極端環(huán)境中的微生物

     在自然界中，存在著(zhù)一些可在絕大多數微生物所不能生長(cháng)的高溫、低溫、高酸、高堿、高鹽、高壓或高輻射強度等極端環(huán)境下生活的微生物，例如嗜熱菌、嗜冷菌、嗜酸菌、嗜堿菌、嗜鹽菌、嗜壓菌或耐輻射菌等，它們被稱(chēng)為極端環(huán)境微生物或簡(jiǎn)稱(chēng)極端微生物。

    微生物對極端環(huán)境的適應，是自然選擇的結果，是生物進(jìn)化過(guò)程的動(dòng)因之一。了解極端環(huán)境下微生物的物種、遺傳特性及適應機制，不僅可為生物進(jìn)化、微生物分類(lèi)積累資料，提供新的線(xiàn)索，還可直接利用它的特殊基因、特殊機能，培育更有用的新種。因此，研究極端環(huán)境中的微生物，在理論上和實(shí)踐一都且重要的意義。

1．嗜熱菌(thermophiles)

    嗜熱菌廣泛分布在草堆、廄肥、溫泉、煤堆、火山地、地熱區土壤及海底火山附近等處。在濕熱草堆和廄肥中生活著(zhù)好熱的放線(xiàn)菌和芽孢桿菌，它們的生長(cháng)溫度在45—65℃，有時(shí)甚至可使草堆自燃。一些人為的高溫環(huán)境，如工廠(chǎng)的熱水裝置和人造熱源等處也是嗜熱微生物生長(cháng)的良好環(huán)境。

    嗜熱菌的代謝快、酶促反應溫度高和增代時(shí)間短等特點(diǎn)是中溫菌所不及的，在發(fā)酵工業(yè)、城市和農業(yè)廢物處理等方面均具有特殊的作用。但嗜熱菌的良好抗熱性也造成了食品保存上的困難。

    近年來(lái)，由于把嗜熱菌的耐熱DNA多聚酶“Taq”用于多聚酶鏈式反應（PCR）中，使該反應在科學(xué)研究和醫療等實(shí)際領(lǐng)域的應用中實(shí)現了新的飛躍。PCR是一種DNA分子的體外擴增技術(shù)，在1985年由美國Cetus公司人類(lèi)遺傳學(xué)實(shí)驗室的學(xué)者所發(fā)明。它可使目的DNA分子在體外快速擴增。在正常機體內，DNA的合成必須有一個(gè)DNA多聚酶、一個(gè)現存的單鏈DNA模板、一個(gè)小片段的RNA引物和若干種合成底物等條件下。在體外，如能滿(mǎn)足這些條件，也可實(shí)驗現DNA的擴增。正常的DNA分子是雙鏈的，它必須在高溫下才能解開(kāi)，而高溫又會(huì )DNA多聚酶失活。因此，在雙鏈DNA分子解開(kāi)、復制、再解開(kāi)、再復制的擴增過(guò)程中，必須不斷添加DNA多聚酶。1988年后，由于使用了耐熱的“Taq”，才使PCR的專(zhuān)一性、收得率、靈敏度、DNA片段長(cháng)度、復制的忠實(shí)、操作簡(jiǎn)便性和自動(dòng)化程度有了明顯的提高。例如，使用自動(dòng)化儀器可使48個(gè)樣品在4小時(shí)內同時(shí)擴增106 倍。PCR已廣泛應用于各種遺傳病、病毒病的診斷，胎兒性別的鑒定，司法工作以及人類(lèi)學(xué)和動(dòng)物學(xué)等的研究工作中。在基本理論研究中，PCR也有廣泛的應用，例如核苷酸的分析，以及染色畸變和基因突變的研究等。

2．嗜冷菌

    嗜冷菌分布在南北極地區、冰窖、高山、深海和土壤等的低溫環(huán)境中。嗜冷菌可分為專(zhuān)性和兼性?xún)煞N，專(zhuān)性嗜冷菌對20℃以下的低溫環(huán)境有適應性，20℃以上即死亡，如分布在海洋深處、南北極及冰窖中的微生物；兼性嗜冷微生物易從不穩定的低溫環(huán)境中分離到，其生長(cháng)的溫度范圍較寬，最高生長(cháng)溫度甚至可達30℃。嗜冷菌是導致低溫保藏食品腐敗的根源。

3．嗜酸菌

    大多數微生物生長(cháng)在pH4.0—9.0的范圍內，最適生長(cháng)pH接近中性。嗜酸菌分布在酸性礦水、酸性熱泉和酸性土壤等處，極端嗜酸菌能生長(cháng)在pH3以下。如氧化硫硫桿菌的生長(cháng)pH范圍為0．9—4．5，最適pH為2.5，在pH0.5下仍能存活，能氧化硫產(chǎn)生硫酸。(濃度可高達5％一10％)。氧化亞鐵硫桿菌，為專(zhuān)性自養嗜酸桿菌，能將

還原態(tài)的硫化物和金屬硫化物氧化產(chǎn)生硫酸，還能把亞鐵氧化成高鐵，并從中獲得能量。這種菌已被廣泛用于銅等金屬的細菌瀝濾中。

4．嗜堿菌

在堿性和中性環(huán)境中均可分離到嗜堿菌，專(zhuān)性嗜堿菌可在pHll一pHl2的條件下生長(cháng)，而在中性條件下卻不能生長(cháng)，如巴氏芽孢桿菌在pHll時(shí)生長(cháng)良好，最適pH為9.2，而低于pH 9時(shí)生長(cháng)困難。

5．嗜鹽菌(halophiles)

    嗜鹽菌通常分布在曬鹽場(chǎng)、腌制海產(chǎn)品、鹽湖和著(zhù)名的死海等處。如鹽生鹽桿菌和紅皮鹽桿菌等。其生長(cháng)的最適鹽濃度高達15％一20％，甚至還能生長(cháng)在32％的飽和鹽水中。嗜鹽菌是一種古細菌，它的紫膜具有質(zhì)子泵和排鹽的作用，目前正設法利用這種機制來(lái)制造生物能電池和海水淡化裝置。

6．嗜壓菌(barophiles)

    嗜壓菌僅分布在深海底部和深油井等少數地方。嗜壓菌與耐壓菌不同，它們必須生活在高靜水壓環(huán)境中，而不能在常壓下生長(cháng)。例如，從深海底部壓力為l01.325MPa處，分離到一種嗜壓的假單胞菌；據報道，有些嗜壓菌甚至可在141．855MPa的壓力下正常生長(cháng)。由于研究嗜壓菌需要特殊的加壓設備，特別是不經(jīng)減壓作用，將大洋底部的水樣或淤泥轉移到高壓容器內是非常困難的，于是使得對嗜壓菌的研究工作受到一定限制，有關(guān)嗜壓菌和耐壓菌的耐壓機制目前還不清楚。

7.抗輻射的微生物

  與上述不同的是，抗輻射微生物對輻射僅有抗性或耐受性，而不是“嗜好”。與微生物有關(guān)的輻射有可見(jiàn)光、紫外線(xiàn)、x射線(xiàn)和Y射線(xiàn)，其中生物接觸最多、最頻繁的是太陽(yáng)光中的紫外線(xiàn)。 生物如果沒(méi)有對紫外線(xiàn)損傷的防御機制，也許地表就是生物難以生存的極端環(huán)境，。然而生物具多種防御機制，或能使它免受放射線(xiàn)的損傷，或能在損傷后加以修復�？馆椛涞奈⑸�物就是這類(lèi)防御機制很發(fā)達的生物，把它們分離培養，可作為生物抗輻射機制研究的極好材料。．學(xué)全面深入的發(fā)展。

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