微生物生態(tài)學(xué)極端自然環(huán)境中的微生物課件

極端環(huán)境中的微生物生命的極限記錄

溫度：

121

℃（菌株121）

在零下二十?dāng)z氏度的環(huán)境中細(xì)菌仍然能夠存活鹽濃度:

5.5

M

NaCl(32%)

（嗜鹽菌）

pH:

pH

1.0-1.7（阿曼嗜酸亞鐵原體）極端環(huán)境中的微生物生命的極限記錄

1第三章極端自然環(huán)境中的微生物P19第一節(jié)低溫環(huán)境中的微生物第二節(jié)高溫環(huán)境中的微生物第三節(jié)酸性環(huán)境中的微生物第四節(jié)強(qiáng)堿環(huán)境中的微生物第五節(jié)高鹽環(huán)境中的微生物第六節(jié)高壓環(huán)境中的微生物第七節(jié)高輻射環(huán)境中的微生物第三章極端自然環(huán)境中的微生物P19第一節(jié)低溫環(huán)境中的2極端自然環(huán)境特有的物化條件指存在有某些特有物理和化學(xué)條件以及某些特有微生物的自然環(huán)境。高低溫，強(qiáng)酸堿，高壓，高鹽，干燥，輻射，低營(yíng)養(yǎng)等極端自然環(huán)境指存在有某些特有物理和化學(xué)條件以及某些特有微生物3特有的微生物嗜冷菌(Psychrophiles)，嗜高溫菌(Termophiles)，嗜鹽菌(Halophiles)、嗜壓菌(Barophiles)、嗜酸菌(Acidophiles)、嗜堿菌(Alkophiles)以及抗輻射、干燥、抗低營(yíng)養(yǎng)濃度和高濃度重金屬離子的微生物，這些微生物具有一般微生物所沒有的特殊生理和遺傳功能。特有的微生物嗜冷菌(Psychrophiles)，嗜高溫菌(4研究極端環(huán)境中微生物的意義研究其強(qiáng)而穩(wěn)定的特殊結(jié)構(gòu)、機(jī)能和遺傳基因以及應(yīng)答因子，對(duì)闡明物種起源、生物進(jìn)化具有重要意義。研究其生理生化特性，可用于量度地球上生命生存的理化極限，對(duì)探索宇宙星球上的生物有參考價(jià)值；可探索出新的生理途徑，生產(chǎn)新酶和新的生物制劑，使用于特殊環(huán)境條件，如煤脫硫、冶煉金屬、處理有毒廢水、高壓深油井探礦、纖維素高溫發(fā)酵酒精等。研究極端環(huán)境中微生物的意義研究其強(qiáng)而穩(wěn)定的特殊結(jié)構(gòu)、機(jī)能和遺5第一節(jié)低溫環(huán)境中的微生物第一節(jié)低溫環(huán)境中的微生物6一、低溫環(huán)境中的微生物1、低溫環(huán)境長(zhǎng)期低溫：深海，地球兩極的土壤，冰川和高空短期低溫：大多數(shù)地區(qū)的冬季期間（紅雪現(xiàn)象：嗜寒水藻）一、低溫環(huán)境中的微生物1、低溫環(huán)境長(zhǎng)期低溫：深海，地球兩極的7

嗜冷微生物（psychrophiles）耐冷菌（psychrotrophs）嗜中溫微生物（mesophilies）0℃以下或3～20℃能生長(zhǎng)的微生物，最適生長(zhǎng)溫度不超過15℃，最高生長(zhǎng)溫度不超過20℃。0～5℃可生長(zhǎng)繁殖，最適生長(zhǎng)溫度可達(dá)20℃以上的微生物13～45℃下能生長(zhǎng)的微生物低溫微生物嗜冷微生物（psychrophiles）0℃以下或3～282、微生物種類嗜冷菌：噬纖維菌，短桿菌，弧菌(對(duì)高溫敏感，分布范圍窄)耐冷菌：芽胞桿菌，節(jié)桿菌，假單胞菌嗜冷菌絕大多數(shù)是G-菌長(zhǎng)期低溫：深海，兩極，冰川，高空短期低溫：冬季2、微生物種類嗜冷菌：噬纖維菌，短桿菌，弧菌(對(duì)高溫敏感，分9某些低溫環(huán)境中的微生物低溫環(huán)境微生物生長(zhǎng)或生存溫度高空芽胞桿菌0℃丁香假單胞菌-2℃南極上空節(jié)桿菌，短桿菌冰川，山洞節(jié)桿菌，假單胞菌，黃桿菌-5℃～18℃低溫湖泊假單胞菌，弧菌，黃桿菌，不動(dòng)桿菌和各種粘細(xì)菌長(zhǎng)期凍結(jié)的湖泊噬纖維菌地球兩極的土壤固氮菌在1℃下固氮芽胞桿菌，微球菌-7℃某些低溫環(huán)境中的微生物低溫環(huán)境微生物生長(zhǎng)或生存溫度高空芽胞桿1042萬年的南極東方湖（LakeVostok）3593m處的冰芯中分離到的活細(xì)菌。42萬年的南極東方湖（LakeVostok）3593m處11分離自淡水湖及海灣水中的耐冷細(xì)菌群細(xì)菌群海水淡水Azotobactersp.++反硝化菌++蛋白質(zhì)分解菌++紫色非硫細(xì)菌++綠色硫細(xì)菌++硫酸鹽還原菌++硫氧化菌+-纖維分解菌++分離自淡水湖及海灣水中的耐冷細(xì)菌群細(xì)菌群海水淡水Azotob12在低溫下生長(zhǎng)的微生物還有酵母、真菌和藻。嗜冷菌——雪藻在低溫下生長(zhǎng)的微生物還有酵母、真菌和藻。嗜冷菌——雪藻13高溫對(duì)嗜冷菌的影響對(duì)物質(zhì)運(yùn)輸?shù)挠绊懙蜏叵拢蜏匚⑸镂蘸脱趸庠雌咸烟堑哪芰ψ顝?qiáng)，溫度升高，能力下降溫度升高，細(xì)胞膜失去吸收外界環(huán)境營(yíng)養(yǎng)物功能P20-21高溫對(duì)嗜冷菌的影響對(duì)物質(zhì)運(yùn)輸?shù)挠绊慞20-2114對(duì)代謝速率和呼吸酶的影響嗜冷菌的呼吸酶對(duì)溫度敏感，高于20度便失活，這是為什么嗜冷菌必須在低溫下生長(zhǎng)的原因之一。對(duì)代謝速率和呼吸酶的影響15對(duì)蛋白質(zhì)合成的影響

抑制蛋白質(zhì)的合成專性嗜冷菌在22.5度條件下，蛋白質(zhì)的合成停止各種誘導(dǎo)酶、發(fā)光酶和蛋白酶對(duì)溫度相當(dāng)敏感

破壞核糖體的結(jié)構(gòu)和功能溫度升高，影響核糖體結(jié)構(gòu)和功能，影響核糖體RNA和蛋白質(zhì)之間的正常結(jié)合，核糖體的天然結(jié)構(gòu)發(fā)生改變對(duì)蛋白質(zhì)合成的影響16對(duì)細(xì)胞結(jié)構(gòu)的影響破壞細(xì)胞壁Vibriopsychroerythrus在37度下2h，細(xì)胞壁分解細(xì)胞的正常形狀30度處理異常芽孢桿菌時(shí)，細(xì)胞分裂所影響變成絲狀正常的細(xì)胞表面電荷熱處理Vibriopsychroerythrus，細(xì)胞膜的磷脂被釋放到環(huán)境中，增加電泳泳動(dòng)速度細(xì)胞的滲透性熱處理嗜冷菌時(shí)，滲透壓發(fā)生變化引起細(xì)胞裂解對(duì)細(xì)胞結(jié)構(gòu)的影響17對(duì)細(xì)胞分裂、基因調(diào)控和RNA合成的影響

溫度升高，嗜冷菌細(xì)胞分裂受到影響溫度升高，嗜冷菌中阻遏蛋白能更加緊密于DNA結(jié)合，阻礙酶的形成溫度升高，嗜冷菌和耐冷菌RNA合成停止溫度升高，耐冷菌Micrococcuscryophilus中蛋白質(zhì)和DNA含量不變，但由于RNA酶失活而導(dǎo)致RNA含量下降對(duì)細(xì)胞分裂、基因調(diào)控和RNA合成的影響18二、低溫微生物適應(yīng)低溫的分子機(jī)理通過信號(hào)傳導(dǎo)使低溫微生物適應(yīng)低溫環(huán)境膜蛋白的磷酸化、去磷酸化反應(yīng)來感應(yīng)溫度變化

耐冷菌Pseudomonassyringae脂多糖和膜蛋白的磷酸化和去磷酸化反應(yīng)和溫度變化有關(guān)P21-22二、低溫微生物適應(yīng)低溫的分子機(jī)理通過信號(hào)傳導(dǎo)使低溫微生物適應(yīng)19調(diào)整細(xì)胞膜脂類的組成維持膜的流動(dòng)性、通透性，保證膜的正常生理功能增加不飽和脂肪酸比例，使細(xì)胞膜脂類處于流動(dòng)狀態(tài)，保持物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)能力和酶活力增加不飽和脂肪酸的組入，增加不飽和脂肪酸的合成縮短脂肪酸鏈的長(zhǎng)度，增加脂肪酸支鏈的比例，減少環(huán)狀脂肪酸的比例等（有利于膜脂熔點(diǎn)的降低并在低溫下保持液晶態(tài)）脂含量升高、膜面積增大（有利于提高菌體細(xì)胞對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收能力）調(diào)整細(xì)胞膜脂類的組成維持膜的流動(dòng)性、通透性，保證膜的正常生理20生長(zhǎng)在5℃的南極好氧菌，細(xì)胞脂質(zhì)總脂肪酸中棕櫚油酸、油酸等不飽和脂肪酸的含量超過90％。生長(zhǎng)在5℃的南極好氧菌，細(xì)胞脂質(zhì)總脂肪酸中棕櫚油酸、油酸等不21低溫微生物的蛋白質(zhì)和蛋白質(zhì)合成嗜冷菌合成大量的低溫酶類，彌補(bǔ)因低溫導(dǎo)致的反應(yīng)速率下降的問題；嗜冷菌合成產(chǎn)生不同類型的低溫酶類（同功酶），在一定范圍的不同溫度下始終保持代謝活力,維持生命現(xiàn)象。低溫酶在低溫下具有高催化率和高柔順分子構(gòu)象。嗜冷菌中蛋白質(zhì)以單體和多聚體的形式存在（Vibrio中異檸檬酸脫氫酶的單體比二聚體對(duì)熱敏感）低溫微生物的蛋白質(zhì)和蛋白質(zhì)合成嗜冷菌合成大量的低溫酶類，彌補(bǔ)22低溫微生物通過產(chǎn)生冷沖擊蛋白（coldshockprotein）適應(yīng)低溫環(huán)境當(dāng)生長(zhǎng)溫度從21℃降到5℃時(shí)，嗜冷酵母能在12h內(nèi)合成26種冷沖擊蛋白。低溫微生物通過產(chǎn)生冷沖擊蛋白（coldshockprot23應(yīng)對(duì)全球變化可能對(duì)人類的危害

冰箱中低溫微生物的生長(zhǎng)對(duì)食品防腐的挑戰(zhàn)葡萄球菌在低溫下產(chǎn)生毒素；鏈球菌可在冷牛奶中產(chǎn)酸;變形桿菌在低溫下引起雞蛋變黑為研究生物的進(jìn)化提供材料為古氣候的重建提供信息為探索諸如火星等外星生命存在的可能性提供線索三、低溫微生物的潛在應(yīng)用應(yīng)對(duì)全球變化可能對(duì)人類的危害三、低溫微生物的潛在應(yīng)用24低溫微生物對(duì)受污染環(huán)境的原位清潔作用

泄漏于土壤、海洋中的原油、廢棄物等的生物降解耐冷菌能礦化甲苯等多種污染物抗凍基因的獲取與應(yīng)用

植物病原菌假單胞菌在零下3－5度通過產(chǎn)生冰核蛋白在葉子上形成冰晶引起植物凍害，基因敲除與植物抗凍食品發(fā)酵工業(yè)中的應(yīng)用

節(jié)約能源并減少中溫菌污染從低溫微生物中得到脂酶、蛋白酶和－半乳糖肝酶在食品工業(yè)中應(yīng)用洗衣粉中低溫酶開發(fā)低溫微生物對(duì)受污染環(huán)境的原位清潔作用25低溫微生物活性物質(zhì)的潛在應(yīng)用——環(huán)境保護(hù)、醫(yī)藥、食品、日化等領(lǐng)域多不飽和脂肪酸（PloyunsaturatedFattyAcids,PUFAs）抗紫外線物質(zhì)抗菌、抗腫瘤物質(zhì)低溫酶一株南極稀有放線菌的發(fā)酵液中分離到具有抗腫瘤活性的物質(zhì)G905A，經(jīng)鑒定其結(jié)構(gòu)與腫瘤抗生素sandramycin相同。低溫微生物活性物質(zhì)的潛在應(yīng)用多不飽和脂肪酸（Ployunsa26已被研究的微生物低溫酶類酶種類來源菌株酶的最適反應(yīng)溫度主要應(yīng)用范圍蛋白酶假單胞菌20℃去污、食品、皮革、紡織、分子生物學(xué)胰蛋白酶Colwellia-likestrain12℃醫(yī)藥、去污、食品-半乳糖苷酶Colwellia-likestrain15℃乳品工業(yè)檸檬酸合成酶南極細(xì)菌DS2-3R31℃生物轉(zhuǎn)化丙氨酸消旋酶Bacillussp.0℃酶活較高，35℃失活食品儲(chǔ)藏、抗菌劑脂酶Pseudomonassp.25-35℃食品、去污、化妝品、醫(yī)藥已被研究的微生物低溫酶類酶種類來源菌株酶的最適反應(yīng)溫度主要應(yīng)27思考題：1、低溫微生物對(duì)低溫的耐受情況2、低溫微生物生存在低溫條件時(shí)的一般機(jī)理3、低溫微生物的潛在應(yīng)用思考題：28第二節(jié)高溫環(huán)境中的微生物自然界中存在許多自然和人工的高溫環(huán)境正在噴發(fā)的火山（1000℃）、流出的火山巖漿（在500℃以上）、在這些火山周圍的土壤和水深海中地?zé)釁^(qū)沸騰的溫泉（93℃～109℃）、非沸騰的溫泉受太陽光直接輻射的物體表面（60℃～70℃）工業(yè)和家庭熱水器具和工業(yè)排出的冷卻水堆肥等第二節(jié)高溫環(huán)境中的微生物自然界中存在許多自然和人工的高溫29嗜熱微生物（thermophilicmicroorganisms）包括藍(lán)細(xì)菌、光合細(xì)菌、芽孢桿菌、乳酸菌、甲烷菌、甲基營(yíng)養(yǎng)菌、硫氧化菌、硫還原菌、假單胞菌、放線菌、原生動(dòng)物、藻和真菌等。一、高溫環(huán)境中的微生物地?zé)崛葻嵛⑸铮╰hermophilicmicroorgani30不同類群微生物生長(zhǎng)的最高溫度微生物類群生長(zhǎng)的最高溫度（℃）原生動(dòng)物≤65藻≤60真菌≤62藍(lán)細(xì)菌≤73光合細(xì)菌≤73化能自養(yǎng)菌≤90異養(yǎng)菌≤90不同類群微生物生長(zhǎng)的最高溫度微生物類群生長(zhǎng)的最高溫度（℃31一、高溫環(huán)境中的微生物在55℃或55℃以上生長(zhǎng)的微生物都叫做嗜熱菌。專性嗜熱菌：最適生長(zhǎng)溫度在65℃～70℃之間，當(dāng)生長(zhǎng)溫度低于35℃時(shí)，生長(zhǎng)便停止。兼性嗜熱菌（耐熱菌）：生長(zhǎng)溫度范圍介于嗜熱菌和嗜中溫菌生長(zhǎng)溫度（13℃～45℃）之間，其最適生長(zhǎng)溫度在55℃～65℃之間?？篃峋鹤钸m生長(zhǎng)溫度在20℃～50℃之間，但也能在室溫下生長(zhǎng)。一般嗜熱菌可以分為三類：一、高溫環(huán)境中的微生物在55℃或55℃以上生長(zhǎng)的微生物都叫做32微生物生長(zhǎng)溫度說明抗熱菌Bacilluslicheniformis20~50在90℃以上淀粉酶仍有活力B.subtilis其遺傳背景很清楚，是克隆其它嗜熱桿菌基因的良好宿主，兼性嗜熱菌B.coagulans30~60L-乳酸的產(chǎn)生菌Streptomycesthermoviolanceus在55℃以上可以產(chǎn)生抗生素Kluyveromycesmarxianus25～50在48℃下可以發(fā)酵的酵母菌Torulathermophila酵母菌Aspergillusfumigatus從堆肥中得到的真菌Melanocatpusalbomyces從土壤中得到的真菌微生物生長(zhǎng)溫度說明抗熱菌Bacilluslichenifo33微生物生長(zhǎng)溫度（℃）說明專性嗜熱菌>35Bacillussearothermophilis40～80孢子熱穩(wěn)定B.acidocaldarius耐熱嗜酸菌Thermusadaticus45～79在基因放大過程（PCR）中所用的Tag聚合酶Thermononassporachromogena37～65在堆肥中常見的放線菌Mastigocladuslaminosus35～64藍(lán)細(xì)菌Synechococcuslividus55～74藍(lán)細(xì)菌Mathanobacteriumthermoautotrophicum45～75產(chǎn)甲烷Clostridiumthermohydrosulfuricum40～68厭氧菌C.thermocellum40～68在厭氧下降解纖維素Thermoanaerobiumethanolicus35～78在厭氧條件產(chǎn)生乙醇微生物生長(zhǎng)溫度（℃）說明專性嗜熱菌>35Bacilluss34從海底的熱火山口分離得到的坎氏甲烷嗜高熱菌生長(zhǎng)最低溫度是84℃，最適溫度是98℃，在110℃下也能生長(zhǎng)（高于水的沸點(diǎn)）。水生嗜熱桿菌(Thermusaquaticus)Thermus:正常生長(zhǎng)在55℃左右，耐熱可至75～80℃，其孢子可在pH6.1的溶液中沸煮24小時(shí)而不失活從海底的熱火山口分離得到的坎氏甲烷嗜高熱菌生長(zhǎng)最低溫度是8435熱網(wǎng)菌屬（Pyrodictium），最低生長(zhǎng)溫度是82℃，最適溫度是105℃，最高生長(zhǎng)溫度是110℃。隱蔽熱網(wǎng)（Pyrodictiumoccultum）熱網(wǎng)菌屬（Pyrodictium），最低生長(zhǎng)溫度是82℃，最36微生物生長(zhǎng)溫度（℃）說明酸熱菌嗜酸熱硫化葉菌Sulfolobusacidocaldarius50~90耐熱嗜酸，氧化S，在細(xì)菌浸礦中有潛在用途Thermothrixthioparus55～85氧化SDesulfovibriothermophilus50～85SO42-還原菌Methanococcusjannaschii50～95僅能利用H2和CO2產(chǎn)生甲烷抗高壓嗜熱菌Pyrodictiumbrockii80～110在深海火山口分離的厭氧自養(yǎng)菌多數(shù)嗜熱生物屬於古菌，很多嗜熱生物也可以抵抗其它極端環(huán)境，如高酸度或輻射強(qiáng)度。微生物生長(zhǎng)溫度（℃）說明酸熱菌嗜酸熱硫化葉菌50~90耐熱嗜37嗜酸熱硫化葉菌（Sulfolobusacidocaldarius）既嗜酸又嗜熱，能利用S為能源，pH0.5，溫度65－75條件下生長(zhǎng)，最高生長(zhǎng)溫度85－90。在酸性溫泉中能將二價(jià)鐵氧化成三價(jià)鐵，并利用CO2為碳源，用于細(xì)菌浸礦和處理石油和煤中的含硫化合物。嗜酸熱硫化葉菌既嗜酸又嗜熱，能利用S為能源，pH0.5，溫度38極端嗜熱菌超嗜熱生物（極端嗜熱生物）

2003年發(fā)現(xiàn)的一株古菌“菌株121”甚至能在和滅菌鍋相同的溫度，即121℃下，24h內(nèi)，細(xì)胞數(shù)目加倍。

超嗜熱生物最初於1960年代在美國(guó)懷俄明州黃石公園的熱泉中發(fā)現(xiàn)。此后，又發(fā)現(xiàn)了50種以上。一些超嗜熱生物需要至少90℃的高溫才能夠存活。

盡管目前還沒有發(fā)現(xiàn)能在121℃以上正常生活的生物，但它們的存在還是很有可能的（菌株121在130℃下兩個(gè)小時(shí)仍存活，但換入103℃的新鮮培養(yǎng)基后不能繁殖）。大概不存在150℃或更高溫度下存活的生物，因?yàn)镈NA和其它對(duì)生命活動(dòng)很重要的分子在此溫度下會(huì)分解。

極端嗜熱菌超嗜熱生物（極端嗜熱生物）391.原核嗜熱微生物能在高溫條件下生長(zhǎng)的原核微生物包括光合細(xì)菌、化能自養(yǎng)細(xì)菌和一些異養(yǎng)菌。1.原核嗜熱微生物能在高溫條件下生長(zhǎng)的原核微生物包括光合細(xì)40熱變形菌嚴(yán)格厭氧，生長(zhǎng)溫度為70-97℃。pH在2.5～6.5之間，在富硫的溫泉及其它熱的水環(huán)境中找到。熱變形菌嚴(yán)格厭氧，生長(zhǎng)溫度為70-97℃。pH在2.5～6.41當(dāng)溫度超過80℃時(shí)，環(huán)境中存在的細(xì)菌主要為古細(xì)菌（Archae），如:絕對(duì)厭氧的產(chǎn)甲烷細(xì)菌Methanococcusjannaschii能代謝硫的好氧和厭氧細(xì)菌Sulfolobus當(dāng)溫度超過80℃時(shí)，環(huán)境中存在的細(xì)菌主要為古細(xì)菌（Archa42屬名及種數(shù)形態(tài)DNAG+Cmol%生長(zhǎng)溫度/℃最適pH最低最適最高陸地火山分離物硫化葉菌屬（4）裂葉狀375575-85872-3酸菌屬（2）球狀316585-90952火棒菌屬（2）桿狀46741001026海底火山分離物火網(wǎng)菌屬（3）盤狀，有附絲62821051136火球菌屬（2）球狀38701001066-8熱球菌屬（3）球狀38-577088986-7屬名及種數(shù)形態(tài)DNAG+Cmol%生長(zhǎng)溫度/℃最適pH最43真菌2.真核嗜熱菌嗜熱真菌一般存在于許多高溫環(huán)境中，如堆肥、干草堆、谷倉和碎木堆中。在蘑菇栽培過程中，嗜熱真菌的存在有助于堆料中各種多聚物的降解，為以后培養(yǎng)蘑菇提供營(yíng)養(yǎng)物，并可以增加蘑菇產(chǎn)量，縮短堆料時(shí)間。在堆料過程中，許多嗜熱真菌可以降解塑料的增塑劑和聚乙烯。真菌2.真核嗜熱菌嗜熱真菌一般存在于許多高溫環(huán)境中，如堆肥44Cyanidiumcaldarium是一種唯一能在pH<5、溫度高于50℃的自然環(huán)境中生長(zhǎng)的藻類。其最高生長(zhǎng)溫度為55℃～60℃，廣泛分布于酸性溫泉和溫度較高的陸地中。在酸性溫泉排出水中，這種藻類通常與凝結(jié)芽孢桿菌以及真菌Dactylariagallopara生活在一起，后兩種微生物可以從中獲得營(yíng)養(yǎng)。嗜熱藻類Cyanidiumcaldarium是一種唯一能在pH<545二、高溫下微生物生命的分子機(jī)理P25二、高溫下微生物生命的分子機(jī)理P2546細(xì)胞膜p26：增加脂肪酸烷基鏈的長(zhǎng)度降低烷基鏈的不飽和程度增加甲基分枝鏈的比例嗜熱脂肪芽孢桿菌、棲熱菌屬細(xì)胞中含有高比例的長(zhǎng)鏈飽和脂肪酸和具有分枝的脂肪酸，異和前異脂肪?；?zhǔn)侵饕摹Ｊ葻嵫挎邨U菌細(xì)胞膜中含有w－環(huán)己基脂環(huán)族的脂肪酸，有利于在低pH和高溫下維持膜的半滲透功能。含類異戊醇，形成共價(jià)交聯(lián)的雙層膜，在廣泛溫度范圍內(nèi)保持膜的液晶狀態(tài)細(xì)胞膜p26：嗜熱脂肪芽孢桿菌、棲熱菌屬細(xì)胞中含有高比例的47呼吸鏈蛋白呼吸鏈的組分和ATP酶的抗熱性影響微生物的最高生長(zhǎng)溫度，嗜熱脂肪芽孢桿菌中的ATP酶熱穩(wěn)定性高，對(duì)解離劑的抗性大呼吸鏈蛋白48tRNA從嗜熱微生物中提取的tRNA熱穩(wěn)定性高（堿基取代，硫化）多聚胺多聚胺在調(diào)節(jié)核酸合成、蛋白質(zhì)合成和細(xì)胞分裂方面起著重要作用嗜中溫菌中僅含有二聚胺和三聚胺，嗜熱菌中含有更長(zhǎng)鏈的多聚胺嗜熱脂肪芽孢桿菌含有精胺和亞精胺多聚胺可以恢復(fù)無細(xì)胞抽提物的蛋白質(zhì)合成能力熱亞精胺具有熱抗性活力，高溫下穩(wěn)定核糖體和mRNA與氨基酸t(yī)RNA之間的一種三元復(fù)合物tRNA49蛋白質(zhì)P28氨基酸的取代生長(zhǎng)溫度在某種程度上也會(huì)決定蛋白質(zhì)的熱穩(wěn)定性增加分子內(nèi)離子鍵結(jié)合力而穩(wěn)定蛋白質(zhì)合成熱抗性蛋白底物和效應(yīng)物可穩(wěn)定某些酶通過化學(xué)試劑對(duì)酶進(jìn)行化學(xué)修飾或把酶通過共價(jià)鍵交聯(lián)在不溶性的多聚物上，改變蛋白質(zhì)的分子表面，提高酶的熱穩(wěn)定性金屬離子可穩(wěn)定高溫下的蛋白質(zhì)分子真菌和酵母中多羥基醇提高蛋白質(zhì)的熱穩(wěn)定性低水活度利用有機(jī)溶劑和水混合物制備的酶熱穩(wěn)定提高蛋白質(zhì)P2850嗜熱菌和常溫菌若干特點(diǎn)的比較比較項(xiàng)目嗜熱菌常溫菌細(xì)胞膜的耐熱性高低細(xì)胞膜的層次單分子層（類脂疏水端共價(jià)交聯(lián)后形成）雙分子層細(xì)胞膜成分甘油D型，其C2、C3分子上接20C植烷甘油D型，其C2、C3分子上接20C植烷DNA的G+Cmol%較高（平均53.2％）較低（平均44.9％）DNA的氫鍵數(shù)較多較少DNA螺距較短較長(zhǎng)核糖體耐熱性較高較弱tRNA熱穩(wěn)性較強(qiáng)較弱tRNA周轉(zhuǎn)率較高較低酶的耐熱性較高較低酶的穩(wěn)定離子（Ca2+、Zn2+、K+）含量較高含量較低酶中特定氨基酸（Arg、Pro、Ile等）含量較高含量較低嗜熱菌和常溫菌若干特點(diǎn)的比較比較項(xiàng)目嗜熱菌常溫菌細(xì)胞膜的耐熱51優(yōu)點(diǎn)嗜熱菌時(shí)代時(shí)間短，縮短了合成次級(jí)代謝產(chǎn)物的生產(chǎn)周期發(fā)酵溫度高，減少雜菌污染減少冷卻費(fèi)用溫度高，培養(yǎng)基的粘度下降，減少攪拌動(dòng)力高溫下，增加有機(jī)物和無機(jī)鹽的溶解度高溫下，有利于生產(chǎn)揮發(fā)性物質(zhì)，解除末端抑制嗜熱菌產(chǎn)生的酶具有常溫下的高穩(wěn)定性三、嗜熱菌的應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)三、嗜熱菌的應(yīng)用52缺點(diǎn)高溫培養(yǎng)要求高引起水蒸發(fā)，培養(yǎng)基成分的熱不穩(wěn)定性現(xiàn)有的遺傳學(xué)方法改造嗜熱菌還有許多局限性缺點(diǎn)53工業(yè)酶制劑凝結(jié)芽孢桿菌和嗜熱鹽孢桿菌產(chǎn)的葡萄糖異構(gòu)酶在80度下穩(wěn)定30min，生產(chǎn)果糖漿熱纖梭菌的纖維素酶在70度下穩(wěn)定15min，不受鈣、鎂離子影響，用于造紙廢水的處理嗜熱菌產(chǎn)核酸內(nèi)切酶嗜熱芽孢桿菌產(chǎn)熱穩(wěn)定性的菊糖酶，從菊糖生產(chǎn)高果糖漿應(yīng)用工業(yè)酶制劑應(yīng)用54若干嗜熱菌和中溫菌所產(chǎn)耐熱酶的比較產(chǎn)生菌酶熱穩(wěn)定性酶活性半衰期/min溫度/℃嗜熱菌脫硫球菌堿性蛋白酶7.5105水生棲熱菌中性蛋白酶，DNA聚合酶15，4095，95激烈火球菌α-淀粉酶，轉(zhuǎn)化酶240，48h100，95中溫菌藍(lán)棕青霉堿性蛋白酶1059黑曲霉酸性蛋白酶6061枯草芽孢桿菌α-淀粉酶3065若干嗜熱菌和中溫菌所產(chǎn)耐熱酶的比較產(chǎn)生菌酶熱穩(wěn)定性酶活性半衰55嗜熱酶作為生物催化劑的優(yōu)點(diǎn)：酶制劑的成本降低，穩(wěn)定性提高，可在室溫下分離提純和包裝運(yùn)輸，并能長(zhǎng)久保持活性；加快了動(dòng)力學(xué)反應(yīng)；對(duì)反應(yīng)的冷卻系統(tǒng)要求降低，因而降低能耗，降低成本，并減少冷卻過程對(duì)環(huán)境造成的污染；嗜熱酶催化反應(yīng)（超過60℃）過程中很少雜菌污染，提高產(chǎn)品純度，簡(jiǎn)化提純過程；生化過程在高溫下進(jìn)行能增加難溶性物質(zhì)如淀粉類、纖維素類、多芳香類和脂類等的溶解性和可利用性，降低有機(jī)化合物的黏度而利于物質(zhì)的擴(kuò)散和混合。嗜熱酶作為生物催化劑的優(yōu)點(diǎn)：酶制劑的成本降低，穩(wěn)定性提高，可56廢物處理和甲烷生產(chǎn)（高溫型厭氧反應(yīng)器）能把有機(jī)物快速轉(zhuǎn)化為甲烷，減少固體廢棄物的停留改進(jìn)工作效率嗜熱菌生長(zhǎng)效率較低，減少生物量致病菌和病毒受到抑制不用攪拌培養(yǎng)基粘度下降，減少能量甲烷可以作為燃料廢物處理和甲烷生產(chǎn)（高溫型厭氧反應(yīng)器）57堆肥中溫菌生長(zhǎng)代謝產(chǎn)熱，引起堆肥溫度上升（80度）高溫菌主要有芽孢桿菌、鏈霉菌、高溫單胞菌、糖單胞菌屬和高溫放線菌堆肥堆肥堆肥58乙醇生產(chǎn)高溫發(fā)酵可以一邊發(fā)酵一邊進(jìn)行乙醇蒸餾，防止產(chǎn)物抑制，減少冷卻費(fèi)用熱纖梭菌和產(chǎn)乙醇嗜熱厭氧菌混合發(fā)酵生產(chǎn)酒精嗜熱脂肪芽孢桿菌失去合成乳酸脫氫酶用于高溫乙醇發(fā)酵乙醇生產(chǎn)59細(xì)菌冶金和煤脫硫極端耐酸嗜熱菌可以用于浸出和回收礦石中的有用金屬和去除煤中的無機(jī)和有機(jī)硫化合物（嗜酸熱硫化葉菌）。細(xì)菌冶金和煤脫硫60石油開采一般的石油采出率只有30－40％，具有分解石蠟?zāi)芰Φ氖葻峋谖⑸锊捎头矫嬗兄匾饔?，將這些菌注入油井中可以增產(chǎn)50％。石油開采61其它合成次級(jí)代謝產(chǎn)物，抗生素、胞外酶及其它生物活性物質(zhì)（速率快，周期短，產(chǎn)量高）高溫放線菌產(chǎn)熱紅素（Termorubin）和熱綠膠霉素（Thermoviridin）熱紫鏈霉菌在50度下合成粒霉素（Granatimycin）其它62極端環(huán)境中的微生物生命的極限記錄

溫度：

121

℃（菌株121）

在零下二十?dāng)z氏度的環(huán)境中細(xì)菌仍然能夠存活鹽濃度:

5.5

M

NaCl(32%)

（嗜鹽菌）

pH:

pH

1.0-1.7（阿曼嗜酸亞鐵原體）極端環(huán)境中的微生物生命的極限記錄

63第三章極端自然環(huán)境中的微生物P19第一節(jié)低溫環(huán)境中的微生物第二節(jié)高溫環(huán)境中的微生物第三節(jié)酸性環(huán)境中的微生物第四節(jié)強(qiáng)堿環(huán)境中的微生物第五節(jié)高鹽環(huán)境中的微生物第六節(jié)高壓環(huán)境中的微生物第七節(jié)高輻射環(huán)境中的微生物第三章極端自然環(huán)境中的微生物P19第一節(jié)低溫環(huán)境中的64極端自然環(huán)境特有的物化條件指存在有某些特有物理和化學(xué)條件以及某些特有微生物的自然環(huán)境。高低溫，強(qiáng)酸堿，高壓，高鹽，干燥，輻射，低營(yíng)養(yǎng)等極端自然環(huán)境指存在有某些特有物理和化學(xué)條件以及某些特有微生物65特有的微生物嗜冷菌(Psychrophiles)，嗜高溫菌(Termophiles)，嗜鹽菌(Halophiles)、嗜壓菌(Barophiles)、嗜酸菌(Acidophiles)、嗜堿菌(Alkophiles)以及抗輻射、干燥、抗低營(yíng)養(yǎng)濃度和高濃度重金屬離子的微生物，這些微生物具有一般微生物所沒有的特殊生理和遺傳功能。特有的微生物嗜冷菌(Psychrophiles)，嗜高溫菌(66研究極端環(huán)境中微生物的意義研究其強(qiáng)而穩(wěn)定的特殊結(jié)構(gòu)、機(jī)能和遺傳基因以及應(yīng)答因子，對(duì)闡明物種起源、生物進(jìn)化具有重要意義。研究其生理生化特性，可用于量度地球上生命生存的理化極限，對(duì)探索宇宙星球上的生物有參考價(jià)值；可探索出新的生理途徑，生產(chǎn)新酶和新的生物制劑，使用于特殊環(huán)境條件，如煤脫硫、冶煉金屬、處理有毒廢水、高壓深油井探礦、纖維素高溫發(fā)酵酒精等。研究極端環(huán)境中微生物的意義研究其強(qiáng)而穩(wěn)定的特殊結(jié)構(gòu)、機(jī)能和遺67第一節(jié)低溫環(huán)境中的微生物第一節(jié)低溫環(huán)境中的微生物68一、低溫環(huán)境中的微生物1、低溫環(huán)境長(zhǎng)期低溫：深海，地球兩極的土壤，冰川和高空短期低溫：大多數(shù)地區(qū)的冬季期間（紅雪現(xiàn)象：嗜寒水藻）一、低溫環(huán)境中的微生物1、低溫環(huán)境長(zhǎng)期低溫：深海，地球兩極的69

嗜冷微生物（psychrophiles）耐冷菌（psychrotrophs）嗜中溫微生物（mesophilies）0℃以下或3～20℃能生長(zhǎng)的微生物，最適生長(zhǎng)溫度不超過15℃，最高生長(zhǎng)溫度不超過20℃。0～5℃可生長(zhǎng)繁殖，最適生長(zhǎng)溫度可達(dá)20℃以上的微生物13～45℃下能生長(zhǎng)的微生物低溫微生物嗜冷微生物（psychrophiles）0℃以下或3～2702、微生物種類嗜冷菌：噬纖維菌，短桿菌，弧菌(對(duì)高溫敏感，分布范圍窄)耐冷菌：芽胞桿菌，節(jié)桿菌，假單胞菌嗜冷菌絕大多數(shù)是G-菌長(zhǎng)期低溫：深海，兩極，冰川，高空短期低溫：冬季2、微生物種類嗜冷菌：噬纖維菌，短桿菌，弧菌(對(duì)高溫敏感，分71某些低溫環(huán)境中的微生物低溫環(huán)境微生物生長(zhǎng)或生存溫度高空芽胞桿菌0℃丁香假單胞菌-2℃南極上空節(jié)桿菌，短桿菌冰川，山洞節(jié)桿菌，假單胞菌，黃桿菌-5℃～18℃低溫湖泊假單胞菌，弧菌，黃桿菌，不動(dòng)桿菌和各種粘細(xì)菌長(zhǎng)期凍結(jié)的湖泊噬纖維菌地球兩極的土壤固氮菌在1℃下固氮芽胞桿菌，微球菌-7℃某些低溫環(huán)境中的微生物低溫環(huán)境微生物生長(zhǎng)或生存溫度高空芽胞桿7242萬年的南極東方湖（LakeVostok）3593m處的冰芯中分離到的活細(xì)菌。42萬年的南極東方湖（LakeVostok）3593m處73分離自淡水湖及海灣水中的耐冷細(xì)菌群細(xì)菌群海水淡水Azotobactersp.++反硝化菌++蛋白質(zhì)分解菌++紫色非硫細(xì)菌++綠色硫細(xì)菌++硫酸鹽還原菌++硫氧化菌+-纖維分解菌++分離自淡水湖及海灣水中的耐冷細(xì)菌群細(xì)菌群海水淡水Azotob74在低溫下生長(zhǎng)的微生物還有酵母、真菌和藻。嗜冷菌——雪藻在低溫下生長(zhǎng)的微生物還有酵母、真菌和藻。嗜冷菌——雪藻75高溫對(duì)嗜冷菌的影響對(duì)物質(zhì)運(yùn)輸?shù)挠绊懙蜏叵?，低溫微生物吸收和氧化外源葡萄糖的能力最?qiáng)，溫度升高，能力下降溫度升高，細(xì)胞膜失去吸收外界環(huán)境營(yíng)養(yǎng)物功能P20-21高溫對(duì)嗜冷菌的影響對(duì)物質(zhì)運(yùn)輸?shù)挠绊慞20-2176對(duì)代謝速率和呼吸酶的影響嗜冷菌的呼吸酶對(duì)溫度敏感，高于20度便失活，這是為什么嗜冷菌必須在低溫下生長(zhǎng)的原因之一。對(duì)代謝速率和呼吸酶的影響77對(duì)蛋白質(zhì)合成的影響

抑制蛋白質(zhì)的合成專性嗜冷菌在22.5度條件下，蛋白質(zhì)的合成停止各種誘導(dǎo)酶、發(fā)光酶和蛋白酶對(duì)溫度相當(dāng)敏感

破壞核糖體的結(jié)構(gòu)和功能溫度升高，影響核糖體結(jié)構(gòu)和功能，影響核糖體RNA和蛋白質(zhì)之間的正常結(jié)合，核糖體的天然結(jié)構(gòu)發(fā)生改變對(duì)蛋白質(zhì)合成的影響78對(duì)細(xì)胞結(jié)構(gòu)的影響破壞細(xì)胞壁Vibriopsychroerythrus在37度下2h，細(xì)胞壁分解細(xì)胞的正常形狀30度處理異常芽孢桿菌時(shí)，細(xì)胞分裂所影響變成絲狀正常的細(xì)胞表面電荷熱處理Vibriopsychroerythrus，細(xì)胞膜的磷脂被釋放到環(huán)境中，增加電泳泳動(dòng)速度細(xì)胞的滲透性熱處理嗜冷菌時(shí)，滲透壓發(fā)生變化引起細(xì)胞裂解對(duì)細(xì)胞結(jié)構(gòu)的影響79對(duì)細(xì)胞分裂、基因調(diào)控和RNA合成的影響

溫度升高，嗜冷菌細(xì)胞分裂受到影響溫度升高，嗜冷菌中阻遏蛋白能更加緊密于DNA結(jié)合，阻礙酶的形成溫度升高，嗜冷菌和耐冷菌RNA合成停止溫度升高，耐冷菌Micrococcuscryophilus中蛋白質(zhì)和DNA含量不變，但由于RNA酶失活而導(dǎo)致RNA含量下降對(duì)細(xì)胞分裂、基因調(diào)控和RNA合成的影響80二、低溫微生物適應(yīng)低溫的分子機(jī)理通過信號(hào)傳導(dǎo)使低溫微生物適應(yīng)低溫環(huán)境膜蛋白的磷酸化、去磷酸化反應(yīng)來感應(yīng)溫度變化

耐冷菌Pseudomonassyringae脂多糖和膜蛋白的磷酸化和去磷酸化反應(yīng)和溫度變化有關(guān)P21-22二、低溫微生物適應(yīng)低溫的分子機(jī)理通過信號(hào)傳導(dǎo)使低溫微生物適應(yīng)81調(diào)整細(xì)胞膜脂類的組成維持膜的流動(dòng)性、通透性，保證膜的正常生理功能增加不飽和脂肪酸比例，使細(xì)胞膜脂類處于流動(dòng)狀態(tài)，保持物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)能力和酶活力增加不飽和脂肪酸的組入，增加不飽和脂肪酸的合成縮短脂肪酸鏈的長(zhǎng)度，增加脂肪酸支鏈的比例，減少環(huán)狀脂肪酸的比例等（有利于膜脂熔點(diǎn)的降低并在低溫下保持液晶態(tài)）脂含量升高、膜面積增大（有利于提高菌體細(xì)胞對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收能力）調(diào)整細(xì)胞膜脂類的組成維持膜的流動(dòng)性、通透性，保證膜的正常生理82生長(zhǎng)在5℃的南極好氧菌，細(xì)胞脂質(zhì)總脂肪酸中棕櫚油酸、油酸等不飽和脂肪酸的含量超過90％。生長(zhǎng)在5℃的南極好氧菌，細(xì)胞脂質(zhì)總脂肪酸中棕櫚油酸、油酸等不83低溫微生物的蛋白質(zhì)和蛋白質(zhì)合成嗜冷菌合成大量的低溫酶類，彌補(bǔ)因低溫導(dǎo)致的反應(yīng)速率下降的問題；嗜冷菌合成產(chǎn)生不同類型的低溫酶類（同功酶），在一定范圍的不同溫度下始終保持代謝活力,維持生命現(xiàn)象。低溫酶在低溫下具有高催化率和高柔順分子構(gòu)象。嗜冷菌中蛋白質(zhì)以單體和多聚體的形式存在（Vibrio中異檸檬酸脫氫酶的單體比二聚體對(duì)熱敏感）低溫微生物的蛋白質(zhì)和蛋白質(zhì)合成嗜冷菌合成大量的低溫酶類，彌補(bǔ)84低溫微生物通過產(chǎn)生冷沖擊蛋白（coldshockprotein）適應(yīng)低溫環(huán)境當(dāng)生長(zhǎng)溫度從21℃降到5℃時(shí)，嗜冷酵母能在12h內(nèi)合成26種冷沖擊蛋白。低溫微生物通過產(chǎn)生冷沖擊蛋白（coldshockprot85應(yīng)對(duì)全球變化可能對(duì)人類的危害

冰箱中低溫微生物的生長(zhǎng)對(duì)食品防腐的挑戰(zhàn)葡萄球菌在低溫下產(chǎn)生毒素；鏈球菌可在冷牛奶中產(chǎn)酸;變形桿菌在低溫下引起雞蛋變黑為研究生物的進(jìn)化提供材料為古氣候的重建提供信息為探索諸如火星等外星生命存在的可能性提供線索三、低溫微生物的潛在應(yīng)用應(yīng)對(duì)全球變化可能對(duì)人類的危害三、低溫微生物的潛在應(yīng)用86低溫微生物對(duì)受污染環(huán)境的原位清潔作用

泄漏于土壤、海洋中的原油、廢棄物等的生物降解耐冷菌能礦化甲苯等多種污染物抗凍基因的獲取與應(yīng)用

植物病原菌假單胞菌在零下3－5度通過產(chǎn)生冰核蛋白在葉子上形成冰晶引起植物凍害，基因敲除與植物抗凍食品發(fā)酵工業(yè)中的應(yīng)用

節(jié)約能源并減少中溫菌污染從低溫微生物中得到脂酶、蛋白酶和－半乳糖肝酶在食品工業(yè)中應(yīng)用洗衣粉中低溫酶開發(fā)低溫微生物對(duì)受污染環(huán)境的原位清潔作用87低溫微生物活性物質(zhì)的潛在應(yīng)用——環(huán)境保護(hù)、醫(yī)藥、食品、日化等領(lǐng)域多不飽和脂肪酸（PloyunsaturatedFattyAcids,PUFAs）抗紫外線物質(zhì)抗菌、抗腫瘤物質(zhì)低溫酶一株南極稀有放線菌的發(fā)酵液中分離到具有抗腫瘤活性的物質(zhì)G905A，經(jīng)鑒定其結(jié)構(gòu)與腫瘤抗生素sandramycin相同。低溫微生物活性物質(zhì)的潛在應(yīng)用多不飽和脂肪酸（Ployunsa88已被研究的微生物低溫酶類酶種類來源菌株酶的最適反應(yīng)溫度主要應(yīng)用范圍蛋白酶假單胞菌20℃去污、食品、皮革、紡織、分子生物學(xué)胰蛋白酶Colwellia-likestrain12℃醫(yī)藥、去污、食品-半乳糖苷酶Colwellia-likestrain15℃乳品工業(yè)檸檬酸合成酶南極細(xì)菌DS2-3R31℃生物轉(zhuǎn)化丙氨酸消旋酶Bacillussp.0℃酶活較高，35℃失活食品儲(chǔ)藏、抗菌劑脂酶Pseudomonassp.25-35℃食品、去污、化妝品、醫(yī)藥已被研究的微生物低溫酶類酶種類來源菌株酶的最適反應(yīng)溫度主要應(yīng)89思考題：1、低溫微生物對(duì)低溫的耐受情況2、低溫微生物生存在低溫條件時(shí)的一般機(jī)理3、低溫微生物的潛在應(yīng)用思考題：90第二節(jié)高溫環(huán)境中的微生物自然界中存在許多自然和人工的高溫環(huán)境正在噴發(fā)的火山（1000℃）、流出的火山巖漿（在500℃以上）、在這些火山周圍的土壤和水深海中地?zé)釁^(qū)沸騰的溫泉（93℃～109℃）、非沸騰的溫泉受太陽光直接輻射的物體表面（60℃～70℃）工業(yè)和家庭熱水器具和工業(yè)排出的冷卻水堆肥等第二節(jié)高溫環(huán)境中的微生物自然界中存在許多自然和人工的高溫91嗜熱微生物（thermophilicmicroorganisms）包括藍(lán)細(xì)菌、光合細(xì)菌、芽孢桿菌、乳酸菌、甲烷菌、甲基營(yíng)養(yǎng)菌、硫氧化菌、硫還原菌、假單胞菌、放線菌、原生動(dòng)物、藻和真菌等。一、高溫環(huán)境中的微生物地?zé)崛葻嵛⑸铮╰hermophilicmicroorgani92不同類群微生物生長(zhǎng)的最高溫度微生物類群生長(zhǎng)的最高溫度（℃）原生動(dòng)物≤65藻≤60真菌≤62藍(lán)細(xì)菌≤73光合細(xì)菌≤73化能自養(yǎng)菌≤90異養(yǎng)菌≤90不同類群微生物生長(zhǎng)的最高溫度微生物類群生長(zhǎng)的最高溫度（℃93一、高溫環(huán)境中的微生物在55℃或55℃以上生長(zhǎng)的微生物都叫做嗜熱菌。專性嗜熱菌：最適生長(zhǎng)溫度在65℃～70℃之間，當(dāng)生長(zhǎng)溫度低于35℃時(shí)，生長(zhǎng)便停止。兼性嗜熱菌（耐熱菌）：生長(zhǎng)溫度范圍介于嗜熱菌和嗜中溫菌生長(zhǎng)溫度（13℃～45℃）之間，其最適生長(zhǎng)溫度在55℃～65℃之間?？篃峋鹤钸m生長(zhǎng)溫度在20℃～50℃之間，但也能在室溫下生長(zhǎng)。一般嗜熱菌可以分為三類：一、高溫環(huán)境中的微生物在55℃或55℃以上生長(zhǎng)的微生物都叫做94微生物生長(zhǎng)溫度說明抗熱菌Bacilluslicheniformis20~50在90℃以上淀粉酶仍有活力B.subtilis其遺傳背景很清楚，是克隆其它嗜熱桿菌基因的良好宿主，兼性嗜熱菌B.coagulans30~60L-乳酸的產(chǎn)生菌Streptomycesthermoviolanceus在55℃以上可以產(chǎn)生抗生素Kluyveromycesmarxianus25～50在48℃下可以發(fā)酵的酵母菌Torulathermophila酵母菌Aspergillusfumigatus從堆肥中得到的真菌Melanocatpusalbomyces從土壤中得到的真菌微生物生長(zhǎng)溫度說明抗熱菌Bacilluslichenifo95微生物生長(zhǎng)溫度（℃）說明專性嗜熱菌>35Bacillussearothermophilis40～80孢子熱穩(wěn)定B.acidocaldarius耐熱嗜酸菌Thermusadaticus45～79在基因放大過程（PCR）中所用的Tag聚合酶Thermononassporachromogena37～65在堆肥中常見的放線菌Mastigocladuslaminosus35～64藍(lán)細(xì)菌Synechococcuslividus55～74藍(lán)細(xì)菌Mathanobacteriumthermoautotrophicum45～75產(chǎn)甲烷Clostridiumthermohydrosulfuricum40～68厭氧菌C.thermocellum40～68在厭氧下降解纖維素Thermoanaerobiumethanolicus35～78在厭氧條件產(chǎn)生乙醇微生物生長(zhǎng)溫度（℃）說明專性嗜熱菌>35Bacilluss96從海底的熱火山口分離得到的坎氏甲烷嗜高熱菌生長(zhǎng)最低溫度是84℃，最適溫度是98℃，在110℃下也能生長(zhǎng)（高于水的沸點(diǎn)）。水生嗜熱桿菌(Thermusaquaticus)Thermus:正常生長(zhǎng)在55℃左右，耐熱可至75～80℃，其孢子可在pH6.1的溶液中沸煮24小時(shí)而不失活從海底的熱火山口分離得到的坎氏甲烷嗜高熱菌生長(zhǎng)最低溫度是8497熱網(wǎng)菌屬（Pyrodictium），最低生長(zhǎng)溫度是82℃，最適溫度是105℃，最高生長(zhǎng)溫度是110℃。隱蔽熱網(wǎng)（Pyrodictiumoccultum）熱網(wǎng)菌屬（Pyrodictium），最低生長(zhǎng)溫度是82℃，最98微生物生長(zhǎng)溫度（℃）說明酸熱菌嗜酸熱硫化葉菌Sulfolobusacidocaldarius50~90耐熱嗜酸，氧化S，在細(xì)菌浸礦中有潛在用途Thermothrixthioparus55～85氧化SDesulfovibriothermophilus50～85SO42-還原菌Methanococcusjannaschii50～95僅能利用H2和CO2產(chǎn)生甲烷抗高壓嗜熱菌Pyrodictiumbrockii80～110在深?；鹕娇诜蛛x的厭氧自養(yǎng)菌多數(shù)嗜熱生物屬於古菌，很多嗜熱生物也可以抵抗其它極端環(huán)境，如高酸度或輻射強(qiáng)度。微生物生長(zhǎng)溫度（℃）說明酸熱菌嗜酸熱硫化葉菌50~90耐熱嗜99嗜酸熱硫化葉菌（Sulfolobusacidocaldarius）既嗜酸又嗜熱，能利用S為能源，pH0.5，溫度65－75條件下生長(zhǎng)，最高生長(zhǎng)溫度85－90。在酸性溫泉中能將二價(jià)鐵氧化成三價(jià)鐵，并利用CO2為碳源，用于細(xì)菌浸礦和處理石油和煤中的含硫化合物。嗜酸熱硫化葉菌既嗜酸又嗜熱，能利用S為能源，pH0.5，溫度100極端嗜熱菌超嗜熱生物（極端嗜熱生物）

2003年發(fā)現(xiàn)的一株古菌“菌株121”甚至能在和滅菌鍋相同的溫度，即121℃下，24h內(nèi)，細(xì)胞數(shù)目加倍。

超嗜熱生物最初於1960年代在美國(guó)懷俄明州黃石公園的熱泉中發(fā)現(xiàn)。此后，又發(fā)現(xiàn)了50種以上。一些超嗜熱生物需要至少90℃的高溫才能夠存活。

盡管目前還沒有發(fā)現(xiàn)能在121℃以上正常生活的生物，但它們的存在還是很有可能的（菌株121在130℃下兩個(gè)小時(shí)仍存活，但換入103℃的新鮮培養(yǎng)基后不能繁殖）。大概不存在150℃或更高溫度下存活的生物，因?yàn)镈NA和其它對(duì)生命活動(dòng)很重要的分子在此溫度下會(huì)分解。

極端嗜熱菌超嗜熱生物（極端嗜熱生物）1011.原核嗜熱微生物能在高溫條件下生長(zhǎng)的原核微生物包括光合細(xì)菌、化能自養(yǎng)細(xì)菌和一些異養(yǎng)菌。1.原核嗜熱微生物能在高溫條件下生長(zhǎng)的原核微生物包括光合細(xì)102熱變形菌嚴(yán)格厭氧，生長(zhǎng)溫度為70-97℃。pH在2.5～6.5之間，在富硫的溫泉及其它熱的水環(huán)境中找到。熱變形菌嚴(yán)格厭氧，生長(zhǎng)溫度為70-97℃。pH在2.5～6.103當(dāng)溫度超過80℃時(shí)，環(huán)境中存在的細(xì)菌主要為古細(xì)菌（Archae），如:絕對(duì)厭氧的產(chǎn)甲烷細(xì)菌Methanococcusjannaschii能代謝硫的好氧和厭氧細(xì)菌Sulfolobus當(dāng)溫度超過80℃時(shí)，環(huán)境中存在的細(xì)菌主要為古細(xì)菌（Archa104屬名及種數(shù)形態(tài)DNAG+Cmol%生長(zhǎng)溫度/℃最適pH最低最適最高陸地火山分離物硫化葉菌屬（4）裂葉狀375575-85872-3酸菌屬（2）球狀316585-90952火棒菌屬（2）桿狀46741001026海底火山分離物火網(wǎng)菌屬（3）盤狀，有附絲62821051136火球菌屬（2）球狀38701001066-8熱球菌屬（3）球狀38-577088986-7屬名及種數(shù)形態(tài)DNAG+Cmol%生長(zhǎng)溫度/℃最適pH最105真菌2.真核嗜熱菌嗜熱真菌一般存在于許多高溫環(huán)境中，如堆肥、干草堆、谷倉和碎木堆中。在蘑菇栽培過程中，嗜熱真菌的存在有助于堆料中各種多聚物的降解，為以后培養(yǎng)蘑菇提供營(yíng)養(yǎng)物，并可以增加蘑菇產(chǎn)量，縮短堆料時(shí)間。在堆料過程中，許多嗜熱真菌可以降解塑料的增塑劑和聚乙烯。真菌2.真核嗜熱菌嗜熱真菌一般存在于許多高溫環(huán)境中，如堆肥106Cyanidiumcaldarium是一種唯一能在pH<5、溫度高于50℃的自然環(huán)境中生長(zhǎng)的藻類。其最高生長(zhǎng)溫度為55℃～60℃，廣泛分布于酸性溫泉和溫度較高的陸地中。在酸性溫泉排出水中，這種藻類通常與凝結(jié)芽孢桿菌以及真菌Dactylariagallopara生活在一起，后兩種微生物可以從中獲得營(yíng)養(yǎng)。嗜熱藻類Cyanidiumcaldarium是一種唯一能在pH<5107二、高溫下微生物生命的分子機(jī)理P25二、高溫下微生物生命的分子機(jī)理P25108細(xì)胞膜p26：增加脂肪酸烷基鏈的長(zhǎng)度降低烷基鏈的不飽和程度增加甲基分枝鏈的比例嗜熱脂肪芽孢桿菌、棲熱菌屬細(xì)胞中含有高比例的長(zhǎng)鏈飽和脂肪酸和具有分枝的脂肪酸，異和前異脂肪酰基鏈?zhǔn)侵饕?。嗜熱芽孢桿菌細(xì)胞膜中含有w－環(huán)己基脂環(huán)族的脂肪酸，有利于在低pH和高溫下維持膜的半滲透功能。含類異戊醇，形成共價(jià)交聯(lián)的雙層膜，在廣泛溫度范圍內(nèi)保持膜的液晶狀態(tài)細(xì)胞膜p26：嗜熱脂肪芽孢桿菌、棲熱菌屬細(xì)胞中含有高比例的109呼吸鏈蛋白呼吸鏈的組分和ATP酶的抗熱性影響微生物的最高生長(zhǎng)溫度，嗜熱脂肪芽孢桿菌中的ATP酶熱穩(wěn)定性高，對(duì)解離劑的抗性大呼吸鏈蛋白110tRNA從嗜熱微生物中提取的tRNA熱穩(wěn)定性高（堿基取代，硫化）多聚胺多聚胺在調(diào)節(jié)核酸合成、蛋白質(zhì)合成和細(xì)胞分裂方面起著重要作用嗜中溫菌中僅含有二聚胺和三聚胺，嗜熱