在自然界中(zhōng),有(yǒu)些環境是普通生物(wù)不能(néng)生存的,如高溫、低溫、高酸、高堿、高鹽、高壓、高輻射等。
然而,即便是在這些通常被認為(wèi)是生命禁區(qū)的極端環境中(zhōng),仍然有(yǒu)些微生物(wù)在頑強的生活着,我們将這些微生物(wù)叫做極端環境微生物(wù)或簡稱為(wèi)極端微生物(wù)。
嗜冷菌
在地球的南北極地區(qū)、冰窖、終年積雪(xuě)的高山(shān)、深海和凍土地區(qū),生活着一些嗜冷微生物(wù)。專性嗜冷菌适應在低于20℃以下的環境中(zhōng)生活,高于20℃即死亡。
有(yǒu)一種專性嗜冷菌,在溫度超過22℃時,其蛋白質(zhì)的合成就會停止。專性嗜冷菌的細胞膜内含有(yǒu)大量的不飽和脂肪酸,而且會随溫度的降低而增加,從而保證了膜在低溫下的流動性,這樣,細胞就能(néng)在低溫下不斷從外界環境中(zhōng)吸收營養物(wù)質(zhì)。兼性嗜冷菌生長(cháng)的溫度範圍較寬,最高溫度達到30℃時還能(néng)生活。嗜冷微生物(wù)是導緻低溫保藏食品腐敗的根源。
嗜熱菌
嗜熱菌俗稱高溫菌,廣泛分(fēn)布在溫泉、堆肥、地熱區(qū)土壤、火山(shān)地區(qū)以及海底火山(shān)地等。兼性嗜熱菌最适宜生長(cháng)溫度在50~65℃之間,專性嗜熱菌最适宜生長(cháng)溫度則在65~70℃之間。
在冰島,有(yǒu)一種嗜熱菌可(kě)在98℃的溫泉中(zhōng)生長(cháng)。在美國(guó)黃石國(guó)家公(gōng)園的含硫熱泉中(zhōng),曾經分(fēn)離到一株嗜熱的兼性自養細菌——酸熱硫化葉菌,它們可(kě)以在高于90℃的溫度下生長(cháng)。近年來,這種細菌已受到了廣泛重視,可(kě)用(yòng)于細菌浸礦、石油及煤炭的脫硫。
在一些污泥、溫泉和深海地熱海水中(zhōng),生活着能(néng)産(chǎn)甲烷的嗜熱細菌,生活的環境溫度高,鹽濃度大,壓力也非常高,在實驗室很(hěn)難分(fēn)離和培養。嗜熱真菌通常存在于堆肥、幹草(cǎo)堆和碎木(mù)堆等高溫環境中(zhōng),有(yǒu)助于一些有(yǒu)機物(wù)的降解。
在發酵工(gōng)業中(zhōng),嗜熱菌可(kě)用(yòng)于生産(chǎn)多(duō)種酶制劑,例如纖維素酶、蛋白酶、澱粉酶、脂肪酶、菊糖酶等,由這些微生物(wù)中(zhōng)産(chǎn)生的酶制劑具(jù)有(yǒu)熱穩定性好、催化反應速率高,易于在室溫下保存。近年來,嗜熱菌研究中(zhōng)最引人注目的成果之一就是将水生栖熱菌中(zhōng)耐熱的Taq DNA聚合酶用(yòng)于基因的研究和遺傳工(gōng)程的研究以及基因技(jì )術的廣泛應用(yòng)中(zhōng)。
嗜酸菌
嗜酸菌分(fēn)布在酸性礦水、酸性熱泉等地區(qū)。其中(zhōng),嗜酸硫杆菌是一種能(néng)進行化能(néng)自養和化能(néng)異養生長(cháng)的細菌,最适生長(cháng)pH值在3.0~3.5之間的環境中(zhōng)。如氧化硫硫杆菌在pH值低于0.5的環境中(zhōng)仍能(néng)存活,專性自養嗜酸的氧化亞鐵硫杆菌能(néng)氧化硫和鐵,并産(chǎn)生硫酸,這兩種細菌都是極端嗜酸菌
在酸性環境中(zhōng),還生活着一些嗜酸嗜熱的芽嗜酸硫杆菌,在60~65℃、pH3~4的條件下,生長(cháng)速率達到最大。這種細菌能(néng)利用(yòng)碳水化合物(wù)或氨基酸作(zuò)為(wèi)營養源。同樣在酸熱環境中(zhōng)生長(cháng)繁殖的還有(yǒu)一種微生物(wù),它叫做嗜酸熱原體(tǐ),最适生長(cháng)溫度為(wèi)59℃,最适pH為(wèi)2左右,無細胞壁,對營養要求相當複雜,必須利用(yòng)酵母膏作(zuò)為(wèi)營養基質(zhì),還必須有(yǒu)天然的有(yǒu)機營養才能(néng)生長(cháng)。
此外,在酸性環境中(zhōng),還生活着許多(duō)嗜酸的真核微生物(wù),如橢圓酵母、紅酵母等。有(yǒu)一種頭孢黴,需要在濃度為(wèi)10%以上的硫酸中(zhōng)生長(cháng),并要求培養基中(zhōng)含有(yǒu)4%的硫酸銅,它是迄今發現的抗酸能(néng)力最強的微生物(wù)。
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