和藻。
嗜冷菌——雪藻
高温对嗜冷菌的影响

对物质运输的影响
低温下，低温微生物吸收和氧化外源葡萄 糖的能力最强，温度升高，能力下降 温度升高，细胞膜失去吸收外界环境营养 物功能

对代谢速率和呼吸酶的影响
嗜冷菌的呼吸酶对温度敏感，高于20度便 失活，这是为什么嗜冷菌必须在低温下生 长的原因之一。

对蛋白质合成的影响
一般嗜热菌可以分为三类：
二、高温环境中的微生物
①专性嗜热菌：最适生长温度在65℃ ～70℃之 间，当生长温度低于35℃时，生长便停止。
②兼性嗜热菌（耐热菌）：生长温度范围介于嗜 热菌和嗜中温菌生长温度（13℃ ～45℃ ）之 间，其最适生长温度在55℃ ～65℃之间。 ③抗热菌：最适生长温度在20℃ ～50℃之间， 但也能在室温下生长。 在55℃或55℃以上生长的微生物都叫做嗜热菌。
研究成果可以大大促进微生物在环境保护、人类健康和生物
技术等领域的应用。
第一节 低温环境中的微生物
低 温 微 生 物
嗜冷菌（psychrophiles）
0℃以下或3～20℃能生长的微生物， 最适生长温度不超过15℃， 最高生长温度不超过20℃。
耐冷菌（psychrotrophs）
0～5℃可生长繁殖， 最适生长温度可达20℃以上的微生物
微生物
抗热菌 Bacillus licheniformis B. subtilis
生长温度
说明
20~50
在90℃以上淀粉酶仍有活 力
其遗传背景很清楚，是克 隆其它嗜热杆菌基因的良 好宿主，兼性嗜热菌 L-乳酸的产生菌 在55℃以上可以产生抗生 素 在48℃下可以发酵的酵母 菌
B. coagulans 30~60 Streptomyces thermoviolanceus Kluyveromyces marxianus 25～50
酶种类 蛋白酶
已被研究的微生物低温酶类 来源菌株 酶的最适反应 温度 假单胞菌 20℃
主要应用范围 去污、食、 皮革、纺织、 分子生物学 医药、去污、 食品 乳品工业 生物转化
胰蛋白酶 -半乳糖苷酶 柠檬酸合成酶
Colwellia-like strain Colwellia-like strain 南极细菌DS23R
42万年的南极东方湖（Lake Vostok） 3593m处 的冰芯中分离到的活细菌。
分离自淡水湖及海湾水中的耐冷细菌群 细菌群 Azotobacter sp. 反硝化菌 蛋白质分解菌 海水 + + + 淡水 + + +
紫色非硫细菌
绿色硫细菌
+
+
+
+
硫酸盐还原菌
硫氧化菌 纤维分解菌
+
+ +
+
+
在低温下生长的微生物还有酵母、真菌
低 0℃以下或3～20℃能生长的微生物， 温 最适生长温度不超过15℃， 微 最高生长温度不超过20℃。 生 物 耐冷菌（psychrotrophs）
0～5℃可生长繁殖， 最适生长温度可达20℃以上的微生物
嗜冷微生物（psychrophiles）
嗜中温微生物（mesophilies）
13～45℃下能生长的微生物
三、低温微生物的潜在应用
应对全球变化可能对人类的危害
冰箱中低温微生物的生长对食品防腐的挑战 葡萄球菌在低温下产生毒素；链球菌可在冷牛 奶中产酸;变形杆菌在低温下引起鸡蛋变黑
为研究生物的进化提供材料 为古气候的重建提供信息 为探索诸如火星等外星生命存在的可能性提 供线索
低温微生物对受污染环境的原位清洁作用 泄漏于土壤、海洋中的原油、废弃物等的生物 降解 耐冷菌能矿化甲苯等多种污染物 抗冻基因的获取与应用 植物病原菌假单胞菌在零下3－5度通过产生冰 核蛋白在叶子上形成冰晶引起植物冻害，基因 敲除与植物抗冻 食品发酵工业中的应用 节约能源并减少中温菌污染 从低温微生物中得到脂酶、蛋白酶和－半乳 糖肝酶在食品工业中应用 洗衣粉中低温酶开发
深海热泉
Morning Glory Pool温泉最大的特点是 它们的颜色随着水温的变化而不同。



从1999年5月起，中国科学家联合起来，开始测 定这种嗜热菌的全基因组DNA（脱氧核糖核酸） 序列。 科研人员从培养的细于组装、注释、寻找基因的软件。 在基因测序中，获得了单机日产、序列读长、准 确率等指数与国际同行并驾齐驱的好结果。 科研人员已测定这个微生物基因组的260多万个 碱基对，基因组的准确率达到99.99％以上，从 而获取了国内第一张微生物基因组的“完成图”。 科学家已发现了2808个基因，其中1481个是 功能已知的基因，另外1327个基因的功能还不 清楚。这标志着我国基因组研究又向前迈出重要 一步。据悉，这是迄今为止中国人首次破译微生 物的遗传密码，嗜热菌也成为除病毒外国内第一 个遗传密码被破译的微生物。
12℃ 15℃ 31℃
丙氨酸消旋酶
脂酶
Bacillus sp.
Pseudomonas sp.
0℃酶活较高， 食品储藏、抗 35℃失活 菌剂 25-35℃ 食品、去污、 化妆品、医药
第二节 高温环境中的微生物

自然界中存在许多自然和人工的高温环境
•正在喷发的火山（1000℃）、流出的火山岩浆（在 500℃以上）、在这些火山周围的土壤和水 •深海中地热区 •沸腾的温泉（93℃～109℃）、非沸腾的温泉 •受太阳光直接辐射的物体表面（60℃～70℃） •工业和家庭热水器具和工业排出的冷却水 •堆肥等
嗜冷菌绝大多数是G-菌
某些低温环境中的微生物
低温环境 微生物 生长或生存温度
高空
南极上空 冰川，山洞 低温湖泊
芽胞杆菌
丁香假单胞菌 节杆菌，短杆菌
0℃
-2 ℃
节杆菌，假单胞菌，黄杆菌 -5 ℃～18 ℃ 假单胞菌，弧菌，黄杆菌， 不动杆菌和各种粘细菌
长期冻结的湖泊 噬纤维菌 地球两极的土壤 固氮菌 芽胞杆菌，微球菌 在1℃下固氮 -7 ℃
Torula thermophila Aspergillus fumigatus
酵母菌 从堆肥中得到的真菌
微生物 专性嗜热菌 Bacillus searothermophilis B. acidocaldarius Thermus adaticus Thermononasspora chromogena

对细胞分裂、基因调控和RNA合成的影 响
温度升高，嗜冷菌细胞分裂受到影响 温度升高，嗜冷菌中阻遏蛋白能更加紧密于DNA 结合，阻碍酶的形成 温度升高，嗜冷菌和耐冷菌RNA合成停止 温度升高，耐冷菌Micrococcus cryophilus中蛋白 质和DNA含量不变，但由于RNA酶失活而导致 RNA含量下降
二、低温微生物适应低温的分子机理
1.通过信号传导使低温微生物适应低温环境
膜蛋白的磷酸化、去磷酸化反应来感应温度变化
耐冷菌Pseudomonas syringae脂多糖和膜蛋白的磷 酸化和去磷酸化反应和温度变化有关
2.调整细胞膜脂类的组成维持膜的流动性、通
透性，保证膜的正常生理功能（膜的改变）
增加不饱和脂肪酸比例，使细胞膜脂类处于流动 状态，保持物质转运能力和酶活力 增加不饱和脂肪酸的比例，增加不饱和脂肪酸 的合成 缩短脂肪酸链的长度，增加脂肪酸支链的比例， 减少环状脂肪酸的比例等 （有利于膜脂熔点的降低并在低温下保持液晶态） 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）
生长温度（℃） 说明 >35 40～80 孢子热稳定 耐热嗜酸菌 45～79 37～65 在基因放大过程（PCR）中 所用的Tag聚合酶 在堆肥中常见的放线菌
Mastigocladus laminosus
Synechococcus lividus
35～64
55～74
蓝细菌
蓝细菌
Mathanobacterium thermoautotrophicum
抑制蛋白质的合成 专性嗜冷菌在22.5度条件下，蛋白质的 合成停止 各种诱导酶、发光酶和蛋白酶对温度相 当敏感 破坏核糖体的结构和功能 温度升高，影响核糖体结构和功能，影 响核糖体RNA和蛋白质之间的正常结合，核糖 体的天然结构发生改变

对细胞结构的影响
破坏细胞壁 Vibrio psychroerythrus 在37度下2h，细胞壁 分解 细胞的正常形状 30度处理异常芽孢杆菌时，细胞分裂所影响变成 丝状 正常的细胞表面电荷 热处理Vibrio psychroerythrus，细胞膜的磷脂 被释放到环境中，增加电泳泳动速度 细胞的渗透性 热处理嗜冷菌时，渗透压发生变化引起细胞裂解
抗低营养浓度和高浓度重金属离子的微生物，这些微
生物具有一般微生物所没有的特殊生理和遗传功能。
研究极端环境中微生物的意义
研究其强而稳定的特殊结构、机能和遗传基因以及应答因子， 对阐明物种起源、生物进化具有重要意义。
研究其生理生化特性，可用于量度地球上生命生存的理化极
限，对探索宇宙星球上的生物有参考价值； 可探索出新的生理途径，生产新酶和新的生物制剂，使用于 特殊环境条件，如煤脱硫、冶炼金属、处理有毒废水、高压深 油井探矿、纤维素高温发酵酒精等。
第四节 第五节 第六节 第七节
酸性环境中的微生物
强碱环境中的微生物 高盐环境中的微生物 高压环境中的微生物 高辐射环境中的微生物

极端自然环境
指存在有某些特有物理和化学条件以及某些 特有微生物的自然环境。

特有的物化条件
高低温，强酸碱，高压， 高盐，干燥，辐射，低营养等
特有的微生物 嗜冷菌(Psychrophiles)，嗜高温菌(Termophiles)，嗜 盐菌(Halophiles)、嗜压菌(Barophiles)、嗜酸菌 (Acidophiles)、嗜碱菌(Alkophiles)以及抗辐射、干燥、