微生物的耐盐机制
第一节 嗜盐微生物
• 概念 嗜盐微生物(halophilic microorganism)是生长 的最适盐浓度大于0.2mol/L（氯化物）的微生物。 根据微生物对盐的需要可将细菌和古菌分为四类： 非嗜盐微生物（菌） 轻度嗜盐微生物（菌） 中度嗜盐微生物（菌） 极端嗜CI机制）
属无机渗透质机制 菌体内积累高浓度KCI，以K+ 和CI-作为渗调剂，
维持渗透平衡 多数极端嗜盐菌采用此种机制 某些高等植物也通过积累钾来抵抗盐危害
• 利用内盐机制进行渗透调节的微生物，细胞内的蛋白质含 有大量酸性氨基酸（天冬氨酸和谷氨酸）
利于蛋白质形成水合外层，保持正常的构型和功能
• ATP酶 与细胞膜相连，伴随ATP酶水解，将钠离子从细胞 内转移到细胞外
2种类型：F型ATP酶和V型ATP酶，广泛分布在古 菌、细菌和真核生物中
• NADH泛醌氧化还原酶 大多数细菌呼吸链中的一个组成成分，在呼吸过程 中输出钠离子 最早在溶藻弧菌（V. alginolyticus）中发现 弧菌属、枯草杆菌属和大肠杆菌等中都有发现
• 脱羧酶
催化草酰乙酸脱羧，在催化脱羧反应时向细胞外输 出钠离子
主要包括：草酰乙酸脱羧酶、甲基丙二酰辅酶A脱 羧酶、戊烯二酰辅酶A脱羧酶、丙二酸脱羧酶
• 甲基转移酶复合体 产甲烷古菌的初级钠泵，催化甲基从甲基四氢甲 烷喋呤转移到辅酶M，在此过程中偶联钠离子输 出 有8个不同的Mtr亚基，MtrA、MtrB、MtrC、 MtrD、MtrE、MtrF、MtrG、MtrH，由转录 单元 mtrEDCBAFGH编码
TetL）
霍乱弧菌：6种？（NhaA、NhaB、NhaC、 NhaD、
Mrp）
不仅介导钠离子输出，还参与抗生素外排、芽孢形 成等生理活动
第三节 嗜盐菌的应用
• 一、农业中的应用 培育耐盐作物 将编码甘氨酸甜菜碱的基因betA转入甘蓝菜， 生物量、叶绿素含量和水分含量都有提高。在 150mmol/L和L300mmol/L NaCI条件下，生 物量 分别提高21.3%和20%
• 多亚基钠离子逆向转运蛋白 （Mrp逆向转运蛋白） 由6-7个亚基组成，跨膜转运蛋白 最早发现于耐盐芽孢杆菌 嗜盐菌和耐盐的细菌中都存在（枯草杆菌、金葡菌 等）
• 大多数微生物都存在多个Na+/H+逆向转运蛋白
大肠杆菌：4种（NhaA、NhaB、ChaA、MdfA）
枯草芽孢杆菌：5种（NhaC、NhaK、Mrp、 MleN、
中度嗜盐菌
生长离不开盐、适应盐浓度范围宽（0.1%-32%）
典型的是盐单胞菌科（Halomonadaceae），下 有10余各属，最大的属为Halomanas（盐单胞 菌属），60余个种，主要成员Halomonas elongata（伸长盐单胞菌）
极端嗜盐菌
属古菌，18个属，49个种。属需氧微生物，菌落 呈红色或粉红色
•
非嗜盐菌 弱嗜盐菌 中度嗜盐菌 极端嗜盐菌
最适NaCI浓度
1%---3% 3%---15% 13%--15%
中度嗜盐菌和极端嗜盐菌属于极端环境微生物 大多存在于海洋、盐（碱）湖、盐场、沙漠植物、
盐渍食物等高盐环境中
两者区别：对NaCI浓度要求不同 不同类群（细菌和古菌）
• 中度嗜盐菌和极端嗜盐菌的种类
2. 有机渗透质机制（亲和性溶质机制） 亲和性溶质：生理pH条件下不带净电荷、高度可溶的小分 子有机物 亲和性溶质在细胞内积累，不影响细胞的正常形态、结构 和功能 环境中渗透压增高时，通过积累亲和性溶质平衡渗透压 取代水与蛋白质表面的结合，保护蛋白质的稳定 亲和性溶质的产生：自身合成，细胞外吸收
• 几种常见的亲和性溶质 氨基酸类：脯氨酸、谷氨酸 氨基酸衍生物类：四氢嘧啶、脯氨酸甜菜碱 小分子肽类：N-乙酰谷氨酰谷氨酸氨基化合物 磺酸脂类：胆碱-O-磺酸 多羟基化合物类：甘油、甘油葡萄糖苷 糖类：海藻糖、蔗糖
• 脯氨酸 大多数细菌渗透胁迫时细胞内积聚高浓度脯氨酸 革兰阳性菌：胞内合成 革兰阴性菌：提高转运水平 脯氨酸转运系统：PutP、ProP、ProU
• 甘氨酸甜菜碱、脯氨酸甜菜碱、谷氨酸甜菜碱 自然界中最重要的相容性溶质 存在原核生物、动物和植物 自行合成
• 四氢嘧啶 嗜盐菌的重要的亲和性溶质 自行合成
• 二、工业中的应用 食品工业：合成胡萝卜素、类胡萝卜素 酶工业：合成分泌工业用酶 SOD 化妆品工业：嗜盐菌细胞内积累的相容性溶质， （四氢嘧啶）作为稳定剂保护和 稳定酶、DNA、膜等大分子抗高 盐、抗干燥、抗冷冻、防止热变 性
• 三、环境修复中的应用 中度嗜盐菌能降解甲醛、苯酚及其他芳烃物 质、有机磷混合物，去除硝酸盐
• 2. 次级钠泵
常称为Na+/H+逆向转运蛋白，广泛存在细菌、真 菌、植物和动物细胞中，属跨膜蛋白，催化单价 阳离子（ Na+、K+、Li+）输出，与质子（ H+ ） 的输入相偶联
根据结构不同分2类：
单亚基钠离子逆向转运蛋白
多亚基钠离子逆向转运蛋白
• 单亚基钠离子逆向转运蛋白 普遍存在于细菌、真菌、动物和植物中 细菌中有：NhaA、NhaB、NhaC、 NhaD、 NhaE、NhaG、NhaP、ChaA、MdfA 真菌中：SOD2、Nha1 拟南芥：AtNHX1、SOS1
• Na+对嗜盐菌的影响
很多微生物可以耐受一定浓度的NaCI，但没有依 赖性。 大肠杆菌、葡萄球菌、根瘤菌 中度嗜盐菌和极端嗜盐菌对NaCI有很强的依赖性, 在没有NaCI的环境中不能生长
第二节 微生物的盐适应机制
一、渗透调节 1. 内盐机制 2. 有机渗透质机制 二、 Na+输出机制 1.初级钠泵 2.次级钠泵
• 海藻糖 蔗糖、麦芽糖、纤维二糖、龙胆二糖、松二糖
大肠杆菌、沙门菌从头合成海藻糖 ostAB操纵子编码的两种酶催化海藻糖的生成
• 二、Na+输出系统
将细胞内多余的钠离子排到细胞外，维持细胞内较 低的盐浓度 细菌存在2种Na+输出系统
1.初级钠泵
包括四类：脱羧酶、甲基转移酶复合体、ATP酶 和NADH泛醌氧化还原酶