大自然的奇迹之极端微生物
科技信息○科教前沿○ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ２００８年第１９期
大自然的奇迹之极端微生物
陈巧媛王璐郁霄
（山东大学威海分校海洋学院山东威海
２６４２０９）
摘要】在南极冰冷的海域中，在盐度高达２．５％的死海，在温度极高的火山口，在压强几百万帕的深海，我们难以想象那里会有生命的存【
在，然而我们的地球是如此神奇，在这样极其恶劣的环境下却存在着曾经不为人知的勇敢的生命———极端微生物，正是它们造就了大自然的奇迹。本文综述了极端微生物的种类及其对环境的适应机制以及应用前景。
关键词】极端微生物；适应机制；应用【
１．随着科技的发展，人们对生活在极端条件下的微生物的
认识也越来越深入。极端环境即对生物生长有限制作用的环境，在
极端环境下能正常生存的微生物即极端微生物，目前主要研究的有嗜热菌、嗜冷菌、嗜压菌、嗜盐菌、嗜酸菌、嗜碱菌等，当然还包括一些耐干旱、抗辐射的微生物。
３．３嗜冷微生物在低温条件下细胞膜面积增大，提高了细胞对营养物质的吸收能力；膜中不饱和脂肪酸的增加保证膜在低温下的流动
性；嗜冷微生物还通过产生高柔顺分子构象的低温酶类以适应低温环境［１１］；环境温度急剧下降时细胞会迅速产生大量冷休克蛋白，与
研究表明当ｍＲＮＡ结合后可促进翻译，从而对低温微生物有保护作用。
嗜冷菌Ｔｒｉｃｈｏｓｐｏｒｏｎｐｕｌｌｕｌａｎｓ所处环境温度由２１℃降到５℃时，细胞内可产生２６种冷休克蛋白。［１２］
它们虽生活在碱３．４嗜碱菌含有嗜碱酶，对细胞构象起稳定作用。＋
性环境，但胞内却是中性。这是由于细胞膜上有Ｎａ／Ｈ＋反向载体，可催
［７］
化细胞排出Ｎａ＋摄入Ｈ＋，从而维持胞质的中性环境。另外嗜碱菌的细胞壁有不同于普通细菌的酸性复合物，如半乳糖醛酸、葡萄糖醛酸、磷
［１３］
酸、谷氨酸、精氨酸等，可降低细胞表面的ＰＨ值。
３．５嗜酸微生物除能产生酸稳定性酶蛋白外，细胞膜上存在的脂质体使Ｈ＋不易进入细胞，［１４］从而使细胞内的ＰＨ值保持中性，维持了细胞完整性。
２．各种各样的极端微生物
热泉、堆肥及太阳辐射极高的２．１嗜热微生物生活在海底火山口、
地表等高温环境。可分三类：（１）极端嗜热菌，最适生长温度在６５℃以上，最高生长温度超过７５℃，最低生长温度超过４０℃。已发现的极端嗜热菌有２０多个属，大多是古细菌；（２）专性嗜热菌，最适生长温度在４０℃以上，最高生长温度超过５５℃。（３）兼性嗜热菌，既能在高于５５℃下生长，又可在中温范围内生长。［１］世界上最早发现嗜热微生物的地方是美国黄石国家公园的热泉中，其水温高达８２℃。目前所发现的最嗜热的微生
［２］
物是一种叫做热叶菌的古菌，能在１１３℃的极端环境下生长。据２００８年４月１８日中国海洋报报道，国家海洋局第三海洋研究所章晓波研究员等人从深海热液区样品中分离纯化到一株烈性高温噬菌体，完成了基因组测序和蛋白质组学分析，并进行了溶原和裂解相关基因的功能研究。国家海洋局科技司组织专家在厦门对他们的研究进行了成果鉴定，专家们一致认为该项成果在深海嗜热细菌及噬菌体的分子生物学研究方面取得了原创性成果。
里海、２．２嗜盐微生物主要生活在含高浓度盐的环境中，如死海、
美国的犹他大盐湖、中国的青海湖等，在腌鱼、咸肉等盐制品上也会存在。根据对盐的不同需要，嗜盐微生物可分为（１）弱嗜盐微生物，最适生长的盐浓度为０．２￣０．５ｍｏｌ／Ｌ．多数海洋微生物都属于这个类群。（２）中度嗜盐微生物，最适生长浓度为０．５￣２．５ｍｏｌ／Ｌ．（３）极端嗜盐微生物，最适生长浓度为２．５￣５．２ｍｏｌ／Ｌ，如已分离出的红皮盐杆菌、鳕盐球菌等。［３］
冰窖、高山、深海和南北极等地２．３嗜冷微生物主要分布在冻土、
区．１９７５年Ｍｏｒｉｔａ根据生长温度的上限不同，对嗜冷微生物进行了区分．［４］一类是嗜冷菌，它们必须生活在低温下，在０℃下生长繁殖，最适温度低于１５℃，最高温度低于２０℃；另一类是耐冷菌，在０～５℃可生长繁
蓝细菌、古生菌、殖，最高温度可达２０℃。已发现的嗜冷微生物有真菌、
［５］
真细菌、藻类和酵母菌。如Ｒａｙ从南极土壤中筛到一株分泌酸性蛋白酶的耐冷菌［６］。
盐碱地、碱性泉甚至海２．４嗜碱微生物生活在碱性环境中：碱湖、
洋等，如肯尼亚的Ｍａｇａｄｉ湖，马里亚纳海沟等。嗜碱微生物的研究相对较晚，６０年代后人们对嗜碱微生物的关注才越来越多。嗜碱微生物可分为（１）耐碱微生物，生长条件为ＰＨ为７￣９，当ＰＨ值大于９．５时则不能生长。（２）嗜碱生物，其生长ＰＨ值为１０～１２。（３）极端嗜碱微生物，最适生长ＰＨ值为１０或以上。（４）兼性嗜碱微生物，最适生长ｐＨ≥１０，但在中性条件下也生长。［７］由于大部分碱湖伴有高盐，许多嗜碱菌同时也是嗜盐菌。
２．５嗜酸微生物主要生长在酸性环境，如含硫的酸性土壤和温泉、酸性热泉、金属硫矿床酸性矿水、生物滤沥堆、火山湖等，那里生存着
［８］
钩端螺菌、硫化叶菌等微生物。一般将最适生长ＰＨ＜３的微生物称为嗜酸微生物。
４．极端微生物的应用与展望
由于极端微生物特殊的生理机能，极端微生物已在各个领域中广泛应用。在食品工业、环境保护、医药工业、能源利用、遗传研究等方面都发挥着重要作用，如嗜冷微生物可通过原位情结作用来恢复受污染的土壤；嗜盐菌可修复人体细胞ＤＮＡ受辐射的损伤；在植物纤维加工方面可利用嗜碱菌代替碱降解工艺来降解天然多聚物，从而减少污染；在食品工业中，一些具有耐热活性的α－淀粉酶已用于淀粉加工、酒精、啤酒等发酵工业生产……极端微生物的研究与应用具有巨大的经济潜力，相信随着科学的进步极端微生物的应用会给人们带来更大的利益。科
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３．极端微生物的适应机制
３．１嗜热菌所以能在高温下生存是由于蛋白质稳定性较高，［９］研究表明嗜热型蛋白质中氨基酸组成多以Ｌｅｕ、Ｐｒｏ、Ｇｌｕ和Ａｒｇ为主，蛋白质二级结构中三股链组成的β折叠结构等也利于蛋白质的稳定［５］；由于核酸中的Ｇ＋Ｃ％含量高，重要的代谢产物能够迅速再合成。
３．２不同的嗜盐微生物采用不同的适应机制，如一些嗜盐菌细胞内离子浓度很高，可维持细胞壁稳定：一些耐盐细菌和耐盐藻类在细胞内大量积累小分子有机物如甘油、氨基酸、单糖等，利于细胞在高盐
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［责任编辑：张艳芳］
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