极端环境微生物microorganisms in ex-treme environments

高盐、高温、低温、高酸、高碱、高酸热、低营养、高干旱、高压、高辐射以至高浓度重金属离子等极端环境下生长的微生物。为了适应生存，经自然选择，分别具强且稳定的特殊结构、机能和遗传基因，以应答相应的强烈限制性因子。它们的物种生态，对阐明生物进化，推动生物分类，具重要的理论意义。这些强烈限制性因子，可用于衡量地球上生命生存的物理化学极限。模拟这些菌的特殊结构，利用它们的特殊机能，可探索新的生理途径，生产新酶，新产品或提高产量。最近已经明确，生物适应特殊环境因子的遗传基因，普遍存在于质粒上，因此有可能把极端环境微生物作为特殊基因库，用以创建有益的新种。
嗜盐菌 在15%以下盐浓度中不生长，最适盐浓度为25～30%。在《伯杰系统细菌学手册》(1984) 中，列有嗜盐菌科(Halobacteriaceae)，它包括两个属，即嗜盐杆菌属(Halobact^erium)和嗜盐球菌属(Halococ-cus)。前者有五个种，即盐制品盐杆菌(H.salinarium)，渥氏盐杆菌(H.volcanii)，嗜醣盐杆菌(H.saccharo-vorum)，死谷盐杆菌(H.vallismortis)和法老盐杆菌(H.pharaonis)。后者仅有鳕鱼盐球菌(H.morrhuae)一个种。1986年报道，嗜盐菌中也有嗜碱的菌，如法老盐杆菌等，其结构特征虽与前两属相同，但最适pH为9～10，并要求低Mg⁺⁺浓度，将这类菌另外定名为嗜盐碱杆菌属(Natronobacterium)和嗜盐碱球菌属(Na-tronococcus)。嗜盐菌多分布于盐湖、死海、晒盐池及盐腌制品上。它们依盐浓度而呈多形态，低盐浓度中失去细胞壁变为球形； 细胞内外不具有大的渗透压差，高离子强度下各种机能正常； 胞壁不含胞壁酸而含甘油二醚类衍生物，属古细菌范畴； 产类胡萝卜素类色素，可行光能营养； 具特殊的嗜盐性酶。现已提取嗜盐酶，正在探索应用途径。
嗜热菌 在40℃以下不能生长的菌，其最适温度为65～70℃，一般可达70～85℃。某些蓝细菌和光合菌可在70℃以上生长； 还有些化能自养菌和异养菌可高于90℃生长。其中重要的属有栖热菌属(Thermus)、嗜热枝原体(Thermoplasma)、嗜热杆菌属(Thermo-bacillus)、嗜热细菌属(Thermobacterium)、高温单孢菌属(Thermomonospora)、高温多孢菌属(Thermopo-lyspora)、嗜热放线菌属(Thermoactinomyces) 及嗜热自养甲烷杆菌(Methanobacterium thermoautotrophi-cum)等。它们广泛分布于自然界的热泉、火山地带、地表热的土壤、堆厩肥、垃圾堆、污泥、粪堆、干草堆、碎木堆、煤堆以及工厂高温排水域等。它们的生长温度取决于细胞膜的类脂熔点和细菌蛋白酶的结构。生长温度升高，胞膜中高熔点的长链饱和脂肪酸含量则增加。用高度纯化的嗜热酶证实了对温度的适应与其含有较多的酸性氨基酸有关，其核糖核蛋白体也与中温菌不同。在嗜热系统信息传递上，出现离异现象，即在转录及转译等环节上发生差错，以适应高温生长。由于嗜热菌对热具良好的稳定性，造成对食品保存的困难。利用它们的世代时间短，代谢快，酶促反应温度高等特点，已用于制取单细胞蛋白及生产多种热稳定性酶。
嗜冷菌 在20℃以下才能生长的菌，其最适温度为15℃。主要有弧菌属(Vibrio)、梭菌属(Clostridium)、假单胞菌属、芽孢杆菌属、无色杆菌属 (Achromo-bacter)、黄杆菌属(Flavobacterium)、微球菌属(Mic-rococcus)、八叠球菌属(Sarcina)、诺卡氏菌属、链霉菌属、酵母菌等。广泛分布于自然界低温域如南北极地、深海海底、低温的沼泽、河流、高山、土壤及冷库等。这类菌的胞壁厚，含较大量的不饱和短链脂肪酸和磷脂。低温下，呼吸耗O2量小，而生长的菌体及菌量却较大。例如在恒化器中培养一株弧菌AF-1,0℃时的呼吸耗O₂量低于15℃时的耗O₂量，菌体相对大43%，且菌量增加一倍，RNA量及蛋白量分别高29%及13%。嗜冷菌体内含酶量大，以补偿低温下酶活性低的不足，它影响冷藏食品的保存。极地菌的细胞在低温下，不冷冻致死，对研究抗冻有一定意义。此外，还可利用嗜冷菌生产某些特定的物质和酶。
嗜碱菌 在pH9-12的环境中生长良好的菌。包括嗜碱的好气及厌气芽孢菌、好气非芽孢菌、放线菌、真菌、酵母菌及噬菌体等。主要有芽孢杆菌属、假单胞菌属、棒杆菌属(Corynebacterium)、黄杆菌属(Flavo-bacterium)、微球菌属(Micrococcus)、链霉菌属等。广泛分布于自然界的碱湖、盐碱土、工厂碱性排水域等。它们在生长、产生孢子及分裂过程中都需要Na+，但胞内是中性的。已从嗜碱芽孢杆菌中分离出带有嗜碱基因的质粒，将在遗传工程中得到应用。工业上利用嗜碱菌产生环糊精，并开展对嗜碱酶的研究，把嗜碱菌用于改良作物和盐碱土亦在探索之中。
嗜酸菌 在pH0.5～4的酸性条件下生长的菌。主要有氧化硫硫杆菌(Thiobacillus thiooxidans)和氧化铁硫杆菌(Thiobacillus ferrooxidans)。两者为化能自养型。分别从硫及二价铁获得能量。嗜酸菌多分布于自然界酸性环境中，如煤矿和金属矿的酸性矿水、酸性土壤、食物以至工厂酸性排水域等。它们体内呈中性或接近中性，在胞内外形成pH梯度，以利于摄取营养及排出代谢产物。目前已应用于微生物冶金。
嗜酸热菌 生长在酸性及40℃以上的菌。主要有嗜酸热枝原体(Thermoplasma acidophilum),pH1～3,57℃; 嗜酸热硫化叶菌(Sulfolobus acidocalda-rius),pH 1～5.9,70～75℃；嗜酸热芽孢杆菌(B.acidocaldarius),pH2～6,65℃及中国最近分出的嗜酸热硫球菌(Sulfosphaerellus thermoacidophilum),pH2.5,70℃。它们多分布于酸性的热泉及热的土壤中，具有嗜热菌及嗜酸菌的特殊结构和机能，其中前两者的胞壁具四醚键类衍生物，属古细菌范畴。已将这类菌用于黄铁矿、黄铜矿等的微生物冶金。

极端环境微生物microorganisms in extreme environments

在高温、高压、低温、高盐、高酸、高碱、高酸热、贫营养、高干旱、高辐射、高浓度重金属离子等极端环境中生长的微生物。为了适应生存，经长期的自然选择，这些微生物分别具有稳定的、与一般生物不同的特殊结构和机能的遗传基因，以应答相应的强烈限制因子。研究这些物种生态对阐明生物进化、推动微生物分类具有重要意义。这些强烈限制因子，可用于衡量地球上生命存在的理化极限。模拟这些菌的特殊结构，利用它们的特殊机能，可探索新的生理途径，生产新酶、新产品或提高产量。现在基本明确，生物适应特殊环境因子的遗传基因，普遍存在于质粒上，因此有可能把极端环境微生物作为特殊基因库，用以创建有益的新种。