五种极端环境微生物及应用

上海大学20132014学年冬季学期课程作业课程名称： 环境与生物 课程编号： 1100L601任课教师: 丁国际等 论文题目:浅析极端环境微生物及应用学号： 11124197 姓名： 许梦瑶 评语:浅析极端环境微生物及应用从生命起源至今，地球孕育着各种各样的生命。极端微生物是最适合生活在极端环境中的微生物的总称，也是让人们觉得最不可思议的生物。科学家们相信，极端微生物是这个星球留给人类独特的生物资源和极其珍贵的科研素材。极端自然环境指存在某些特有物理和化学条件以及某些特有微生物的自然环境。在自然界中，有些环境是普通生物不能生存的，如高温、低温、高酸、高碱、高盐、高压、高辐射等。然而，即便是在这些通常被认为是生命禁区的极端环境中，仍然有些微生物在顽强的生活着，我们将这些微生物叫做极端环境微生物或简称为极端微生物。极端微生物包括嗜热、嗜冷、嗜碱、嗜压、嗜金、抗辐射、耐干旱和极端厌氧等多种类型。下面列举的是一部分笔者通过资料查找到的极端微生物。李斯特菌是嗜冷菌的一种，在环境中无处不在，在绝大多数食品中都能找到。肉类、蛋类、禽类、海产品、乳制品、蔬菜等都已被证实是李斯特菌的感染源。嗜冷微生物是导致低温保藏食品腐败的根源。李斯特菌种类繁多，大致有十种，其中单增李斯特菌是唯一能引起人类疾病的。单核增生李斯特菌（Listeria monocytogenes）是一种常见的土壤细菌，在土壤中它是一种腐生菌，以死亡的和正在腐烂的有机物为食。它也是某些食物（主要是鲜奶产品）中的一种污染物，能引起严重食物中毒。单核细胞增生李斯特氏菌是一种人畜共患病的病原菌，能引起人、畜的李氏特菌病，感染后主要表现为败血症、脑膜炎和单核细胞增多。它广泛存在于自然界中，食品中存在的单增李氏菌对人类的安全具有危险，该菌在4的环境中仍可生长繁殖，是冷藏食品威胁人类健康的主要病原菌之一。由于单增李斯特菌具有分布广，存在于土壤、水域(地表水、污水、废水)和各种食用性动植物中；生存环境可塑性大，能在2-42下生存，能在冰箱冷藏室内较长时间生长繁殖；酸性、碱性条件下都适应；牛奶和乳制品；肉类(特别是牛肉)；蔬菜；沙拉；海产品；冰淇凌等食物带菌较高的特点，很多国家都已经采取措施来控制食品中的李斯特菌，并制定了相应的卫生标准。嗜热菌俗称高温菌，广泛分布在温泉、堆肥、地热区土壤、火山地区以及海底火山地等。兼性嗜热菌最适宜生长温度在5065之间，专性嗜热菌最适宜生长温度则在6570之间。在冰岛，有一种嗜热菌可在98的温泉中生长。在美国黄石国家公园的含硫热泉中，曾经分离到一株嗜热的兼性自养细菌酸热硫化叶菌（Sulfolobus），它们可以在高于90的温度下生长。近年来，这种细菌已受到了广泛重视，可用于细菌浸矿、石油及煤炭的脱硫。在一些污泥、温泉和深海地热海水中，生活着能产甲烷的嗜热细菌，生活的环境温度高，盐浓度大，压力也非常高，在实验室很难分离和培养。嗜热真菌通常存在于堆肥、干草堆和碎木堆等高温环境中，有助于一些有机物的降解。在发酵工业中，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。近年来，嗜热菌研究中最引人注目的成果之一就是将水生栖热菌中耐热的Taq DNA聚合酶用于基因的研究和遗传工程的研究以及基因技术的广泛应用中。嗜酸菌分布在酸性矿水、酸性热泉等地区，如氧化硫硫杆菌在pH值低于0.5的环境中仍能存活，专性自养嗜酸的氧化亚铁硫杆菌（Thiobacillus ferrooxidans）能氧化硫和铁，并产生硫酸，这两种细菌都是极端嗜酸菌。在酸性环境中，还存在能够氧化铁的钩端螺旋菌（Leptospira）。嗜酸乳杆菌属于乳杆菌属，革兰氏阳性杆菌，杆的末端呈圆形，主要存在小肠中，释放乳酸，乙酸和一些对有害菌起作用的抗菌素，但是抑菌作用比较弱。嗜酸乳杆菌在人体整个胃肠道中，从上而下调节微生态环境。下是指在大肠中，它们也可以释放有益双歧杆菌等其他益生菌生长的物质，增加大肠内益生菌的数量、增强它们的生命力。人体肠道内益生菌的比例越高，微生态环境就越好，肠道就越显年轻有活力。肠道的健康不仅体现在消化吸收良好、大便正常和不易感染肠道疾病；对全身而言，充足的、有活力的益生菌通过抑制各种有害菌，减少了体内毒素的生成，减轻了肝脏解毒负担；双歧杆菌和嗜酸乳杆菌在肠道内发酵后，还可产生乳酸和醋酸，能提高钙、磷、铁的利用率，促进铁和维生素D的吸收，产生维生素K及维生素B，还可以减少胆固醇的吸收，并能降低辐射对人体的伤害。在碱湖及一些碱性环境中，甚至在一些中性环境中，可分离出嗜碱微生物。在石灰湖出现富营养化的水体中，许多蓝细菌也是嗜碱菌，它们最适的生长pH值在910之间，有一种藻类甚至能在pH13的强碱条件下生长，这是迄今发现的抗碱值最高的微生物。螺旋藻适合生存环境的酸碱度为pH8.6pH9.5，通常是指两种供人类及动物食用的节螺藻属的蓝藻极大节螺藻（学名Arthrospira maxima）及钝顶节螺藻（学名Arthrospira platensis）的通称。这两个品种原先被分入螺旋藻属（学名Spirulina），后被分入节螺藻属，但习惯上仍被称作“螺旋藻”。由于螺旋藻有促进钙吸收、提高免疫力、防止新陈代谢紊乱和衰老的特别功效，其在世界各地都有广泛培植及用作膳食补充剂，通常为药丸状、片状及粉状。它亦在水产业、水族箱及家禽中被用作饲料的补充剂。嗜盐菌通常分布在晒盐场、盐湖、腌制品中以及世界上著名的死海中。嗜盐菌能够在盐浓度为1520%的环境中生长，有的甚至能在32%的盐水中生长。嗜盐菌能引起食品腐败和食物中毒，副溶血弧菌（Vibrio parahaemolyticus）是分布极广的海洋细菌，也是引起食物中毒的主要细菌之一，通过污染海产品、咸菜、烤鹅等致病。嗜盐菌可用于生产胞外多糖、聚羟基丁酸（PHB）、食用蛋白、调味剂、保健食品强化剂、酶保护剂、计算机存储器等，还可用于海水淡化、盐碱地改造利用以及能源开发等。在海洋深处以及深油井中，还分布着一些嗜压微生物，它们生存的环境中压力达一千多个大气压，在常压下它们却是不能生存的。有人曾经在太平洋靠近菲律宾的10897米深的海底分离到嗜压的细菌。还发现嗜压的酵母菌。耐高温和厌氧生长的嗜压菌有望用于油井下产气增压和降低原油粘度，借以提高采收率。嗜压发光杆菌(Photobacterium sp)的DNA中存在与调节压力有关的启动子ompH，这种启动子只有在高压下才能被激活，由该启动子启动的基因也必须在高压下才能进行高水平转录，在该启动子的下游，是受压强调节的操纵子，且只能在高压下表达。此外，许多深海生长的细菌中均存在与ompH类似的启动子和高度保守的下游操纵子，这种特殊的遗传机制确保了嗜压菌在高压环境中生存。嗜压菌有一组能调节压力影响的基因，通过它们减少某些蛋白质的产生率，以便在压力增加的情况下减少膜的通道，从而阻止体内的糖和其他营养成分扩散到体外。在对嗜压菌酶的研究中发现，高压条件下酶往往具有更高的特异性，适当的静压力可以增加酶的活性和稳定性；此外，在高