极端环境下的微生物

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1、极端环境下的微生物刘兆霞上海师范大学环境工程系2003级0313568摘要：地球上存在着各种不同的、强烈抑制一般生物生长的极端环境，如高温、高盐、高酸、高碱、高压、寡营养等等。在这些异常环境中，有微生物生存和生长，例如嗜酸微生物、嗜碱微生物、嗜热微生物、嗜冷微生物、嗜盐微生物、嗜压微生物等。极端环境微生物有广阔的应用前景，有待我们去开发研究。关键词：极端环境、嗜酸微生物、嗜碱微生物、嗜热微生物、嗜冷微生物、嗜盐微生物、嗜压微生物瑞典卡罗林斯卡医学院将2005年诺贝尔生理学或医学奖授予澳大利亚科学家巴里•马歇尔和罗宾•沃伦，就是为了表彰他们发现了导致胃炎和胃溃疡的细菌。马

2、歇尔和沃伦是1983年发现幽门螺杆菌的，这一发现迅速在国际消化病学界引起了巨大轰动。幽门螺旋杆菌[1]是一种革兰阴性杆菌，对人类“情有独钟”，是目前所知能够在人的胃中生存的惟一微生物种类。幽门螺旋杆菌外形常常为S形或弧形弯曲，菌体长为3微米，宽为0.5微米；菌体一端长有2－6根长约3－5微米的鞭毛，可以使细菌方便地穿过胃粘膜而定居至胃上皮细胞，又能产生大量尿素酶，分解尿素在菌体周围形成一股碱性的“氨云”，可以抵抗胃中的酸性环境，免受胃酸杀死。以上介绍的幽门螺旋杆菌就是一种典型的极端环境下的微生物，它适应于胃酸的强酸环境，是一种嗜酸微生物[2]。地球上存在着各种不同的、强

3、烈抑制一般生物生长的极端环境，如高温、高盐、高酸、高碱、高压、寡营养等等。在这些异常环境中，有微生物生存和生长。微生物适应于异常环境，是自然选择的结果。极端环境中的微生物为了适应生存，逐步形成了独特的结构、机能和遗传因子，以应答相应的强烈限制性因子(胁迫因子)。异常环境所具备的生态条件，实际上正是这种环境中的优势微生物所要求的。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及新的资源宝库。下面就为大家介绍几种极端环境下的微生物：1.嗜酸微生物和嗜碱微生物(acidophilic，alkalophilicmicroorganisms)1.1嗜酸菌[3]能在

4、pH为2以下的环境中生长，自养菌氧化硫硫杆菌(Thiobacillusthiooxidans)和氧化亚铁硫杆菌(T．ferrooxidans)氧化硫为硫酸，从中获取能量，同时使环境pH值下降到1~1.5，但是菌体内的H+浓度呈中性或近于中性，体内酶并不嗜酸，如T．ferrooxidans最适pH2~3，但其体内在煤堆和酸性温泉中分布有嗜酸、嗜热菌。1.2嗜碱菌适于高碱性条件下生长，专性嗜碱细菌的最适生长pH＞10，pH小于8.5~9.0时不能生长；兼性嗜碱细菌的最适生长pH≥10，但在中性pH条件下亦能生长[4]。嗜碱菌体内是中性的，胞内酶既不嗜碱也不耐碱，但它们的体外

5、酶具耐碱和嗜碱性，例如一般菌的淀粉酶最适pH为7.0左右，而得自嗜碱菌的淀粉酶在pH=7时失活，pH9~11具活性，最适pH10~10.5；得自一般菌的脂肪酶和果胶酶的最适pH均为酸性，而得自嗜碱菌的，最适pH为碱性。嗜碱细菌常出现在天然或人为的高碱环境中(碱湖、水泥厂等)，但在中性或酸性环境中也有分布。已分离到的嗜碱细菌中，大多数为好氧菌，分类上多属于芽孢杆菌属(Bacillus)，尽管在普通土壤中很容易发现它们。它们具有把自身周围环境变成碱性的能力。利用嗜碱菌处理碱性废液不仅经济，简便，且可变废为宝。日本已有利用嗜碱细菌将碱性纸浆废液转化成单细胞蛋白的报导。此外，嗜

6、碱细菌还有望用于化工和纺织工业中某些废液的处理。2.嗜热微生物(Thermophilicmicroorganisms)美国黄石公园内有许多温泉，水温从20℃到100℃，其中生活着一些喜欢热的微生物，用显微镜观察，这些微生物呈杆状。尽管目前还没有搞清楚生活在沸水中的微生物是如何抵御高温而不受损害的，但这并不妨碍对这种微生物的开发和利用。科学家已经将这种微生物体内的酶(一种蛋白质)提取出来用于基因工程，由于基因工程的许多实验必须在近100℃的温度下用酶来完成，这样不怕热的微生物就有了用武之处[5]。嗜热微生物最适生长温度高于45℃~50℃，有异常的发育速度，对数生长期持续时

7、间短，代谢快，代时短，酶促反应温度高，对热有良好的稳定性。嗜热菌的细胞膜富含饱和脂肪酸，从而使膜能在高温下保持稳定并具有功能；核酸中的GC含量高，有助于DNA的抗热性；酶和蛋白质具有较高的热稳定性，核糖体抗热性高，亦即蛋白质合成系统具热稳定性。一般分布于火山口，温泉，盐田，盐湖，煤堆，有机物堆，强烈太阳辐射加热的地面以及热水器等。例如：2.1栖热菌属(Thermus)水生热生境的常见菌，不运动，无鞭毛，不形成芽孢，杆状或丝状。最适生长温度70℃~72℃，最高79℃，最低40℃，通常产黄到鲜桔色的色素，在一些70多度温泉的排水道中，栖热菌属