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[[嗜热菌]],又称高温[[细菌]]、嗜热微生物。 嗜热微生物是一类生活在高温环境中的微生物,如火山口及其周围区域、[[温泉]]、工厂高温废水排放区等。近30年来,这一类微生物越来越广泛地引起了科学家们的重视和兴趣。特别是在水的沸点和沸点以上温度条件下能生活的细菌被发现后,更促进了对嗜热微生物的研究。 根据对温度的不同要求,嗜热菌可划分为3类: (1)兼性嗜热菌:最高生长温度在40~50 ℃之间,但最适生长温度仍在中温范围内,故又称为耐热菌。 (2)专性嗜热菌:最适生长温度在40 ℃以上,40 ℃以下则生长很差,甚至不能生长。 (3)极端嗜热菌:最适生长温度在65 ℃以上,最低生长温度在40 ℃以上。 随着对嗜热菌研究的广泛开展和进行,新的菌种不断被发现。在这些新发现的菌种中,从意大利一处[[海底火山]]口附近的[[硫磺]]矿区分离到的一种极端嗜热菌Pyrodictium,最使科学家们感兴趣,它是迄今所知嗜热性最强的细菌。该处的海床由热矿沉积物和被硫覆盖的洞隙组成,海床上不断喷射出热海水和火山气。海床的温度为103℃。Pyrodictium生长的温度范围85~110℃,最适生长温度为105℃;pH值范围5~7;对盐分的适应范围很广,为1.2%~12%,最适[[盐度]]为1.5%;严格化能[[无机营养]]型,利用H2和元素硫形成大量的H2S;严格厌氧,暴露在氧气下,数分钟后即[[失活]]。该菌在保持H2/CO2气相条件、并供给硫的人工合成海水中能够生存,在培养过程中,加入[[酵母]]浸出液和[[蛋白胨]]可刺激其生长。 嗜热菌种类很多,营养范围亦非常广泛,但多数种类营[[异养]]生活,营自养生活的嗜热菌主要包括产甲烷细菌和硫化细菌,不过其中有一部分是混合营养型。 嗜热菌对pH值的要求,有两个绝然不同的范围,嗜酸嗜热的最适pH范围为1.5~4,而另一类群pH范围都是5.8~8.5。极端[[嗜碱]]的嗜热菌至今尚未发现。 嗜热菌为什么在高温下仍然能够不失活性并进行正常生长呢? 目前的研究工作认为有如下几方面的原因: (1)类脂的敏感作用 嗜热菌[[细胞质膜]]的[[化学]]成分,随环境温度的升高不仅类脂总含量增加,而且[[细胞]]中的高熔点[[饱和脂肪酸]]也增加,即长链饱和脂肪酸增加,[[不饱和脂肪酸]]减少。脂肪酸熔点的高低和热稳定性呈如下顺序:[[直链]]饱和脂肪酸>带支链饱和脂肪酸>不饱和脂肪酸。 另外,饱和脂肪酸比不饱和脂肪酸能形成更多的疏水键,从而进一步增加膜的稳定性。 众所周知,[[细胞膜]]由双层类脂构成,但[[古细菌]]中嗜热菌其双层类脂进行了共价交联,成为两面都是水基的单层脂(如图①所示),并且保持了完整的疏水层,这种结沟,极大地增强了其[[耐热性]]。 (2)重要[[代谢]]产物的迅速再合成 嗜热菌中tRNA的周转率大于中温菌的周转率;并且,其DNA中的G-C含量高于中温菌的G-C含量。一般中温菌的G-C含量为44.9mol%,而嗜热芽饱[[杆菌]]DNA中的G-C含量为53.2mol%。G-C含量越高,DNA[[分子]]的[[解链温度]]也越高。嗜热菌在高温下不但热稳定性高,而且代谢快,其速率等于或大于热不稳定[[代谢物]]的转化,因此,重要代谢产物能够迅速再合成。 (3)[[蛋白质]]的热稳定性 目前科学家已从嗜热菌中分离出多种蛋白质,其中包括许多重要的酶类,它们的热稳定性高于中温型细菌的类似蛋白,而且,在细胞内生活状况下二这种差别更加明显。也就是说嗜热菌蛋白质的热稳定性取决于两个方面:一方面,其蛋白质的天然结构更加稳定;另一方面,嗜热菌细胞内存在着促进热稳定性的因素。买验证明,蛋白质[[一级结构]]中个别[[氨基酸]]的改变,就可导致其热稳定性的改变。嗜热菌蛋白质天然结构的稳定性,可能就是由于其中个别氨基酸的细微改变而引起的,至于究竟有哪些改变,还有待科学家的进一步研究。 ==嗜热菌-开发应用== 嗜热菌在开发应用方面也有着广阔的前景: 嗜热菌可用于细菌浸矿、[[石油]]及煤炭的脱硫。在一些污泥、温泉和深海地热海水中,生活着能产甲烷的[[嗜热细菌]],生活的环境温度高,盐浓度大,压力也非常高,在实验室很难分离和培养。嗜热[[真菌]]通常存在于堆肥、干草堆和碎木堆等高温环境中,有助于一些有机物的降解。利用嗜热菌对废水废料进行厌氧处理,可提高反应速度,消灭污水污物中的病原微生物。 在发酵工业中,可以利用其耐高温的特性,提高反应温度,增大反应速度,减少中温型杂菌污染的机会。嗜热菌可用于生产多种酶制剂,例如[[纤维素酶]]、[[蛋白酶]]、[[淀粉酶]]、[[脂肪酶]]、[[菊糖]]酶等,由这些微生物中产生的酶制剂具有热稳定性好、[[催化]]反应速率高,易于在室温下保存。 此外,嗜热菌研究中最引人注目的成果之一就是将水生栖热菌中耐热的Taq DNA[[聚合酶]]用于[[基因]]的研究和[[遗传工程]]的研究以及基因技术的广泛应用中。 [[分类:微生物]]
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