氧型和严格厌氧型。目前已报道的嗜酸微生物在三域生命的系统发育树中分布于11个属25个种[2]，其中化能自养为7个属15个种，化能异养

4、为5个属10个种，体现了其分布的多样性，其中最具代表性的嗜酸菌是：氧化亚铁硫杆菌（Acidithiobacillusferrooxidans）、氧化硫硫杆菌（Acidithibacillusthiooxidans）、铁氧化钩端螺旋菌（Leptospirillumferrooxidans）等。2、嗜酸微生物的生态分布及其适应机制在整个地球生物圈中，主要的酸性生态系统有矿山废水、生物沥滤堆以及含硫的温泉和土壤，遍布于水圈、岩石圈、冰雪圈等，突出了嗜酸微生物生态环境的多样性。在这些生态环境中嗜酸菌占据着多数或全部生态位，而自养菌在酸性生态系统中扮演着基石的

5、作用。与其它环境一样，酸性环境中嗜酸微生物之间的相互关系也具有多样性，包括竞争、捕食、共生、合作等。一般来说，自然状态，嗜酸微生物生存的酸性环境中溶解性有机碳的含量非常低（<20㎎∕L）[3]，因而营养缺乏，不利于异养嗜酸菌的生存，在自然进化的压力下，自养菌与异养菌之间的相互关系为合作，异养菌从自养菌那里获得能源，而自养菌在异养菌的作用下，其氧化铁、硫元素的能力变得更有效率，只有这样双方才能更好的生存，进而与其它微生物形成稳定的群落结构。嗜酸微生物生存的酸性环境pH值低于3，有的甚至在1以下，能在如此低pH的环境中生存，其原因在于与环境共进化的结果，

6、这样的酸性环境能存在，就在于嗜酸微生物生命活动的影响。嗜酸微生物在氧化铁、硫元素获得能量的同时产生硫酸。S+1.5O2+H2O→H2SO4FeSO4+0.5O2+H2O→Fe2(SO4)3+H2OFeS2+7.5O2+H2O→H2SO4+Fe2(SO4)3S2O32-+2O2+H2O→2H2SO4嗜酸微生物之所以能生存于酸性环境中，在于其细胞膜的改变和跨膜的电位差。解释这种胞外酸性、胞内中性的现象主要有三种假说：其一“泵说”；其二屏蔽说；其三Donnan平衡说，而屏蔽说在解释其适应机制方面更为适宜[4]。3、纯培养与免培养对揭示嗜酸微生物多样性做出的

7、贡献在分子生态学技术发展的现阶段，各种新技术包括限制性片段长度多态性(PCR-RFLP)、变性梯度凝胶电泳（PCR-DGGE）、荧光原位杂交（FISH）等如雨后春笋般层出不穷，采用基于通用引物PCR扩增的细菌16SrRNA基因文库的方法[5]等这些新技术的应用使得对于微生物生态学和微生物群落结构的研究上了一个新的高度。比如与生产应用关系密切、具有潜在的经济价值的浸矿微生物，参与浸矿过程的微生物不是一个单一的物种，而是一个复杂且庞大的群落。在这个浸矿体系中，随着浸矿的进行，微生物群落结构会发生演变，在不同的阶段，浸矿微生物的优势种群会发生改变。因而突破

8、生物氧化法处理矿物效率低的技术手段是调控微生物群落结构、优化浸出过程，而这却也是传统微生物培养方法的局限所在