第２６卷第３期
Ｖ０１．２６Ｎｏ．３长春师范学院学报（自然科学版）ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈａｎｇｃｈｕｎＮｏｒｍａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ｛ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅ）２００７年６月Ｊｕｎ。２００７
极端微生物在环境保护中的应用
黄春晓
（中原工学院能源与环境学院，河南郑州４５０００７）
【摘要］本文介绍了极端微生物的类型及其特点，综述了极端微生物及其产生的极端酶在清洁生产、
环保型生物材料的生产及环境污染治理中的应用前景及对环境保护的意义。‘
［关键词］极端微生物；极端酶；清洁生产；污染治理；环境保护
【中图分类号］Ｑ９３；Ｘ５［文献标识码】Ａ［文章编号］１００８—１７８Ｘ（２（瑚）０３—００６９－０３
随着人类对地球本身乃至整个宇宙的探索，人们对于某些被视为生命禁区内的新生命形式（即极端微生物）产生了浓厚的兴趣。由于自身特有的生理特点及代谢产物的特点，极端微生物在基础研究、现代生物技术、环境保护、食品化工及医学等多个领域中都有巨大的应用潜力。目前，极端微生物已成为国际研究的热门领域，日本、美国以及欧洲一些国家都启动了极端微生物的研究计划。随着环境问题的日益严重，极端微生物在环境保护中的应用也越来越受到重视。
１极端微生物的类型
所谓极端微生物（ｅｘｔｒｅｍｏｐｈｉｌｅｓ）是指在极端环境下能够正常生存的微生物群体的统称川。极端环境是指对生物生长产生限制因子的环境，通常指ｐＨ在４以下或９以上，温度在４５℃以上或２０℃以下，盐浓度在１０％以上，诸如高温、低温、高酸、高碱、高盐、高毒、高渗、高压、干旱或高辐射强度等环境。在这样的环境中一般生物无法生存。
１．１嗜热微生物嗜热微生物按照耐热程度的不同可以分为五个不同类型：耐热微生物、兼性嗜热微生物、专性嗜热微生物、极端嗜热微生物和超嗜热微生物。耐热微生物最高生长温度在４５～５５℃之间，低于３０℃也能生长。兼性嗜热微生物的最高生长温度在５０。６５℃之间，也能在低于３０℃条件下生长。专性嗜热微生物最适生长温度在６５～７０℃，不能在低于４０。４２℃条件下生长。极端嗜热微生物最高生长温度高于７０℃，最适生长温度高于６５℃，最低生长温度高于４０℃。超嗜热微生物的最适生长温度在８０～１１０℃，最低生长温度在５５℃左右。大部分超嗜热微生物是古生菌，但真细菌中的海栖热袍菌也属于超嗜热微生物。嗜热微生物生长的生态环境有深海火山喷口附近、热泉、高强度太阳辐射的土壤、岩石表面和各种堆肥等心Ｊ。德国的斯梯特（Ｋ．Ｓｔｅｔｔｅｒ）研究组在意大利海底发现的一族古细菌，能生活在１１０℃以上高温中，其最适生长温度为９８℃，降至８４℃即停止生长∞Ｊ。李安明等Ｈｏ从四川康定热泉中分离一株厌氧嗜热菌，可发酵木聚糖。
Ｉ．２嗜冷微生物嗜冷微生物分为嗜冷型和耐冷型。必须生活在低温条件下且其最高生长温度不超过２０℃、最适生长温度１５℃、在００Ｃ可生长的微生物称嗜冷型微生物。最高生长温度高于２０℃、最适温度高于１５℃、在０～５ｃＣ可生长繁殖的微生物称耐冷型微生物ｂｊ。
嗜冷微生物主要生态环境有极地、深海、寒冷水体、冷冻土壤和冷藏食品的低温环境等。已发现的嗜冷微生物既有真细菌、蓝细菌，又有酵母菌、真菌、藻类和古细菌。
１．３嗜酸微生物嗜酸微生物是能在低ｐＨ条件下生长和繁殖的极端微生物，可分为嗜酸型和耐酸型。嗜酸型在ｐＨ２～５生长很好，在ｐＨ５．５Ｉｊ２Ｉ－ａ－ｌ：＿长不好［６】。耐酸型在高酸条件下能生长，但最适ｐＨ接近中性。嗜酸微生物主要生长在酸性环境，如各种酸矿水、酸热泉、火山湖、地热泉、含硫的酸性土壤以及其它酸性环境。１．４嗜碱微生物一般把ｐＨ在９以上的条件下最适生长的微生物称为嗜碱微生物，其中中性条件下不能［收稿日期］２００７—０３—０５。
［基金项目］河南省教育厅自然科学基金项目（编号２００５１０４６５００５）
［作者简介］黄春晓（１９６８一），女，河南叶县人，中原工学院能源与环境学院讲师，硕士，从事环境微生物学研究。・６９・
生长的微生物称为专性嗜碱微生物，中性条件下能生长的微生物称为耐碱微生物。嗜碱微生物一般存在于碱性盐湖和碳酸盐含量高的土壤中。
自从１９２８年ＤｏｗｎｉｅＡ．Ｗ发现第一个嗜碱菌Ｓｔｕｅｐｔｏｃｃｕｓｆａｅｃａｌｉｓ以来，大量不同类型的嗜碱菌已从土壤、碱湖、碱性泉甚至海洋中分离得到，包括细菌、真菌和古菌。曾艳等【７Ｊ从西藏扎布耶茶卡盐碱湖中分离到一株产木聚糖酶的嗜碱菌（Ｂａｃｉｌｌｕｓｓｐ．）ＺＢＡＷ６。从该菌株分离到的木聚糖酶在高温、高盐、碱性条件下具有较高的酶活性。张甲耀等埔Ｊ从含木质素的碱性土壤和黑液中分离、诱变、筛选出了一株能优先降解木质素的嗜碱木质素降解菌，比常用的白腐真菌降解木质素效率要高。
１．５嗜盐微生物嗜酸微生物可分为嗜盐型和耐盐型。前者是在一定浓度盐中可正常生长，且高浓度盐是生长必需条件的微生物；后者是～类能耐受一定浓度盐溶液，但在无盐条件下也可正常生长的微生物。嗜盐微生物一般生活在含１０％。２０％盐成分的天然盐湖中、晒盐场和腌制海产品等处。
王振雄等［９］从内蒙古马都倬盐湖分离到嗜盐碱菌（Ｎａｔｒｏｎｏｂａｃｔｅｒｉｕｍｉｒｍｅｍｏｎｇ—ｏｌｉａｅ）和嗜盐碱菌Ｙ２１（Ｎａｔｒｉｌｂａｗｕｄｕｎａｏｅｎｓｉｓ）。崔恒林等【１例从新疆地区艾比盐湖和艾丁盐湖卤水及泥土样品中分离到８６株嗜盐古菌。
１．６嗜压微生物
～０．８嗜压微生物可分嗜压型和耐压型，前者指需要高压才能生长的微生物，多数生长在０．７Ｍｐａ的环境中，高的可达１．０４ＭＰａ以上，低于０．４～０．５ＭＰａ则不能生长。后者指最适生长压力为正常压力，但能耐受高压的微生物口Ｊ。从深海底部１．０１×１０８Ｐａ处，分离到嗜压菌Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓｂａｔｈｙｃｅｔｅｓ，从油井深部约４．０５×１０７Ｐａ处分离到耐压的硫酸盐还原菌晗ｊ。
２极端微生物及其极端酶在环境保护中的应用
２。ｌ极端微生物产生的耐热木聚糖用于造纸工业的清洁生产造纸工业中的化学漂白产生大量有毒、致癌的含氯废水，给环境带来严重的污染，因此生物漂白技术是造纸业实现清洁生产的发展方向。用极端微生物中的嗜碱菌产生的耐热木聚糖酶代替氯及其衍生物，可以避免污染的同时减少纸浆成分的损失。在高温下，木聚糖酶可以打开细胞壁，在漂白阶段促进木质素的去除。而目前市场上的木聚糖酶在７０℃以上时迅速变性，用这些酶处理纸浆时，必须先将纸浆冷却处理后再加热以进行下一个工艺步骤，既浪费时间和能量，又比较繁琐。因此，利用耐热木聚糖酶进行漂白显示了普通酶无法比拟的优越之处，正在成为关注和开发的目标。
迄今为止，只发现少数几种超嗜热极端微生物能分泌具有高热稳定活力的木聚糖酶。其中大多数来自ＴｈｅｒｍｏｔｏｇａｓｐｌＦｉＳＳ３一Ｂ．１、Ｔ．ｍａｒｌｔｉｍｅ、Ｔ．ｎｅａｐｏｌｉｔａｎａ以及Ｔｈｅｎｎｏｔｏｇａ山ｅｎＴｌａｒｕ／ｎ。这些酶主要在８０～１０５０Ｃ具有酶活。几个编码木聚糖酶的基因已经被克隆和测序，来自Ｔ．ｍａｒｉｔｉｍａ的木聚糖酶基因在大肠杆菌中被克隆和表达。经比较研究发现，该酶比目前用于造纸业中的最好的木聚糖酶更具有应用价值口１Ｉ。因此极端微生物产生的耐热木聚糖酶用于造纸业的漂白过程，可实现清洁生产，从源头削减污染，对环境保护有重要意义。２．２极端微生物用于环保型生物材料的生产以石油为原料制造的塑料在自然环境条件下不易被生物降解，燃烧时又产生大量的有害气体，造成的白色污染问题１３益严重，人们一直在致力于可生物降解塑料的研究和开发。以微生物发酵法产生的ＰＨＡ（聚８一羟基烷酸）为原料制造的新型塑料，可被多种微生物完全降解，开发应用前景十分可观。极端嗜盐菌比普通细菌产生的ＰＨＡ中的ＰＨｖ（聚阻羟基戊酸）含量较高，可解决目前以ＰＨＢ（聚ｊ３一羟基丁酸）制备的塑料韧性不够的问题；而且由于嗜盐菌在低盐中细胞自溶的特点，将大大简化后处理生产工艺，有望降低成本，为目前生产的ＰＨＢ由于价格问题而限制大规模生产提供新的出路，因此极端嗜盐菌产生的ＰＨＡ将是用于降低白色污染的重要的环保型生物材料，对环境保护有重要的意义。
２．３极端微生物用于清洁能源的生产乙醇是理想的清洁能源，利用极端微生物中的嗜热菌的高温酒精发酵，可实现发酵和蒸馏的同步化，可解决发酵周期长等问题。
工业生产中的有机废物、废水和农业废弃物既是巨大的环境污染源，同时又是再生能源的主要资源，据统计，我国农作物秸秆年产出量为６．０４亿吨。秸秆、废渣等在高温、酸、碱等条件下易于处理，极端微生物及其极端酶能够在此类极端环境中实现普通微生物不能完成的对纤维素半纤维素的有效转化。利用微生物混合菌群，尤其是嗜碱和嗜热微生物或产甲烷菌的合理组合，有望直接从秸秆发酵产生乙醇或甲烷，实现环境整治和可再生能源的有机结合。
２．４极端微生物用于洁净煤技术当前，煤炭是我国主要的能源之一，然而大多数煤中都含有很高的无机或有机硫成分，通常含量约０．２５％。７％，煤燃烧产生的Ｓ０２直接进入大气中，促进了酸雨的形成，所以对・７０・
煤的直接利用已引起了严重的环境污染。在煤脱硫处理的方法中，微生物除硫既能除去煤中的有机硫，又能除去无机硫，因而具有较高的经济价值和社会效益，对环境保护有重要意义。微生物除硫中发挥作用的微生物主要是极端嗜酸菌。研究表明，可以利用嗜酸硫杆菌脱除煤中的无机硫，利用嗜热嗜酸菌（如硫化叶菌）既能脱除煤中无机硫，也能脱出有机硫ｏ¨。
２．５极端微生物用于极端环境中的污染治理利用生物方法治理极端环境中的污染物时，普通微生物甚至在实验室构建的工程菌在实际应用中不能发挥作用，而极端微生物则是作用的主体。
当高原或纬度高的寒冷地带的河流、湖泊及土壤被污染时，嗜冷微生物可对污染物进行降解和转化。应用低温微生物对广受污染的寒冷地域环境进行废物处理越来越受到人们的重视，受污染寒冷土壤和水体的恢复可通过低温微生物的原位清洁作用来实现。Ｗｈｙｔｅ等ｕ２０在加拿大被石油污染的土壤中发现大量的嗜冷烃降解菌，对寒冷地区石油污染的生物修复有重要的意义。
Ｊａｒｖｉｎｅｎ等【１３］进行了氯酚类的低温生物降解研究，他们从地下水中分离到的耐冷高效氯酚降解菌用于好氧流化床，净化地下水中的氯酚污染。实验结果表明：在５～７℃下，氯酚负荷为７４０ｍｇ／（Ｌ・ｄ）时，氯酚去除率达９９．９％。
工业生产产生的酸性工业废水和碱性工业废水可以分别考虑用嗜酸微生物和嗜碱微生物进行处理，可以大大简化处理程序，降低处理成本。而在高温高盐的极端环境中，污染物的降解则需嗜热、嗜盐微生物。３展望
极端微生物具有普通微生物不可比拟的抗逆能力，极端微生物产生的酶在极端环境中保持活性，对极端环境的污染生物治理起着主要作用；同时，极端微生物在清洁能源的生产和环保产品的开发方面具有巨大的应用潜力，将有助于污染预防，在源头上解决环境污染问题。因此极端微生物在环境保护中发挥着重要的作用，对于实现可持续发展战略有重要意义。随着越来越多的极端微生物被分离鉴定、新产物的研究与生产、极端酶被分离纯化和极端酶工程研究的进展，极端微生物及其产生的极端酶在环境保护中的应用将会进一步得到拓展。
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极端微生物在环境保护中的应用
作者：
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英文刊名：
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引用次数：黄春晓， HUANG Chun-xiao中原工学院能源与环境学院,河南郑州,450007长春师范学院学报（自然科学版）JOURNAL OF CHANGCHUN NORMAL UNIVERSITY(NATURAL SCIENCE)2007，26(3)0次
参考文献(13条)
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9.学位论文 罗会颖 极端嗜酸真菌Bispora sp.MEY-1胞外糖苷水解酶类的产酶分析及其相关基因的克隆与表达 2008
极端微生物在生态系统中发挥着重要作用，为人类提供了丰富的微生物资源。随着越来越多的极端微生物被分离鉴定，极端酶被分离纯化和极端酶工程研究的进展，极端酶在生物催化和生物转化中的应用将会得到更进一步的拓展。 本文对分离自江西“721”矿区铀矿废水的真菌MEY-1进行了初步鉴定。该菌具有极端嗜酸性，它的最适生长pH为2.5～3.0，在pH1.0下也能较好生长。经ITS序列比对并结合形态分析，MEY-1属于Bispora属。嗜酸真菌Bisporasp.MEY-1能分泌产生多种重要的工业用酶，其中包括木聚糖酶、β-葡聚糖酶、β-甘露聚糖酶、CMCase、淀粉酶、果胶酶、α-半乳糖苷酶、β-半乳糖苷酶以及β-葡萄糖苷酶等九种糖苷水解酶。是一株优良的工业用酶产生菌。 初步建立了一种能诱导嗜酸真菌MEY-1同时产生上述九种酶的发酵方法。通过优化培养基中麸皮、玉米芯粉、魔芋粉及豆粕的组成比例，培养的pH和温度，建立了4种诱导不同酶产生的方法。 方法1：麸皮、玉米芯粉、豆粕比例为2:5:2，pH2.0，培养温度20℃，高产β-甘露聚糖酶、CMCase、淀粉酶、果胶酶。 方法2：麸皮、玉米芯粉、豆粕比例为2:5:2，pH2.0，培养温度30℃，高产β-葡聚糖酶。 方法3：麸皮、玉米芯粉、豆粕比例为1:1:7，pH4.0，培养温度30℃高产α-半乳糖苷酶、β-半乳糖苷酶和β-葡萄糖苷酶。 方法4：麸皮、玉米芯粉、豆粕比例为5：2:2，pH4.0，培养温度30℃，高产木聚糖酶。 本文通过糖苷水解酶基因序列分析，从嗜酸真菌Bisporasp.MEY-1分离克隆到7种9个糖苷水解酶的基因。 分别是：木聚糖酶基因3个，β-甘露聚糖酶基因、α-淀粉酶基因、α-半乳糖苷酶基因、β-半乳糖苷酶基因、β-葡萄糖苷酶基因、α-L-鼠里糖苷酶基因各1个。通过BLAST比对和序列一致性分析，它们核苷酸和氨基酸序列的最高相似性分别为：木聚糖酶基因xyl11A，85.3％和93.7％；木聚糖酶基因xyl11B，61.4％和57.0％；木聚糖酶基因
xyl10A，49.8％和43.6％;β-甘露聚糖酶基因man5A，45.4％和47.1％；α-淀粉酶基因amyA，60.2％和62.0％；α-半乳糖苷酶基因agalA，54.2％和49.7％；β-半乳糖苷酶基因bgalA，56.8％和55.5％；β-葡萄糖苷酶基因bglA，49.5％和34.8％；α-L-鼠里糖苷酶基因rhaA，55.0％和44.9％。并对其中的8个酶做了三维结构的模拟和催化位点的分析，结果表明，除xyl11A外，这些基因均具有较高的新颖性。 将Bisporasp.MEY-1来源的β-甘露聚糖酶基因man5A，和3个木聚糖酶基因xyl11A，xyl11B,xyl10A在毕赤酵母中进行了表达。在摇床水平上β-甘露聚糖酶MAN5A的表达量为64U/mL，木聚糖酶XYL11A，XYL11B和XYL10A的表达量分别为：83U/mL，54U/mL和101U/mL。验证了基因的功能。 对重组的β-甘露聚糖酶MAN5A和3个木聚糖酶进行了纯化和酶学性质分析。β-甘露聚糖酶MAN5A的最适pH为1.0～1.5，在pH1.0～5.5范围内酶活性均能维持在70％以上。 这是目前报道的最适pH最低的β-甘露聚糖酶。三个木聚糖酶XYL11A，XYL11B和XYL10A的最适pH分别为2.4，2.6和3.0。均为极端嗜酸木聚糖酶。MAN5A的最适温度为65℃，木聚糖酶XYL11A，XYL11B和XYL10A的最适温度分别为60℃和65℃和80℃。他们都具有极好的抗胃蛋白酶和胰蛋白酶的能力，37℃条件下处理60min后的酶活力是处理前的85～150％。 大部分金属离子不影响酶活力或对酶有激活作用。重组的β-甘露聚糖酶比活为3373U/mg，Km值为1.56mg/mL，Vmax为6587.6μmol/min·mg。三个重组木聚糖酶XYL11A，XYL11B和XYL10A的比活分别为8334U/mg，2049U/mg和5437U/mg。Km分别为
19.907mg/mL，29.96mg/mL和1.005mg/mL。Vmax为7308.5μmol/min·mg，1757.2μmol/min·mg和2709μmol/min·mg。结果表明该四个酶都是极端嗜酸酶，具有很高的比活性。 综合酶学性质表明他们都具有很好的工业应用前景。
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第２６卷第３期
Ｖ０１．２６Ｎｏ．３长春师范学院学报（自然科学版）ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈａｎｇｃｈｕｎＮｏｒｍａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ｛ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅ）２００７年６月Ｊｕｎ。２００７
极端微生物在环境保护中的应用
黄春晓
（中原工学院能源与环境学院，河南郑州４５０００７）
【摘要］本文介绍了极端微生物的类型及其特点，综述了极端微生物及其产生的极端酶在清洁生产、
环保型生物材料的生产及环境污染治理中的应用前景及对环境保护的意义。‘
［关键词］极端微生物；极端酶；清洁生产；污染治理；环境保护
【中图分类号］Ｑ９３；Ｘ５［文献标识码】Ａ［文章编号］１００８—１７８Ｘ（２（瑚）０３—００６９－０３
随着人类对地球本身乃至整个宇宙的探索，人们对于某些被视为生命禁区内的新生命形式（即极端微生物）产生了浓厚的兴趣。由于自身特有的生理特点及代谢产物的特点，极端微生物在基础研究、现代生物技术、环境保护、食品化工及医学等多个领域中都有巨大的应用潜力。目前，极端微生物已成为国际研究的热门领域，日本、美国以及欧洲一些国家都启动了极端微生物的研究计划。随着环境问题的日益严重，极端微生物在环境保护中的应用也越来越受到重视。
１极端微生物的类型
所谓极端微生物（ｅｘｔｒｅｍｏｐｈｉｌｅｓ）是指在极端环境下能够正常生存的微生物群体的统称川。极端环境是指对生物生长产生限制因子的环境，通常指ｐＨ在４以下或９以上，温度在４５℃以上或２０℃以下，盐浓度在１０％以上，诸如高温、低温、高酸、高碱、高盐、高毒、高渗、高压、干旱或高辐射强度等环境。在这样的环境中一般生物无法生存。
１．１嗜热微生物嗜热微生物按照耐热程度的不同可以分为五个不同类型：耐热微生物、兼性嗜热微生物、专性嗜热微生物、极端嗜热微生物和超嗜热微生物。耐热微生物最高生长温度在４５～５５℃之间，低于３０℃也能生长。兼性嗜热微生物的最高生长温度在５０。６５℃之间，也能在低于３０℃条件下生长。专性嗜热微生物最适生长温度在６５～７０℃，不能在低于４０。４２℃条件下生长。极端嗜热微生物最高生长温度高于７０℃，最适生长温度高于６５℃，最低生长温度高于４０℃。超嗜热微生物的最适生长温度在８０～１１０℃，最低生长温度在５５℃左右。大部分超嗜热微生物是古生菌，但真细菌中的海栖热袍菌也属于超嗜热微生物。嗜热微生物生长的生态环境有深海火山喷口附近、热泉、高强度太阳辐射的土壤、岩石表面和各种堆肥等心Ｊ。德国的斯梯特（Ｋ．Ｓｔｅｔｔｅｒ）研究组在意大利海底发现的一族古细菌，能生活在１１０℃以上高温中，其最适生长温度为９８℃，降至８４℃即停止生长∞Ｊ。李安明等Ｈｏ从四川康定热泉中分离一株厌氧嗜热菌，可发酵木聚糖。
Ｉ．２嗜冷微生物嗜冷微生物分为嗜冷型和耐冷型。必须生活在低温条件下且其最高生长温度不超过２０℃、最适生长温度１５℃、在００Ｃ可生长的微生物称嗜冷型微生物。最高生长温度高于２０℃、最适温度高于１５℃、在０～５ｃＣ可生长繁殖的微生物称耐冷型微生物ｂｊ。
嗜冷微生物主要生态环境有极地、深海、寒冷水体、冷冻土壤和冷藏食品的低温环境等。已发现的嗜冷微生物既有真细菌、蓝细菌，又有酵母菌、真菌、藻类和古细菌。
１．３嗜酸微生物嗜酸微生物是能在低ｐＨ条件下生长和繁殖的极端微生物，可分为嗜酸型和耐酸型。嗜酸型在ｐＨ２～５生长很好，在ｐＨ５．５Ｉｊ２Ｉ－ａ－ｌ：＿长不好［６】。耐酸型在高酸条件下能生长，但最适ｐＨ接近中性。嗜酸微生物主要生长在酸性环境，如各种酸矿水、酸热泉、火山湖、地热泉、含硫的酸性土壤以及其它酸性环境。１．４嗜碱微生物一般把ｐＨ在９以上的条件下最适生长的微生物称为嗜碱微生物，其中中性条件下不能［收稿日期］２００７—０３—０５。
［基金项目］河南省教育厅自然科学基金项目（编号２００５１０４６５００５）
［作者简介］黄春晓（１９６８一），女，河南叶县人，中原工学院能源与环境学院讲师，硕士，从事环境微生物学研究。・６９・
生长的微生物称为专性嗜碱微生物，中性条件下能生长的微生物称为耐碱微生物。嗜碱微生物一般存在于碱性盐湖和碳酸盐含量高的土壤中。
自从１９２８年ＤｏｗｎｉｅＡ．Ｗ发现第一个嗜碱菌Ｓｔｕｅｐｔｏｃｃｕｓｆａｅｃａｌｉｓ以来，大量不同类型的嗜碱菌已从土壤、碱湖、碱性泉甚至海洋中分离得到，包括细菌、真菌和古菌。曾艳等【７Ｊ从西藏扎布耶茶卡盐碱湖中分离到一株产木聚糖酶的嗜碱菌（Ｂａｃｉｌｌｕｓｓｐ．）ＺＢＡＷ６。从该菌株分离到的木聚糖酶在高温、高盐、碱性条件下具有较高的酶活性。张甲耀等埔Ｊ从含木质素的碱性土壤和黑液中分离、诱变、筛选出了一株能优先降解木质素的嗜碱木质素降解菌，比常用的白腐真菌降解木质素效率要高。
１．５嗜盐微生物嗜酸微生物可分为嗜盐型和耐盐型。前者是在一定浓度盐中可正常生长，且高浓度盐是生长必需条件的微生物；后者是～类能耐受一定浓度盐溶液，但在无盐条件下也可正常生长的微生物。嗜盐微生物一般生活在含１０％。２０％盐成分的天然盐湖中、晒盐场和腌制海产品等处。
王振雄等［９］从内蒙古马都倬盐湖分离到嗜盐碱菌（Ｎａｔｒｏｎｏｂａｃｔｅｒｉｕｍｉｒｍｅｍｏｎｇ—ｏｌｉａｅ）和嗜盐碱菌Ｙ２１（Ｎａｔｒｉｌｂａｗｕｄｕｎａｏｅｎｓｉｓ）。崔恒林等【１例从新疆地区艾比盐湖和艾丁盐湖卤水及泥土样品中分离到８６株嗜盐古菌。
１．６嗜压微生物
～０．８嗜压微生物可分嗜压型和耐压型，前者指需要高压才能生长的微生物，多数生长在０．７Ｍｐａ的环境中，高的可达１．０４ＭＰａ以上，低于０．４～０．５ＭＰａ则不能生长。后者指最适生长压力为正常压力，但能耐受高压的微生物口Ｊ。从深海底部１．０１×１０８Ｐａ处，分离到嗜压菌Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓｂａｔｈｙｃｅｔｅｓ，从油井深部约４．０５×１０７Ｐａ处分离到耐压的硫酸盐还原菌晗ｊ。
２极端微生物及其极端酶在环境保护中的应用
２。ｌ极端微生物产生的耐热木聚糖用于造纸工业的清洁生产造纸工业中的化学漂白产生大量有毒、致癌的含氯废水，给环境带来严重的污染，因此生物漂白技术是造纸业实现清洁生产的发展方向。用极端微生物中的嗜碱菌产生的耐热木聚糖酶代替氯及其衍生物，可以避免污染的同时减少纸浆成分的损失。在高温下，木聚糖酶可以打开细胞壁，在漂白阶段促进木质素的去除。而目前市场上的木聚糖酶在７０℃以上时迅速变性，用这些酶处理纸浆时，必须先将纸浆冷却处理后再加热以进行下一个工艺步骤，既浪费时间和能量，又比较繁琐。因此，利用耐热木聚糖酶进行漂白显示了普通酶无法比拟的优越之处，正在成为关注和开发的目标。
迄今为止，只发现少数几种超嗜热极端微生物能分泌具有高热稳定活力的木聚糖酶。其中大多数来自ＴｈｅｒｍｏｔｏｇａｓｐｌＦｉＳＳ３一Ｂ．１、Ｔ．ｍａｒｌｔｉｍｅ、Ｔ．ｎｅａｐｏｌｉｔａｎａ以及Ｔｈｅｎｎｏｔｏｇａ山ｅｎＴｌａｒｕ／ｎ。这些酶主要在８０～１０５０Ｃ具有酶活。几个编码木聚糖酶的基因已经被克隆和测序，来自Ｔ．ｍａｒｉｔｉｍａ的木聚糖酶基因在大肠杆菌中被克隆和表达。经比较研究发现，该酶比目前用于造纸业中的最好的木聚糖酶更具有应用价值口１Ｉ。因此极端微生物产生的耐热木聚糖酶用于造纸业的漂白过程，可实现清洁生产，从源头削减污染，对环境保护有重要意义。２．２极端微生物用于环保型生物材料的生产以石油为原料制造的塑料在自然环境条件下不易被生物降解，燃烧时又产生大量的有害气体，造成的白色污染问题１３益严重，人们一直在致力于可生物降解塑料的研究和开发。以微生物发酵法产生的ＰＨＡ（聚８一羟基烷酸）为原料制造的新型塑料，可被多种微生物完全降解，开发应用前景十分可观。极端嗜盐菌比普通细菌产生的ＰＨＡ中的ＰＨｖ（聚阻羟基戊酸）含量较高，可解决目前以ＰＨＢ（聚ｊ３一羟基丁酸）制备的塑料韧性不够的问题；而且由于嗜盐菌在低盐中细胞自溶的特点，将大大简化后处理生产工艺，有望降低成本，为目前生产的ＰＨＢ由于价格问题而限制大规模生产提供新的出路，因此极端嗜盐菌产生的ＰＨＡ将是用于降低白色污染的重要的环保型生物材料，对环境保护有重要的意义。
２．３极端微生物用于清洁能源的生产乙醇是理想的清洁能源，利用极端微生物中的嗜热菌的高温酒精发酵，可实现发酵和蒸馏的同步化，可解决发酵周期长等问题。
工业生产中的有机废物、废水和农业废弃物既是巨大的环境污染源，同时又是再生能源的主要资源，据统计，我国农作物秸秆年产出量为６．０４亿吨。秸秆、废渣等在高温、酸、碱等条件下易于处理，极端微生物及其极端酶能够在此类极端环境中实现普通微生物不能完成的对纤维素半纤维素的有效转化。利用微生物混合菌群，尤其是嗜碱和嗜热微生物或产甲烷菌的合理组合，有望直接从秸秆发酵产生乙醇或甲烷，实现环境整治和可再生能源的有机结合。
２．４极端微生物用于洁净煤技术当前，煤炭是我国主要的能源之一，然而大多数煤中都含有很高的无机或有机硫成分，通常含量约０．２５％。７％，煤燃烧产生的Ｓ０２直接进入大气中，促进了酸雨的形成，所以对・７０・
煤的直接利用已引起了严重的环境污染。在煤脱硫处理的方法中，微生物除硫既能除去煤中的有机硫，又能除去无机硫，因而具有较高的经济价值和社会效益，对环境保护有重要意义。微生物除硫中发挥作用的微生物主要是极端嗜酸菌。研究表明，可以利用嗜酸硫杆菌脱除煤中的无机硫，利用嗜热嗜酸菌（如硫化叶菌）既能脱除煤中无机硫，也能脱出有机硫ｏ¨。
２．５极端微生物用于极端环境中的污染治理利用生物方法治理极端环境中的污染物时，普通微生物甚至在实验室构建的工程菌在实际应用中不能发挥作用，而极端微生物则是作用的主体。
当高原或纬度高的寒冷地带的河流、湖泊及土壤被污染时，嗜冷微生物可对污染物进行降解和转化。应用低温微生物对广受污染的寒冷地域环境进行废物处理越来越受到人们的重视，受污染寒冷土壤和水体的恢复可通过低温微生物的原位清洁作用来实现。Ｗｈｙｔｅ等ｕ２０在加拿大被石油污染的土壤中发现大量的嗜冷烃降解菌，对寒冷地区石油污染的生物修复有重要的意义。
Ｊａｒｖｉｎｅｎ等【１３］进行了氯酚类的低温生物降解研究，他们从地下水中分离到的耐冷高效氯酚降解菌用于好氧流化床，净化地下水中的氯酚污染。实验结果表明：在５～７℃下，氯酚负荷为７４０ｍｇ／（Ｌ・ｄ）时，氯酚去除率达９９．９％。
工业生产产生的酸性工业废水和碱性工业废水可以分别考虑用嗜酸微生物和嗜碱微生物进行处理，可以大大简化处理程序，降低处理成本。而在高温高盐的极端环境中，污染物的降解则需嗜热、嗜盐微生物。３展望
极端微生物具有普通微生物不可比拟的抗逆能力，极端微生物产生的酶在极端环境中保持活性，对极端环境的污染生物治理起着主要作用；同时，极端微生物在清洁能源的生产和环保产品的开发方面具有巨大的应用潜力，将有助于污染预防，在源头上解决环境污染问题。因此极端微生物在环境保护中发挥着重要的作用，对于实现可持续发展战略有重要意义。随着越来越多的极端微生物被分离鉴定、新产物的研究与生产、极端酶被分离纯化和极端酶工程研究的进展，极端微生物及其产生的极端酶在环境保护中的应用将会进一步得到拓展。
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ａｒｅ４５０００７，Ｃｈｉｍ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｔｙｐｅｓａｎｄｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｅｘｔｒｅｍｏｐｈｉｌｅｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｃｏｍｐｅｎｄｉｏｕｓｌｙ．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｐｒｏｓｐｅｃｔｓｏｆｅｘｔｒｅｍｏ—
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７１・
极端微生物在环境保护中的应用
作者：
作者单位：
刊名：
英文刊名：
年，卷(期)：
引用次数：黄春晓， HUANG Chun-xiao中原工学院能源与环境学院,河南郑州,450007长春师范学院学报（自然科学版）JOURNAL OF CHANGCHUN NORMAL UNIVERSITY(NATURAL SCIENCE)2007，26(3)0次
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随着陆地资源的日趋减少,开发海洋,向海洋索取资源,尤其是海洋微生物资源越来越受到人们的关注.海洋多变的环境,如高温、强酸、强碱、浓盐的环境造就了形形色色的极端微生物.海洋微生物极端酶能在各种极端环境中起催化作用.文中介绍了几种极端酶的开发及应用.
7.期刊论文 尹立新.焦克芳.YIN Li-Xin.JIAO Ke-Fang 嗜高温酶研究进展 -生命的化学1999,19(2)
生存于极端环境中的微生物称为极端微生物,其体内的酶称为极端酶.极端环境包括:(1) 温度高于80℃,如陆上地热喷泉和深海底热喷口;年均气温低于零度,如南北极地区.(2) 压力巨大,如几千米深的海底.(3) pH＜2,如煤沉积层和富含硫的地热喷泉;pH＞11,如污水.(4) 盐度高,如死海或大盐湖.极端环境超出了传统酶发挥催化功能的临界范围,而极端酶却显示出特殊催化功能.最新研究表明,生命最初从高温环境进化,当时地球的温度比现在高,所有原生细菌均生活于90℃以上的环境中[1].
8.会议论文 李子东.藏立华.孟双.向凤宁.夏光敏 极端微生物:一种新型的酶资源 2004
极端微生物具有自身独特的特点和代谢产物,在食品工业、化工、药用工业和环境生物技术领域都有潜在的应用.一些酶已经得到纯化,其基因在宿主中已成功克隆.主要介绍和讨论极端微生物的类型、基因组及极端酶类的生产、分离与应用.
9.学位论文 罗会颖 极端嗜酸真菌Bispora sp.MEY-1胞外糖苷水解酶类的产酶分析及其相关基因的克隆与表达 2008
极端微生物在生态系统中发挥着重要作用，为人类提供了丰富的微生物资源。随着越来越多的极端微生物被分离鉴定，极端酶被分离纯化和极端酶工程研究的进展，极端酶在生物催化和生物转化中的应用将会得到更进一步的拓展。 本文对分离自江西“721”矿区铀矿废水的真菌MEY-1进行了初步鉴定。该菌具有极端嗜酸性，它的最适生长pH为2.5～3.0，在pH1.0下也能较好生长。经ITS序列比对并结合形态分析，MEY-1属于Bispora属。嗜酸真菌Bisporasp.MEY-1能分泌产生多种重要的工业用酶，其中包括木聚糖酶、β-葡聚糖酶、β-甘露聚糖酶、CMCase、淀粉酶、果胶酶、α-半乳糖苷酶、β-半乳糖苷酶以及β-葡萄糖苷酶等九种糖苷水解酶。是一株优良的工业用酶产生菌。 初步建立了一种能诱导嗜酸真菌MEY-1同时产生上述九种酶的发酵方法。通过优化培养基中麸皮、玉米芯粉、魔芋粉及豆粕的组成比例，培养的pH和温度，建立了4种诱导不同酶产生的方法。 方法1：麸皮、玉米芯粉、豆粕比例为2:5:2，pH2.0，培养温度20℃，高产β-甘露聚糖酶、CMCase、淀粉酶、果胶酶。 方法2：麸皮、玉米芯粉、豆粕比例为2:5:2，pH2.0，培养温度30℃，高产β-葡聚糖酶。 方法3：麸皮、玉米芯粉、豆粕比例为1:1:7，pH4.0，培养温度30℃高产α-半乳糖苷酶、β-半乳糖苷酶和β-葡萄糖苷酶。 方法4：麸皮、玉米芯粉、豆粕比例为5：2:2，pH4.0，培养温度30℃，高产木聚糖酶。 本文通过糖苷水解酶基因序列分析，从嗜酸真菌Bisporasp.MEY-1分离克隆到7种9个糖苷水解酶的基因。 分别是：木聚糖酶基因3个，β-甘露聚糖酶基因、α-淀粉酶基因、α-半乳糖苷酶基因、β-半乳糖苷酶基因、β-葡萄糖苷酶基因、α-L-鼠里糖苷酶基因各1个。通过BLAST比对和序列一致性分析，它们核苷酸和氨基酸序列的最高相似性分别为：木聚糖酶基因xyl11A，85.3％和93.7％；木聚糖酶基因xyl11B，61.4％和57.0％；木聚糖酶基因
xyl10A，49.8％和43.6％;β-甘露聚糖酶基因man5A，45.4％和47.1％；α-淀粉酶基因amyA，60.2％和62.0％；α-半乳糖苷酶基因agalA，54.2％和49.7％；β-半乳糖苷酶基因bgalA，56.8％和55.5％；β-葡萄糖苷酶基因bglA，49.5％和34.8％；α-L-鼠里糖苷酶基因rhaA，55.0％和44.9％。并对其中的8个酶做了三维结构的模拟和催化位点的分析，结果表明，除xyl11A外，这些基因均具有较高的新颖性。 将Bisporasp.MEY-1来源的β-甘露聚糖酶基因man5A，和3个木聚糖酶基因xyl11A，xyl11B,xyl10A在毕赤酵母中进行了表达。在摇床水平上β-甘露聚糖酶MAN5A的表达量为64U/mL，木聚糖酶XYL11A，XYL11B和XYL10A的表达量分别为：83U/mL，54U/mL和101U/mL。验证了基因的功能。 对重组的β-甘露聚糖酶MAN5A和3个木聚糖酶进行了纯化和酶学性质分析。β-甘露聚糖酶MAN5A的最适pH为1.0～1.5，在pH1.0～5.5范围内酶活性均能维持在70％以上。 这是目前报道的最适pH最低的β-甘露聚糖酶。三个木聚糖酶XYL11A，XYL11B和XYL10A的最适pH分别为2.4，2.6和3.0。均为极端嗜酸木聚糖酶。MAN5A的最适温度为65℃，木聚糖酶XYL11A，XYL11B和XYL10A的最适温度分别为60℃和65℃和80℃。他们都具有极好的抗胃蛋白酶和胰蛋白酶的能力，37℃条件下处理60min后的酶活力是处理前的85～150％。 大部分金属离子不影响酶活力或对酶有激活作用。重组的β-甘露聚糖酶比活为3373U/mg，Km值为1.56mg/mL，Vmax为6587.6μmol/min·mg。三个重组木聚糖酶XYL11A，XYL11B和XYL10A的比活分别为8334U/mg，2049U/mg和5437U/mg。Km分别为
19.907mg/mL，29.96mg/mL和1.005mg/mL。Vmax为7308.5μmol/min·mg，1757.2μmol/min·mg和2709μmol/min·mg。结果表明该四个酶都是极端嗜酸酶，具有很高的比活性。 综合酶学性质表明他们都具有很好的工业应用前景。
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下载时间：2010年4月28日