低温微生物及其酶类的研究概况

?综　述?

低温微生物及其酶类的研究概况3

曾胤新,俞　勇,蔡明宏,何剑锋,陈　波

(中国极地研究所,上海　200129)

摘　要　广泛分布在地球寒冷生境,如南北两极、高山、深海以及冰川中的低温微生物,不但为研究低温生态系统、生命起源与进化以及生物适冷机制提供了丰富的材料,同时在生物工程方面也具有潜在的巨大开发价值。国内外越来越多的科研人员对低温微生物及其产物的研究表现出了浓厚的兴趣。关于细胞膜和低温酶的研究,是目前微生物适冷机制研究中的2个热点。就低温微生物的研究现状和适冷机制以及低温酶类的研究进行了综述。

关键词　低温微生物;适冷;低温酶

中图分类号　Q939.9 文献标识码　A 文章编号　1005-7021(2004)05-0083-06

低温微生物是泛指对低温具有生长适应能力的所有微生物,它们广泛分布于地球上的所有寒冷环境中,包括高山地区、深海海区、南北两极、冰川、淡水湖泊以及冷冻食物。按照最适生长温度和生长上限温度的不同,它们一般被分为2大类:嗜冷型(psychrophilic)和耐冷型(psychrotrophic或psychrotolerant)。其中,嗜冷菌通常是指最适生长温度≤15℃,生长上限温度<20℃的菌株;耐冷菌则是指能够在0℃左右良好生长、但最适生长温度>20℃的微生物[1]。

在自然界中,低温环境比高温环境在生态学方面的影响范围更广:生物圈中超过80%的地方,温度低于5℃。海洋的大部分区域,水温低于5℃;在南、北两极,海洋平均温度仅为-1.8℃,而绝大多数土壤的温度,即使在夏季也不会超过5～10℃[2]。在其所处的自然生境中,低温微生物经常遭受到快速且幅度剧烈的温度变化,它们在低温及适温(moderate temperature)条件下的生长能力使得它们在生态学方面比嗜温菌(mesophiles)更有优势,这可能就是它们能够广泛分布的原因[3]。

低温微生物对于低温自然环境中的物质循环、能量传递以及生物地球化学循环过程,起着十分重要的作用,从而在全球生态与环境系统中占据重要地位[4]。另外,生命起源于温度很低的海洋,有人认为对低温微生物的研究有助于增强人们对生命起源的认识,并对探索生命在地球及外太空极端环境中的可能性及适应机制有着重要的参考价值。对于低温微生物进行广泛研究,不仅有助于我们认识、了解微生物在低温生态与环境、生命起源与进化、生物适冷机制等基础科学方面的意义和作用,同时也可以为其在新型生物活性物质筛选及生物工程应用等方面奠定前期基础。

1　微生物的低温适应能力

微生物对低温环境的适应能力,大大出乎人们的意料:生长在南极干燥峡谷地区多孔岩石晶体间的微生物,不但能够忍受南极夏季0～-15℃的低温,甚至在经历了南极冬季-60℃的极端温度后仍能存活[5];科研人员还在至少有42万a 历史的南极东方湖(Lake Vostok)3593m处的冰芯中分离出了活细菌[6]。人们通常将细胞水分的冰点作为生物维持生命活动现象的最低温度。纯水的冰点为0℃,而存在生命活动现象的冰点,可以比0℃更低:一种常见海洋硬骨鱼的冰点在-0.5～-0.9℃之间[7];通过14C2乙酸示踪技术,人们发现生活在西伯利亚永久冻土带土壤中的细菌,即使在-20℃条件下仍可检测到代谢活性的存在[8]。研究显示,生长培养基组分的变化可以改变菌株的最低生长温度[9]。

低温微生物的生长下限温度,是由细胞内外的稀水溶液的冷凝特性决定的,而不是由细胞大分子的化学特性决定的[10]。-20℃是细胞内冰晶形成开始出现的温度,同时伴随着溶质浓度的升高。二者都将对微生物的代谢造成严重后果并因此阻止生长[9]。在现有报道中,细菌的生长下

收稿日期:2003-08-11

作者简介:曾胤新　男,助理研究员,硕士。现从事低温微生物生理生化研究工作。

3国家自然科学基金资助项目(30200001,40006010);科技部社会公益研究专项资金项目(2001DIA50040-6)38

微生物学杂志2004年9月第24卷第5期　JOURNAL OF MICROBIOLO GY Sept.2004Vol.24No.5

限温度为-12℃,真菌及酵母可以低至-34℃[9]。通过合成抗冻糖蛋白或多肽,生物可以降低其体液或细胞水分的冰点。这些抗冻蛋白首先是在常年生活于约-1.9℃环境中的南极鱼类血清中被发现,后来又陆续在植物、昆虫、真菌及细菌中也发现了抗冻蛋白的存在。

2　国内外的低温微生物研究现状

进入20世纪90年代以后,低温微生物及其相关产物(如抗冻蛋白、低温酶类、多聚不饱和脂肪酸、十四酰CoA、色素、抗生素、抗肿瘤药物以及质粒等)的研究意义以及它们在现代生物工程中的潜在价值,逐渐为人们所认同并引起广泛关注,成为一个新的研究热点领域。有关低温微生物及其代谢产物在生物适冷机制、生命起源与进化、新菌种的收集鉴定与菌种系统发育分析、物质的生物地球化学循环与能量传递以及新型生物活性物质的研究开发等方面,已有大量研究论文及综述文章发表[11,12]。

目前在低温微生物研究领域,欧美及日本等一些传统生物技术大国,已开展了多年的研究,在国际上处于领先地位:美国对来自极地及海洋的嗜冷微生物在低温生存机制、生物工程潜在应用以及与天体生物学(astrobiology)的联系等方面开展了探索研究[13],并且在国际上首次完成了对1株北极耐冷细菌Col wellia psychrerythraea34H 的全基因组测序工作[14];加拿大科研人员对北极环境污染物(如链烷、甲苯、萘、多氯联苯等)降解细菌进行了大量研究[15];澳大利亚利用其毗邻南极大陆的地理优势,于1990年开始通过EMBAM (Ecology and molecular biology of Antarctic mi2 croorganisms)计划及后续的ACAM(Australian collection of Antarctic Microorganisms)活动,对包括适冷菌在内的南极及南大洋微生物资源进行了大规模的调查研究与收集保藏,不但在低温微生物的多样性和适冷机制、生物环境修复等方面开展了许多工作,还在新型药物筛选、低温酶类及多聚不饱和脂肪酸(PU FA,polyunsaturated fatty acids)的研究与开发应用方面进行了摸索[11];欧洲国家在1990～1994年第3个欧盟框架计划生物工程部分,对包括嗜冷微生物在内的极端微生物的研究投资超过4.5百万欧洲货币单位[16],并

在1996年启动的欧盟第4个框架计划中,设立了大规模、系统性的主要针对南极嗜冷微生物的“Coldzyme”研究项目,参与国家包括英国、比利时、德国、法国、瑞典、奥地利、意大利、荷兰、希腊等。他们在嗜冷酶的分子适冷机制、酶序列分析、酶分子定向诱变、酶基因克隆表达以及应用开发等方面开展了大量工作,现已取得1项低温β2半乳糖苷酶专利。另外,在低温微生物冷激蛋白(cold shock protein)、特殊基因调控系统、特殊膜成分以及不同的分泌机制等方面,欧洲也进行了重点研究。捷克、波兰等东欧国家,也各自开展了针对低温微生物的研究工作;亚洲的日本早在20世纪60年代就开展了针对南极适冷微生物的研究,进入90年代后,更是在微生物的适冷机制与低温酶学研究方面开展了大量工作,现已有2项低温蛋白酶专利,日本花王公司还提交了一系列应用于洗涤剂的低温蛋白酶的专利申请;另外,印度也注意到了研究南极低温微生物适冷机制的意义及其在工业中的应用可能性。

国内一些研究机构从20世纪90年代初开始了针对低温微生物资源(主要是南极及深海微生物)的初步收集、调查与研究工作。近5a来,随着国际上对低温微生物研究热度的逐步加强,以及国内科研人员对低温微生物及其产物在学术研究和生物工程中潜在价值的不断认识,中科院、国家海洋局及水产科学院下属的部分研究所及部分大学已经在低温微生物及其酶类(主要是低温蛋白酶、低温纤维素酶)、新型药物筛选以及低温菌株的分子鉴定与系统发育等方面开展了一些研究工作并取得了部分成果[17～19]。水产科学院黄海水产所已研制开发出主要应用于合成洗涤剂方面的海洋低温碱性蛋白酶和应用于医疗方面的低温溶菌酶产品。但就总体情况而言,国内对低温微生物的研究与开发力量还比较薄弱,研究范围较集中,研究深度也不够。这一状况还有待国内生物科技人员的共同努力来加以改善。

3　微生物低温适应机制研究

微生物对温度的适应,主要体现方式包括:用于能量转移与传导、胞内环境调节及新陈代谢调节的特殊机理;细胞膜、细胞壁结构性成分与功能性成分的稳定性;反应动力学;蛋白构象;酶功

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能[20]。微生物的低温适应机制,涉及菌体自身的生理、生化、遗传物质,以及所处生态环境与营养条件等众多因素,目前还没有全面、系统的科学结论。

现阶段,人们主要从以下几条途径研究微生物的低温适应机制:营养物质的吸收与转运、DNA的复制合成、蛋白质的合成、合成与分解代谢的正常进行、能量代谢的正常进行以及细胞的分裂。大量相关研究工作集中在两方面进行:①膜的结构与功能。研究内容涉及微生物在低温条件下调节膜流动性和通透性的能力、对营养物质的吸收及转运能力、通过膜蛋白和脂多糖的磷酸化作用响应环境温度等;②蛋白的结构、功能与合成。这方面的研究包括低温酶、抗冻蛋白/多肽、嗜冷蛋白、冷激蛋白、冰核蛋白、延长因子蛋白以及酰基辅酶A硫酯酶等众多与微生物低温适应性有关的蛋白在生理、生化及分子生物学等方面的特性。另外,还有部分有关细胞质冷冻防护的研究,如对多元醇、可溶性糖、不饱和脂肪酸以及部分氨基酸等低温防护剂的研究。

其中,关于低温微生物膜功能和酶活性的研究,是目前国际上广受关注并吸引大量研究力量的两大热点。

膜的一个重要功能就是对营养物质的吸收和对胞内离子组成的调节。这一过程是由细胞膜上的运载系统和离子泵来执行。膜的脂类组成必须提供正确的流动性与膜相结构,才能保证膜组成蛋白能够以有效形式开展离子或营养物吸收、电子运送等必要功能[9]。对低温微生物膜结构、功能的研究表明,低温条件下,微生物细胞可以通过以下途径来维持膜的流动性、通透性,保证膜的正常生理功能:膜中不饱和脂肪酸含量增多、脂肪酸链长度缩短(有利于膜脂熔点的降低并在低温条件下保持液晶态)[21,22];脂含量升高、膜面积增大(有利于提高菌体细胞对营养物质的吸收能力)[2]。而细胞膜脂质的不饱和化、脂肪酸链长度缩短以及甲基分枝作用等膜脂类组成的低温适应机制,分别与细胞内的去饱和酶、脂肪酸合成酶等有关[23]。这些酶也受到环境温度的影响。

来自南极海冰的适冷菌中,很大部分都具有生成PU FA,如EPA,DHA的能力[24]。生长在5℃的南极好氧菌,细胞脂质总脂肪酸中棕榈油酸、油酸等不饱和脂肪酸的含量超过90%[25]。PU2 FA在医药及保健品方面,具有重要的商业价值。低温环境对那些通过生成PU FA来保持细胞膜脂质流动性的菌株进行了自然选择。因此,低温微生物在工业化生产PU FA方面,具有潜在的商业开发前景。

相对膜功能的研究而言,低温酶,包括细胞内部关系到菌体代谢、合成、调控的酶类以及作为产物分泌到胞外的酶类,因其不但在微生物的适冷机制中具有重要的地位和作用,而且在生物工程中也具有广阔的应用开发前景,故而在低温微生物及其相关产物的研究开发中,占据了更大的比重[2,7]。目前开展的研究工作,主要集中在低温酶的合成与代谢、酶学性质、酶的分子适冷机制以及新型低温酶类的筛选与应用上。我们将另文介绍有关微生物低温酶分子适冷机制的研究进展。

4　低温酶类的研究

低温条件下,微生物的生长繁殖、代谢合成等一系列生理、生化功能都发生了变化。随着温度陡降,适冷酵母T richosporum pull ulans细胞中,高达26种不同的冷激蛋白被诱导生成,其数量与式样都与温度变化的剧烈程度密切相关[26]。由于酶在生物体中的重要地位与作用,那些因低温导致的变化可以通过细胞产生的酶类得以具体体现。在低温环境中,低温微生物主要通过合成产生大量的酶类和不同类型的酶类、合成产生具有高催化效率和高柔顺分子构象的低温酶类,从生理代谢和生化特征两方面,在一定范围内补偿低温对细胞造成的负面影响从而适应低温环境。

4.1　低温酶的代谢合成

低温菌株可以在酶活力水平上通过酶浓度的变化来定量补偿低温对菌株造成的影响,或在酶学水平上通过酶种类的变化来定性补偿低温对菌株造成的影响[2]。

4.1.1　合成产生大量的低温酶类　在低温下,不但低温微生物的酶活力能够得到提高,而且酶的分泌水平也得到提高。更多酶的产生可以补偿低温环境中酶活力的低速率并保证高效的底物利用[2]。与具有更低的最适酶反应温度、但产生更少的酶量相比,微生物更倾向于选择提高酶生成量的途径来弥补因低温导致的反应速率下降的问

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题。耐冷菌中许多酶的最适产酶温度(17～20℃)明显低于菌株的最适生长温度(30℃左右)[27],这表明低温微生物中一些酶类的产生受环境温度调节,而不是受菌株的生长速率调节。对低温微生物产酶情况的研究显示,培养温度、Ca2+浓度以及菌株生长状态(生长期)等因素,通常会影响低温酶的产生分泌及酶活性的高低:低温有利于酶的产生;Ca2+有助于提高酶活力,增加酶的热稳定性;酶的产生多出现在菌株指数生长早期2生长后期这一阶段[28,29]。

表1 已被研究的微生物低温酶类

酶种类来源菌株酶的最适反应温度主要应用范围

蛋白酶假单胞菌20℃去污、食品、皮革、纺织、分子生物学

胰蛋白酶Colwellia2like strain12℃医药、去污、食品

丝氨酸多肽酶次北极细菌PA24355～60℃去污、食品、分子生物学

碱性磷酸酶Colwellia2like strain17℃分子生物学

α2淀粉酶Cytophaga2like strain25℃洗涤、食品发酵、纺织、造纸

葡糖淀粉酶Candi da antarctica CBS667857℃淀粉水解

Carnobacteri um piscicola strain

α2半乳糖苷酶BA32～37℃医药、饲料

β2半乳糖苷酶Cytophaga2like strain15℃乳品工业

果糖21,62二磷酸醛缩酶嗜冷酵母Y1825℃生物转化

果胶酶Pseudoalteromonas haloplanktis30℃干酪生产、果汁、酿酒

多聚半乳糖醛酸酶嗜冷Scleroti nia borealis40～50℃水果成熟、保藏、纺织

β2甘露聚糖酶Flavobacteri um sp.35℃食品、医药、造纸、饲料、石油开采及精细化工纤维素酶Fibrobacter succi nogenes S8525～35℃啤酒发酵、动物饲料、纺织、去污

脂酶Pseudomonas sp.strain K B700A35℃食品、去污、化妆品、医药

酰基辅酶A硫酯酶Rhodotorula aurantiaca45℃生物转化

α2乙酰2鸟氨酸酶Moritella st rai ns(V ibrionaceae)25℃生物转化

天冬氨酸转氨甲酰酶南极嗜冷细菌30℃生物转化

腺苷三磷酸酶V ibrio sp.strain ABE2150℃生物转化

醇脱氢酶Moraxella sp.TAE12315～25℃不对称化学合成

苹果酸脱氢酶嗜冷细菌PA24337℃生物转化

32异丙基苹果酸脱氢酶V ibrio sp.I548℃不对称化学合成

乳酸脱氢酶V ibrio mari nus MP2110～15℃生物转化、生物传感、乳制品

丙氨酸脱氢酶S hew anella sp.strain Ac1047～50℃生物转化

缬氨酸脱氢酶Cytophaga sp.KUC2120℃生物转化

谷氨酸脱氢酶Psychrobacter sp.TAD120℃食品、医药、生物传感

核糖核酸酶HI S hew anella sp.比 E.coli RNaseHI低20℃分子生物学

RNA聚合酶Pseudomonas syri ngae37℃(0℃仍具转录活力)分子生物学

DNA聚合酶Cenarchaeum sy mbiosum38℃分子生物学

DNA连接酶Pseudoalteromonas haloplanktis18℃分子生物学

限制性核酸内切酶UnbⅠ南极细菌15～20℃分子生物学

尿嘧啶2DNA糖基化酶嗜冷G+海洋细菌35℃分子生物学

丙糖磷酸异构酶V ibrio mari nus25℃迅速失活生物转化

壳二糖酶A rthrobacter sp.TAD20-食品、保健品

几丁质酶V ibrio sp.strain Fi:735℃食品、保健品

腈水合酶Rhodococcus sp.N277435℃低温丙烯酰胺合成

普鲁兰多糖酶Micrococcus sp.50℃普鲁兰多糖水解

木聚糖酶Cryptococcus adeliae45～50℃面粉发酵、制备原生质体、酿酒、果汁生产丙氨酸消旋酶Bacill us psychrosaccharolyticus0℃酶活较高;35℃失活食品储藏、抗菌剂

β2内酰胺酶Psychrobacter i m mobilis A835℃抗生素降解

磷酸甘油激酶Pseudomonas sp.TACII1835℃生物转化

过氧化氢酶V ibrio rumoiensis S21(T)40℃乳业、水处理、半导体工业

柠檬酸合成酶南极细菌DS223R31℃生物转化

异柠檬酸水解酶Colwellia maris20℃生物转化

异柠檬酸脱氢酶V ibrio sp.strain ABE2120～40℃生物转化

苹果酸合成酶Colwellia maris45℃生物转化

16:1(9C)顺2反异构酶Pseudomonas sp.strain E2330℃生物转化

己糖激酶嗜冷酵母Y1830℃生物转化

α2酮戊二酸脱氢酶嗜冷酵母Y1820～40℃生物转化

琥珀酸脱氢酶嗜冷酵母Y1820℃生物转化

4.1.2　合成产生不同类型的低温酶类　研究显示,低温微生物能够产生不同类型的同工酶以响应温度的变化。这些同工酶具有不同的最适反应温度和热稳定性。嗜冷弧菌中的NADP+异柠檬酸脱氢酶同工酶,同工酶Ⅰ的特异活性温度范围为35～40℃,同工酶Ⅱ的特异活性温度为20℃[30]。南极嗜冷酵母Y18的α2酮戊二酸脱氢酶同工酶的最适反应温度分别在20℃和40℃[31]。这些同工酶可以保证菌株在一定范围的不同温度条件下,始终保持代谢活力以维持生命活动现象。

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4.2　低温酶的酶学性质

常温环境中的微生物所产酶类的最适反应温度一般在40～60℃,在低温条件下其催化效率将大大下降。而来源于低温微生物的低温酶类,最适反应温度一般在25～45℃,有的南极海冰细菌所产胰蛋白酶(trypsin)最适反应温度仅为12℃[11]。在低温条件下具有高催化效率和高柔顺性分子构象,是低温酶中普遍存在的酶学特性。与常温、高温酶相比,低温酶在低温条件下一般具有更低的活化能和更松散、柔顺的分子结构,从而保持有效的催化活力。而松散、柔顺的蛋白分子结构,会导致低温酶在常温或高温条件下更高的热不稳定性[32],有的低温酶对变性剂的稳定性也非常差[33]。低温酶能够广泛应用于生物工程的两大要素,就是它们在低温环境中的高催化活力和在中高温度条件下的热不稳定性。

低温酶与同类型中、高温酶相比,在低温条件下具有更低的K m值。这反映出酶在低温下对底物具有更强的亲和力。低温酶的催化效率(κcat/ K m)及周转率(κcat)更高,这可能也是低温菌细胞中包括代谢酶在内的低温酶在低温下发挥有效催化活力的前提[1,31]。

低温微生物的生理代谢过程及酶的合成、分泌是适冷性的,但大多数酶的催化活力却在比菌株最适生长温度高许多的温度条件下达到最佳状态[34]:南极嗜冷酵母Y18的最适、最高生长温度分别为10℃和18℃,而细胞中EMP途径和TCA循环中的一些关键酶,包括果糖1,62二磷酸醛缩酶、己糖激酶、柠檬酸合成酶、α2酮戊二酸脱氢酶及琥珀酸脱氢酶的最适反应温度为20～30℃[31];我们对来自南、北极产酶低温细菌的研究显示,1株南极细菌的最适生长温度为20℃左右,所产蛋白酶的最适反应温度为40℃[35];1株北极细菌的最适生长温度为15℃,35℃时即不能生长,但所产纤维素酶、淀粉酶及琼脂水解酶的最适反应温度为35℃,蛋白酶的最适反应温度为40℃[18]。这些研究表明,酶的分子适冷进化过程并不是与菌株生长或代谢的适冷进化过程同步的。

4.3　低温酶的筛选与应用前景

科研人员现已对来源于低温微生物的低温酶类开展了大量的筛选及研究工作,具体内容(如酶种类、来源菌株、酶的最适反应温度、主要应用范围等)见表1(限于篇幅,参考文献略)。

低温酶因其在低温条件下的高催化效率并节省能源,在工业、农业及医疗方面具有广阔的应用前景,可广泛应用于环境保护、食品、饲料、医药、洗涤清洁剂、化妆品、纺织及基因工程等众多领域。国外已有不少关于低温酶应用前景的综述文章发表[2,11,16]。

5　结　语

由于低温环境在自然界生态分布方面的优势,低温微生物广泛分布在地球上,不但在低温生态与环境系统中发挥着重要作用,还为人类提供了丰富的微生物资源。随着对低温微生物及其产物研究的不断深入,低温微生物的研究,不再仅仅是作为极地、高山等寒区生态学研究与环境监测的一小部分内容而被广大生物技术研发人员所忽视,其在生物工程领域中的潜在价值正在被进一步发掘出来。无论是在基础理论研究或是在应用开发方面,低温微生物都为人类提供了广阔的发挥空间。低温微生物的适冷机制目前尚不完全清楚,低温微生物及其酶类在工业化方面的成功开发还没有太多的成熟案例,这需要人们投入更多的科研力量开展进一步的研究探索。相信随着研究工作的深入开展,以及高通量筛选、蛋白分子定点诱变与定向进化、蛋白组学及微阵列等新的生物技术手段的运用,人们会对低温微生物及其酶类的研究意义和应用价值有更深入的认识了解。

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A Survey on Cold2adapted Microorganisms and their Enzymes

ZEN G Y inxin,YU Y ong,CAI Minghong,HE Jianfeng,CHEN Bo

(Polar Research Institute of China,Shanghai200129)

Abstract　Cold2adapted microorganisms,which are widely distributed the in cold environments on our planet,including polar area,high alpine soil and water,deep sea,and glacier ice,not only provide rich materials for research on the low2tempera2 ture ecology system,genesis and evolution of life,and cold adaptation mechanism of organism,they also have a great potential in biotechnology.Cold2adapted microorganisms and their natural products have attracted deep interests of researchers in the world.The cell membrane and cold2active enzyme of microorganisms living in the cold environments are becoming two of the key topics in studies on cold adaptation https://www.wendangku.net/doc/2d11457763.html,pared to cell membrane research,more work has been carried out on cold2active enzymes.In this review,cold2adapted microorganisms and their enzymes were introduced.

K eyw ords　cold2adapted microorganism,cold adaptation,cold2active enzyme.

88 微　生　物　学　杂　志 24卷

微生物农药的应用现状和发展前景

微生物农药的应用现状和发展前景 摘要化学农药的使用能够控制病虫害，增加作物的产量，但在土壤、空气和粮食中的残留也带来了环境污染、生态平衡破坏和食品安全等一系列问题。微生物农药是指微生物及其代谢产物，和由它加工而成的、具有杀虫、杀菌、除草、杀鼠或调节植物生长等活性的物质，包括活体微生物农药和农用抗生素两大类。前者主要包括Bt制剂、病毒杀虫剂、真菌杀虫剂和真菌除草剂；后者主要指微生物所产生的一些有活性的次级代谢产物及其化学修饰物。微生物农药由于其广谱、高效、安全、环境相容性好等特点，日益受到重视。本文介绍了微生物农药的种类、特点、应用现状，并在此基础上对其发展前景进行了展望。 关键词微生物农药；应用现状；发展前景 1.传统化学农药和微生物农药的比较 1.1传统化学农药产生的危害 1.1.1对土壤的影响 传统化学农药施用以后，一部分残留在农作物表面，一部分直接进入土壤，被土壤颗粒吸附。大气中的残留农药和农作物上的农药经雨水淋洗进入土壤，直接或间接与土壤接触，杀灭土壤中的微生物，影响土壤的腐熟和透气性，破坏土壤结构和土壤肥力，影响作物生长发育。 1.1.2破坏生态平衡 在杀灭害虫的同时，也杀灭了害虫的天敌，破坏了生态平衡，导致害虫种群急剧上升。有些次要的害虫，由于天敌数量急剧减少，很快发展为主要害虫。 1.1.3产生抗药性 针对一种害虫长期使用同种农药，往往会使其产生抗药性，从而导致农药浓度及用药频率增加，使农药残留更高。 1.1.4威胁食品安全和人体健康 化学农药在蔬菜水果上的残留会对食品安全造成巨大的威胁。农药通过饮食或食物链间接进入人体造成急性或慢性中毒，甚至致癌，危害人体健康。 1.2微生物农药的优点 与传统化学农药相比，微生物农药具有以下优点：（1）对病虫害的防治效果良好。病原

极端微生物的特性及应用

极端微生物的特性及应用 摘要：依赖极端环境才能正常生长的繁殖的微生物，称为嗜极菌或极端微生物，极端微生物的类型有嗜热微生物、嗜冷微生物、嗜酸微生物、嗜碱微生物、嗜盐微生物、嗜压微生物。其细胞中的DNA、RNA、蛋白质、脂类和多糖成分，以及其代谢途径、基因表达、抗逆性机制等都与一般生物不同，近年来倍受各国学者们的重视。 关键词：嗜热微生物；嗜冷微生物；嗜酸微生物；嗜碱微生物；嗜盐微生物；嗜压微生物 1.引言 嗜极菌是指生活在各种极端恶劣环境下的微生物。极端环境的如高温、低温、高压、高酸、高碱、高盐、高渗、干旱以及含高浓度的有机溶剂、重金属或其他有毒物质的环境或高辐射环境等。凡依赖这些环境才能正常生长的繁殖的微生物，称为嗜极菌或极端微生物，极端微生物的类型有嗜热微生物、嗜冷微生物、嗜酸微生物、嗜碱微生物、嗜盐微生物、嗜压微生物。其细胞中的DNA、RNA、蛋白质、脂类和多糖成分，以及其代谢途径、基因表达、抗逆性机制等都与一般生物不同[1]，因此不仅在生物学基础理论研究中具有重要意义，而且在生产实践（冶金、采矿、石油开采、特种酶制剂和代谢产物的生产等）中具有巨大的应用潜力。因此，近年来倍受各国学者们的重视。本文就极端微生物的功能特性、生理机制、工业应用及研究进展等各方面进行阐述。 2.极端酶 来自嗜极菌的酶称为极端酶，嗜极菌之所以能生长于超常生态环境条件下,与极端酶具有的非凡功能是分不开的。极端酶来自嗜极菌,但并非嗜极菌体内所有的酶都是极端酶。例如,嗜酸菌或嗜碱菌的细胞仍保持接近中性的内环境,其胞内酶仍属中性酶。但其胞外酶,如淀粉酶和蛋白酶等则不同，仅在极酸或极碱条件下起作用）[2]。由于适合极端酶生长的条件一般具有腐蚀性,并产生有毒物质,不能用常规发酵系统来生产,因而极端酶的分离纯化目前还限于小规模，低产量水平。

瘤胃微生物定量方法的研究进展_郭同军

瘤胃微生物定量方法的研究进展 郭同军1,2,王加启1,王建平1,霍小凯1,2,卜登攀1,魏宏阳1,周凌云1,刘开朗1 (1.中国农业科学研究院北京畜牧研究所动物营养学国家重点实验室,北京　100193;2新疆农业大学,乌鲁木齐　830052) 摘要:当前人们对瘤胃中微生物的认识只有10%～20%,不断改进研究技术和手段,才能大大推动瘤胃微生态领域的研究。作者阐述了瘤胃微生物传统定量方法(滚管计数法和最大或然数法)和分子生物学定量方法,如探针杂交技术、荧光原位杂交、D GGE、定量PCR和流式细胞计量术(flow cytometry)等的应用状况及其各自的优缺点。 关键词:瘤胃微生物;滚管计数法;最大或然数法;Real2Time PCR;流式细胞计量术 中图分类号:Q93.3 文献标识码:A 文章编号:167127236(2009)0420019206 反刍动物在长期的自然进化过程中获得了独特的瘤胃发酵系统。瘤胃内有大量的微生物,目前为止,所知细菌达200种以上,活菌数为1011个/mL,原虫超过25个属,其数量为104～106个/mL,真菌含有5个属(Miron等,2001)。由众多的细菌、真菌和原虫组成的微生态系统中,不仅每种微生物与底物的作用机理不同,各种微生物之间的关系更是复杂(冯仰廉,2004)。传统定量方法如滚管法(Hun2 gate,1969)和最大似然法(Dehority等,1989)只能培养瘤胃微生物中的一小部分,这使得瘤胃微生物的多样性被严重低估(Amann等,1995)。20世纪80年代,基于16S/18S rRNA/rDNA的分子生物学定量方法的兴起,可以提供微生物核酸分子方面的特征,评价不同生态系统中微生物的遗传多样性和 收稿日期:2008211226 作者简介:郭同军(1981-),男,甘肃人,硕士生,研究方向:瘤胃微生物工程。 通信作者:王加启(1967-),男,安徽人,研究员,博士生导师,从事反刍动物营养和牛奶质量改良研究。E2mail: wang2jia2qi@https://www.wendangku.net/doc/2d11457763.html,;010********* 基金项目:“十一五”国家奶业科技支撑计划(2006BAD04A14和2006BAD04A10)。系统发育关系(Tajima等,1999),而且还能对瘤胃微生物进行计数(Sdiva等,2004),由于研究方法的不断改进,使得人们不断的发现许多新的瘤胃微生物品种(K oike等,2003;Shin等,2004)。认识瘤胃微生物的功能、活动规律和建立准确、快速、高效的瘤胃微生物定性及定量评价方法,是瘤胃微生态研究必然的趋势。作者主要就当前瘤胃微生物定量方法的研究进展做了详细阐述。 1　定量研究方法在瘤胃微生物研究中的应用及评价 1.1　传统定量方法　采用Hungate发展起来的厌氧培养技术,以及采用模拟瘤胃环境而设计的培养基,对瘤胃微生物进行分离、纯培养、计数、形态鉴定、生理生化特性的鉴别、分类等。瘤胃细菌与真菌的数量用显微镜直接计数,常采用滚管法计数,以及最大或然数计数法(mo st p robable number,MPN) (Dehority等,1989)。 1.1.1　稀释平板记数法　稀释平板记数法又称活菌记数法,是根据微生物在高度稀释条件下固体培养基上所形成的单个菌落是由一个单细胞繁殖而成这一特征设计的记数方法。瘤胃液中细菌或真菌的活菌记数常采用亨氏滚管计数法(roll2t ube tech2 nique)(Hungate,1969)。亨氏滚管计数法可以获 Abstract:The advances on nutrient requirements,feedstuff evaluation and formulation techniques of broiler are reviewed in this paper.It showed that feeding phases decision is more scientific f rom three to four phases;nutrient requirement specifica2 tions is presenting diversified trend of development,which are referred to be combined with the broiler breeds,environment, production goal and the evaluation systems of the feedstuff itself etc;secondly,formulation optimization technology itself is rel2 ative invariable,but if the coefficients matrix of formulation model is integrated f rom the standard deviation of the nutrients of used feedstuff,it will evidently enhance the true probability for goal nutrients to reach.The third,performance prediction a2 bout broiler is improved when diets are formulated on the basis of standardized ileal amino acid digestibility.The results and thought can provide the scientific basis for developing the new generation expert system of broiler feeding and nutrition. K ey w ords:broiler;nutrient requirements;formulation technology;standardized ileal digestibility

微生物多样性对植物群落影响的研究进展(1)(1)

安庆师范学院本科毕业（学位）论文 姓名：王婷婷 年级： 2 0 0 7级 专业：环境科学 论文题目：微生物多样性对植物 群落影响的研究进展 完成日期：2011年4月27日 指导老师：潘少兵 安庆师范学院资源环境学院 二O一一年四月二十七日

微生物多样性对植物群落影响的研究进展 作者：王婷婷指导老师：潘少兵 （安庆师范学院资源环境学院安徽安庆246011） 摘要：土壤是微生物的主要存在场所，它承载了大部分生命的基因多样性。微生物群落在各种生态进程中具有重要作用，但是对于微生物多样性与执行生态功能能力的联系却研究的很有限。这篇文章以微生物多样性在植物群落方面的作用为基础，探讨微生物群落在执行生态功能中的冗余现象。 关键词：微生物多样性；功能冗余；植物多样性 Advancement of Effect of Microbial Diversity on Plant Diversity Autor：Wang Tingting Instructor: Pan Shaobing （School of Resources and environmental science,Anqing Teachers’College,Anqing 246011,Anhui） Abstract: Microbes are abundant in soil and comprise a large portion of Life's genetic diversity. Soil microbes play key roles in a large number of important ecosystem process- es. But the relativity between soil microbial diversity and their ecological functions is still poorly understood. Here we approach the functional redundances during soil microb- es influencing the ecological functions based on the various roles that they play in plant diversity. Key words：microbial diversity, functional redundances, plant diversity 引言： 土壤是微生物的主要存在场所，微生物在土壤养分转化与腐殖质形成过程中有着非常重要的作用。土壤生态系统是保证动植物生存、农业健康、持续发展的基础[1],对全球的生态环境变化有着深远的影响。土壤微生物群落是土壤中的活性组分, 包括细菌、真菌、放线菌和原生动物、病毒和小型藻类[2],每克土壤中栖息着大约100 亿个微生物[3]。土壤微生物群落对全球生态系统功能如养分转化、有机物的分解、土壤基本结构的维持、

生物农药的发展与苏云金杆菌杀虫剂研究现状_刘保民

2011.01B 总第206期生物农药的发展 在全球范围内，由于农业病虫害所造成的农产品损失每年达到15%~25%.大规模地使用化学农药是当前控制害虫的主要策略。这一措施虽然对于稳定农业产量具有一定的积极作用，但是，由于化学农药的杀虫谱广，田间残效期较长，容易诱发害虫对其产生抗药性，特别是化学农药对农产品和环境的污染，导致妇女流产、婴儿畸变以及诱发人类癌症等各种疾病。因此，使用生物农药防治害虫越来越受到人们的重视。 1．生物农药发展概况 随着人类环境保护意识的增强，高效低毒的生物农药已成为当今农药的发展方向。生物农药是指非人工合成，具有杀虫、杀菌或抗病、除草能力的，并可以制成具有农药功效和商品价值的生物制剂，包括微生物源农药（细菌、病毒、真菌及其次生代谢产物）、植物源农药、动物源农药和抗病虫草害的转基因植物等。相对于常规的化学农药而言，生物农药具有作用方式独特，防治对象专一，对天敌等有益生物安全，用量小，降解快，对人、畜、环境风险性低，适用于病、虫、草害综合防治等特点。1992年，世界环境与发展大会曾明确指出，到2000年要在全球范围内控制化学农药的销售和使用，生物农药的用量达到60%，然而，目前生物农药在全球农药销售总量中仅占2%的市场份额，与预期目标相差甚远。因此，大力发展生物农药已经成为世界各国共同面临的重大任务。我国有关部门提出到2015年，要求生物农药的使用占农药总量的30%~50%，按此比例计算，当前我国农药耗用量每年达120万t，年需生物农药量至少在60万t以上。至2002年底，包括转基因棉花，我国生物农药年产量仅占到农药总产量的10%左右，推广应用面积占到农药总应用面积的12%左右。可见发展生物农药已经成为我国急待解决的重大问题之一。目前，我国正式注册的农药生产企业近2000家，品种约250种，年产量近40万t，总产量仅次于美国。其中，化学农药占农药总量的90%以上，生物农药所占比例不足10%，我国农药品种结构老化，高毒品种仍在继续使用，集中表现为“3个70%”，即杀虫剂约占农药总产量的70%，有机磷农药约占杀虫剂的70%，几个高毒老品种，如，甲胺磷、甲基对硫磷、敌敌畏等约占有机磷农药的70%，这种现状已不能适应现代农业生产发展和环境保护的要求。 生物农药在我国发展有两个高潮，即20世纪60年代-70年代和20世纪90年代以后。在前一个高潮阶段由于当时生物技术水平相对较低，满足不了生物农药对工艺、贮藏和运输要求的条件，除井冈霉素外，未形成有影响的产品。进入20世纪90年代以后，由于生物技术尤其是微生物技术的进步，为生物农药的开发提供了便利，形成了第二个高潮。据《农药登记公告》统计，我国已商品化的生物农药产品主要有以下几类：苏云金杆菌、核型多角体病毒、阿维菌素和农用抗生素等。 不同种类的生物农药各有特点，病毒类生物农药由于病毒无法离体培养，生产中需要大量养殖昆虫，从而使大规模生产受到限制；真菌类生物农药，由于大量培养抗逆孢子技术没有突破，致使产品的保存期和稳定性达不到农药登记的要求，造成规模化生产存在一定的难度；植物源农药由于需要种植大量植物，工业规模化生产受到土地、植被和生态保护等限制；动物源农药主要是被开发成仿生合成农药，直接开发成生物农药难度很大；转基因植物，由于安全性评价问题也影响其推广应用。以苏云金杆菌为代表的细菌类杀虫剂，由于 山西省芮城县生物农药厂刘保民 与 苏云金杆菌杀虫剂研究现状 27 AGRICULTURAL TECHNOLOGY&EQUIPMENT

极端温度微生物生存机理及应用研究进展

极端温度微生物生存机理及应用研究进展 李淼 (中山大学生命科学学院广东) 摘要：极端温度微生物是生物对极冷与极热环境适应的特殊种类，研究微生物对于极端温度环境的生存机理对探索生命的起源、微生物的育种及开发利用等具有重要意义。本文大致介绍了嗜热微生物、嗜冷菌和耐冷菌的生物类群，阐述了微生物在面临极端环境温度的适应机理多样性，总结其在环境应用的研究进展。最后旨在综合对比这两类极端微生物的生存机理和实际生产生活应用。 关键词：微生物；极端环境；生存机理；环境应用 极端微生物(extreme microorganism)是指一般生物无法生存的极端环境中（高温、寒冷、高盐、高压、高辐射等）能够正常生存的微生物群体的统称。一般把在高温环境中生长的微生物叫嗜热菌（thermophiles），包括一些细菌及古细菌。他们广泛分布在草堆、厩肥、温泉、火山地及海底火山附近等处。普通耐热菌的最高生长温度在45℃-55℃之间，低于30℃也能生长，而超嗜热菌最高生长温度可达80℃-110℃，最低生长温度也在55℃左右。同时，在地球这个大生态系统中也存在着广泛的低温环境。如占地球表面14%的两极地区及海洋深处（90%的海水其平均温度为5℃或更低）等[1]，在这些特殊环境中生活着一类微生物即低温微生物（halophilic microorganism）。 极端高温与极端低温环境都会对生物膜结构以及蛋白质结构造成巨大的影响。了解高温微生物与低温微生物的生存机理，有助于人们开展深一层次的蛋白与膜分子结构研究。本文在目前已有的研究基础上，就高温微生物与低温微生物的生存机理以及在环境应用的最新进展做一简要对比综述，为进 一步研究提供参考。 1 高温微生物概述 通常把最适生长温度高于45℃的微生物称 为嗜热菌。嗜热菌并非单一的菌属或菌群， 其中有些嗜热细菌，其同届菌中皆为嗜热 菌，如红色嗜热杆菌（Rhodothermus）、嗜 热好氧杆菌（Thermoaerobium）、嗜热厌氧 杆菌（Thermoanaerobaeterium）、球杆菌（Sphaembaeter）等，也有高温菌及中温菌 并存的菌属，如芽孢杆菌、奇异球菌（Deincooccus）、假黄色单胞菌（Pseudoxanthomonas）等。嗜热菌按其生 长的耐热程度不同可分为5类（表1）[2]。目 前，对嗜热菌的耐热性主要从细胞壁的结 构、类脂的敏感性、DNA结构的稳定性以及 蛋白质的热稳定性等方面进行研究。 表1 嗜热菌的分类/℃ Tab.1 The classification of thermophiles /℃ 分类最适生长温度最高生长温度最低生长温度

微生物论文

微生物在环境保护中的作用和地位 （华南师范大学生命科学学院，广东广州 510631） 摘要：随着生物科技的发展和现在社会的环保要求日益强烈,人类越发重视利用微生物在处理环境污染物和环境监测等方面的应用，并取得了不少的成果。本文对当前人类环境现状和环境保护中所面临的各种问题做了简要的分析，并从废水、废气、固体废弃物处理及环境监测等几个方面介绍了微生物在环境保护中的应用和研究进展，分析了生物处理工艺的特点及优越性，展望了生物技术未来的发展方向和前景。 关键词：微生物环境保护应用 近年来，随着工业的高度发展、人口的急剧增长，人类在生产和生活劳动中产生的大量废弃物，如生活垃圾、工业生产形成的“三废”（废水、废弃、废渣）、农业生产中大量使用的化肥、农药等，进入人类赖以生存的环境，造成对生态系统的压力，当超过一定限度时，生态系统的结构与功能受到破坏，导致生态环境恶化与失衡，从而给人类自身带来严重危害。 当前，如何提高人类对保护和合理利用自然资源的认识，防止自然环境受到污染和破坏；加强对受到污染和破坏的环境的综合治理；协调好人类与环境的关系，保障经济社会的持续发展都是环境保护进程中面临的非常现实的问题。 通过对生态的研究，我们知道，微生物在地球生态系统物质循环过程中充当分解者的角色，起着“天然环境卫士”的作用。而且微生物种类繁多，分布广泛，资源丰富，是人类最宝贵、最具开发潜力的资源库。在污染物的降解转化、资源的再生利用、无公害产品的生产开发、生态保护等方面微生物都能发挥重要作用。 此外，由于环境污染物一般来讲性质相对稳定，难于用物理或化学方法将其进行无害化处理，而生物过程是以酶促反应为基础，反应过程是常温常压和接近中性的条件下进行的，这与物理、化学法相比，利用微生物处理环境污染物具有投资省，费用少，耗能低，效果好，过程稳定，操作简便的优点，更重要的是可基本达到无害化。因此，最大限度地利用微生物所具有的净化环境的作用,无疑对环境保护具有重要意义。 1 微生物对污染物的降解与转化 人类在生产与生活中常常会释放到水体、大气和土壤各种各样的污染物，造成对环境和人类自身不利的影响，这些物质包括农药、污泥、烃类、合成聚合物、重金属及放射性物质等。总体上可分为无毒和有毒两大类，前者如纤维素、淀粉、后者如苯酚、多氯联苯、氰化物、重金属等。各种污染物对人类的危害有的短时间内直接表现出来，而有的则具有长期性和积累的特点。 微生物在自然界分布广泛，具有遗传多样性和代谢类型多样性，因此释放于环境中的几乎所有的有机物都能被微生物降解与转化。同时，微生物具有个体小、繁殖快、易变异和适应力强的特点。微生物可以通过形成诱导酶、产生新的突变体和产生新的酶系、与其他微生物进行共代谢、获得降解性质粒等多种途径实现对污染物的分解和转化。 1.1化学农药的微生物降解 化学农药包括各种人工合成的除草剂、杀虫剂、杀菌剂等化学药物，目前生产中使用的农药主要是有机氯、有机磷、有机硫农药。大部分的农药会在土壤中残留，吸附于土壤，并以空气、地表水扩散至更远的范围，从而对生态系统中的动植物、微生物以及人类自身造成影响。农药在土壤中残留的时间除与土壤和气候有关外，更主要的是决定于药物本身的性质

极端微生物活性物质的研究进展

极端微生物活性物质的研究进展 顾觉奋,罗学刚 中国药科大学生物制药学院,南京210009 【摘　要】　极端微生物具有特殊的遗传背景和代谢途径,能够产生各种具有特殊功能的酶类及其它活性物质,在医药、食品、化工、环保等领域有着重大的应用潜力。本文对重要极端微生物的生理特点及其产生的活性物质进行综述。 【关键词】　极端微生物;活性物质;应用潜力 【中图分类号】　R372 【文献标识码】　A 【文章编号】　167223651(2003)0420252205 极端微生物(Extrem ophiles),又称嗜极菌,是一些能够在极端环境下生长的微生物。所谓极端环境,是指高温、低温、高pH、低pH、高盐度、高压等普通微生物所不能生存的环境。为了方便研究,一般将极端环境的条件确定如表1。 与普通微生物相比,极端微生物具有不同的遗传背景和代谢途径,因此,研究极端微生物不仅有助于人们对生命本质的探索,而且极端微生物能够产生各种具有特殊功能的酶类及其它活性物质,在医药、食品、化工、环保等领域有着重大的应用潜力(见表2)。 T able1　Extreme environments[1] 表1　极端环境条件[1] 极端环境条件极端环境条件 pH<3、>9有机溶剂>1% 温度<10℃、>70℃重金属汞、镉等 盐度>15%其它紫外线、X射线等压力>400atm T able2　M ajor extremophiles active substances available for the field of biological engineering and chemical industry[2] 表2　可用于生物工程及化工领域的主要极端微生物活性物质[2] 应用领域活性物质优　点来源微生物 多不饱和脂肪酸嗜冷菌 制　药甘油,可相容的溶质成本低廉嗜盐菌 胡萝卜素嗜盐藻类 抗生素热红菌素、嗜盐菌素、冷霉素、丁酰 苷菌素等嗜热菌、嗜盐菌、嗜冷菌、嗜碱菌等 PCR、DNA测序、DNA标记DNA聚合酶高温稳定,使PCR自动化得以实现嗜热菌生物传感器脱氢酶嗜冷菌药用表面活性剂膜嗜盐菌 水解淀粉制备可溶性糊精、麦芽糖糊精和玉米糖浆、减少面包焙烤时间α2淀粉酶稳定性高、耐酸、细菌淀粉酶Bacillus stearothermophilus (G2ZY ME G995) 食品工业、酿酒、清洁剂蛋白酶高温下稳定嗜热菌奶酪、奶制品工业中性蛋白酶高温下稳定嗜热菌纸张漂白木聚糖酶减少漂白剂用量嗜热菌清洁剂蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶增强清洁剂去污力嗜冷菌 纤维素酶、蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶高pH下稳定嗜碱菌 1　嗜热菌(thermophiles) 111　生理特点[3] 嗜热菌俗称高温菌,广泛分布在温泉、堆肥、地热区土壤、火山及海底火山地等,最适生长温度可在90℃以上,美国Baross从火山喷口分离出的一些细菌甚至可生活在250℃环境中。已发现的极端嗜热菌有20多个属,大多为古细

微生物发展历程及前景展望

微生物学发展历程及前景展望 微生物学（microbiology）生物学的分支学科之一。它是在分子、细胞或群体水平上研究各类微小生物的形态结构、生长繁殖、生理代谢、遗传变异、生态分布和分类进化等生命活动的基本规律，并将其应用于工业发酵、医学卫生和生物工程等领域的科学。 微生物学是高等院校生物类专业必开的一门重要基础课或专业基础课，也是现代高新生物技术的理论与技术基础。基因工程、细胞工程、酶工程及发酵工程就是在微生物学原理与技术基础上形成和发展起来的；《微生物学》也是高等农林院校生物类专业发展及农林业现代化的重要基石之一。随着生物技术广泛应用，微生物学对现代与未来人类的生产活动及生活必将产生巨大影响。 一、发展历程 （一）微生物学的经验时期 公元二千多年的夏禹时代，就有仪狄作酒的记载。北魏（386～534）贾思勰《齐民要术》一书中，详细地记载了制醋方法。我国古代人民也发现豆类的发酵过程，从而制成了酱。 十一世纪时。北宋未年刘真人就有肺痨由虫引起之说。意大利学者Fracastoro 认为传染病的传播有直接、间接和通过空气等几种途径。 在预防医学方面，我国自古以来就有将水煮沸后饮用的习惯。明李时珍的《本草纲目》中，亦有对病人穿过的衣服应该进行消毒的记载。 我国古代人民，创用了预防天花的人痘接种法。大量古书证明，我国在明代隆庆年间，人痘已经广泛使用，并先后传至俄国、日本、朝鲜、土耳其、英国等国家，人痘接种是我国对预防医学的一大贡献。 （二）实验微生物学时期 1.微生物的发现 首先看到微生物的是荷兰人列文虎克。他于1676年创制了一架原始显微镜，正确地描述了微生物的形态有球形、杆状、螺旋样等，为微生物的存在提供了有力证据。 法国科学家巴斯德首先实验证明有机物质的发酵与腐败是由微生物引起。巴斯德的研究开始了微生物的生理学时期。自此，微生物学开始成为一门独立的学科。 巴斯德创造了巴氏消毒法。随后，英国外科医师李斯德创用石碳酸喷洒手术室和煮沸手术用具，以防止外科手术的继发感染，为防腐、消毒以及无菌操作打下基础。 微生物学的另一奠基人是德国学者郭霍。他创用固体培养基，使有可能将细菌从环境或病人排泄物等标本中分出成为纯培养，便于对各种细菌分别具体研究。后又创用了染色方法和实验性动物感染，为发现各种传染病的病原体提供有利条件。 2.免疫学的兴起 十八世纪末，英国医师Jenner创制牛痘苗来预防天花，为预防医学开辟了广

微生物研究所发展战略报告

微生物研究所发展战略报告 一、研究所重点领域的国内外发展趋势 1．微生物资源 进入新世纪以后，微生物学家已经开始结合采用传统微生物学、分子生物学、基因组学和与生物学相关的交叉学科的思路和手段，在广阔的时空范围内，系统调查和研究自然界中微生物（特别是未培养微生物）的种类、生活方式、相互作用以及与环境的关系，揭示物种起源和进化的规律；同时，在基因组学和生物信息学等的支持下，继续在分子水平上探讨不同种类微生物的基本生物学过程、代谢方式和调控规律，阐明微生物的代谢多样性；此外，在微生物资源的利用方面，积极发展高效筛选方法和工具，开发具有重要应用前景的微生物产品和功能，促进国民经济和社会的发展以及生态环境的改善。 2. 分子微生物学 分子微生物学在分子水平上揭示了微生物生命现象的本质，对微生物学和其他生命科学的发展起着重要的作用。分子微生物学新的研究方法和研究工具发展迅速；微生物基因组的测序已成为程序化的常规工作，功能基因组学和蛋白质组学的研究不断取得新的进展；基因表达的研究从转录水平深入到翻译和翻译后水平；微生物次生代谢产物合成途径及其基因相互作用，基因的特异性调控和全局调控成为国际热点之一；微生物代谢的研究从单一途径发展为整个网络；代谢组学、代谢工程新学科研究应运而生；微生物与宿主的相互作用成为当今该领域的热点; 以免疫系统为模式的细胞相互作用、信号转导、细胞凋亡、基因表达与调控，人类、动植物抵御病原菌侵染的分子机制及网络调控机制已成为本世纪生命科学的最重要的分支；癌症和重大疾病发生分子机理及防御治疗等重大领域的研究进展日新月异。 3.微生物生物技术 21世纪以来，微生物生物技术将在工业、农业、环保、医药等的应用范围不断扩大，分子育种已成为微生物育种的重要方法。绝大多数的酶制剂用工程菌生产，并用DNA模块组合(DNA shuffling)等分子酶工程方法结合高通量筛选技术获得新型生物催化剂和重要的手性化合物。利用细胞或酶作为催化剂实现物资转化的生物催化和生物转化加工技术，促使化工、能源、材料、环境等领域的技术改造发生深刻变革。代谢工程的进展使分子育种的目标扩展到涉及多基因的微生物初级代谢物和次级代谢物，并使生命科学与工程科学进一步结合。环境微

微生物毕业论文题目100例

微生物毕业论文题目100例 生物学中微生物学专业主要涉及微生物制药，环境能源微生物，临床微生物，生物发酵等类别，研究方向不同，论文题目选择也有所不同。以下整理了一些优秀的微生物毕业论文题目。希望对正在写论文的同学一个参考。 1、脲解型微生物诱导碳酸钙沉积研究 2、马铃薯连作对根际土壤微生物生理类群的影响 3、“食品微生物学”实验教学体系的改革与实践 4、病原微生物对人体健康的危害及检测 5、贺兰山东麓荒漠微生物结皮发育过程研究 6、原代鸡胚成纤维细胞中的污染微生物分析 7、油脂降解微生物的筛选及代谢能力影响因素研究 8、深海微生物硝化作用驱动的化能自养固碳过程与机制研究进展 9、地膜降解物对土壤微生物群落结构和多样性的影响 10、微生物酶技术在食品加工与检测中的应用 11、草莓不同生育时期根区微生物多样性及动态变化 12、台湾林檎叶片浸提液对致腐微生物的抑制效果 13、细胞、微生物及其相关培养技术 14、食品微生物学实验模块化教学体系的构建 15、有机无机缓释复合肥对土壤微生物量碳、氮和群落结构的影

响 16、东北传统豆酱发酵过程中微生物的多样性 17、不同教学方法在微生物学教学中的比较研究 18、环境微生物实验教学体系改革和管理 19、食品微生物学课堂教学改革与实践 20、应用型大学微生物学课程教学改革 21、关于有机磷农药的微生物降解技术研究探讨 22、外源汞添加对土壤微生物区系的影响 23、论研讨式教学在《食品微生物学》课程教学中的应用 24、采煤塌陷复垦区先锋植物根际微生物数量的变化 25、微生物实验室培养基的质量控制 26、食品微生物学双语教学模式的探索与实践 27、土壤微生物总活性研究方法进展 28、浅水湖泊沉积物中水生植物残体降解过程及微生物群落变化 29、应用型本科院校微生物实验模块化教学的探索与实践 30、外源生物炭对黑土土壤微生物功能多样性的影响 31、浅谈土壤微生物对环境胁迫的响应机制 32、秸秆还田深度对土壤微生物碳氮的影响 33、水质微生物学检验实验模块的教学探索与实践 34、高师院校微生物学课程探究式教学实践与思考 35、5种江西特色盆景植物根际微生物群落特征比较研究 36、生物工程专业《微生物学》双语教学探索

环境微生物学论文

根据微生物的特点，谈谈为什么说微生物既是人类的敌人，更是人类的朋友 人类的生存和发展与微生物息息相关的，要对微生物有全面的了解才能让微生物为人类所用。事物都具有两面性的，可以说微生物既是人类的敌人，更是人类的朋友。 微生物对人类最重要的影响之一是导致传染病的流行。在人类疾病中有50％是由病毒引起。世界卫生组织公布资料显示：传染病的发病率和病死率在所有疾病中占据第一位。微生物导致人类疾病的历史，也就是人类与之不断斗争的历史。在疾病的预防和治疗方面，人类取得了长足的进展，但是新现和再现的微生物感染还是不断发生，像大量的病毒性疾病一直缺乏有效的治疗药物。一些疾病的致病机制并不清楚。大量的广谱抗生素的滥用造成了强大的选择压力，使许多菌株发生变异，导致耐药性的产生，人类健康受到新的威胁。一些分节段的病毒之间可以通过重组或重配发生变异，最典型的例子就是流行性感冒病毒。每次流感大流行流感病毒都与前次导致感染的株型发生了变异，这种快速的变异给疫苗的设计和治疗造成了很大的障碍。而耐药性结核杆菌的出现使原本已近控制住的结核感染又在世界范围内猖獗起来。 微生物能够致病，能够造成食品、布匹、皮革等发霉腐烂，但微生物也有有益的一面。最早是弗莱明从青霉菌抑制其它细菌的生长中发现了青霉素，这对医药界来讲是一个划时代的发现。后来大量的抗生素从放线菌等的代谢产物中筛选出来。抗生素的使用在第二次世界大战中挽救了无数人的生命。一些微生物被广泛应用于工业发酵，生产乙醇、食品及各种酶制剂等；一部分微生物能够降解塑料、处理废水废气等等，并且可再生资源的潜力极大，称为环保微生物；还有一些能在极端环境中生存的微生物，例如：高温、低温、高盐、高碱以及高辐射等普通生命体不能生存的环境，依然存在着一部分微生物等等。看上去，我们发现的微生物已经很多，但实际上由于培养方式等技术手段的限制，人类现今发现的微生物还只占自然界中存在的微生物的很少一部分。 另外微生物还为人类带来巨大危害，如疫病的传播。并且微生物的遗传稳定性差，容易发生变异，引起疫病传播的新微生物种类总不断出现。 最近出现的超级病菌就是由于变异产生的一种耐药性细菌，这种超级病菌能在人身上造成浓疮和毒疱，甚至逐渐让人的肌肉坏死。更可怕的是，抗生素药物对它不起作用，病人会因为感染而引起可怕的炎症，高烧、痉挛、昏迷直到最后死亡。这种病菌的可怕之处并不在于它对人的杀伤力，而是它对普通杀菌药物——抗生素的抵抗能力，对这种病菌，人们几乎无药可用。2010年，英国媒体爆出：南亚发现新型超级病菌NDM-1，抗药性极强可全球蔓延。 MRSA是一种耐药性细菌，耐甲氧西林金黄葡萄球菌（Methicillin-Resistant Staphylococcus Aures）的缩写。1961年，MRSA在英国被首次发现，它的致病机理与普通金黄葡萄球菌没什么两样，但危险的是，它对多数抗生素不起反应，感染体弱的人后会造成致命炎症。在医院里，“肮脏的白大褂”臭名昭著。现在金黄葡萄球菌是医院内感染的主要病原菌，人们从外面带来各种各样的球菌，这些病菌附着在医生和护士们的白大褂上，跟着四处巡视，有时掉在手术器械上，有时直接掉在病人身上。在医院内感染MRSA的几率是在院外感染的170万倍。最令医生们头痛的是，由于MRSA对大多数的抗生素具抵抗力，患者治愈所需的时间会无限拉长，最终转为肺炎而死。很幸运，至今这种多重耐药性的超级病菌仍然只在医院里传播。 钟南山教授提到，“超级细菌”是革兰氏阴性杆菌、肺炎克雷伯菌、大肠杆菌或不动杆

极端环境微生物——台喜生

极端环境微生物研究进展 极端环境（extreme environment）泛指存在某些特殊物理和化学状态的自然环境，包括高温、低温、强酸、强碱、高盐、高压、高辐射和极端缺氧环境等，适合在极端环境中生活的微生物称为极端微生物（extremophiles）（Margesin and Schinner,2001; Rothschild and Mancinelli,2001; 陈骏等，2006；张敏和东秀珠，2006）。具有独特的基因类型、特殊生态群落、特殊生理机理和特殊代谢产物。 一、海洋极端环境微生物 1．海洋极端环境微生下微生物类型主要为细菌和古生菌，热泉微生物群落主要为异氧发酵菌、硫酸盐还原菌、产甲烷菌等；冷泉微生物群落主要为ANME-2族的厌氧甲烷氧化古生菌、硫酸盐还原细菌和ANME-1族厌氧甲烷氧化古菌，这些极端微生物利用CH4和H2S等气体进行能量固定，有较高的生物丰度和较低的分异度，具有垂向和水平分带性，并能营生一套独特的宏体生物（王家生等，2007）。 2．油气资源的形成和演化与时间、温度和有机质组成密切相关（Seewald,2003），油气的产生、运移、圈闭和后期改造过程也大多是在一些特殊环境中进行的，极端微生物活动可能参与了整个过程。 3．探索海洋极端环境下微生物活动，不仅在理论上可将其作为特定地质微生物标志（geomicrobiological signature），揭示现代和地史时期海洋环境变化和地质环境变迁（党宏 月等，2006）、探索生物圈与地圈之间协同演化、阐明生物多样性形成机制和认识生命极限等（汪品先，2003；中国大洋钻探学术委员会，2003），而且在实践中指导海洋深水油气田的开发和地史早期潜在烃源岩的寻找。 4．自第一个海底冷泉1984年首次报道后（Paull et al.,1984），迄今全球已至少发现共 24处海底冷泉。冷泉流体一般含有大量甲烷气体，在海底表面通常表现为泥火山，喷口附 近发育独特的营甲烷化能自养生物群落，下伏的沉积物中通常伴有天然气水合物，在更深部位则通常为油气藏。海底冷泉微生物以化能自养细菌和古生菌为主，它们能与冷泉中化学气体（甲烷、硫化氢等）发生化学反应，把碳氧化物还原成有机碳获得能源，它们通常贴附在沉积物表面形成细菌席，或与其他生物内共生。根据类脂生物标志化合物、16S rDNA分子 序列和DNA分子探针荧光原位杂交（FISH）分析，冷泉微生物主要是ANME-2族的厌氧甲烷氧化古细菌和硫酸盐还原细菌（脱硫八叠球菌属Desul fosarcina和脱硫球菌属Desul fococcus细菌）的共栖互养体（Syntrophism），其次为ANME-1族厌氧甲烷氧化古菌（Hinrich et al.,1999; Orphan et al.,2001,2002; Boetius and Suess,2004; Zhang and Lanoil,2004; 党宏月等，

微生物论文

食品中的致病微生物与检测方法 摘要：食品安全是一个世界性的重大公共卫生问题，直接关系人类健康．根据 WHO统计，全球每年有近15亿人感染食源性疾病，其中70%是食品中致病微生物污染引起的．根据各医院临床检验和检验检疫部门的统计，在这些微生物中最常见的主要是沙门氏菌、单核细胞增生性李斯特菌、金黄色葡萄球菌、福氏志贺氏菌等因食源性微生物污染，我国出口食品多次在国外发生退货销毁事件，不仅造成了重大的经济损失，而且严重损害了中国产品在国际市场上的声誉．因此加强食品中致病微研究具有重要的现实意义。 1.致病微生物的来源与控制方法 1.1采前管理 生长环境对果蔬在生长期间有着重要影响。环境条件主要包括土地状况、有机肥使用、灌溉方式及水源等几个方面。 土地状况：来自几年内饲养过牲畜或曾经放过牧的土地中的灌溉水源极易引入病原细菌。某些细菌能在土壤中存活数月甚至数年,如Salmonella(沙门氏菌)和Listeria(李斯特氏菌)在用来农田灌溉的污水污泥中能存活数月(Robert,1999)。另外,洪水流经的区域会对良田和下游水域造成污染,应该对其进行灭菌或消毒处理后再使用。控制果蔬在生长期间受病源污染的最好办法就是避免使用近期圈养过或放牧过家畜和发过大洪水的土地。这对货架期短的速食果蔬产品更为重要。 有机肥使用：未腐熟的有机肥含有来自牲畜或人粪便中的致病细菌,应使用完全腐熟的有机肥,完全腐熟的有机肥不含有致病微生物。另外,，腐熟的池塘污泥不能作为肥料施用,因为其中可能含有病原体并且含有重金属污染。 灌溉方式与水源：自然的地表水如峡谷、湖泊、池塘的水中含有较多的有机质,有利于病原体的滋生与繁殖,用作灌溉水前需检测水中是否含有大肠杆菌,大肠杆菌的存在是灌溉水是否受粪便污染的指标。地下水不易滋生病原体,但需要进行重金属与农药残留分析。另外,过度灌溉比滴灌和喷灌更容易扩大病原菌或重金属等有害物质对果蔬的污染,含有病原微生物的水直接喷灌也易污染果蔬产品。用污水灌溉也易污染果蔬产品,在采前用污水灌溉比在果蔬生长早期灌溉更易污染。加工企业应提前了解拟加工果蔬产品的灌溉水源、水贮方式、是否放养过牲畜、灌溉方式以及是否进行食品安全测试等。 1.2采收 新鲜果蔬产品一般以人工采收为主。采收人员在使用辅助工具时,一方面要注意工具的清洁卫生,另一方面要避免对果蔬产品产生机械损伤。有机械伤的果蔬易被病原菌污染,不耐贮运且影响其商品价值。人工采收可能也会因工人带有病原菌而造成污染,因此采收工人应经过系统的专业培训,并且要随时监控工人的身体健康状况,要在田间作业附近提供洗漱间与洗手用的消毒措施供工人使用,以减少原初产品的污染机会。果蔬采收时用的容器应具备以下条件:无毒,无病原菌,易操作且清洁,无外露材料如钉子、木材碎片等,以避免果蔬被污染与损伤。在美国,只有得到美国农业部或食品医药管理局许可的包装容器才能在

中国微生物物种多样性研究进展_郭良栋.

生物多样性 2012, 20 (5): 572–580 Doi: 10.3724/SP.J.1003.2012.10129 Biodiversity Science http: //https://www.wendangku.net/doc/2d11457763.html, —————————————————— 收稿日期: 2012-06-13; 接受日期: 2012-08-10 基金项目: 国家自然科学基金重点项目(30930005) ? 通讯作者 Author for correspondence. E-mail: guold@https://www.wendangku.net/doc/2d11457763.html, 中国微生物物种多样性研究进展 郭良栋* (中国科学院微生物研究所真菌学国家重点实验室, 北京 100101) 摘要: 微生物是分布最为广泛的生命形式, 几乎分布到地球上的所有生境, 具有丰富的物种多样性。我国地域辽阔, 跨越热带至寒温带, 气候条件多样, 地理环境与生态系统类型复杂, 是世界上生物多样性最丰富的国家之一。我国已开展了大量微生物多样性研究, 并证实我国多样的生境蕴藏着丰富的微生物物种多样性。目前我国已报道真核微生物(菌物)约14,700种, 其中包括真菌约14,060种、卵菌约300种、黏菌约340种, 而真菌中有药用菌473种、食用菌966个分类单元。特别是近年来通过免培养的分子生物学技术发现我国存在丰富的原核微生物多样性。本文概述了传统方法和现代分子生物学技术在我国原核微生物(古菌、细菌)和真核微生物(真菌、卵菌、黏菌)物种多样性研究的最新进展。 关键词: 真核微生物, 原核微生物, 物种多样性, 培养方法, 分子技术 Progress of microbial species diversity research in China Liangdong Guo * State Key Laboratory of Mycology, Institute of Microbiology, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101 Abstract: Microbes with rich species and genetic diversity are widely distributed throughout various habitats in the world. China possesses a variety of climate zones, geographic environments, and complex ecosystems, which play a large role shaping the complex biodiversity of this country. Microbial diversity has been widely studied and well documented by Chinese scientists. For example, a total of ca. 14,700 eukaryotic microbe species have been recorded, including ca. 14,060 fungi, ca. 300 oomycetes, and ca. 340 slime molds. Within the Fungi, there have been 473 medicinal fungal species and 966 edible fungal taxa recorded. However, re-cent studies have documented much high species diversity of prokaryotic microbes using molecular tech-niques, which have greatly promoted the study level of microbial diversity in China. This review paper sum-marizes recent research progress of microbial (i.e., archaea, bacteria, fungi, oomycetes, and slime molds) di-versity in China based on traditional and molecular techniques. Key words: eukaryotic microbe, prokaryotic microbe, species diversity, cultivation method, molecular technique 微生物是分布最为广泛的生命形式, 几乎分布到地球上的所有生境, 可利用各种有机化合物、无机盐等作为能源, 在有氧或无氧条件下, 在寒冷的极地、高达100℃的热泉或高盐碱度等极端环境中生活。微生物具有丰富的物种和遗传多样性, 并以高度的变异性适应不同的生境。作为生态系统中的重要组分, 微生物在自然界的物质与能量循环、生态系统的演替以及生物多样性的维持中发挥重要的生态功能。微生物与人类的生活休戚相关, 在直 接或间接地为人类提供了极其丰富的物质资源的同时, 也为人类带来了巨大危害。 Woese 和Fox(1977)以核糖体RNA(rRNA)的小亚基(原核生物的16S 、真核生物的18S 基因)序列为依据, 提出了独立于真细菌(Eubacteria)和真核生物(Urkaryotes)之外的第三种生命形式——古菌(Archaea), 认为它和真核生物以及真细菌是从一个具有原始遗传机制的共同祖先分别进化而来。随后Woese 等(1990)提出了三域(Domain)分类系统, 将