极端温度微生物生存机理及应用研究进展
极端微生物对极端环境的适应机理及应用研究进展
极端微生物对极端环境的适应机理及应用研究进展作者：孟素香曹健来源：《现代农业科技》2014年第09期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）09-0249-02Research Progress of Adaptation Mechanism and Application of Extreme Microbes Toward Extreme EnvironmentMENG Su-xiang 1 CAO Jian 1，2 *（1 School of Bioengineering，Henan University of Technology，Zhengzhou Henan 450001；2 Zhongyuan University of Technology）Abstract Extreme microbes grow in the extreme environments，so they must own special cell structure，physiological mechanism and gene etc.In this paper，the latest studies on the survival mechanism，classification and application of six kinds of extreme microbes were reviewed，which can provide some theoretical basis for utilization and metabolites exploitation of extreme microbes strains resource.Key words extreme microbes；extreme environment；adaptation mechanism；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。
极端环境下微生物的适应机制
极端环境下微生物的适应机制在地球上，存在着许多极端环境，比如高温、低温、高压、低压、强酸、强碱、高盐等。
在这些极端环境下，生物往往面临着极大的生存压力。
令人惊讶的是，一些微生物却能够在这些极端环境中存活并繁衍，甚至将这些极端环境作为自己的优势所在。
这些微生物是如何在极端环境中适应的呢？本文将对此进行探讨。
1. 高温环境下的微生物适应机制高温环境下，微生物需要应对高温所带来的蛋白质变性、细胞膜的液晶相结构破坏等问题。
一些高温环境下的微生物通过产生热稳定的蛋白质来应对高温蛋白质的变性，保护细胞内的酶和结构蛋白不受高温影响。
它们还通过改变细胞膜脂质成分和结构，增强细胞膜的热稳定性来适应高温环境。
以古菌为例，古菌是一类可以生存于高温环境的微生物，它们通过产生热稳定的蛋白质来抵御高温的影响。
古菌的核酸含量较高，蛋白质结构较为紧凑，能够耐受高温条件的影响。
古菌的细胞膜结构独特，富含强化细胞膜的类固醇、二酸单酰甘油酯等成分，使其在高温环境下依然能够保持细胞膜的完整性和功能。
低温环境下，微生物需要应对细胞膜的流动性减弱、蛋白质的折叠难以进行等问题。
一些低温环境下的微生物通过产生富含不饱和脂肪酸的细胞膜来增加细胞膜的流动性，使得细胞在低温环境下仍能够维持正常的生理功能。
它们还通过产生低温下可折叠的酶和蛋白质，使得细胞在低温环境下依然能够进行正常的新陈代谢活动。
以嗜盐细菌为例，嗜盐细菌是一类可以在高盐环境下生长的微生物，它们通过产生富含有机溶质的细胞内环境来应对高盐环境的影响。
嗜盐细菌可以合成并积累大量的有机溶质，比如甘油、丙三醇等，使得细胞内外的水分平衡得以保持。
嗜盐细菌的细胞膜脂质成分和细胞壁的组成也与一般细菌有所不同，这使得它们对高盐环境的耐受性更强。
极端环境下的微生物能够通过改变细胞膜的结构和成分、调控细胞内有机溶质的含量、产生特殊的酶和蛋白质等方式来适应极端环境的生存压力。
这些微生物的适应机制不仅对我们深入了解微生物的生存方式和生物多样性具有重要意义，也对我们在实际应用中利用这些微生物解决问题具有一定的启示意义。
高温环境下极端嗜热微生物的生存机制研究
高温环境下极端嗜热微生物的生存机制研究极端嗜热微生物是一类能够在高温环境下生存和繁殖的微生物。
它们对于高温环境具有强大的适应能力，这种适应能力是由它们独特的生存机制所决定的。
本文将探讨极端嗜热微生物在高温环境下的生存机制，并剖析其适应能力的形成原因。
一、热稳定蛋白的合成与功能极端嗜热微生物为了在高温环境下生存，首先需要能够保护自身的蛋白质免受热变性的影响。
为了应对高温环境的挑战，这类微生物会合成一种称为热稳定蛋白的特殊蛋白质。
热稳定蛋白具有较高的热稳定性，能够在高温下保持其空间构象的稳定性，从而保护蛋白质的功能完整性。
二、细胞膜的适应性变化在高温环境下，细胞膜的稳定性是极端嗜热微生物生存的关键。
为了适应高温环境，这类微生物会改变细胞膜的成分和结构。
它们会合成更多的饱和脂肪酸，提高细胞膜的热稳定性。
此外，极端嗜热微生物的细胞膜中还存在一种称为双酰链醇鞘脂的特殊脂质，它能够增加细胞膜的流动性和稳定性，从而适应高温环境的要求。
三、热激酶的活性调节热激酶是一类能够被高温激活的酶。
在高温环境下，极端嗜热微生物会通过调节热激酶的活性来适应高温的压力。
热激酶可以参与多种信号传导途径，影响细胞的生理功能。
通过调节热激酶的活性，极端嗜热微生物能够改变细胞的代谢过程和生物合成路径，从而适应高温环境的要求。
四、DNA保护系统的运作在高温环境下，生物的DNA会面临变性和降解的风险。
为了保护DNA的完整性，极端嗜热微生物拥有一套完善的DNA保护系统。
这套系统包括特殊的DNA结合蛋白和DNA修复酶等组成，能够及时修复受损的DNA，保护基因组的稳定性和完整性。
五、热激休眠的应对策略在极端高温的环境下，极端嗜热微生物常常会进入一种称为热激休眠的状态。
热激休眠是一种细胞的自我保护机制，可以帮助微生物暂时抵御高温对生物体的伤害。
在休眠状态下，细胞的新陈代谢减缓，并且通过合成特定的保护蛋白来维持重要的细胞结构和功能。
综上所述，极端嗜热微生物在高温环境下能够存活和繁殖的生存机制是多方面的。
极端环境下微生物的研究及其应用
极端环境下微生物的研究及其应用随着科技的不断发展，人类对各种自然环境的认知也越来越深入。
其中，极端环境因为其独特性质和环境条件，成为了许多科学家们追求的研究对象。
众所周知，生物学中微生物是众多生物性质中最为微小的一类生物群体。
但是，这种微小生物却在极端环境中有着非同寻常的表现，许多微生物通过特殊的适应机制，适应了极端的环境条件，而且展示了根本性的生物学工程学价值。
本文将探讨极端环境下微生物的研究及其应用。
一、极限温度环境下微生物的研究极限温度环境，是指地球表面温度最高和最低的地方。
其中，极寒环境的温度极端低，造成了高海拔、沉积层、极地等很多生境中的高难度生物适应问题。
而这些地方恰恰是微生物的优选生境。
微生物可以生存于常人难以忍受的气温下。
科学家们通过对这些极端环境下的微生物进行研究，可以深入理解微生物适应极端温度环境的适应机制。
目前，极端温度环境下的微生物可以分为嗜温、嗜冷和介于两者之间的嗜中温微生物。
嗜温微生物可以在温度高达 121℃的高温中生存。
这些微生物能够抵抗高温所引起的蛋白变性和酶活性丧失的问题。
嗜冷微生物则可以在零下 20℃的温度下存活，适应低温结冰所造成的高度压力。
中温微生物则是介于两极之间。
通过对嗜冷、嗜温以及嗜中温微生物的研究，可以深入了解微生物如何适应不同温度环境，从而为开拓与调控温度敏感性生物中的新酶提供支持。
二、异烟肼耐药菌的研究异烟肼是治疗结核病的一种重要药物，但在临床常规使用过程中，异烟肼耐药菌及其产生的耐药问题将成为遗留病例的严重难题之一。
然而，我们发现，异烟肼耐药菌普遍存在于极端环境中，比如食盐浓度高的水体，污染严重的重金属污染区、高温、高压力的井下煤矿和岩浆、航天器等部分地区。
因此，对异烟肼耐药菌的研究可以提高其对于异烟肼的抗药能力以及微生物多样性的进一步认知。
目前我们已经发现了异烟肼耐药菌在极端环境中繁殖的适应机制。
异烟肼耐药菌的适应机制主要是通过对异烟肼分解酶基因的调节来抵抗异烟肼的作用。
极端环境下微生物的适应机制
极端环境下微生物的适应机制极端环境是指存在于地球上最恶劣、最具挑战性的地区和条件，如深海、高温、低温、高压、高辐射、酸碱性极端等。
在这些极端环境中，微生物为了生存和繁殖，通过适应性进化发展了一系列的适应机制。
对于高温环境，一些微生物通过产生热耐受蛋白质来保护自身。
这些热耐受蛋白质具有特殊的结构和功能，可以稳定和保护微生物内部的蛋白质和酶，增强其在高温环境中的活性和稳定性。
对于低温环境，一些微生物通过改变其膜脂的组成来适应寒冷条件。
低温下，细胞膜的流动性降低，导致细胞功能受到限制。
为了克服这个问题，一些微生物增加了膜上的不饱和脂肪酸含量，使得细胞膜更加流动，从而增强了微生物在低温环境中的生存能力。
对于高压环境，一些微生物通过调节细胞内的压力来维持细胞的稳定。
这些微生物具有特殊的酶和膜蛋白，可以适应高压环境下的生长。
其中一个例子是深海微生物，它们具有高度压力适应性，可以在高压环境下繁殖，并且能够在压力减小的情况下快速适应并继续生长。
对于酸碱性极端环境，一些微生物可以通过产生酸碱中和酶来调节细胞内的pH值。
这些酶可以将酸碱性物质转化为相对中性的物质，从而维持微生物细胞内的稳定环境。
一些微生物通过形成休眠细胞或耐久体的方式适应极端环境。
当环境恶化时，微生物可以通过形成休眠细胞或耐久体，在恶劣条件下存活并等待适合的环境条件再次生长和繁殖。
微生物在极端环境下的适应机制是多样的。
它们通过改变细胞内的代谢途径、产生特殊的蛋白质和酶、调节细胞内压力和pH值等方式，提高自身的适应能力，从而在极端环境中生存和繁殖。
这些适应机制为我们了解生命的极限和生命起源提供了重要的研究方向。
极端环境中微生物的生态适应机制研究
极端环境中微生物的生态适应机制研究随着人类对于自然资源的不断开发和利用，地球上数量越来越多的环境变得越来越极端。
这些极端环境包括极地、高山、火山、沙漠、海底等，非常不适宜生命存在。
然而，适应能力强的微生物却能在这些环境中生存和繁殖。
微生物在这些环境中展现出来的生态适应机制备受研究者的关注。
在极端环境中，温度、压力、辐射、盐度等物理和化学因素都极端恶劣。
不过，微生物通过各种适应措施，在这些环境中找到自己的生存之道。
一、温度在极地地区，生物在低温环境中能够生存是一个众所周知的事实。
然而，真核生物在低温下生存能力较差，大多数的生物在0℃以下无法生存。
不过，一些细菌和古菌却能在这种恶劣的环境中生存。
这些微生物利用一些特别的机制，包括抗冻蛋白、低温表达酶等，从而适应极低温环境。
另外，在热水喷泉、深海热泉等热力学环境中生存的微生物，在高温下同样拥有适应机制。
这些微生物生物体内含有热稳定蛋白（heat-stable proteins），可提高蛋白质稳定性，以适应高温环境。
二、压力深海、高山等极端环境中，高压环境是另一个挑战。
一些微生物在这种环境下生存，需要调节菌体内的压力平衡，以适应高压环境。
一些细菌利用鞭毛马达、荷兰帽、柿球等机制，使自己的外壳呈现平衡状态；另外，一些细菌通过调节膜脂来保持细胞膜的流动性，以适应高压环境。
三、辐射辐射环境是一个危险的环境，但是在一些自然环境中，生物必须适应辐射生存。
一些微生物在受到辐射后，自身通过修复DNA或者产生抗氧化分子来保护自己。
这些适应措施可以有效地降低辐射对微生物造成的伤害。
四、盐度在解析极端环境中微生物的生态适应机制时，盐度问题不容忽视。
在盐湖、海洋、咸水湖等盐度高的环境中，适应高盐度的微生物会产生一定的压力感知机制和离子调控机制。
一些微生物通过在胞内累积高浓度的离子（如钠）来确保细胞的正常运作。
研究人员发现在微生物菌体表面或内部，有些特殊的分子能够吸收水分，从而在高盐度环境中保持胞内湿度。
极端环境中微生物的适应与生存
极端环境中微生物的适应与生存Introduction在地球上的各个角落，都存在一些极端环境，如高温、低温、高压、高盐、酸碱极端环境等。
人们往往认为这些环境对生命是致命的，然而神奇的微生物却能在这些极端环境下存活并繁衍。
本文将探讨微生物在极端环境中的适应与生存机制。
1. 高温环境中的微生物1.1 火山温泉中的热带菌火山温泉中的温度可以高达数百摄氏度，然而一些称为"热带菌"的微生物却能够在其中繁衍生存。
这些微生物通过产生特殊的热稳定酶来适应高温环境，用以保护自己的蛋白质不被变性。
此外，它们还借助细胞膜的固定结构以及DNA的高温稳定性等适应机制来生存。
1.2 深海黑烟团中的嗜热菌深海黑烟团是由于海洋热液喷口中喷出的高温矿物质与海水相结合而形成的，温度可高达300摄氏度以上。
在这种环境中，嗜热菌能够以高温为生，其适应机制主要包括生长酶和蛋白质的热稳定性升高、比表面积减小以防止蛋白质变性等。
2. 低温环境中的微生物2.1 极地冰川中的古菌极地冰川是地球上最寒冷的地方之一，它的温度常年低于零度。
在这样的环境中，一些古菌类微生物能够适应并生存下来。
它们通过调节膜脂的饱和度来保持细胞膜的流动性，并合成抗冻蛋白帮助细胞抵抗寒冷环境的影响。
2.2 海洋深层中的压力菌海洋深层的水压常常高达上百兆帕，而且温度普遍较低，然而压力菌却能够在这样的环境中存活。
它们利用良好的细胞壳结构和稳定的细胞膜来抵抗高压环境下的挤压力，并在生理代谢上进行相应调整以适应低温环境。
3. 高盐环境中的微生物3.1 盐湖中的嗜盐菌盐湖的盐度远高于海水，普通的生物很难在其中生存，然而嗜盐菌却能够适应高盐环境并茁壮成长。
它们通过积累高浓度的有机物质以维持细胞内渗透平衡，并产生抗氧化酶来抵御高盐环境中的氧化压力。
3.2 盐渍土壤中的耐盐细菌盐渍土壤的盐度较高，对于大多数植物和微生物而言都是不利的生长条件。
然而耐盐细菌通过调节细胞内钠离子浓度和维持细胞外环境的渗透性等方式来适应高盐环境，并具备一定的耐受力。
极端环境下微生物的适应机制
极端环境下微生物的适应机制极端环境是指地球上一些极端恶劣的环境条件，如高温、低温、高压、低压、强辐射、高盐、酸碱等。
在这些极端环境下，常规生物难以生存，而一些特殊的微生物却能在其中繁衍生息，并且采用了一系列适应机制来应对这些极端环境的挑战。
在极端高温或低温环境中，微生物会调节细胞膜的脂质组成以提高膜的稳定性。
高温环境下的细菌会合成更多的饱和脂肪酸，增加膜的稳定性；而低温环境下的微生物会合成更多的不饱和脂肪酸，以增加膜的流动性。
一些极端温度环境下的微生物还会产生热休克蛋白，可以缓解蛋白质的变性和降解，确保细胞内的正常代谢。
在极端高压或低压环境中，微生物会通过改变细胞壁的结构和成分来增加细胞的稳定性。
高压环境下的微生物会增加细胞壁的硬度和厚度，降低细胞内部的渗透压，以避免蛋白质和核酸的变性；而低压环境下的微生物则会减少细胞壁中的脂质含量，并通过改变细胞膜蛋白的结构来提高细胞的透气性。
在极端辐射环境中，微生物会通过修复和保护DNA来应对辐射的损伤。
微生物可以利用一些特殊的DNA修复系统来修复DNA的单链断裂、链间交联以及碱基损伤等，以维持基因组的完整性。
微生物还可以产生和积累一些具有辐射抵抗能力的物质，如放射性降解酶和抗氧化剂等，来降低辐射对细胞的损伤程度。
在极端高盐或酸碱环境中，微生物会调节细胞内外的渗透压以维持细胞的稳定性。
高盐环境下的微生物可以积累细胞内的有机溶质，如甘露醇和甘油等，来降低细胞内部的盐浓度，同时合成特殊的盐逆境蛋白，以保持细胞膜的完整性和功能。
而在酸碱环境下，微生物会通过调节细胞内外的pH值，合成有机酸和氨基化合物等来缓冲酸碱环境所造成的损伤。
微生物在面对极端环境时，通过调节细胞膜、细胞壁的结构和成分，修复和保护DNA，调节渗透压以及合成特殊的蛋白质等适应机制，来应对极端环境带来的挑战，并在这些极端环境下存活繁衍。
这些机制有助于我们深入了解微生物的多样性和生存能力，也为开发新的技术和应用提供了启示。
极端环境下微生物适应和生存机制
极端环境下微生物适应和生存机制在极端环境下，微生物的适应和生存机制可以说是一种生命奇迹。
这些环境包括深海、高山、极地、沙漠、酸碱度极高或极低的地区等。
这些微生物具有强大的适应能力，可以在这些环境中生存。
这些微生物的研究对于人类在未来的探索和科学研究中具有重要意义。
1. 深海微生物的适应和生存机制深海环境是一个极端的环境，光照非常微弱，压力和温度都非常高。
许多微生物能够在这种环境中生存，成为了深海生态系统的重要组成部分。
这些微生物主要靠化学能量来维持自身生命活动，利用硫化物和甲烷等物质进行化学合成。
例如，深海热液口附近的细菌，它们利用高温高压下的热液，同时可以利用光合作用和化学能量生存。
这些微生物的适应和生存机制主要体现在其细胞膜的结构上，如用异戊烷代替脂肪酸以帮助抵抗高温，以及利用环境中的氢化物和二氧化碳等化合物为细胞提供能量和营养。
2. 极地微生物的适应和生存机制极地环境同样是一个极端的环境，极寒的气温和冰雪覆盖，使得生长和繁殖条件十分恶劣。
但是，极地地区仍然有大量的微生物生存在此地。
这些细菌和真菌有着极强的抗寒能力。
例如，Antarctic 冻土细菌可以在极低的温度下生存，它们可以利用自己的多糖和脂肪来增加细胞膜的稳定性同时抵抗严寒，进而完成生存和繁殖。
此外，极地生态系统中的微生物还有一种奇特的物质，叫做"反冰霜蛋白"。
这种蛋白质主要是用来抵御极低温度下形成的冰晶从而保持细胞的完整性。
这种特殊的分子结构可抵御极寒，因此，他们可以在石头上和其他原料上生长、繁殖。
3. 高山微生物的适应和生存机制高海拔环境也是一种严格的极端环境，由于大气压力和氧气含量，生命在这种地区的存活变得非常困难。
然而，高山区域仍然有一些生物可以适应和生存。
这些微生物主要依靠避免缺氧和攫取氧气分子来生存。
例如，位于喜马拉雅山下的西藏拉萨医学高等专业学校的科研人员研究发现，海拔4300米的拉萨和海拔5800米左右的珠穆朗玛峰山顶上，有大量的微生物生存。
极端环境下微生物的生存及适应研究
极端环境下微生物的生存及适应研究在地球上，各种极端环境广泛存在，包括极地、高山、沙漠、火山岩浆等等。
这些极端环境朴素而又复杂，包含高盐、高温、寒冷、缺水、辐射、压力等极具挑战性的因素。
在这些环境中，微生物生存能力强大，以其适应能力居于物种之首。
微生物在价值，利用及适应性方面的研究吸引了越来越多的科学家进行探索研究。
本文将就极端环境下微生物的生存及适应研究作一系统介绍。
一、极端环境下微生物分类根据其耐受性和适应性，我们将极端环境下的微生物分为以下类别：1.耐高盐类微生物(Halophile)=rc耐受较高盐度的微生物可以生存在极限盐度的水中，包括泡菜、酿造、卤水水体等多种生物场所。
高盐度环境下这一类微生物核外环境会强制水分进入细胞内，从而使得存活必须吸收更多的盐。
有的细胞表面覆盖有聚酮胺，可以进一步带动细胞在高盐度下生存，而其他细胞需要透过对外部盐的调节限制盐渗透及蒸发。
2.耐高温类微生物(Thermophile)耐受较高温度下的微生物主要是在热水泉、温泉、火山区泥浆中繁殖。
它们的细胞膜是由稳定的醚型脂质构成，这可以保护它们的细胞膜免于化学反应的损害。
它们对高温的适应性很强，这主要得益于其特殊的核酸轮廓和提升的热休克反应。
依据其水域适应性和气候特性，当前Thermophile可以被分为超热，热和温受胁迫等类别，这可以提供跨越各个环境的细节差异。
3.耐寒类微生物(Psychrophile)耐受极低温度生活的微生物主要分布在冰川、北极和南极地区的永久冻土中。
它们的适应性得益于细胞膜的不饱和度以及引起的细小分子淀粉酶，这可以控制细胞膜的流动性，并在环境变化时快速恢复细胞膜。
绝大多数寒嗜菌在0摄氏度下系统运作，这些细胞有着更多与寒冷有关的运作因素，比如DNA损伤防御机制，酶的调节和微生物团队合作等等。
4.耐辐射类微生物耐受辐射的微生物能耐受极高剂量的辐射，包括太空中较弱但长周期的阳光紫外线和地下放射性物质的脉冲式辐射。
极端环境下微生物的适应机制
极端环境下微生物的适应机制极端环境指的是那些极端的生存条件下的环境，比如高温、低温、高盐度、高压力等。
在这些极端环境下，微生物需要通过一些适应机制来维持自身的生存和繁衍。
在极端环境下，微生物的适应机制包括了以下几个方面：1. 渗透调节在高盐度的极端环境中，微生物需要通过调节细胞内外离子和溶质的浓度来维持渗透压平衡。
许多极端嗜盐微生物能够积聚大量的盐分，从而在高盐环境中生存。
一些叶绿体原核生物和真核生物在高盐度环境下也能够通过调节细胞内外离子的平衡来适应高盐环境。
2. 热稳定蛋白在高温环境下，微生物需要通过产生热稳定蛋白来适应高温环境。
这些热稳定蛋白能够保护细胞内的蛋白质和核酸不受高温的损害。
一些嗜热菌和嗜热古菌能够产生大量的热稳定蛋白，从而在高温环境中生存。
4. 氧化还原调节在极端氧化还原环境中，微生物需要通过产生氧化还原酶和抗氧化酶来适应氧化还原环境。
这些酶能够帮助细胞对抗氧化应激，防止氧化损伤。
一些极端氧化还原微生物能够产生大量的氧化还原酶和抗氧化酶，从而在极端氧化还原环境中生存。
5. DNA修复系统在极端环境下，微生物的DNA会受到严重的损害，因此微生物需要通过DNA修复系统来修复受损的DNA。
一些极端环境微生物拥有高效的DNA修复系统，能够及时修复受损的DNA，从而保证细胞的正常功能。
6. 营养利用在极端环境中，微生物需要通过适应其特殊的营养条件来维持生存。
一些极端环境微生物能够利用特殊的有机物或者无机物作为能量和碳源，以维持自身的生存。
微生物在极端环境下通过调节渗透压、产生热稳定蛋白、产生压力蛋白、氧化还原调节、DNA修复系统和适应营养利用等适应机制来维持自身的生存和繁衍。
这些适应机制帮助微生物在极端环境中生存，并在一定程度上影响着极端环境生态系统的稳定和功能。
极端嗜热微生物的研究进展
极端嗜热微生物的研究进展随着科技的进步和科学技术的发展，我们对于生物多样性的认知也越来越深刻，尤其是在一些特殊的环境下生存的生物，比如极端嗜热微生物，越来越引起研究人员的关注。
这些微生物是指那些能够在极端高温环境下生存和繁殖的生物，在这一类生物中，有一些化学特性和生理特点非常独特，这让人们对它们的研究始终有着浓厚的兴趣。
极端嗜热微生物是一种生长在高温环境下的微生物，通常生存于热水泉、深海热液口、火山温泉等极端环境下。
这些生物能够在水温达到80℃以上的环境中生活，而且它们具有独特的代谢特性。
热粘空气细菌是一种典型的极端嗜热微生物，它们分布于地球上的许多热泉中，能够生存于100℃的环境中。
此外，热压球菌和红霉菌也是常见的极端嗜热微生物之一。
近年来，人们对极端嗜热微生物在太空生命搜索、产能工业、治理环境污染等方面发挥的巨大作用越来越关注。
由于其独特的特性和适应力，这些生物在一些应用领域中展现出了巨大的潜力。
极端嗜热微生物的代谢特性非常独特，它们能够在高温环境下生存和繁殖的原因在于其代谢能力非常强大。
研究人员尤其感兴趣的是这些微生物在生存和繁殖过程中所表现出来的生物化学反应特点。
比如说，一些极端嗜热微生物只能在缺乏氧气的环境中生存，并且往往会利用化学能量进行代谢反应。
这些代谢反应有可能对未来的能源开采具有非常重要的意义。
此外，极端嗜热微生物还有一种独特的酶类系统，这些酶在高温条件下仍然能够正常发挥作用。
这些酶类可以被应用于一些产业，如食品、医药、环境治理等领域，因为它们能够在高温条件下进行反应，更适合一些高温下的化学反应。
除了这些代谢特性，极端嗜热微生物还有着四肢萎缩的独特的生物学特性。
这些特性使得其对于未来的太空探索非常有用。
由于太空环境中温度极其低下，人们可以通过研究这些嗜热微生物来探索适应极端环境的新策略。
预计在不久的将来我们或许能够观测到极端嗜热微生物在外星世界的生境中生存繁殖的奇妙景象。
总之，极端嗜热微生物是一种极具研究价值的生物，在未来太空探索、产业发展、环境治理等领域都有着巨大的应用前景。
利用微生物研究揭示极端环境中的生命适应机制
利用微生物研究揭示极端环境中的生命适应机制在地球上，存在着各种各样的极端环境，如高温、低温、高压、高盐等。
这些环境对于生物来说是极其恶劣的条件，然而，一些微生物却能在这些极端环境中生存并繁衍。
通过对这些微生物的研究，科学家们揭示了它们在极端环境中生存的机制，为人类理解生命适应机制提供了重要的参考。
一、极端温度环境中微生物的生命适应机制（1）热水域微生物的研究热水域是地球上温度最高的极端环境之一，水温可高达100°C以上。
在这种极端的温度下，存在着一类被称为“超热水存贮菌”的微生物。
科学家们发现，这些微生物具有一些特殊的适应机制，如独特的蛋白质结构和热稳定酶的分泌。
这些特性使得它们能够在高温环境下生存，并且在温度较低时保持其生物活性。
（2）极地微生物的研究与热水域相反，极地是一个极端的低温环境。
在极地地区的冰川、冻土和海洋中，存在着一些能够适应极寒环境的微生物。
研究发现，这些微生物具有一些特殊的适应机制，如抗冻蛋白的合成和细胞膜的改变。
这些机制使得它们能够在极寒的环境中生存，并且在低温下保持正常的生物代谢。
二、极端压力环境中微生物的生命适应机制（1）深海微生物的研究深海是地球上压力最大的环境之一，水下的压力可高达几百个大气压。
在这种极端的压力下，存在着一些能够适应深海环境的微生物。
通过对这些微生物的研究，科学家们发现它们具有一些适应深海压力的机制，如改变膜结构和细胞壁的合成。
这些机制使得它们能够在高压环境下生存，并且在压力较小的环境中仍能保持正常的细胞功能。
（2）盐湖微生物的研究盐湖是一个盐度极高的环境，一般超过3.5%的盐度被认为是高盐环境。
在这种极端的高盐环境中，存在着一些能够适应高盐环境的微生物。
科学家们发现，这些微生物具有一些特殊的适应机制，如积累优势内滴液和改变细胞膜的结构。
这些机制使得它们能够在高盐环境中生存，并且在低盐环境下保持正常的细胞功能。
三、结语通过对微生物在极端环境中的生存机制的研究，我们可以更好地理解生命对于极端条件的适应能力。
极端温度微生物生存机理及应用研究进展
极端温度微⽣物⽣存机理及应⽤研究进展极端温度微⽣物⽣存机理及应⽤研究进展李淼(中⼭⼤学⽣命科学学院⼴东)摘要：极端温度微⽣物是⽣物对极冷与极热环境适应的特殊种类，研究微⽣物对于极端温度环境的⽣存机理对探索⽣命的起源、微⽣物的育种及开发利⽤等具有重要意义。
本⽂⼤致介绍了嗜热微⽣物、嗜冷菌和耐冷菌的⽣物类群，阐述了微⽣物在⾯临极端环境温度的适应机理多样性，总结其在环境应⽤的研究进展。
最后旨在综合对⽐这两类极端微⽣物的⽣存机理和实际⽣产⽣活应⽤。
关键词：微⽣物；极端环境；⽣存机理；环境应⽤极端微⽣物(extreme microorganism)是指⼀般⽣物⽆法⽣存的极端环境中（⾼温、寒冷、⾼盐、⾼压、⾼辐射等）能够正常⽣存的微⽣物群体的统称。
⼀般把在⾼温环境中⽣长的微⽣物叫嗜热菌（thermophiles），包括⼀些细菌及古细菌。
他们⼴泛分布在草堆、厩肥、温泉、⽕⼭地及海底⽕⼭附近等处。
普通耐热菌的最⾼⽣长温度在45℃-55℃之间，低于30℃也能⽣长，⽽超嗜热菌最⾼⽣长温度可达80℃-110℃，最低⽣长温度也在55℃左右。
同时，在地球这个⼤⽣态系统中也存在着⼴泛的低温环境。
如占地球表⾯14%的两极地区及海洋深处（90%的海⽔其平均温度为5℃或更低）等[1]，在这些特殊环境中⽣活着⼀类微⽣物即低温微⽣物（halophilic microorganism）。
极端⾼温与极端低温环境都会对⽣物膜结构以及蛋⽩质结构造成巨⼤的影响。
了解⾼温微⽣物与低温微⽣物的⽣存机理，有助于⼈们开展深⼀层次的蛋⽩与膜分⼦结构研究。
本⽂在⽬前已有的研究基础上，就⾼温微⽣物与低温微⽣物的⽣存机理以及在环境应⽤的最新进展做⼀简要对⽐综述，为进⼀步研究提供参考。
1 ⾼温微⽣物概述通常把最适⽣长温度⾼于45℃的微⽣物称为嗜热菌。
嗜热菌并⾮单⼀的菌属或菌群，其中有些嗜热细菌，其同届菌中皆为嗜热菌，如红⾊嗜热杆菌（Rhodothermus）、嗜热好氧杆菌（Thermoaerobium）、嗜热厌氧杆菌（Thermoanaerobaeterium）、球杆菌（Sphaembaeter）等，也有⾼温菌及中温菌并存的菌属，如芽孢杆菌、奇异球菌（Deincooccus）、假黄⾊单胞菌（Pseudoxanthomonas）等。
极端环境下的微生物生存和研究
极端环境下的微生物生存和研究微生物是一类古老的生物，也是我们生态系统中非常重要的组成部分。
无论是普通环境还是极端环境，微生物总能以惊人的方式存活下来。
而在极端环境下，微生物的生存方式和适应能力更是超乎我们的想象。
在极端环境里生活的微生物，常被称为“极端微生物”。
这些极端微生物生活在极端条件下，比如高温、高压、高酸碱度、高盐度、低温、低氧、低压等环境中，而且它们可以在这些极端环境下生长。
其中，一些最为经典的极端环境包括火山口、深海、极地、矿山、沼泽等，这些地方里的微生物通常会对环境特别适应，也有可能是该环境的原住民。
例如，在深海的黑色喀斯特温泉中，生活着一种名为霍夫曼兰提拉病毒（HRTV）的病毒。
这种病毒可以在热水涌出口的温度高达113°C的水中存活，并通过寄主细菌完成自我复制。
另一个著名的极端环境就是南极大陆上的冰盖，那里气温极低，只有零下70°C，昼夜温差也非常大。
但是，在这里仍然找到了许多微生物，比如古菌和真菌。
这些微生物可以通过“活化自由水”，或通过与冰矩阵的相互作用，来适应这种非常极端的条件。
除了极端环境，一些特殊场所也经常涌现出不同寻常的微生物。
例如，在遗址的受污染土壤或是放射性土壤里发现了一种称为反演杆菌（Deinococcus radiodurans）的微生物。
这种菌株能够承受巨大的辐射剂量，其基因组的损伤修复能力甚至能够将分成几部分的基因组矫正完整拼接起来。
极端微生物的研究对人类有很大意义。
首先，它们的特殊表现和生存机制，为环境适应的基础研究提供了重要的参考。
其次，我们可以从极端微生物中探索出新的药物和酶类等生化工具，并开发出新型生物技术和产品。
比如，反演杆菌的能力可以被用于辐射处理和基因工程领域，而产生特殊酶类的微生物也可以应用于工业发酵和污水处理等过程中。
在研究极端微生物时，科学家对这种生物的理解也不断发展。
我们发现，这些微生物的基因组往往相对较小，而且有很强的适应性，其多样性非常高。
极端环境微生物的研究进展
[摘要]极端微生物通常分为六个类群：嗜热微生物、嗜冷微生物、嗜酸微生物、嗜碱微生物、嗜盐微生物、嗜压微生物。
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和生理机能，以适应环境。
因此，研究适应机理并利用其特殊生理机能具有重要的理论和实际意义，极端微生物能产生多种极端酶和其他生物活性物质，极端微生物资源的开发利用有着广阔的前景。
极端环境(extreme environment)泛指存在某些特殊物理和化学状态的自然环境，包括高温、低温、强酸、强碱、高盐、高压、高辐射和极端缺氧环境等，适合在极端环境中生活的微生物称为极端微生物(extremophiles)( Margesin and Schinner，2001【1】； Rothschild and Mancinelli，2001【2】；陈骏等，2006【3】；张敏和东秀珠，2006【4】)．海洋极端环境一般是指与正常海洋环境绝然不同的物理化学环境，主要包括海底热泉、海底冷泉和泥火山环境，其次还包括高盐度(卤水)、强酸化、缺氧和滞流等海洋环境。
海洋极端微生物通常为化能自养生物(chemoautotroph)，在分类体系上属于细菌和古细菌类，生活在无光、无氧或少氧环境，能利用一些海底热催化反应过程中产生的还原性小分子(H2、H2S和CH4 等)合成能量进行有机碳固定和新陈代谢，具有独特的基因类型、特殊生态群落、特殊生理机理和特殊代谢产物，有些属于内共生生物(endosymbiont)。
一、极端微生物的种类及其生理特点1．1 极端嗜热菌（Thermophiles）一般最适生长温度在90℃以上的微生物，被称做极端嗜热菌【5,6】。
已发现的极端嗜热菌有20多个属，大多是古细菌，生活在深海火山喷口附近或其周围区域【7】。
如斯坦福大学科学家发现的古细菌，最适生长温度为100℃，8O℃以下即失活；德国的斯梯特(K Stette)研究组在意大利海底发现的一族古细菌，能生活在110℃以上高温中，最适生长温度为98℃，降至84℃即停止生长；美国的巴罗斯(J．Baroos)发现一些从火山喷口中分离出的细菌可以生活在250℃的环境中，嗜热菌的营养范围很广。
极端环境下微生物的适应机制
极端环境下微生物的适应机制1. 引言1.1 极端环境对微生物的影响极端环境是指生物体生长繁殖所需的物理、化学和生物学环境条件明显偏离正常范围的环境。
极端环境的存在给微生物的生存带来了严峻的挑战，因为在这样的环境下，微生物必须面对极高或极低的温度、极端的酸碱度、高盐浓度、高压等极端条件。
这些极端环境对微生物的生长、代谢、繁殖等生命活动产生了巨大的影响，往往导致微生物的功能受到限制甚至被破坏。
极端环境中的高温、极低温、高盐浓度等条件会使微生物的蛋白质、核酸等生物大分子发生变性，影响其正常功能。
极端环境下的微生物还需要应对环境压力带来的氧化应激、溶解氧不足等问题，进一步加剧了其生存的困难。
正是由于极端环境对微生物的严苛影响，使得这些微生物掌握了一些独特的适应性机制，以应对极端条件下的挑战。
通过研究微生物在极端环境中的适应机制，不但可以深入了解微生物的生存策略，还可以为开发新型的生物技术和产品提供宝贵的参考。
【2000字】1.2 微生物在极端环境的重要性在极端环境中，微生物扮演着至关重要的角色。
微生物在极端环境中的存在可以帮助我们更好地理解生命的多样性和适应性。
这些微生物经历了长时间的进化，发展出了各种各样奇特的生存策略和耐受机制，成为了生态系统中独特的一部分。
微生物在极端环境中承担着重要的生态功能。
它们可以参与分解有机物质，循环营养元素，维持生态平衡。
在极端环境中，许多其他生物无法存活或繁殖，而微生物却能够顽强地生存下来，发挥重要的生态作用。
微生物在极端环境中的生存机制也为人类社会带来了启示。
通过研究微生物在极端环境中的适应性进化和基因修饰，我们可以获得许多宝贵的资源和技术，为人类社会的发展提供新的思路和方法。
微生物在极端环境中的重要性不容忽视。
它们的存在和适应性进化为我们提供了许多启示，为我们理解生命的奥秘和探索未知生物学世界提供了重要参考。
随着科学技术的不断发展，相信微生物在极端环境中的重要性将会越来越被人们所重视。
极端环境微生物研究新进展
极端环境微生物研究新进展生命是强大的力量，它在各种极端环境中都有着适应和生存的能力。
在这些环境中，微生物是最为适应和适应性强的生物之一。
极端环境微生物研究是一个快速发展和备受关注的领域。
在这个领域内，科学家正在努力发现看似不可能的生物学现象，并作为全球环境保护和生命科学领域的重要研究方向，吸引越来越多的注意力。
极端环境微生物是一种非常罕见而神秘的物种，它们在极端环境下生存，例如在极端高温、低温、高压、高盐、酸性或碱性条件下生存。
这些物种以其高尚的适应能力和强大的生存能力而知名。
在过去的几十年中，科学家们对这些微生物进行了广泛的研究。
最近的研究表明，存在于极端环境中的微生物是一种具有未知和神秘生物学和生命科学现象的生物体。
极端热和酸性条件中的微生物已经成为近年来微生物学领域的热门话题。
过去的研究表明，这些微生物中的一些菌株生活在非常高温的条件下，比如热水温泉和深海温泉。
这些生物可以在100°C以上的温度下繁殖并生存。
多年来，科学家们一直在研究这些生物的适应能力和繁殖机制。
最近，一项关于极热条件下微生物的研究表明，这些生物借助了独特的基因组重复特性，以协调和适应高温环境。
此外，近年来的研究表明，极端酸性条件下的微生物也是一种具有非常高适应能力的生物体。
这些微生物生活在一些极端酸性的环境中，例如矿物池底部。
这些生物可以在PH值低于1的条件下繁殖和生存。
这些微生物主要以一种称为硫酸盐氧化细菌的形式出现，可以利用硫化合物等细胞外物质进行呼吸代谢。
这种代谢通常伴随着硫化合物的氧化，最终产生硫酸盐和电子等物质。
除了高温和高酸性，高压和高盐条件下的微生物也引起了许多科学家的关注。
高压和高盐条件下的微生物通常生活在海洋深处或盐湖之中。
一些研究表明，在这些极端环境中，微生物通过表达有效的调节系统，以适应并存活于压力和盐度非常高的环境中。
针对这些过程，科学家们已经开发了一些新的研究技术，以便更准确地了解这些物种的适应方式。
生活在极端环境中的微生物研究
生活在极端环境中的微生物研究生活在地球上的微生物种类繁多，其中一些被发现能够生活在极端环境下，比如高山、大海和极地等地方。
他们的生存之道和适应策略与生活在温和环境下的微生物截然不同，因此很受科学家的关注。
下面，我们将了解一些生活在极端环境中的微生物及其研究成果。
一、热泉微生物热泉是一种地热活动的结果，也是研究微生物适应极端环境的重要场所之一。
在热泉中生活的微生物可以承受高温、高压、强酸、高盐等恶劣条件，这种生命形式创造了许多科学上的奇迹。
有研究表明，热泉微生物在生长迅速的同时，具备快速适应环境变化的能力。
例如，它们能够在最初的条件下生长，也能够在排放废水中生存。
此外，在高温和高盐的环境中，热泉微生物确实能够优胜略汰，不断地进化适应。
由于寻找适应极端环境的微生物在药物、食品和能源生产等领域具有应用背景，因此热泉微生物引起了人们的广泛关注。
二、深海微生物深海环境是也一种极端环境，其中一些微生物种类适应了这种环境，生长在海底的热液喷口和黑色烟囱中。
深海微生物可能对人类带来很多好处。
一些已知的深海微生物能够生成一些有益化学物质如维生素和抗生素等。
此外，深海微生物对污染的物质也具有吸附和生物降解的作用。
虽然深海环境与人类的生活似乎没有任何联系，但它确实能够为人类的发展做出贡献。
三、极地微生物极地环境也是一种极端环境，孕育了一系列适应极地环境的微生物，其中一些微生物已经被广泛研究。
由于极地环境温度极低，因此这些微生物需要在极低温下生存和繁殖。
为了适应这种环境，它们生成了一些独特的酶和蛋白质，能够帮助它们适应低温。
此外，极地微生物还能够分解冰盖上的氨基酸，这对维持北极生态平衡至关重要。
总之，生活在极端环境中的微生物为科学家提供了丰富的研究素材。
人们研究它们，不仅可以探索生命在极端环境中的生存策略和适应规律，还可以挖掘出一些对人类有益的物质，如抗生素、酶、生物能源等。
我们期待未来的研究成果，以期为人类生活和发展做出更大的贡献。
极端环境下微生物的适应机制
极端环境下微生物的适应机制在地球上的各个角落，都存在着各种各样的极端环境，比如高温、低温、高压、低压、酸性、碱性等等。
这些极端环境对大多数生物来说都是致命的，但是有一些微生物却能在这些环境中存活，并且还能够繁衍生息。
这些微生物具有强大的生存能力，其适应机制值得我们深入探讨和研究。
高温环境下的微生物适应机制高温环境是一种常见的极端环境，在这种环境下，大部分生物都会因为蛋白质变性而死亡。
有一些微生物却能够在高温环境中存活，比如超热菌、嗜热古菌等。
它们具有以下适应机制：1. 热稳定的蛋白质这些微生物能够产生热稳定的蛋白质，这些蛋白质在高温下不容易变性，能够保持其功能。
这主要是因为这些微生物的蛋白质结构更加紧密、稳定，而且还具有更多的热稳定性氨基酸。
2. 热休克蛋白在高温环境下，这些微生物会产生大量的热休克蛋白，这些蛋白质能够帮助其他蛋白质在高温下保持其结构和功能，从而保护细胞的完整性。
与高温相反，低温也会对大多数生物产生极大的影响。
在极寒的极地环境中，依然可以找到一些微生物的身影，比如嗜冷古菌、嗜冷细菌等。
它们具有以下适应机制：1. 生物膜的结构改变这些微生物会改变细胞膜的结构，使其更加柔软和具有更强的流动性，从而不易受到冰冻的影响。
2. 低温酶在低温环境下，这些微生物会产生一些低温酶，这些酶具有更强的催化活性和更高的酶活性温度范围，可以在低温下保持其功能。
1. 蛋白质的构造调整这些微生物的细胞膜中含有大量的不饱和脂肪酸，这些脂肪酸可以使细胞膜更加柔软和抗压，具有更好的适应高压环境的能力。
1. 酸碱调节系统这些微生物会通过调节明胶体内质子浓度、分泌碱性物质等方式来适应酸碱环境。
2. 酸碱稳定的酶这些微生物会产生一些酸碱稳定的酶，这些酶能够在酸碱环境中保持其催化活性和稳定性，从而保证正常的新陈代谢过程。
总结在极端环境下，微生物能够通过多种适应机制来应对环境的挑战，这些机制不仅丰富了我们对微生物生存能力的认识，同时也为生物技术的发展和应用提供了一定的参考价值。
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极端温度微生物生存机理及应用研究进展李淼(中山大学生命科学学院广东)摘要：极端温度微生物是生物对极冷与极热环境适应的特殊种类，研究微生物对于极端温度环境的生存机理对探索生命的起源、微生物的育种及开发利用等具有重要意义。
本文大致介绍了嗜热微生物、嗜冷菌和耐冷菌的生物类群，阐述了微生物在面临极端环境温度的适应机理多样性，总结其在环境应用的研究进展。
最后旨在综合对比这两类极端微生物的生存机理和实际生产生活应用。
关键词：微生物；极端环境；生存机理；环境应用极端微生物(extreme microorganism)是指一般生物无法生存的极端环境中（高温、寒冷、高盐、高压、高辐射等）能够正常生存的微生物群体的统称。
一般把在高温环境中生长的微生物叫嗜热菌（thermophiles），包括一些细菌及古细菌。
他们广泛分布在草堆、厩肥、温泉、火山地及海底火山附近等处。
普通耐热菌的最高生长温度在45℃-55℃之间，低于30℃也能生长，而超嗜热菌最高生长温度可达80℃-110℃，最低生长温度也在55℃左右。
同时，在地球这个大生态系统中也存在着广泛的低温环境。
如占地球表面14%的两极地区及海洋深处（90%的海水其平均温度为5℃或更低）等[1]，在这些特殊环境中生活着一类微生物即低温微生物（halophilic microorganism）。
极端高温与极端低温环境都会对生物膜结构以及蛋白质结构造成巨大的影响。
了解高温微生物与低温微生物的生存机理，有助于人们开展深一层次的蛋白与膜分子结构研究。
本文在目前已有的研究基础上，就高温微生物与低温微生物的生存机理以及在环境应用的最新进展做一简要对比综述，为进一步研究提供参考。
1 高温微生物概述通常把最适生长温度高于45℃的微生物称为嗜热菌。
嗜热菌并非单一的菌属或菌群，其中有些嗜热细菌，其同届菌中皆为嗜热菌，如红色嗜热杆菌（Rhodothermus）、嗜热好氧杆菌（Thermoaerobium）、嗜热厌氧杆菌（Thermoanaerobaeterium）、球杆菌（Sphaembaeter）等，也有高温菌及中温菌并存的菌属，如芽孢杆菌、奇异球菌（Deincooccus）、假黄色单胞菌（Pseudoxanthomonas）等。
嗜热菌按其生长的耐热程度不同可分为5类（表1）[2]。
目前，对嗜热菌的耐热性主要从细胞壁的结构、类脂的敏感性、DNA结构的稳定性以及蛋白质的热稳定性等方面进行研究。
表1 嗜热菌的分类/℃Tab.1 The classification of thermophiles /℃分类最适生长温度最高生长温度最低生长温度耐热菌 45-55 <30 碱性嗜热菌 50-65 <30专性嗜热菌 65-70 >40-42 极端嗜热菌 >65 >70 >40 超嗜热菌 80-110 55左右2 低温微生物概述根据低温微生物的生长温度特性可细分为两类： 2.1 嗜冷菌嗜冷菌（psychrophiles ）是指生活在低温下且其最高生长温度不超过20℃，最适宜温度在15℃，在0℃可生长繁殖的微生物。
嗜冷菌绝大多数为G + ，已鉴定的嗜冷菌属于假单胞菌、弧菌、无色杆菌、黄杆菌、嗜纤维菌和螺菌等。
G + 比G - 菌出现的频率小得多，厌氧菌也少，少数嗜冷芽孢梭菌不仅存在于自然界，也存在于冷藏食品和酸奶中[3]。
嗜冷菌主要分布于常冷的环境如南北两极地区、高山、冰川、冰窟、冷库、深海和土壤等低温环境中。
嗜冷菌的分布受环境温度限制且数量少。
嗜冷菌对温度的变化很敏感，20℃以上很快引起死亡。
2.2 耐冷菌耐冷菌（psych-rotrophs ）的最高生长温度高于20℃，最适温度高于15℃，在0-5℃可生长繁殖。
耐冷菌相对于嗜冷菌，可以再较宽的温度范围内生长，从常冷到不稳定的低温环境中均可分离到。
但若在底物丰富的条件下，嗜冷菌在0℃的生长会超过耐冷菌。
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菌、蓝细菌、又有酵母菌、真菌和藻类[4]。
3 适应生存机制极端高温和极端低温环境都会给细胞带来巨大的生存挑战。
高温微生物与低温微生物在长期生物进化过程中形成了一系列适应高温、低温的机制。
这些机制在营养物质的吸收和转运、DNA 的复制合成、蛋白质的合成等方面有着独特的生物学意义。
3.1 膜机制典型的生物膜由脂质双层及膜蛋白组成。
细胞膜具有液体样的物理特征，即流动性。
随着环境温度的变化可表现为流动相或凝胶相。
低于相变温度（Tc ）时，细胞膜表现为凝胶相；高于Tc 时，表现为流动相。
3.1.1 细胞膜耐受高温保持生物膜的生物活性关键在于维持膜的流动相。
嗜热菌的细胞膜外有多个隐窝，这有利于耐高温。
嗜热菌的细胞膜磷脂双分子层中有很多结构特殊的复合类脂，主要是甘油脂肪酰二酯。
重要的是，嗜热菌的细胞膜中含有饱和脂肪酸的比例比不饱和脂肪酸大。
增加磷脂烷基链的长度、增加异构化支链的比率或者增加脂肪酸饱和度都可维持膜的液晶态，从而使嗜热菌耐受高温。
3.1.2 细胞膜耐受低温 当温度降低时，许多生物通过改变膜磷脂碳氢链的饱和度来代偿膜由液晶态到凝胶态的过渡，这类反应称为同态粘性反应（homeoviscous adaptation ）。
低温微生物在低温环境中饱和脂肪酸转变为不饱和态，温度降低导致杆菌属膜上去饱和酶合成增加，同时酶的稳定性提高。
当嗜冷菌处于低于最适生长温度的环境时，不饱和脂肪酸量增加[5]。
所有这些变化都是为了提高脂类互溶性，从而使膜的稳定性提高。
3.2 休克蛋白机制温度改变对于从细菌到哺乳动物所有生物来讲是最常见的应激。
现在已对热休克反应和冷休克反应进行了较深入的研究。
通过研究热休克蛋白与冷休克蛋白的结构与功能可揭示新的基因表达调控的方式。
高温时，热休克主要涉及细胞中蛋白质的变性，使之在合成时不能正确折叠。
为了克服这一问题，生物体通过热诱导产生热休克蛋白（Heat Shock Proteins, Hsp ）作为分子伴侣，帮助蛋白质正确折叠。
冷休克反应是生物体在低温时产生冷休克蛋白（Cold Shock Protein,Csp ）的适应性过程。
Csp 家族首先在大肠杆菌中被Jores 等人发现，随后又在枯草杆菌中发现不同数目被诱导出的蛋白质[6]。
现已在许多原核生物和真核生物中发现冷休克蛋白的诱导合成[7]。
有4种微生物冷休克蛋白的空间结构已经确定。
Csps作为转录激活因子，mRNA 伴侣，抗冻蛋白（anti-freeze Protein）等参与转率、翻译、影响mRNA功能等[8]。
冷休克蛋白对于细胞在低温生长是必须的，其具有结合DNA或RNA的功能，能在其他蛋白质合成被完全阻断时候有效转录翻译。
这主要是由于冷休克蛋白mRNA都含有一个下游盒，在低温条件下能增强翻译起始。
3.3 酶机制极端温度下微生物若要保证酶的生物活性，则要特异性的保护蛋白质的结构不受到高温或者低温的破坏。
高温微生物着重于稳定蛋白质的极端刚性结构，保护蛋白质空间构象不至于由于热运动的搅动而破坏。
低温微生物则降低了蛋白质稳定性，增加了柔顺性，保证了酶的高催化效率。
3.3.1 高温酶研究表明在嗜热菌蛋白质的一级结构中，个别氨基酸的改变会引起离子键、氢键和疏水作用的变化，从而大大增加整体的热稳定性，这就是氨基酸的突变适应[9]。
例如：通过对来自Bacillus stearothermophilus 的热稳定的3-甘油醛脱氢酶（GPDH-ST）与来自Bacillus coagulans的热不稳定的3-甘油脱氢酶（GPDH-CO）进行对比发现，由于GPDH-ST的丙氨酸被GPDH-CO的脯氨酸所替代，结果使其一级结构更易折叠，而且不易解开，从而提高了酶蛋白的热稳定性[10]。
与常温菌相比，嗜热菌的蛋白在大小、亚基结构、螺旋程度、极性大小和活性中心都极为类似，但构成蛋白质高级结构的非共价力、结构域的包装、亚基与辅基的聚集，以及糖基化作用、磷酸化作用等却不尽相同。
这说明，嗜热菌通过这些微妙空间相互作用来稳定自己的蛋白质。
3.3.2 低温酶现在普遍认为，低温酶通过特定区域或整个蛋白结构柔顺性的提高，降低了自身的活化能，才能在低温下表现出高催化效率。
当然同时这也导致酶的稳定性下降。
与同类型嗜温、嗜热酶相比，低温酶普遍表现出低温条件下（0-30℃）催化活力高、酶的最适作用温度低、酶的热稳定性差等特征。
低温丝氨酸碱性蛋白酶在5-15℃时，酶活力比中温酶高5倍，活化能更低，但稳定性远不如中温酶[11]。
低温酶的主要适应特性，就是其在低温下的高周转率（Kcat）和高催化效率（Kcat /Km）。
它们可以弥补低温导致化学反应速率降低而带来的影响，为生物提供足够的代谢活力并维持足够的代谢通量[12]。
4 应用进展4.1 高温微生物嗜热酶具有化学催化剂无法比拟的优点，如催化效率高和底物专一性强，而且酶在高温条件下的稳定性极好。
因而它可以克服中温酶（20℃-55℃）及低温酶（-2℃-20℃）在应用过程中常常出现的生物学性质不稳定现象，从而使很多高温化学反应过程得以实现。
4.1.1 嗜热酶PCR应用嗜热酶在商业上应用最为广泛的就是把嗜热细菌Thermus aquatics（水生栖热菌）的耐热DNA聚合酶“Taq”用于多聚酶链式反应（PCR，DNA Polymerase Chain Reaction）中，由于耐热“Taq”酶的使用，才是PCR 的专一性、收得率、灵敏度、DNA片段长度、复制的忠实性、操作简便性和自动化程度有了明显的提高[13]。
使该反应在科学研究和医疗等实际领域的应用中实现了新的飞跃。
4.1.2 有机高温废水处理目前许多工业废水（大多数油田采油废水、焦化厂废水、食品加工厂废水、制药工业废水以及屠宰场废水等）的温度都超过了45℃，而传统生化废水处理所用的嗜温菌（25℃-40℃）不能直接用于处理高温废水。
为了确保生化池中微生物的活性，高效降解废水中的有害物质，废水必须进入冷却塔冷却。
而由于易腐蚀等原因，强制冷却成本较高。
但嗜热菌能够直接处理高温废水，节省冷却设备费用。
同时，由于嗜热菌代谢速度快，大约是中温过程的3-10倍[14]，从而缩短了废水处理的时间，提高了废水处理效率。
此外，污泥产量少，也减少了污泥处置费用。
4.1.3 食品工业方面由于常温条件下进行食品加工过程反应容易造成食品污染，所以很难用普通的中温酶来催化完成。
嗜热性蛋白酶、淀粉酶及糖化酶已经在食品加工过程中发挥了重要作用。
例如用淀粉生产高果糖糖浆时，普通的葡萄糖异构酶在中温条件下催化果糖产量很少，而提高温度将促进果糖的生成。
目前已从嗜热的Thermotoga中分离出一种超级嗜热的木糖异构酶，这种酶能够在高温下把葡萄糖转化为果糖，这样就能够提高果糖的产量。