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。

工业应用的木聚糖酶期望在高温(60e)、高pH(>8、0)条件下具有酶活性。

但就是已经得到的木聚糖酶最适反应pH 值在碱性,同时反应温度高于60e的极少。

即使就是从嗜碱微生物中纯化的木聚糖酶,最适pH也多接近中性,不符合工业应用的要求。

第二,洗涤剂工业:碱性纤维素酶在碱性pH范围内具有较高的活性与稳定性,其酶活性不受去污剂与其她洗
涤添加剂的影响,不降解天然纤维素,具备洗涤剂用酶的条件。

第三,造纸工业:在高碱性环境中存在有一类放线菌,我们称之为嗜碱放线菌。

嗜碱放线菌产生多种碱性酶与生物活性物质,如抗生素与酶的抑制剂在食品工业、造纸工业中有广阔的应用前景。

【3、极端嗜热菌】细胞膜中含有高比例的长链饱与脂肪酸与具有分枝链的脂肪酸;及甘油醚化合物,增加了膜的稳定性。

呼吸链蛋白质与细胞内大量的多聚胺,利于热稳定性。

tRNA的热稳定性较高,硫化的核甘酸使tRNA分子的构象变化受到限制并使邻近的碱基增加了堆聚力,利于热稳定性。

代表有:嗜酸热硫化叶菌;菌株121、
应用:第一,嗜热菌可用于细菌浸矿、石油及煤炭的脱硫。

嗜热真菌通常存在于堆肥、干草堆与碎木堆等高温环境中,有助于一些有机物的降解。

利用嗜热菌对废水废料进行厌氧处理,可提高反应速度,消灭污水污物中的病原微生物。

第二,在发酵工业中,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。

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。

第三,嗜热菌研究中最引人注目的成果之一就就是将水生栖热菌中耐热的Taq DNA聚合酶用于基因的研究与遗传工程的研究以及基因技术的广泛应用中。

【4、极端嗜酸菌】在其细胞壁与细胞膜上有阻止H+进入细胞内的成分。

膜表面存在大量的重金属离子如C2+u,其可与周围的H+的进行交换,从而阻止了H+对细胞的损伤。

细胞壁与膜上含有一些特殊的化学成分使得这些微生物具有抗酸能力,泵的功能很强。

基于以上因素,嗜酸菌体内保持中性并忍耐体外高酸浓度。

如氧化硫硫杆菌,酸热硫化叶菌,酸热芽抱杆菌等。

应用:极端嗜酸菌如硫化叶菌可以用于冶金提取矿物;用于煤与石油脱硫处理含硫废气;生产肥料,改良土壤。

如可利用氧化硫硫杆菌分解磷矿粉,提高磷矿粉的速效性,以便提高农作物的产量。

【5、嗜冷菌】嗜冷菌中产生的很多酶在低温下才显示高效的催化效率, 而在高温下很快失活, 这类酶称为嗜冷酶。

嗜冷酶在较低温度下具有比嗜温酶更强的活性,利用这一特点,众多必须在低温条件下进行的催化反应可以更高效的进行,
并避免了一些高温下不必要的化学反应的发生,如在食品工业中保持食品风味要求生产温度不能过高。

同时, 较低的催化温度为工业生产应用节约了大量能源。

嗜冷酶的应用不但利用其高特异活性,节省酶量,而且也因为它们易失活, 从而使酶作用终止。

这样对食物的口感与质量有很好的保持作用, 而不必担心酶持续作用改变食物的结构。

在食品加工过程中, 较低的温度可减少其它中温菌的污染, 缩短加工时间, 避免加热系统的热能消耗。

冷活性淀粉酶与蛋白酶还可在低温条件下加速原料的粉碎过程。

在以上方面来说, 嗜冷酶就是嗜温酶的良好替代物。

嗜冷酶在食品工业方面的应用潜力就是巨大的,冷活性的蛋白酶、脂酶、果胶酶、纤维素酶等已被用于食品加工过程中,其中脂酶与蛋白酶具有相当大的应用潜力,脂酶可应用于许多方面, 如作为食品的风味改变酶、去污添剂添加物或立体特异性催化剂等;蛋白酶也可被大量应用于食品工业(啤酒的处理, 面包店中的应用, 发酵食品的生产, 奶酪生产中的加速成熟作用等)。

综上所述,在天然的极端环境下,生存有独特的微生物,其代谢类型很奇特,很有利用的价值。

尽管,到目前为止,国内外这方面的研究已相当多,但仍有很多类群与机理未弄清楚。

应用领域也有待于探索。

相信随着科学手段的不断提高,开发与应用极端环境的微生物将会出现更加光明的前景。