嗜碱微生物.docVIP

嗜极微生物之嗜碱微生物 摘要：生长和繁殖是生物在任何环境中成功竞争的决定性因素。人们已经发现许多极端环境，如地热环境、极地、酸性和碱性的泉，以及海洋深处的高压冷环境，都栖息着能够适应这些环境的特殊微生物。本文中主要阐述的是嗜碱微生物，其中主要包括嗜碱微生物的生态分布、生理学、生物能力学、遗传学以及生物技术方面的应用。 关键词：嗜碱微生物 碱性 生长环境 所谓极端环境是指只有一些有限的有机体能够生长的环境。在这些严酷的环境中，有些有机体不仅可以存活，而且生长繁殖着。在极端环境中栖息的微生物，被成为嗜极微生物，这个词是由MacElroy于1974年提出来的，现在已被广泛采用，作为一个有用的专用名称，来称谓各种极端环境中的微生物。嗜极微生物主要包括：嗜盐微生物、嗜碱微生物、嗜酸微生物、嗜热微生物、嗜冷微生物和嗜热微生物等等。 嗜碱微生物是指那些最适生长在pH8.0以上，通常在pH9—10之间生长的微生物。而能在高pH值条件下生长，但最适值并不在碱性pH值范围的微生物则称为嗜碱微生物。在嗜碱微生物中，有些细菌在pH值中性或以下不能生长，称为专性嗜碱菌，而有些细菌在pH值中性或以下可以生长，称为兼性嗜碱菌。嗜碱菌的价值已被广泛认识，首先是开发利用新的微生物资源；其次是微生物生理、遗传和分类乃至生命科学级相关学科许多领域的基础研究，如功能基因组学；再次是微生物进化，生命起源的研究提供新的材料。 一、嗜碱微生物的生态分布 地球上碱性最强的自然环境是碳酸盐湖及碳酸盐荒漠，极端碱性的湖如肯尼亚的玛格达湖和埃及的wady natrun湖，都是地球上最稳定的碱性环境，那里的pH高达10.5—11.0。我国的碱性环境则有青海湖等。碳酸盐是这些环境碱性物质的主要来源。还有人为产生的碱性环境如石灰水、碱性污水等。嗜碱微生物有两个主要的生理类群：嗜盐嗜碱微生物和非嗜盐嗜碱微生物。前者的生长需要碱性和高浓度盐。 柳耀建等（2000）从内蒙古监护中分离出一株嗜碱菌，七生长pH范围为8—13,为好氧型，杆状，能运动的革兰氏阴性菌，可产生碱性淀粉酶。Pikuta等在2000年发现了一个新的嗜碱菌，此菌为中度嗜热的硫酸盐还原细菌，专性厌氧，不运动，革兰氏阳性菌，是可形成孢子的弯曲杆菌。生长pH范围为8.0—9.15，最适生长pH值为8.6—8.7。 二、嗜碱微生物的生理学 1、胞内pH值 与嗜中性微生物最重要的区别，是大多数嗜碱微生物的最适生长pH值范围在10左右。细胞内pH值与环境pH值的区别影响着离子和物质的跨膜运输。直接测定细胞内pH值是困难的，因此主要应用几种间接的方法。其中之一是化合物在细胞中的分布，这些化合物不是由细胞主动运输的。 2、Na+离子和膜运输 嗜碱微生物能够在pH在9—11的范围内正常生长，并且生长要求Na+。已经证明，环境中Na+的存在，对嗜碱芽孢杆菌sp.的跨膜溶质运输是必须的。根据化学渗透理论，由自由ATP酶或呼吸引起的腺苷三磷酸代谢分泌的氢离子，产生细胞中的质子迁移力。然后质子被再次结合到细胞中不同物质的共同运输体系中。 3、嗜碱微生物的鞭毛 许多嗜碱微生物如嗜碱芽孢杆菌、坚强芽孢杆菌RAB和一些未定名的芽孢杆菌都是有鞭毛、能运动的。这些嗜碱微生物在pH9.0—10.5环境中都是运动的，而在pH8.0时没有观察到运动。与此同时，其要求是要有钠离子的存在。 4、嗜碱微生物的细胞壁 尽管胞外是碱性pH值，但嗜碱微生物的胞内pH值确实近中性的。因此维持细胞内不同pH值的组分，必然是细胞表面成分，即细胞膜和细胞壁。因为嗜碱芽孢杆菌的原生质体在碱性环境中，丧失了它们的稳定性，因此细胞壁在碱性条件下保护细胞中起了重要的作用。 三、嗜碱微生物的生物技术应用 随着嗜碱微生物资源的开发及嗜碱机理的研究，嗜碱菌及其碱性酶在生物技术发展中发挥了极大的作用。 胞外酶的工业应用 嗜碱细菌胞外酶最明显的特征是大多数酶为碱性酶。碱性酶在某些工业领域独占鳌头，它们不仅具有直接在高温下应用稳定的特点，而且其结构与功能的研究对于中性酶的改造也有重要意义。 ⑴洗涤剂酶 碱性酶主要的工业应用时在洗涤工业中，生物洗涤剂中的酶通常是由嗜碱和耐碱细菌中获得。洗涤剂酶占了世界酶产量的25%。洗涤剂酶必须在高pH值下才有活性，因为多数洗涤剂是碱性的。在洗涤剂酶中最广泛使用的蛋白酶和淀粉酶，都是由嗜碱和耐碱微生物产生的。作为洗涤添加剂的蛋白酶，要求在碱性条件下保持稳定和活性，并且其活性不受表面活性剂和助剂的影响。 ⑵环状糊精的生产 环状糊精（CD）是淀粉经由环状糊精糖基转移酶（CGTase）作用得到的同源寡糖与普通细菌产生的CGTase相比，嗜碱CGTase使环糊精的产率大大提高达70%—90%，环糊精可直接自淀粉水解产物中结晶析出，从而不需要如传统工艺那样加入毒性有机溶剂去沉淀