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极端环境中的微生物



录入时间:2011-12-14 11:31:49 来源:互联网

 

     在自然界中,存在着一些可在绝大多数微生物所不能生长的高温、低温、高酸、高碱、高盐、高压或高辐射强度等极端环境下生活的微生物,例如嗜热菌、嗜冷菌、嗜酸菌、嗜碱菌、嗜盐菌、嗜压菌或耐辐射菌等,它们被称为极端环境微生物或简称极端微生物。

    微生物对极端环境的适应,是自然选择的结果,是生物进化过程的动因之一。了解极端环境下微生物的物种、遗传特性及适应机制,不仅可为生物进化、微生物分类积累资料,提供新的线索,还可直接利用它的特殊基因、特殊机能,培育更有用的新种。因此,研究极端环境中的微生物,在理论上和实践一都且重要的意义。

1.嗜热菌(thermophiles)

    嗜热菌广泛分布在草堆、厩肥、温泉、煤堆、火山地、地热区土壤及海底火山附近等处。在湿热草堆和厩肥中生活着好热的放线菌和芽孢杆菌,它们的生长温度在4565℃,有时甚至可使草堆自燃。一些人为的高温环境,如工厂的热水装置和人造热源等处也是嗜热微生物生长的良好环境。

    嗜热菌的代谢快、酶促反应温度高和增代时间短等特点是中温菌所不及的,在发酵工业、城市和农业废物处理等方面均具有特殊的作用。但嗜热菌的良好抗热性也造成了食品保存上的困难。

    近年来,由于把嗜热菌的耐热DNA多聚酶“Taq”用于多聚酶链式反应(PCR)中,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。PCR是一种DNA分子的体外扩增技术,在1985年由美国Cetus公司人类遗传学实验室的学者所发明。它可使目的DNA分子在体外快速扩增。在正常机体内,DNA的合成必须有一个DNA多聚酶、一个现存的单链DNA模板、一个小片段的RNA引物和若干种合成底物等条件下。在体外,如能满足这些条件,也可实验现DNA的扩增。正常的DNA分子是双链的,它必须在高温下才能解开,而高温又会DNA多聚酶失活。因此,在双链DNA分子解开、复制、再解开、再复制的扩增过程中,必须不断添加DNA多聚酶。1988年后,由于使用了耐热的“Taq”,才使PCR的专一性、收得率、灵敏度、DNA片段长度、复制的忠实、操作简便性和自动化程度有了明显的提高。例如,使用自动化仪器可使48个样品在4小时内同时扩增106 倍。PCR已广泛应用于各种遗传病、病毒病的诊断,胎儿性别的鉴定,司法工作以及人类学和动物学等的研究工作中。在基本理论研究中,PCR也有广泛的应用,例如核苷酸的分析,以及染色畸变和基因突变的研究等。

2.嗜冷菌

    嗜冷菌分布在南北极地区、冰窖、高山、深海和土壤等的低温环境中。嗜冷菌可分为专性和兼性两种,专性嗜冷菌对20℃以下的低温环境有适应性,20℃以上即死亡,如分布在海洋深处、南北极及冰窖中的微生物;兼性嗜冷微生物易从不稳定的低温环境中分离到,其生长的温度范围较宽,最高生长温度甚至可达30℃。嗜冷菌是导致低温保藏食品腐败的根源。

3.嗜酸菌

    大多数微生物生长在pH4.09.0的范围内,最适生长pH接近中性。嗜酸菌分布在酸性矿水、酸性热泉和酸性土壤等处,极端嗜酸菌能生长在pH3以下。如氧化硫硫杆菌的生长pH范围为0945,最适pH2.5,在pH0.5下仍能存活,能氧化硫产生硫酸。(浓度可高达5%一10)。氧化亚铁硫杆菌,为专性自养嗜酸杆菌,能将

还原态的硫化物和金属硫化物氧化产生硫酸,还能把亚铁氧化成高铁,并从中获得能量。这种菌已被广泛用于铜等金属的细菌沥滤中。

4.嗜碱菌

在碱性和中性环境中均可分离到嗜碱菌,专性嗜碱菌可在pHllpHl2的条件下生长,而在中性条件下却不能生长,如巴氏芽孢杆菌在pHll时生长良好,最适pH9.2,而低于pH 9时生长困难。

5.嗜盐菌(halophiles)

    嗜盐菌通常分布在晒盐场、腌制海产品、盐湖和著名的死海等处。如盐生盐杆菌和红皮盐杆菌等。其生长的最适盐浓度高达15%一20%,甚至还能生长在32%的饱和盐水中。嗜盐菌是一种古细菌,它的紫膜具有质子泵和排盐的作用,目前正设法利用这种机制来制造生物能电池和海水淡化装置。

6.嗜压菌(barophiles)

    嗜压菌仅分布在深海底部和深油井等少数地方。嗜压菌与耐压菌不同,它们必须生活在高静水压环境中,而不能在常压下生长。例如,从深海底部压力为l01.325MPa处,分离到一种嗜压的假单胞菌;据报道,有些嗜压菌甚至可在141855MPa的压力下正常生长。由于研究嗜压菌需要特殊的加压设备,特别是不经减压作用,将大洋底部的水样或淤泥转移到高压容器内是非常困难的,于是使得对嗜压菌的研究工作受到一定限制,有关嗜压菌和耐压菌的耐压机制目前还不清楚。

7.抗辐射的微生物

  与上述不同的是,抗辐射微生物对辐射仅有抗性或耐受性,而不是“嗜好”。与微生物有关的辐射有可见光、紫外线、x射线和Y射线,其中生物接触最多、最频繁的是太阳光中的紫外线。 生物如果没有对紫外线损伤的防御机制,也许地表就是生物难以生存的极端环境,。然而生物具多种防御机制,或能使它免受放射线的损伤,或能在损伤后加以修复。抗辐射的微生物就是这类防御机制很发达的生物,把它们分离培养,可作为生物抗辐射机制研究的极好材料。.学全面深入的发展。

 

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