极端微生物汇总.
古菌及极端微生物
隐蔽热网菌 Pyrodictium occultum
1977年，美国深海潜水器“阿尔文”号在洋中脊地区 发现了从海底冒出浓烟般的热泉。令人难以置信地是， 在喷出热泉的“黑烟囱”周围水温250-350℃、265大 气压的海水中，竟存在着一个极其奇特、黑暗而酷热 的生命世界。隐蔽热网菌即生活于其中。
古菌及极端微生物
2014.3.12
古菌
古菌常被发现生活于各种极端自然环境
下，如大洋底部的高压热溢口、热泉、 盐碱湖等。
在我们这个星球上，古菌代表着生命的极限，
确定了生物圈的范围。 热网菌（Pyrodictium）能够在高达113℃的 温度下生长。
最适生
活温度 80－ 105， 具有独 特的细 胞结构。
分类
目前，可在实验室培养的古菌主要包括 三大类: 1.产甲烷菌、
2.极端嗜热菌
3.极端嗜盐菌。
1、产甲烷菌
产甲烷菌是一群迄今
为止所知的最严格厌氧 的、能形成甲烷的化能 自养或化能异养的古菌群。 产甲烷细菌是能产生甲烷的一大类群， 因此包括了球形、杆形、螺旋形、长丝 状等不同形态。
一.古生菌的形态:与细菌相似
地表深处煤层中生成大量生物成因气的有利条件 是：大量有机质的快速沉积、充裕的孔隙空间、低 温，以及高pH值的缺氧环境. 生物成因：煤层气是在较低的温度条件下，有机 质通过各种不同类群细菌的参与或作用，在煤层 中生成的以甲烷为主的气体. 产甲烷菌对煤层气的 形成起着重要的作用，目前已发现产甲烷菌有低 温型、中温型和嗜热型.
2、极端嗜盐古菌
这是一类生活在很高浓度甚至接近饱和浓度
盐环境中的古菌。 细胞形态为杆形、球形和三角形、多角形、 方形、盘形等多形态。革兰氏阴性，极生鞭 毛。好氧或兼性厌氧。 胞内含有 类胡萝卜素（菌红素），产红色、 粉红色、橙色或紫色等各不同色素。化能有 机营养型。
极端环境微生物——台喜生
极端环境微生物研究进展极端环境（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; Rothschild and Mancinelli,2001; 陈骏等，2006；张敏和东秀珠，2006）。
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。
一、海洋极端环境微生物1．海洋极端环境微生下微生物类型主要为细菌和古生菌，热泉微生物群落主要为异氧发酵菌、硫酸盐还原菌、产甲烷菌等；冷泉微生物群落主要为ANME-2族的厌氧甲烷氧化古生菌、硫酸盐还原细菌和ANME-1族厌氧甲烷氧化古菌，这些极端微生物利用CH4和H2S等气体进行能量固定，有较高的生物丰度和较低的分异度，具有垂向和水平分带性，并能营生一套独特的宏体生物（王家生等，2007）。
2．油气资源的形成和演化与时间、温度和有机质组成密切相关（Seewald,2003），油气的产生、运移、圈闭和后期改造过程也大多是在一些特殊环境中进行的，极端微生物活动可能参与了整个过程。
3．探索海洋极端环境下微生物活动，不仅在理论上可将其作为特定地质微生物标志（geomicrobiological signature），揭示现代和地史时期海洋环境变化和地质环境变迁（党宏月等，2006）、探索生物圈与地圈之间协同演化、阐明生物多样性形成机制和认识生命极限等（汪品先，2003；中国大洋钻探学术委员会，2003），而且在实践中指导海洋深水油气田的开发和地史早期潜在烃源岩的寻找。
4．自第一个海底冷泉1984年首次报道后（Paull et al.,1984），迄今全球已至少发现共24处海底冷泉。
冷泉流体一般含有大量甲烷气体，在海底表面通常表现为泥火山，喷口附近发育独特的营甲烷化能自养生物群落，下伏的沉积物中通常伴有天然气水合物，在更深部位则通常为油气藏。
极端微生物的应用
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嗜酸微生酸菌氧化Fe2+、元素硫以及硫化物的生理特性, 被用在 冶金、环保和农业等领域.。
用细菌从矿石中提取金属称作细菌浸出或生物湿法冶 金。自从20 世纪40 年代末首次从酸性矿水中分离到硫 杆菌以来, 冶金工业上获得成功应用的主要是铜、铀和 金3 种金属的回收。
胡萝卜素是维生素A的前体,食用有益于视力保健。
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冷洗行业
低温微生物产生的低温酶如蛋白酶、酯酶、淀粉酶、 纤维素酶可以作为洗涤添加剂具有广泛应用。
用作去污剂的酶在洗涤条件下(pH>9，有表面活性剂, 氧化剂及多价整合剂等)应具有良好的活性和稳定性,同 时还应具有广泛的专一性而且无需活化剂和稳定剂。
低温脂酶可用于乳制品和黄油的增香, 生 产类可可脂, 提高鱼油中多聚不饱和脂肪酸。
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在奶酪、酿酒工业
在一些南极低温细菌和酵母中存在的类胡萝卜素具有 重要的生理功能,可以有效地保护细胞中各种生物大分 子不受自由基的损伤,这对保护细胞正常生命代谢, 防 止衰老和癌变及提高免疫力具有重要意义。
报,2008(1):271-274. 5. 毛培宏,金湘,王芸等.新疆特殊环境微生物资源的研究与发展.生物技
术,2006(5):88-91. 6. 张俊梅,杜密英.极端酶的结构特性及其在食品工业中的应用.食品工
程,2007 (3):17-19.
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研究学术 造就人才 佑启乡邦 振导社会
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展望
由于条件所限, 许多极端微生物的培养受到限制， 这极大地影响了极端微生物研究工作的进行。
极端微生物
生态分布
人为环境 中的嗜冷
菌
由于嗜冷菌可在0 ℃-8 ℃的普通家用冰箱中生长、发育，因而 常常给人的健康带来威胁。通常人们习惯的认为，无论是生、熟 食品，只要放在冰箱中便可长期保存、久置不腐，平安无事。然 而，食物一旦被嗜冷菌污染，久置冰箱，反而使嗜嗜冷菌大量繁 殖，一经食用，便可酿成几环甚或不幸。 对于久置冰箱的食物一定要尽力充分加热处理后再食用。
作用的最佳温度 高 嗜热酶作用 最佳温度大多数 在60～80 ℃之 间,但也有少数
例外。
具有良好 的耐热性
具有良好 的PH和热
稳定性
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生长的最适盐浓度大于 0.2mol/L（氯化物）的微生物 。根据微生物对盐的需要可分 为非嗜盐微生物、弱嗜盐微生 物、中度嗜盐微生物、极端嗜
有关的应用研究
耐辐射微生物大多数都有极强的抗电离辐射，抗氧化，抗干旱的生物功能，随着对这 类微生物的研究逐渐深入，人们越来越关注这类抗逆性很强的微生物应用研究，研究 表明，这类微生物在环境工程、工业、农业、医药、化妆品等方面的有广泛的应用前 景。
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必须生长在高静水压环境中的微生 物称嗜压微生物，因它们均为原核 微生物，也可称嗜压菌。嗜压微生 物普遍生活在深海区，少数生活在
生态分 布
地球上碱性最强的自 然环境是碳酸盐湖及碳 酸盐荒漠，那里的pH 高达10.5—11.0。我国 的碱性环境则有青海湖 等。碳酸盐是这些环境 碱性物质的主要来源。 还有人为产生的碱性环 境如石灰水、碱性污水 等。
生物用 途
嗜碱菌在发酵工业中，可 作为许多种酶制剂的生产 菌。由嗜碱细菌产生的蛋 白酶具有碱性条件下催化 活力高、热稳定性强之优 点，常作为洗涤剂的添加 剂。由嗜碱芽孢杆菌产生 的木聚糖酶能够水解木聚 糖产生木糖和寡聚糖，因 此可用来处理人造纤维废 物。
极端环境下的微生物
嗜盐菌：生存在高浓度盐分的 环境中的微生物
• 如美国的犹他大盐湖（盐度为2.2%）、死 海（2.5%）、里海（1.7%）、海湾和沿海 的礁石池塘等。在这些环境中仍然存在抗高 渗透压微生物。
• （1）抗盐微生物，最适生长盐浓度低 于0.3mol/LNaCl,可生长的盐浓度小于 1mol/LNaCl，主要为肠道细菌和各种微 藻，如伸长盐单胞菌，绿色杜氏藻。
• 应用：
• 1、一种嗜碱金属还原细菌可修复被金 属污染的碱性环境。
• 2、从碱性富砷的盐湖中分离出可转化 的还原嗜碱菌，它可作为电子受体，改 变砷的价态，来改变它在环境中的分布， 以及砷对其他微生物的毒性影响。
• 嗜压菌：生存在深海、深油井和地下煤 矿等，能在这里生存的的微生物。
• 就深海来说
• 3、发酵工业中，可以利用其耐高温的特性， 提高反应温度，增大反应速度，减少中温型 杂菌污染的机会，极端嗜热菌生产乙醇。
• 4、嗜热菌可用于生产多种酶制剂，例如纤维 素酶、蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶、菊糖酶等
嗜冷菌：0°C以下或3-20°C能生长
• 生存在极地、深海、寒冷水体、冷冻土壤 等低温环境。
• 水生嗜热杆菌 • 正常生长在55°C左右耐热可至
75~80°C孢子可在PH6.1的溶液中沸 煮24小时而不失活性。
• 当温度超过80°C时，环境中存在的细 菌主要为古细菌。
绝对厌氧的产甲烷菌
• 坎氏甲烷嗜高热菌 • 从海底热火山口分离得到的，它生长最低温是
84°C，最适温度98°C，在110°C下也能 生长。
• 高温对嗜冷菌的影响： • 1、温度升高，细胞膜失去吸收外界营
养物功能
• 2、低温下，低温微生物吸收和氧化外 源葡萄糖的能力最强，温度升高能力下 降。
极端微生物
2.4 嗜碱微生物
1、嗜碱微生物：最适生长pH在9以上的微生 物 。主要有巴氏芽孢杆菌、嗜碱芽孢杆菌 等。 专性嗜碱微生物 ： 中性条件不能生长 ； 耐碱微生物（碱营养 巴氏芽孢杆菌 微生物）：中性条件甚至酸性条件都能生长。
2、嗜碱微生物有两个主要的生理类群：盐嗜 碱微生物和非盐嗜碱微生物 。前者的生长 需要碱性和高盐度(达33% NaCl+ Na2CO3)。 代表性种属有：外硫红螺菌、甲烷嗜盐菌、 嗜盐碱杆菌、嗜盐碱球菌等。
二、微生物嗜酸的分子机理
• 环境中的H＋影响细胞表面的电荷平衡，影 响细胞的稳定性，与营养物反应使细胞无 法利用营养物质，还会使无毒化合物有毒， 水解细胞中的高分子多聚物，使细胞死亡。
嗜酸菌细胞质pH值为7，细胞内的大多酶最 适pH值也接近7，要求细胞壁或细胞膜能通 过某些方式阻止环境中H＋进入细胞
• 嗜盐微生物的应用 (1)利用菌体发酵，可生产离聚化合物。如聚 羟基丁酸(PHB)可用于可降解生物材料的开 发，又可生产食用蛋白添加剂、表面活性 剂等。 (2)嗜盐古菌和紫膜蛋白能通过构型的改变储 存信息，可作为生物计算机芯片的新材料。 (3)可用于高盐污水的处理。
2.6 嗜压微生物
• 在海洋深处以及深油井中，分布着一些嗜压微生物，它们 生存的环境中压力达一千多个大气压，在常压下它们却是 不能生存的。有人曾经在太平洋靠近菲律宾的10897米深 的海底分离到嗜压的细菌。还发现嗜压的酵母菌。需要高 压才能良好生长的微生物称为嗜压微生物。最适生长压力 为正常压力，但能耐受高压的微生物被称为耐压微生物。 嗜压微生物生长的生态环境:海洋深处和海底沉积物平均 水压超过4.05×107Pa(400个大气压)。
4、嗜碱微生物的机制 (1)钠钾离子质子泵反向运输是嗜碱菌细胞质碱化基 本原因，为了使其发挥作用，需要胞内有足够的 钠离子，钠离子的跨膜循环是必要的。 (2)相关嗜碱菌钠离子／氢离子反向运输的基因已经 从嗜碱菌Bacillus c—25中得到了克隆。 (3)细胞外被是胞内中性环境和胞外碱性环境的分隔， 它是嗜碱微生物嗜碱性的重要基础。 (4)嗜碱微生物可产生大量的碱性酶，为嗜碱微生物 的生存提供了条件。
极端环境微生物分布特点分析
极端环境微生物分布特点分析概述极端环境是指地球上那些极端温度、压力、酸碱度、盐度、辐射等条件下存在的生态环境。
在这些条件下，生命的存在一直是科学家们关注的热门话题。
微生物是地球上最古老、最广泛分布的生物形式之一，而在极端环境中，微生物不仅能够生存，而且可以发挥重要的生态功能。
介绍极端环境中的微生物主要包括嗜热微生物、嗜寒微生物、嗜酸微生物、嗜碱微生物、高盐微生物和辐射耐受微生物等。
它们的分布特点与环境条件密切相关，下面将对这些极端环境微生物的分布特点进行详细分析。
1. 嗜热微生物嗜热微生物是在高温环境下生存和繁殖的微生物，最适生长温度通常超过60℃。
它们广泛存在于地球上的热泉、温泉、地热能发电站等环境中。
这些微生物能够适应极端高温的环境，其细胞结构和酶系统都具有一定的热稳定性，使其能够正常生活和繁殖。
嗜热微生物的发现为人们理解地球上生命起源和生物多样性的形成提供了重要线索。
2. 嗜寒微生物嗜寒微生物是在极寒环境下生存的微生物。
这些微生物存在于冰川、南极、北极等极地区域中。
嗜寒微生物能够通过调节细胞膜的构成和蛋白质结构来适应低温环境。
它们在极寒条件下仍能维持正常的生物代谢活动，具有适应极端环境的独特性。
3. 嗜酸微生物嗜酸微生物是在酸性环境中繁殖的微生物。
它们广泛存在于酸性湖泊、矿山尾矿水和酸性土壤中。
嗜酸微生物能够使用特殊的酶系统来适应酸性环境，其细胞膜和细胞壁具有特殊结构，使其能够在酸性环境中生存和繁殖。
4. 嗜碱微生物嗜碱微生物是在高碱性环境中分布的微生物。
它们主要存在于高碱湖泊、碱性土壤和碱性废水等环境中。
嗜碱微生物能够通过调节膜蛋白的组成，使其具有碱性稳定性，从而适应高碱性环境。
研究发现，一些嗜碱微生物甚至可以在pH值超过12的条件下生存。
5. 高盐微生物高盐微生物是适应高盐环境的微生物。
它们主要存在于盐湖、海盐沼泽和海水中。
高盐微生物具有高度耐盐能力，其细胞具有特殊的氨基酸和脂肪酸组成，藉此来调节渗透压和维持稳定的内部环境。
微生物学名词解释及习题
微生物学名词解释及习题名词解释（1）极端微生物：凡依赖于高温、低温、高酸、高碱、高盐、高毒、高渗、高压、干旱或高辐射强度等环境才能生长繁殖的微生物，称为极端微生物。
（P251）(2) 肽聚糖：又称粘肽、胞壁质或粘质复合物，是真细菌细胞壁中的特有成分。
肽聚糖分子由肽和聚糖两部分组成，其中肽包括四肽尾和肽桥两种，而聚糖则是由N-乙酰葡糖胺和N-乙酰胞壁酸两种单糖相互间隔连接成的长链。
（P12）（3）IgG：IgG是人的免疫球蛋白之一。
IgG 分子是由两轻、两重4条多肽链凭借若干二硫键连接而成的一种Y形分子。
它主要由脾、淋巴结中的浆细胞合成和分泌，以单体形式存在。
IgG是血清主要的抗体成分，约占血清Ig的75%。
根据IgG分子中的r链抗原性差异，人IgG有四个亚型：IgG1、IgG2、IgG3、IgG4。
（P309）（4）免疫应答：是指一类发生在活生物体内的特异性免疫的系列反应过程。
这是一个从抗原的刺激开始，经过抗原特异性淋巴细胞对抗原的识别（感应），使它们发生活化、增值、分化等一系列变化，最终表现出相应的体液免疫或（和）细胞免疫效应。
能识别异己、具特异性和记忆性是免疫应答的三个突出特点。
（P297）（5）基因工程：又称遗传工程，是指人们利用分子生物学的理论和技术，自觉设计、操纵、改造和重建细胞的遗传核心——基因组，从而使生物体的遗传性状发生定向变异，以最大限度地满足人类活动的需要。
（P236）（6）DNA疫苗：又称核酸疫苗或基因疫苗，指一种用编码的基因制成的疫苗。
（P333）（7）两型菌体：（8）菌物：指与动物界、植物界相并列的一大群无叶绿素、依靠细胞表面吸收有机养料、细胞壁一般含有几丁质的真核微生物。
一般包括真菌、粘菌和假菌（卵菌等）三类。
(P41)（9）朊病毒：又称“普利昂”或蛋白浸染子，是一类不含核酸的传染性蛋白质分子，因能引起宿主体内现成的同类蛋白质分子发生与其相似的构象变化，从而可使宿主致病。
生活在极端环境中的微生物们!(一)2024
生活在极端环境中的微生物们!（一）引言概述在地球上，存在着各种各样的生物，在各种不同的环境中生存。
其中，生活在极端环境中的微生物们展现了令人惊叹的适应能力和生存机制。
本文将探讨生活在极端环境中的微生物们所面临的挑战以及它们采取的策略。
正文一、高温环境下的微生物1. 火山喷发中的微生物- 忍受高温的蓝细菌及其代谢途径- 硫化氢的作用及相关微生物2. 温泉中的微生物- 温泉中的热舒适度与微生物类型关系- 热泉中的酸固氨酸细菌及其特殊适应机制3. 深海热液喷口中的微生物- 特殊蓝细菌及其耐高温酶- 微生物的共生关系与环境条件的关联二、低温环境下的微生物1. 极地海洋中的微生物- 耐寒酶在生物适应寒冷环境中的作用- 寒冬微生物群落多样性的研究- 寒冷环境中的营养来源- 微生物的抗冻保护机制3. 冰川中的微生物- 冰川中微生物的遗传多样性- 冰川融化对微生物的影响三、极端酸碱环境中的微生物1. 酸泉中的微生物- 抗酸能力强的嗜极酸菌- 酸泉营养环境对微生物生态的影响2. 硷湖中的微生物- 硷湖中的极端内环境适应机制- 微生物的协同关系及其对环境的影响四、高压环境中的微生物1. 海洋深处的微生物- 深海压力对微生物生物化学过程的影响- 高压下微生物膜脂的适应机制2. 深海沉积物中的微生物- 深海沉积物微生物代谢途径研究- 高压环境中微生物的能量来源1. 霉菌根菌及其与高等植物的共生关系- 霉菌根菌对低氧环境的适应机制- 霉菌根菌在植物营养循环中的作用2. 淹水土壤中的微生物- 微生物对低氧环境的呼吸策略- 淹水土壤微生物群落结构的稳定性总结生活在极端环境中的微生物们展现了惊人的适应能力和生存机制。
无论是高温环境、低温环境、极端酸碱环境、高压环境还是低氧环境，微生物们通过各种策略来应对挑战。
对这些微生物的研究不仅有助于理解生命的多样性，还可以为工业应用和环境保护等领域提供新的启示。
极端微生物
Terms used to describe extremophiles include the following: •Alkaliphile: An organism with optimal growth at pH values above 10. •Barophile: An organism that lives optimally at high hydrostatic pressure. •Endolith: An organism that lives in rocks. •Extreme Acidophile: An organism with a pH optimum for growth at, or below, pH 3. •Extremophile: An organism that is isolated from an extreme environment and often requires the extreme condition for growth. Extreme is anthropocentrically derived. •Halophile: An organism requiring at least 0.2M salt for growth. •Hyperthermophile: An organism having a growth temperature optimum of 80 ℃ or higher. •Psychrophile: An organism having a growth temperature optimum of 15 ℃ or lower, and a maximum temperature of 20 ℃. •Toxitolerant: An organism able to withstand high levels of damaging agents. For example, living in water saturated with benzene, or in the water-core of a nuclear reactor.
极端环境下的微生物
《微生物的秘密世界》
用特殊的压力容器所作的研究表明， 嗜压细菌存在于深海鱼类的内脏中。
深海不仅高压且低温，所以存在于 深海的菌嗜压并嗜冷，为极端嗜压嗜冷 菌。其最适生长温度为2℃，高于10℃ 即将丧失大部分活性。
已知嗜压的细菌还有微球菌属、芽 孢杆菌属、弧菌属、螺菌属等的种类， 但上述种类也可以在普遍大气压条件下 生长。此外，还发现有嗜压的酵母菌。
（四）嗜压微生物的耐高压机理
耐高压或嗜高压微生物的耐高压机理
尚不清楚。但一般高压并不是杀死微生物， 压力只不过是能影响微生物的生理机能和 生物化学反应的速度。在高压下，蛋白质 合成以及细胞膜的运输功能等速度减慢， 致使极端嗜压菌的生长速度缓慢。
增加压力会降低酶与底物结合的能力，
为使细胞内所受的压力减至最小，极端嗜 压菌的酶将其蛋白质分子进行折叠。
能生长。这些专性嗜压菌虽然对高压环境能产生 相对的适应性，但是生长极为缓慢。例如，在3℃、 1000atm气压下培养假单胞菌，其延滞期大约为 4个月，增代时间为33天，一年后才达到静止期， 生长速率仅相当于常压微生物生长速率的1／ 1000。
（二）耐压微生物
最适生长压力为正常压力，但能耐 Байду номын сангаас高压的微生物被称为耐压微生物。
耐压微生物可以在400atm下生长， 它们在1atm和400atm下生长的速度几乎 相等，但代谢速度在1atm时比400atm时 快。耐压菌在500atm以上就不能生长。 (1atm=101.325kPa,上同）
（三）嗜压微生物的分布
海洋深处和海底沉积物平均水压超过 400标准大气压（4.05×10^7Pa）。从深海 底部1000标准大气压处（1.01×10^8Pa）， 分离到嗜压菌pseudomonas bathycetes， 从油井深部约400标准大气压下，分离到嗜 压耐热的硫酸盐还原菌。
极端环境下微生物
列举五种极端环境下微生物及其应用所谓极端环境是指高低温环境，高盐环境，高酸，高碱环境，高酸热环境，高压环境，还有其他特定环境如油田、矿山、火山地、沙漠的干旱地带、地下的厌气环境、原子炉等高放射能环境、高卤环境以及低营养环境等。
能够在这些具有强烈限制性因子的环境下顽强生存的微生物，一般统称为极端环境微生物。
【1.极端嗜盐菌】人们发现在高浓度盐环境中，存在许多抗高渗压的微生物。
我国从新疆和内蒙古的盐碱湖中分离出了一些极端耐盐菌。
它们竟能在含0—15%Nacl的环境中生长。
有些菌株可以在含5%—25%Nacl范围中生长。
极端嗜盐微生物中唯一的真细菌是光合微生物的外硫红螺菌属；唯一的真核嗜盐微生物是杜氏藻类。
微生物学家琼纳斯克在含盐量高达36%盐液中发现一种微生物,命名为Halophiles。
还有地中海嗜盐杆菌等应用：第一，医药工业：西班牙学者报道地中海嗜盐杆菌在高浓度NaCl介质中生长,聚B-羟基丁酸积累达细胞干重的45%,具有一定的应用前景。
PHB能用于医学领域可降解生物材料的开发,如人造骨骼支架、药物微球体、外科手术以及裹伤用品等。
此外,目前发现有些嗜盐菌素对去盐作用不敏感,所以可能有比较广泛的应用领域,筛选抑菌谱广、性质稳定的嗜盐菌素,在理论和实践中具有重要意义。
第二，环境生物治理：嗜盐碱放线菌Nocardioidessp. M6能快速降解污染物2,4,6-三氯酚可应用于环境治理,利用其嗜盐特性除去工业废水中的磷酸盐,还可用于开发盐碱地等。
由于bR蛋白具有质子泵作用,在未来的太阳能利用技术设备中,还可用作海水淡化和研制天然的太阳能电池。
【2.极端嗜碱菌】多生活在盐碱湖和盐池中，生活环境PH值可达11.5以上，最适PH值8—10,但在中性环境如PH值6.5以下，不能生长或生长非常缓慢。
如嗜碱放线菌。
应用：第一，纤维素的降解：B-1,4木聚糖酶(E.C.3.2.1.8)是降解木聚糖的主要酶,降解木聚糖为木聚寡糖或木糖。
极端环境下微生物
列举五种极端环境下微生物及其应用所谓极端环境就是指高低温环境,高盐环境,高酸,高碱环境,高酸热环境,高压环境,还有其她特定环境如油田、矿山、火山地、沙漠的干旱地带、地下的厌气环境、原子炉等高放射能环境、高卤环境以及低营养环境等。
能够在这些具有强烈限制性因子的环境下顽强生存的微生物,一般统称为极端环境微生物。
【1、极端嗜盐菌】人们发现在高浓度盐环境中,存在许多抗高渗压的微生物。
我国从新疆与内蒙古的盐碱湖中分离出了一些极端耐盐菌。
它们竟能在含0—15%Nacl的环境中生长。
有些菌株可以在含5%—25%Nacl范围中生长。
极端嗜盐微生物中唯一的真细菌就是光合微生物的外硫红螺菌属;唯一的真核嗜盐微生物就是杜氏藻类。
微生物学家琼纳斯克在含盐量高达36%盐液中发现一种微生物,命名为Halophiles。
还有地中海嗜盐杆菌等应用:第一,医药工业:西班牙学者报道地中海嗜盐杆菌在高浓度NaCl介质中生长,聚B-羟基丁酸积累达细胞干重的45%,具有一定的应用前景。
PHB能用于医学领域可降解生物材料的开发,如人造骨骼支架、药物微球体、外科手术以及裹伤用品等。
此外,目前发现有些嗜盐菌素对去盐作用不敏感,所以可能有比较广泛的应用领域,筛选抑菌谱广、性质稳定的嗜盐菌素,在理论与实践中具有重要意义。
第二,环境生物治理:嗜盐碱放线菌Nocardioidessp、M6能快速降解污染物2,4,6-三氯酚可应用于环境治理,利用其嗜盐特性除去工业废水中的磷酸盐,还可用于开发盐碱地等。
由于bR蛋白具有质子泵作用,在未来的太阳能利用技术设备中,还可用作海水淡化与研制天然的太阳能电池。
【2、极端嗜碱菌】多生活在盐碱湖与盐池中,生活环境PH值可达11、5以上,最适PH值8—10,但在中性环境如PH值6、5以下,不能生长或生长非常缓慢。
如嗜碱放线菌。
应用:第一,纤维素的降解:B-1,4木聚糖酶(E、C、3、2、1、8)就是降解木聚糖的主要酶,降解木聚糖为木聚寡糖或木糖。
极端微生物
四、应用展望
极端微生物的研究虽然起步晚，但是发展很快，极端微 生物特殊的多样化适应机制及其代谢产物将使某些新的生物 技术手段成为可能，在食品工业、环境保护、医药工业、能 源利用、遗传研究、生产特殊酶制剂等多种生产和科研领域 中发挥着重要的作用，具有广阔的研究与应用前景。
此外，采用基因工程技术，对极端微生物性状、功能进 行有益改良，进而为人类服务，是一条崭新的道路。
稳性高。
2、嗜盐菌
1）在细胞内积累高浓度K+或Na+，或积累大量的小分子 极性物质，如甘油、单糖、氨基酸等，这些极性小分子物质 均可帮助细胞从高盐环境中获取水分，可在胞内随外界环境 渗透压变化而增减其合成和降解的速率。
2）细胞壁成分中不含肽聚糖，而以脂蛋白为主，高浓 度Na+提高了细胞壁蛋白质亚单位之间的结合能力，维护细 胞结构的完整性。
嗜酸热古菌被认为是地球上最古老的生命形式之一，因 此它在生物冶金、元素的地球化学循环等方面起重要作用。
一般认为酸矿水的形成与嗜酸菌有关，这些细菌可以氧 化黄铁矿、黄铜矿以及一些含锰和锌的矿床并产酸，致使废 弃矿坑中的酸度进一步变强，对周边地区的环境和矿产的流 失都有非常大的影响。
虽然嗜酸菌对Cu、Fe、Mn、Zn和S等元素在酸矿水环境中 的地球化学循环有直接影响，但对酸矿水的生物治理也需要 通过对嗜酸菌的研究来找到解决的途径。
生态学——极端环境下的微生物
1.主动脱去体内99％的水分， 1.主动脱去体内99％的水分，代谢率降到几乎等于零 主动脱去体内99 2.-271℃ 150℃ 2.-271℃、150℃ 3.600 600兆帕高压 3.600兆帕高压 4.pH值为1的强酸以及pH值为13 pH值为 pH值为13的强碱下 4.pH值为1的强酸以及pH值为13的强碱下 5.百万分之一毫米汞柱的近真空状态下 百万分之一毫米汞柱的近真空状态下( 5.百万分之一毫米汞柱的近真空状态下(接近太空的 环境) 环境) 6.它们能承受5.7万伦琴的 射线辐射... 6.它们能承受5.7万伦琴的X射线辐射... 它们能承受5.7万伦琴的X
南非矿井中自给自足的微生物 Desulforudis audaxviator
* 利用含铀岩石产生的放射能作为能量 * 能够从周围岩石和空气中获取所需的 所有营养物质并完成新陈代谢过程
* 2011年7月，加州斯克里普斯海洋研究所和 2011年 美国国家地理学会的科学家们确认了一种名 xenophyophore” 为“xenophyophore”的单细胞生物的最深 生存深度纪录11034米 生存深度纪录11034米 * 也是地球上已知最大的单细胞生物
擅长修复其自身 的DNA
* 能够经受住1.8万Gy(吸收剂量)辐射——10Gy辐射 能够经受住1.8 Gy(吸收剂量 辐射——10Gy辐射 1.8万 吸收剂量) ——10Gy 便可致人死亡
美国加州金矿毒液中的耐酸细菌 Ferroplasma acidophilum *能够在酸性极高(pH值为零)的环境下生存 能够在酸性极高(pH值为零)的环境下生存 (pH值为零 *将铁作为几乎所有蛋白质的核心构件
11古菌及极端微生物
气体，对全球气候变暖的 增温作用大约占15%，其 相对二氧化碳的增温效应 值为19。
1.甲烷古菌（又称甲烷菌）可以释放出
甲烷气，它可以生存在极端的环境，包 含了地底深处、沙漠、海洋深处、火山 或地热区、盐湖或盐海、地球以外的星 球等。就目前所知道的、可以在这么极 端的环境下活下来的生物，全部都是有 着上千万年以上的太古生物，其中有甲 烷菌。 2.甲烷菌只需二氧化碳和氢气就能生存， 但只要一遇到氧气就会死亡，它能适应 摄氏2度至115度，和淡水到高盐环境， 并且经过甲烷化过程产生能量；
Deinococcus peraridilitoris球菌是耐辐射球 菌一个鲜为人知的亲戚，被称之为地球上最强 悍的细菌，曾入选《吉尼斯世界纪录大全》。 据悉，这种球菌能够经受住寒冷、真空、干旱 和辐射考验。其强大生存能力的关键在于拥有 多个基因组拷贝。
图片展示的是在红海附近盐滩发现的细菌 Haloquadratum walsbyi。这一地区含盐度 极高，能够幸存下来可谓一个奇迹。方形超扁 平古细菌Haloquadratum walsbyi之所以能 够在这种恶劣条件下生存，是因为它们的表面 体积比是所有地球生物中最高的，能够有效阻 止因所在地区含盐度过高慢慢萎缩。
隐蔽热网菌 Pyrodictium occultum
1977年，美国深海潜水器“阿尔文”号在洋中脊地区 发现了从海底冒出浓烟般的热泉。令人难以置信地是， 在喷出热泉的“黑烟囱”周围水温250-350℃、265大 气压的海水中，竟存在着一个极其奇特、黑暗而酷热 的生命世界。隐蔽热网菌即生活于其中。
今后对产甲烷菌的研究
可以主要集中在以下3个方面 1.通过改进极端环境微生物分类鉴定技 术，发现更多产甲烷菌的类群； 2.对产甲烷菌特征基因及其与代谢的关 系进行更加细致的研究； 3.对产甲烷菌群与其它微生物的协同消 化有机物的代谢进行研究，为环境的生物 治理和生物能源的开发提供理论依据.
极端微生物的特性及应用
极端微生物的特性及应用摘要：依赖极端环境才能正常生长的繁殖的微生物，称为嗜极菌或极端微生物，极端微生物的类型有嗜热微生物、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。
其细胞中的DNA、RNA、蛋白质、脂类和多糖成分，以及其代谢途径、基因表达、抗逆性机制等都与一般生物不同，近年来倍受各国学者们的重视。
关键词：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1.引言嗜极菌是指生活在各种极端恶劣环境下的微生物。
极端环境的如高温、低温、高压、高酸、高碱、高盐、高渗、干旱以及含高浓度的有机溶剂、重金属或其他有毒物质的环境或高辐射环境等。
凡依赖这些环境才能正常生长的繁殖的微生物，称为嗜极菌或极端微生物，极端微生物的类型有嗜热微生物、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。
其细胞中的DNA、RNA、蛋白质、脂类和多糖成分，以及其代谢途径、基因表达、抗逆性机制等都与一般生物不同[1]，因此不仅在生物学基础理论研究中具有重要意义，而且在生产实践（冶金、采矿、石油开采、特种酶制剂和代谢产物的生产等）中具有巨大的应用潜力。
因此，近年来倍受各国学者们的重视。
本文就极端微生物的功能特性、生理机制、工业应用及研究进展等各方面进行阐述。
2.极端酶来自嗜极菌的酶称为极端酶，嗜极菌之所以能生长于超常生态环境条件下,与极端酶具有的非凡功能是分不开的。
极端酶来自嗜极菌,但并非嗜极菌体内所有的酶都是极端酶。
例如,嗜酸菌或嗜碱菌的细胞仍保持接近中性的内环境,其胞内酶仍属中性酶。
但其胞外酶,如淀粉酶和蛋白酶等则不同，仅在极酸或极碱条件下起作用）[2]。
由于适合极端酶生长的条件一般具有腐蚀性,并产生有毒物质,不能用常规发酵系统来生产,因而极端酶的分离纯化目前还限于小规模，低产量水平。
2.1极端酶的稳定因素[3]仅有少数几种极端酶的晶体结构现已搞清楚。
有关极端酶稳定因素的研究主要通过比较极端酶与相应中性酶的一级和二级结构,以及建立计算机模型来进行。
极端环境中的微生物
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，我们将这些微生物叫做极端环境微生物或简称为极端微生物。
在地球的南北极地区、冰窖、终年积雪的高山、深海和冻土地区，生活着一些嗜冷微生物。
专性嗜冷菌适应在低于20℃以下的环境中生活，高于20℃即死亡。
有一种专性嗜冷菌，在温度超过22℃时，其蛋白质的合成就会停止。
专性嗜冷菌的细胞膜内含有大量的不饱和脂肪酸，而且会随温度的降低而增加，从而保证了膜在低温下的流动性，这样，细胞就能在低温下不断从外界环境中吸收营养物质。
兼性嗜冷菌生长的温度范围较宽，最高温度达到30℃时还能生活。
嗜冷微生物是导致低温保藏食品腐败的根源。
嗜热菌俗称高温菌，广泛分布在温泉、堆肥、地热区土壤、火山地区以及海底火山地等。
兼性嗜热菌最适宜生长温度在50-65℃之间，专性嗜热菌最适宜生长温度则在65-70℃之间。
在冰岛，有一种嗜热菌可在98℃的温泉中生长。
在美国黄石国家公园的含硫热泉中，曾经分离到一株嗜热的兼性自养细菌——酸热硫化叶菌（Sulfolobus），它们可以在高于90℃的温度下生长。
近年来，这种细菌已受到了广泛重视，可用于细菌浸矿、石油及煤炭的脱硫。
在一些污泥、温泉和深海地热海水中，生活着能产甲烷的嗜热细菌，生活的环境温度高，盐浓度大，压力也非常高，在实验室很难分离和培养。
嗜热真菌通常存在于堆肥、干草堆和碎木堆等高温环境中，有助于一些有机物的降解。
在发酵工业中，嗜热菌可用于生产多种酶制剂，例如纤维素酶、蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶、菊糖酶等，由这些微生物中产生的酶制剂具有热稳定性好、催化反应速率高，易于在室温下保存。
近年来，嗜热菌研究中最引人注目的成果之一就是将水生栖热菌中耐热的Taq DNA聚合酶用于基因的研究和遗传工程的研究以及基因技术的广泛应用中。
嗜酸菌分布在酸性矿水、酸性热泉等地区，如氧化硫硫杆菌在pH值低于0.5的环境中仍能存活，专性自养嗜酸的氧化亚铁硫杆菌（Thiobacillus ferrooxidans）能氧化硫和铁，并产生硫酸，这两种细菌都是极端嗜酸菌。
极端微生物
美国黄石国家公园的温泉
一、酸性环境中的微生物
嗜酸菌是一种能在低pH条件下生长和繁 嗜酸菌是一种能在低 条件下生长和繁 殖的极端环境微生物，通常在pH2～5生 殖的极端环境微生物，通常在 ～ 生 长很好， 以上生长不好。 长很好，pH5.5以上生长不好。 以上生长不好
• 抗酸微生物
能在强酸环境中生长或生存， 能在强酸环境中生长或生存，但是 最适生长pH在 ～ 之间的微生物 最适生长 在4～9之间的微生物
• 专性嗜酸微生物
必须在pH≤3的环境中才能生长的 必须在pH≤3的环境中才能生长的 微生物
化能自养菌
嗜 酸 微 生 物 类 型
Fe(Ⅱ)氧化菌 Ⅱ 氧化菌 T. ferooxidans 嗜中温菌 黄铁矿环境
氧化亚铁硫杆菌
Fe(Ⅱ)和S0氧化菌 Ⅱ和 T. ferooxidans S. acidocaldarius 嗜热菌 地热地区
2、嗜碱微生物有两个主要的生理类群：盐嗜 碱微生物和非盐嗜碱微生物 。前者的生长 需要碱性和高盐度(达33% NaCl+ Na2CO3)。 代表性种属有：外硫红螺菌、甲烷嗜盐菌、 嗜盐碱杆菌、嗜盐碱球菌等。
3、嗜碱微生物的特征 嗜碱微生物生长最适pH在9以上，但胞内 pH都接近中性。细胞外被是胞内中性环境 和胞外碱性环境的分隔，是嗜碱微生物嗜 碱性的重要因素。其控制机制是具有排出 OH-的功能。嗜碱微生物产生大量的碱性酶， 包括蛋白酶(活性pH 10.5-12)、淀粉酶(活性 pH4.5-11)、果胶酶(活性pH10.0)、支链淀 粉酶(活性pH 9.0)、纤维素酶(活性pH6-11)、 木聚糖酶(活性pH5.5-10)。这些碱性酶被广 泛用于洗涤剂或作其他用途。
嗜酸热硫化叶菌
S0氧化菌 Thiobacillus sp Thiomicrospora 嗜中温菌
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• 应用及研究： （1）利用菌体产生的酶，如从嗜热古细菌 Ther—aquot／cus中分离出来用于PCR技 术的Taq DNA聚合酶。 （2）利用菌体发酵。由于高温反应的优点， 加热条件下的操作也较容易，如用极端嗜 热菌生产乙醇。
2.2 嗜冷微生物
• 在地球两极地区、高山、冰川、海洋深处等地生 活着一类微生物，称嗜冷微生物，根据其生长的 温度特性可分为嗜冷菌和耐冷菌两类。 • 嗜冷菌（<20℃，最适15℃， 0℃下可生长繁殖）， 必须生活在低温条件下，20℃以卜很快即引起死 亡，其适应的温度范围较窄。嗜冷菌数量很少， 即使在南北两极分离到的微生物中嗜冷菌占的比 例也很少。已发现的嗜冷菌有真细菌、蓝细菌、 酵母菌、真菌和藻类及嗜冷古细菌。 • 耐冷菌（最高>20℃，最适>15℃，0～5℃可生长 繁殖) ,冷水中、冰箱中均存在着大量的耐冷菌。 它们能在较宽的温度范围内生长，在许多低温环 境中均可分离到。
• 耐低温机制： (1)不饱和脂肪酸含量增加； (2)缩短酰基链的长度，增加脂肪酸支链的比例和减 少环状脂肪酸的比例等，这嗤为膜的流动性提供 了基础，如嗜冷菌能在2℃转运葡萄糖； (3)嗜冷菌中的蛋白质在低温下能保持结构上的完整 性； (4)嗜冷菌中的酶在低温下具有很高的活性，保持了 嗜冷菌在低温下生命活动的正常进行； (5)嗜冷菌在0℃下具有合成蛋自质的能力，从而保 证了低温下蛋白质的正常合成； (6)冷休克蛋白(could prHein)的产生使得冷休克基因 能正常表达。
• 嗜热微生物的耐热机理： (1)绝大多数革兰氏阳性高温菌的细胞壁是由G—M 及短肽构成的三维网状结构，增加了细菌的耐热 性； (2)嗜热菌细胞膜中含高比例的长链饱和脂肪酸和具 有分支链的脂肪酸，胞膜中含有甘油醚化合物； (3)呼吸链蛋白质的热稳性高； (4)由于tRNA的C碱基含量高，提供了较多的氢键， 故其热稳性高； (5)细胞内含大量的多聚胺； (6)胞内蛋白质具抗热机制，如增加分子内疏水性和 分子外亲水性，共价结合等； (7)许多酶类由于蛋白质一级结构的稳定及钙离子的 保护，耐热性高； (8)新的研究还表明，专性嗜热菌株的质粒携带与抗 热性相关的遗传信息。
美国黄石国家公园的温泉
一、酸性环境中的微生物
嗜酸菌是一种能在低pH条件下生长和繁
殖的极端环境微生物，通常在pH2～5生
长很好，pH5.5以上生长不好。
• 抗酸微生物
能在强酸环境中生长或生存，但是 最适生长pH在4～9之间的微生物
• 专性嗜酸微生物
必须在pH≤3的环境中才能生长的 微生物
第2节 极端微生物的特征
• • • • • • 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 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
2.1 嗜热微生物
• 嗜热微生物是一类生活在高温环境中的微 生物，如火山口及其周围区域、温泉、工 厂高温废水排放区等。
• 按微生物生长的耐热程度的不同可分为5个不同类 群： 耐热菌（<45～55℃，<30℃也能生长） 兼性嗜热菌（50～65℃， <30℃也能生长） 专性嗜热茵（最适65～70℃，不能<40～42℃） 极端嗜热菌（>40 ℃ ，<70 ℃，最适65 ℃ ） 超嗜热菌（最适80～110℃，最低55℃） • 耐热菌、兼性嗜热微生物、专性嗜热微生物和极端 嗜热微生物主要是细菌(真细菌)，超嗜热微生物大 部分是古生菌，但真细菌中也有，如海柄热袍菌属 于此类。
极端环境下的微生物
第1节 什么是极端微生物
1、 极端微生物：一类最适合生活在极端 环境中的微生物的总称 。 2、极端环境：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（200 ℃～300 ℃）、高盐（15％、20 ％、饱和盐液）、高酸（pH＜ 1）、高碱 （pH＞10）、高压（1 000大气压）、寡营 养等等。
• 应用及研究 环境保护方面：在寒冷环境下污染物生物 降解能力的提高可通过低温微生物特有的 冷适应酶实现； 食品及日化方面：Brechleyl发现冷活性， p-半乳糖苷酸可用于降解奶制品中乳糖含 量，使许多对乳糖敏感的人能饮用。此外 冷活性酶可在食品低温加工过程中起重要 作用，其中以脂酶和蛋自酶最具潜力。脂 酶可应用于许多方面如作为食品的风味改 变酶、去污剂添加物，或立体特异性催化 剂等。
2.3 嗜酸微生物
生长最是pH在3~4以下，中性条件不能 生长的微生物
温和的酸性（pH3~5.5）自然环境较为普 遍，如某些湖泊，泥碳土和酸性的沼泽。 极端的酸性环境包括各种酸矿水、酸热泉、 火山湖及地热泉等。
极端嗜酸微生物多分布在金属硫矿床酸 性矿水、生物滤沥堆、煤矿床酸性矿水 以及含硫温泉和土壤中，包括原核微生 物和真核微生物2大类，在极端酸性环 境中的真核生命几乎完全限于微生物。 在黄石公园温泉水体中已分离到光合作 用的藻类。从其他一些地方金属矿区排 水道中分离到原生动物。在常温嗜酸原 核微生物中研究较多的是化能自养型 T．ferooxidans和Thiobacillus thiooxidans，以及呈弯曲螺旋状的 Leptospirillum ferrooxidans。另一类是 自养和异养兼具的嗜酸菌，如 Thiobacillum cuprinus。在嗜酸热微生 物中球形古菌已被分离，如Acidianns、 Metallosphaera和Sulfolobus属中的一些 种。菌株的多样性包括好氧、兼性厌氧 和严格厌氧型。
极端环境其实是一个相对的概念，现在 地球的环境是宇宙中难得的人类家园，而 从宇宙或地球历史上看，所谓极端环境才 是普通环境，极端微生物的研究将有助于 揭示生命起源、生命极限、生命本质甚至 其它生命形式等生命科学的悬念。
Hale Waihona Puke 3、到目前为止，已发现的极端生命形式包括 嗜热菌、嗜冷菌、嗜酸菌、嗜碱菌、嗜盐 菌和嗜压菌等，下面我们将对这六种菌进 行分别的介绍，主要介绍这类菌能够在极 端环境下进行生长的结构基础及酶学特征 和这类菌的研究意义和研究进展。