古生菌在环境保护方面的应用

古生菌在环境保护方面的应用

贺龙慧

（生物制药1班生命科学学院黑龙江大学哈尔滨 150080）

摘要:本文介绍了古生菌利用其极端性在环境保护方面的应用，综述了极端微生物及其产生的极端梅在清洁生产、环保型生物材料的生产及环境污染治理中的应用前景及对环境保护的意义。

关键词：古生菌、环境保护、应用、清洁生产、污染治理

Paleozoic bacteria in environmental protection applications

HeLonghui

(The first class of biopharmaceutical, College of Life Science, Heilongjiang University,

Harbin, 150080)

Abstract：This paper introduces the Paleozoic bacteria use its extreme sexual in environmental protection, summarized the application of extreme microbes its extreme mei in cleaner production, environmental biological material production and environmental pollution control application prospect and the significance of environmental protection.

Key words：Archaea、environment protection、application、cleaner production、Pollution abatement 正文：现代基本把生物分为三大领域: 真核生物( Eucarya) ,细菌(Bacteria) 和古菌

(Archaea) . 古菌作为三大领域之一的生物,具有其独特的性质,也是目前生物地球化学研究的热点之一. 古菌和细菌一样,是原核生物,即细胞核没有核膜包裹,细胞核与细胞质没有明显界限. 与真核生物和细菌相比, 古菌代表了生物圈的极限. 例如热网菌属(Pyrodictium) 能在高达121 ℃的温度下存活并生长. 这是至今为止所发现的最耐热生物. 在最初的时候,人们在火山口、盐湖等高热、高盐度、缺氧的极端环境发现有微生物,他们可以在极端恶劣的环境下生存。现在对古生菌的研究主要集中在以下四个类群：产甲烷菌、极端嗜盐菌、极端嗜热菌以及嗜热嗜酸细菌。他们和我们人类的生活息息相关，我们可以在很多方面都应用到他们。尤其是在环境保护中的应用。

极端微生物产生的耐热木聚糖用于造纸工业的清洁生产

造纸工业中的化学漂白产生大量有毒、致癌的含氯废水, 给环境带来严重的

污染, 因此生物漂白技术是造纸业实现清洁生产的发展方向。用极端微生物中的

嗜碱菌产生的耐热木聚糖酶代替氯及其衍生物,可以避免污染的同时减少纸浆成

分的损失。在高温下,木聚糖酶可以打开细胞壁,在漂白阶段促进木质素的去除。

而目前市场上的木聚糖酶在70 ℃以上时迅速变性,用这些酶处理纸浆时,必须先

将纸浆冷却处理后再加热以进行下一个工艺步骤,既浪费时间和能量,又比较繁

琐。因此,利用耐热木聚糖酶进行漂白显示了普通酶无法比拟的优越之处,正在成

为关注和开发的目标。

迄今为止, 只发现少数几种超嗜热极端微生物能分泌具有高热稳定活力的

木聚糖酶。其中大多数来自Thermotogasp1FjSS3 - B11、T1maritime 、T1neapolitana 以及Thermotoga thermarum。这些酶主要在80～105 ℃具有酶活。几个编码木聚糖酶的基因已经被克隆和测序, 来自T1maritima 的木聚糖酶基因在大肠杆菌中被克隆和表达。经比较研究发现, 该酶比目前用于造纸业中的最好的木聚糖酶更具有应用价值。因此极端微生物产生的耐热木聚糖酶用于造纸业的漂白过程, 可实现清洁生产, 从源头削减污染, 对环境保护有重要意义。

极端微生物用于环保型生物材料的生产

以石油为原料制造的塑料在自然环境条件下不易被生物降解, 燃烧时又产生大量的有害气体, 造成的白色污染问题日益严重, 人们一直在致力于可生物降解塑料的研究和开发。以微生物发酵法产生的PHA (聚β2羟基烷酸) 为原料制造的新型塑料, 可被多种微生物完全降解, 开发应用前景十分可观。极端嗜盐菌比普通细菌产生的PHA 中的PHV (聚β2羟基戊酸) 含量较高, 可解决目前以PHB (聚β2羟基丁酸) 制备的塑料韧性不够的问题; 而且由于嗜盐菌在低盐中细胞自溶的特点,将大大简化后处理生产工艺, 有望降低成本, 为目前生产的PHB 由于价格问题而限制大规模生产提供新的出路, 因此极端嗜盐菌产生的PHA 将是用于降低白色污染的重要的环保型生物材料, 对环境保护有重要的意义。

极端微生物用于清洁能源的生产

乙醇是理想的清洁能源, 利用极端微生物中的嗜热菌的高温酒精发酵, 可实现发酵和蒸馏的同步化, 可解决发酵周期长等问题。工业生产中的有机废物、废水和农业废弃物既是巨大的环境污染源, 同时又是再生能源的主要资源, 据统计, 我国农作物秸秆年产出量为6104 亿吨。秸秆、废渣等在高温、酸、碱等条件下易于处理, 极端微生物及其极端酶能够在此类极端环境中实现普通微生物不能完成的对纤维素半纤维素的有效转化。利用微生物混合菌群, 尤其是嗜碱和嗜热微生物或产甲烷菌的合理组合, 有望直接从秸秆发酵产生乙醇或甲烷, 实现环境整治和可再生能源的有机结合。

极端微生物用于洁净煤技术

当前, 煤炭是我国主要的能源之一, 然而大多数煤中都含有很高的无机或有机硫成分, 通常含量约0125 %～7 % , 煤燃烧产生的SO2 直接进入大气中, 促进了酸雨的形成, 所以对煤的直接利用已引起了严重的环境污染。在煤脱硫处理的方法中,微生物除硫既能除去煤中的有机硫, 又能除去无机硫, 因而具有较高的经济价值和社会效益, 对环境保护有重要意义。微生物除硫中发挥作用的微生物主要是极端嗜酸菌。研究表明, 可以利用嗜酸硫杆菌脱除煤中的无机硫, 利用嗜热嗜酸菌(如硫化叶菌)既能脱除煤中无机硫, 也能脱出有机硫。

极端微生物用于极端环境中的污染治理

利用生物方法治理极端环境中的污染物时, 普通微生物甚至在实验室构建的工程菌在实际应用中不能发挥作用, 而极端微生物则是作用的主体。当高原或