极端微生物活性物质的研究进展

极端微生物的研究及应用在自然界中，存在着一些绝大多数生物都无法生存的极端环境，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。

凡依赖于这些极端环境才能正常生长繁殖的微生物，称为嗜极菌或极端微生物。

由于它们在细胞内造、生理、生化、遗传和种系进化上的突出特性，不仅在基础理论研究上有着重要的意义，而且在实际应用上有着巨大的潜力。

1 嗜热微生物1.1 嗜热微生物的定义及分布嗜热微生物也被称为嗜热菌或者高温菌。

嗜热微生物主要分布于温泉、堆肥、煤堆、有机物堆、强烈太阳辐射加热的地面、地热区土壤以及陆地和海底火山口等高温环境。

1.2 嗜热微生物的分类嗜热微生物分为耐热菌、兼性嗜热菌、专性嗜热菌、极端嗜热菌、超嗜热菌，根据嗜热微生物对高温环境的耐受程度不同，学者们作如下的区分（表1）。

1.3 嗜热微生物的应用1.3.1 嗜热酶及超级嗜热酶嗜热酶（55～80 ℃）和超级嗜热酶（80～113 ℃）具有与普通化学催化剂不同的高催化效率、很强的底物专一性、在高温条件下稳定性良好等优点。

这些酶在食品工业、造纸工业、烟草业、石油开采、医药工业、环境保护、液体燃料的开采、能源利用等领域中具有广阔的应用前景。

1.3.2 抗生素嗜热微生物生活在高温环境中，能够产生多种特殊的代谢产物，其中有一部分是抗生素类，为目前抗生素的开发和生产提供了新的思路，有较大的应用前景。

1.3.3 嗜热微生物菌体及其它活性物质嗜热微生物菌体可直接用于工业生产，同时嗜热微生物在高温的条件下还会产生维生素等物质。

2 嗜冷微生物2.1 嗜冷微生物的定义嗜冷微生物是适应低温环境生活的一类极端微生物。

2.2 嗜冷微生物的分类嗜冷微生物分为专性嗜冷菌、兼性嗜冷菌、极端嗜冷菌、耐冷菌，根据嗜冷微生物对低温环境的耐受程度不同，学者们作如下的区分（表2）。

2.3 嗜冷微生物的应用2.3.1 环境保护方面通过嗜冷微生物产生的冷适应酶来实现低温下的污染物生物降解。

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。

极端环境微生物的适应机制及利用摘要：极端环境微生物是指生活于极端环境中的微生物，它们定义了生命的边界。

对极端环境微生物适应机制的研究以及新的极端酶的发现，使得解决工业生产的苛刻条件与蛋白酶易变性的矛盾成为可能。

本文分别对嗜热菌、嗜冷菌、嗜酸菌、嗜碱菌、嗜盐菌、嗜压菌 6 种极端微生物的适应机制和应用进行了总结。

关键词：极端微生物，适应机制，应用随着人类对生存家园地球乃至整个宇宙的探索开发，人们对原本被视为生命禁区内的生命 (极端环境微生物)产生了极大的好奇心。

极端环境微生物( extremophiles) 是指在一般生物无法生存的高温、低温、高酸、高碱、高盐、高压、高辐射、太空等异常环境中生存的微生物群体的统称[1]，例如嗜热菌( Thermophiles ) 、嗜冷菌( Psychrophiles ) 、嗜碱菌( Alkali- philes)、嗜酸菌( Acidophiles) 、嗜盐菌( Halophiles) 、嗜压菌( Piezophiles) 等。

由极端环境微生物适应极端环境所形成的特殊生理特性以及代谢产物，在基础研究、环境保护、食品化工及医学等多个领域中都有巨大应用潜力。

本文分别对嗜热菌、嗜冷菌、嗜酸菌、嗜碱菌、嗜盐菌、嗜压菌 6 种极端微生物的适应机制和应用进行了简要概述。

1. 嗜热微生物一般把最适生长温度高于45 ℃的微生物称为嗜热微生物。

另外，还可根据它们的最适生长温度将其划分为嗜热微生物( 45℃ -60℃)、极端嗜热微生物( 60℃ -80℃)和超嗜热微生物( >80℃)。

目前发现的嗜热菌大都来自热泉、海底热液口、堆肥、火山等极端环境中，它们中大多数属于古细菌。

目前发现的生命最高生存温度为121-122 ℃ [2]。

1.1 适应机理嗜热微生物是如何适应高温而得以存活的呢？其适应机理主要包括以下几个方面：①蛋白质的热稳定性性提高。

超嗜热微生物的蛋白质的氨基酸组成与常温微生物并没有不同之处，超嗜热微生物蛋白质倾向于抵抗蛋白质的去折叠( unfolding) : 嗜热蛋白质具有拥有高度疏水的核心结构的趋势；蛋白质表面具有较多的电荷分布；蛋白质表面具有更多的离子键相互作用。

极端环境微生物的研究进展文件排版存档编号：[UYTR-OUPT28-KBNTL98-UYNN208][摘要]极端微生物通常分为六个类群：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。

极端环境中的微生物为了适应生存，逐步形成了独特的结构和生理机能，以适应环境。

因此，研究适应机理并利用其特殊生理机能具有重要的理论和实际意义，极端微生物能产生多种极端酶和其他生物活性物质，极端微生物资源的开发利用有着广阔的前景。

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【1】；Rothschild and Mancinelli，2001【2】；陈骏等，2006【3】；张敏和东秀珠，2006【4】)．海洋极端环境一般是指与正常海洋环境绝然不同的物理化学环境，主要包括海底热泉、海底冷泉和泥火山环境，其次还包括高盐度(卤水)、强酸化、缺氧和滞流等海洋环境。

海洋极端微生物通常为化能自养生物(chemoautotroph)，在分类体系上属于细菌和古细菌类，生活在无光、无氧或少氧环境，能利用一些海底热催化反应过程中产生的还原性小分子(H2、H2S和CH4 等)合成能量进行有机碳固定和新陈代谢，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，有些属于内共生生物(endosymbiont)。

一、极端微生物的种类及其生理特点1．1 极端嗜热菌（Thermophiles）一般最适生长温度在90℃以上的微生物，被称做极端嗜热菌【5,6】。

已发现的极端嗜热菌有20多个属，大多是古细菌，生活在深海火山喷口附近或其周围区域【7】。

如斯坦福大学科学家发现的古细菌，最适生长温度为100℃，8O℃以下即失活；德国的斯梯特(K Stette)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，最适生长温度为98℃，降至84℃即停止生长；美国的巴罗斯(J．Baroos)发现一些从火山喷口中分离出的细菌可以生活在250℃的环境中，嗜热菌的营养范围很广。

微生物生产及其生理功能的研究进展一、微生物生产及其生理功能概述随着科学技术的不断发展，微生物在农业生产和工业生产中的作用越来越受到重视。

微生物包括细菌、真菌、病毒和原生动物等，它们具有体积小、繁殖速度快、适应性强等特点，能够在各种环境中生存和繁殖。

微生物在生态系统中扮演着重要的角色，对维持生态平衡、促进物质循环和提高生物多样性具有重要意义。

微生物生产是指利用微生物通过代谢途径产生有用物质的过程，主要包括发酵生产和酶解生产。

发酵生产是利用微生物在特定条件下将原料转化为产品的过程，如酿酒、面包、乳制品、抗生素等的生产。

酶解生产是利用微生物产生的酶催化有机物分解为小分子化合物的过程，如脂肪酶、蛋白酶等的生产。

这些微生物产品在食品、医药、化工等领域具有广泛的应用价值。

微生物生理功能是指微生物在生长发育过程中所表现出的各种生物学特性，包括代谢功能、生长调控、免疫功能等。

代谢功能是指微生物能够利用营养物质进行能量代谢和物质合成的能力，这是微生物的基本生理功能之一。

生长调控是指微生物在生长发育过程中对环境因素的响应和调节机制，包括生长因子、信号转导等。

免疫功能是指微生物能够识别和清除有害微生物的能力，对于维护宿主健康具有重要作用。

近年来随着基因工程技术的发展，微生物生产技术得到了很大的改进。

通过基因工程技术改造微生物菌株，可以提高微生物的代谢活性、产酶能力等生理功能，从而提高微生物产品的产量和品质。

此外通过对微生物生长调控机制的研究，可以优化生产工艺条件，降低生产成本，实现可持续生产。

微生物生产及其生理功能的研究进展为人类提供了丰富的资源和巨大的潜力。

在未来的研究中，需要继续深入探讨微生物的生产过程和生理功能机制，以期为微生物产业的发展提供理论支持和技术保障。

同时还需要加强微生物资源的开发和利用，促进微生物产业的可持续发展。

A. 微生物的概念和分类细菌(Bacteria):细菌是一类没有成形细胞核的单细胞微生物，它们的大小一般在微米之间。

极端微生物——生物活性物质的新源泉李江;李光友【摘要】It is now recognised that extreme environments, once thought to be too hostile to permit survival of living organisms, are the natural habitat of certain microorganisms known as extremo-philes. The discovery and characterisation of a wide array of microorganisms that thrive under extreme values of temperature, acidity, alkalinity, salt concentration and pressure led not only to major improvements in the understanding of the environmental conditions limiting life, but also in the descriptions of early stages of cellular e-volutiont Meanwhile the search results of adaptation mechanism and metabolites of extremophiles have markedly facilitated and improved our theory and technology in the biogeochemistry and bio-technological applications.%曾经被认为是“不毛之地”的极端环境,实际上却孕育着大量鲜活的微生物,它们被称为“极端微生物”.极端微生物的发现,对于研究生命起源、系统进化等方面具有重要的启示作用；对于极端微生物的生存机制研究和代谢产物的应用研究,已经使某些新的生物技术手段成为可能,改变了整个生物技术领域的面貌.【期刊名称】《自然杂志》【年(卷),期】2011(033)005【总页数】6页(P275-280)【关键词】极端环境;极端微生物;适应机制;活性物质;生物技术【作者】李江;李光友【作者单位】国家海洋局海洋生物活性物质重点实验室,山东青岛266061;国家海洋局海洋生物活性物质重点实验室,山东青岛266061【正文语种】中文曾经被认为是“不毛之地”的极端环境，实际上却孕育着大量鲜活的微生物，它们被称为“极端微生物”。

极端环境下的微生物遗传育种研究随着人类对地球各个角落的探索，我们发现了许多极端环境，比如高温、高压、低温、低氧、高盐、高辐射等。

在这些环境中，能够生存的生物往往具有非常特殊的适应性和生存能力，这些特殊的生物往往能够从中带来丰富的生物资源和科学价值。

微生物是这些极端环境中的优秀代表之一，许多不同类型的微生物能够在各种极端环境下生存并繁殖。

如何从这些极端环境的微生物中挖掘出其潜在的生物资源和潜力，是当前的一个重要研究方向之一。

微生物遗传育种是其中的一个重要研究领域。

微生物遗传育种是一种基于微生物基因组序列、遗传信息和表达调控机制的辅助育种技术。

与传统的微生物育种方式相比，微生物遗传育种的优势主要在于其高效性和精准性。

由于微生物的短世代和高倍增率，使其可能在较短的时间内完成育种试验，同时利用基因工程和基因组信息技术能够实现目标基因的导入，以及对基因表达和调控方式的改变，从而实现对微生物性状的精准调控和改良。

在极端环境下进行微生物遗传育种的研究，可以从以下两个方面入手：一、优化育种策略人们一般认为，极端环境下的微生物具有很强的适应性和生存能力，不需要进行育种和改良。

然而，随着对微生物群体生态学和功能分析的研究深入，人们发现这些优秀的生存能力和适应性往往是在微生物群体内部的特异和差异性所致，而在单个细胞水平下，微生物也可能存在一些局限和不足。

因此，利用微生物遗传育种的技术手段，结合对微生物群体生态学和基因功能的研究，可以针对微生物在极端环境下的局限性，有针对性地进行育种和改良。

比如，在高盐环境下，深色孢属细菌产生丰富的角叉菌素，但是由于产生后会对细菌体本身造成毒性，因此需要对角叉菌素合成通路进行优化育种。

再比如，在高压环境下，部分嗜热菌类的细胞壁会变得更厚，这可能导致细胞重新进入静止期或失去生存力。

因此，可以利用微生物遗传育种技术，改良菌体细胞壁的结构和成分，从而提高菌体在高压环境下的生存能力。

二、挖掘微生物潜在的生物资源极端环境的微生物往往具有独特的基因组和生物活性物质产生能力，这些生物资源在医药、化工、食品等产业中具有广泛的应用价值。

微生物学中的新研究成果微生物是生命中最为基础的存在之一。

它们不仅广泛地存在于自然界中，而且对于土壤、食品、水质、人类肠道等方面都有着不可或缺的作用。

随着科学技术的不断进步，微生物学研究也不断取得新的进展，打开了更多微小世界的奥秘。

一、单细胞真核生物——古菌的发现自20世纪下半叶以来，研究人员对单细胞真核生物——古菌的研究越来越深入。

古菌并不是细菌，而是一种特殊的真核生物，与其他真核生物相比，它们具有更高的温度耐受性，并且在一些高温、寒冷、高压等极端环境中依然可以存活繁殖。

例如，热泉、火山岩浆中或深海的黑海盆地等。

这也为科学家们探索宇宙生命的可能性提供了方向。

近年来的研究表明，古菌有着更多的生态功能和科学应用价值。

例如，在环境污染修复方面可用于处理重金属、放射性物质等污染物质；在药物研发方面，古菌的生物活性物质可以应用于新药开发。

二、微生物来源食品和饮料的挖掘越来越多的人开始意识到“食以安为天”的道理，对于健康的食品和饮料需求也越来越高。

微生物来源的食品和饮料不仅口感独特，而且富含多种微生物和营养物质。

近年来，关于微生物来源食品和饮料的研究也在进一步开展中。

比如，小米酒，酿制小米酒时，小米中的微生物会发酵，不仅使小米的营养成分得以更快速的吸收，而且还含有丰富的活性酵素和益生菌，有助于调节肠道菌群；红曲米因为红曲霉的存在而具有健脾开胃、降脂、抗氧化等多种功效；酸奶则因为添加的乳酸菌，有助于提高人体免疫力、促进肠胃道的健康等。

不仅如此，当前，基于微生物的人造肉，被认为是未来食品发展方向之一。

这种肉类产品是利用微生物生产相关蛋白质，并将其运用到肉类产品中。

这种蛋白质具有与天然肉类相似的结构和口感，而又因为其是经过微生物生产，不含激素、抗生素等物质，食用更安全。

三、微生物参与肠道健康的探究随着人们生活和饮食方式的改变，肠道微生物的结构也在发生变化。

而肠道微生物密切关联着人类的很多生理功能，甚至与许多疾病的发生和发展有着密不可分的联系。

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。

生物活性物质萃取技术的研究进展及其应用分析随着现代科学技术的不断发展，生物医学领域的萃取技术得到越来越广泛的应用。

生物活性物质作为药物和保健品的重要来源，其萃取技术的研究进展对于新药开发和健康保健具有重要的意义。

本文将对生物活性物质的萃取技术的研究进展及其应用进行深入分析。

一、萃取技术的分类生物活性物质的萃取技术按照不同的分离方式可以分为溶剂萃取、蒸馏萃取、超临界流体萃取、微波辅助萃取、超声波辅助萃取、微乳化萃取等多种不同的技术。

其中溶剂萃取是传统的萃取方法，主要通过溶剂溶解药材中的有效成分，然后通过冷却、浓缩等方式得到纯化的生物活性物质。

蒸馏萃取和超临界流体萃取则是应用了温度和压力的变化来实现生物活性物质的分离。

超声波辅助萃取和微波辅助萃取则是结合了机械振动和高频电磁场，使药材中的细胞壁破坏，提高了生物活性物质的析出率。

而微乳化萃取则是通过微乳化剂将水溶性的生物活性物质转移至具有亲脂性的微乳液中。

二、萃取技术的应用生物活性物质萃取技术的应用非常广泛。

除了常用的生物药物开发外，生物活性物质还被广泛用作保健品。

一些具有一定生物活性物质的天然产物，如青蒿素、大豆异黄酮、虫草、灵芝等，已经成为了保健品市场的新宠。

生物活性物质的起源多为天然产物。

在传统中药材的提取中，超声波、微波和微乳化技术已经广泛应用。

植物的种类非常多，因此也有很多品种的草药可以被萃取出来，比如人参、川贝、黄芪、当归、枸杞、田七、菜头等等。

这些中药材经过萃取技术的分离纯化后，可以用于开发保健品和药物。

另外，在微生物领域，生物活性物质的萃取技术也被广泛引用。

微生物代谢产生的抗菌物质、酶、细胞壁成分和药用菌株等中的生物活性物质，可以使用超声波、微波辅助萃取和微乳化法提取纯化，这些物质都具有广泛的应用前景。

尤其是一些抗生素类的生物活性物质，可以花费大量的时间和成本用常规方法提取，而萃取技术可以大大减少提取和纯化的时间和成本。

三、萃取技术的发展趋势生物活性物质的萃取技术发展趋势主要体现在以下方面：1、多种萃取技术的组合。

极端环境下微生物的适应机制随着科学技术的进步和地球环境的变化，人们对生物在极端环境中的适应机制越来越感兴趣。

极端环境包括高温、低温、高盐、高压力、低氧等环境条件。

在这些极端环境中，微生物作为地球上最早出现的生物之一，具有强大的适应能力，能够在这些极端环境中生存、繁衍并完成其生态功能。

本文将从高温、低温、高盐、高压力和低氧等方面探讨微生物的适应机制。

高温环境是微生物最常见的极端环境之一，如地热温泉、火山口、深海热液喷口等地方都存在高温环境。

在高温环境中，微生物需要适应高温对生物体的影响，其适应机制主要包括：1. 热稳定酶：高温环境下，微生物需要合成具有热稳定性的酶来维持自身代谢活性和生存能力。

这些热稳定酶具有更高的热稳定性和耐热性，能够在高温环境中保持其功能，从而维持微生物的正常生理活动。

2. 脂质结构的改变：高温环境中，微生物需要通过改变细胞膜的脂质结构来增强其耐热性。

细胞膜中的脂肪酸链长短和饱和度的变化将使细胞膜更加耐热，从而减少高温对细胞膜的伤害。

3. 热休克蛋白：在高温条件下，微生物会大量合成热休克蛋白，这些蛋白质具有保护细胞膜、蛋白质和核酸等生物大分子不受高温伤害的功能，帮助微生物在高温环境中生存。

二、低温环境下微生物的适应机制1. 渗透调节物质：高盐环境中，微生物会合成大量的渗透调节物质，如甘油、甜菜碱等，帮助维持细胞内外渗透压的平衡，防止细胞因渗透压的变化而受损。

2. 钾离子调节：高盐环境中，微生物会通过调节细胞内外的钾离子浓度来适应高盐环境。

维持适当的钾离子浓度能够帮助维持细胞的渗透压平衡，保护细胞免受高盐环境的伤害。

1. 细胞结构的改变：在高压力环境中，微生物的细胞结构会发生变化，细胞壁和细胞膜会变得更加坚固，以保护细胞内部结构免受高压力的伤害。

3. 代谢和生长的调节：高压力环境中，微生物的代谢和生长速率会发生改变，以适应高压力环境的要求。

微生物需要调节其代谢途径和生长速率，以适应高压力环境。

生物活性物质的研究生物活性物质是指具有一定生物活性和药理作用的物质，在医药领域有着广泛的应用。

这些物质可以来源于天然植物、动物或微生物等，也可以通过化学合成等手段得到。

生物活性物质的研究对于发现新药、提高药物疗效以及深入理解生命活动等方面都具有重要意义。

一、天然植物中的生物活性物质研究天然植物是寻找生物活性物质的重要来源之一。

许多植物都含有丰富的次生代谢产物，这些产物具有广泛的生物活性，如抗菌、抗炎以及抗肿瘤等。

研究人员通过分离、纯化和鉴定这些活性物质，可以揭示植物的抗病机制，并为药物开发提供借鉴。

二、动物体内的生物活性物质研究动物体内也存在着许多具有生物活性的物质。

例如，蛇毒中的蛇毒蛋白可以用于制备抗血栓的药物；蜘蛛的毒液中含有一种能够抑制癌细胞生长的物质。

通过研究这些动物源性的生物活性物质，可以发现新的治疗手段，并为药物研发提供新的思路。

三、微生物合成的生物活性物质微生物是生物活性物质研究的又一重要来源。

例如，青霉菌属微生物合成的青霉素是一种世界上应用最广泛的抗生素之一。

通过对微生物的筛选和遗传改造等手段，可以进一步优化微生物合成生物活性物质的能力，提高其产量和稳定性。

四、化学合成的生物活性物质除了天然植物、动物和微生物，许多生物活性物质也可以通过化学合成的方法得到。

化学合成可以大幅度扩展潜在药物的结构空间，从而寻找到更多具有特定生物活性的化合物。

这种方法不仅能够合成天然存在的化合物，还可以设计和开发全新的化学实体，为药物研发提供更多的选择。

总结：生物活性物质的研究对于医药领域的发展具有重要意义。

无论是从天然植物、动物，还是通过微生物合成或化学合成，寻找、研究和开发生物活性物质都可以为药物研发和治疗提供新的思路和可能性。

未来，我们可以进一步深入研究这些活性物质的机制，不断挖掘它们在医药领域的潜力。

通过合理设计实验和不断创新，相信生物活性物质的研究将为我们带来更多的医学突破。

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。

2.1极端酶的稳定因素[3]仅有少数几种极端酶的晶体结构现已搞清楚。

有关极端酶稳定因素的研究主要通过比较极端酶与相应中性酶的一级和二级结构,以及建立计算机模型来进行。

极端环境下的微生物繁殖与生理学特性研究地球上存在着各种不同的环境，从极寒的阿拉斯加到炎热的撒哈拉沙漠，从湿润的热带雨林到干旱的戈壁荒漠，各种环境都有着不同的物理、化学和生物学特征。

对于微生物来说，这些环境对于它们的生存和繁殖都是有着很大影响的，而一些微生物甚至可以在极端的环境下生存和繁殖，这就是极端菌。

极端菌是一类可以在极端环境下生存和繁殖的微生物，包括超嗜盐菌、超酸菌、超碱菌、超热菌和超寒菌等。

这些微生物都具有非常特殊的生理学特性，使得它们可以在常人无法生存的环境下茁壮成长。

超嗜盐菌是一类可以在高盐度环境下生存和繁殖的微生物，包括古菌、细菌和真菌等。

这些微生物可以在NaCl浓度高达20%的环境下生存，而这种高浓度的盐水对于其他大多数生物来说都是致命的。

超嗜盐菌具有特殊的细胞壁和细胞膜，以便于它们在高浓度的盐水中保持细胞的完整性和稳定性。

此外，这类微生物还会产生大量的胞外多糖和蛋白质，以保持细胞的渗透和水平衡。

超深海菌则是可以在深海中生存和繁殖的微生物，这些菌在海底的热水喷口、海底沉积物和深海洋底都可以被发现。

这些微生物可以承受非常高的水压和极端的低温，而且它们还可以利用水中的高压和低温来进行生化反应。

由于深海环境中的光线非常稀少，这些微生物通常都是无色的，而它们的能量来源则来自于化学能量，比如硫化物、甲烷等。

超寒菌则是一类可以在极寒环境下生存和繁殖的微生物，他们可以在北极、南极等极端环境下存活。

由于低温环境下化学反应的速度很慢，这类微生物通常具有较低的基础代谢率和较高的蛋白质合成速率。

此外，它们还可以利用厚厚层的冰和雪来保护自己，但是这也会限制它们的物质交换。

超热菌则是一类可以在高温环境下生存和繁殖的微生物，包括热泉中的古菌和地下热水中的细菌等。

这些微生物可以在高达100℃的高温环境下生存，并且它们的酶活性也会随着温度的升高而增加。

这些微生物通常具有特殊的蛋白质结构和氨基酸序列，以便于它们在高温环境下保持生化反应和细胞的完整性。

极端微生物的研究及其应用何康生1，眭光华2(1．广州市浩蓝环保工程有限公司，广东广州510630；2．广州市奥思贝斯环保技术有限公司，广东广州510760)[摘要]极端微生物是能适应极端环境的特殊种类，它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。

究极端微生物的特性对探索生命的起源、微生物的育种及开发利用等具有重要意义。

它们在医药、食品、化工、环保等领域有着重大的应用力。

本文对重要极端微生物的种类、生理特点、适应机理及其应用进行综述。

[关键词]极端微生物；极端环境；适应机理；应用潜力[中图分类号]Q[文献标识码]A[文章编号]1007-1865(2009)07-0109-03Extremophilic Microrganisms's Research and Its ApplicationHe Kangsheng1,Sui Guanghua2.Guangzhou HomeLand Environmental Engineering Co.,Ltd.,Guangzhou 510630；2.Guangzhou AuspiciousEnvironmental Protection Technology Co.,Ltd.,Guangzhou 510760,China)bstract:Extremophilic microrganisms(EM)are special kinds of beings adapted to extreme environment.They have special genetic background andolism pathway,and can produce many active substances which have particular funcfiom.Studying the characteristics of EM has important significance forring the origin of life,breeding of microorganisms,and their development and utilization.They show great potential in many areas,such as medicine,food,cal engineering and environment protecting.In the paper,the important extreme microorganism's type,the physiological characteristic,adaptable thenism and its application were introduced briefly.eywords:extremophilic microrganism；extreme environment；adaptive mechanism；potential utility 随着工业生产过程中对生物催化剂的迫切需要，人们长期于寻找各种催化酶类。

极端环境下微生物适应策略与新药开发潜力在地球上的各个角落，都有着丰富多样的生态系统，包括极端环境。

极端环境是指温度、压力、盐度、酸碱度等条件非常苛刻的生物地理环境，例如极地、温泉、深海等地。

在这些极端环境中，微生物如何能够生存并适应是一个令人着迷的科学问题。

同时，这些微生物能够产生各种具有潜在药用价值的化合物，为新药开发提供了丰富的资源。

微生物适应极端环境的策略可以分为生理适应和遗传适应两个方面。

生理适应是指微生物通过调整其细胞内的生物化学过程来适应极端环境的压力。

例如，一些极端嗜酸菌可以通过维持低内部pH值来适应高酸度环境；一些嗜盐菌则能够积累高浓度的盐分，以维持其细胞内的渗透平衡。

此外，一些微生物还可以产生耐高温酶、耐辐射蛋白等，来应对高温和辐射等极端条件。

遗传适应是指微生物通过改变其基因组来适应极端环境。

在长时间的进化过程中，微生物通过自然选择和突变等机制进行了遗传变异，并选择出适应极端环境的变异体。

例如，在极地环境中生活的微生物可以产生各种抗冻蛋白和耐寒酶，来应对极低温度；而在高温环境下，一些嗜热菌则可以产生高温耐受的蛋白质和酶类。

这些遗传适应策略使得微生物能够在极端环境中存活和繁殖。

除了适应极端环境，这些微生物还能够产生一系列具有药用潜力的化合物。

由于生活在特殊的环境中，这些微生物必须产生一些特殊的化合物来适应环境的压力，这些化合物往往具有独特的化学结构和生物活性。

例如，一些生活在深海底部的微生物可以产生抗菌和抗癌活性物质；一些生活在高温温泉中的微生物则可以产生热稳定的酶和蛋白质，具有重要的工业应用价值。

这些微生物来源的活性化合物常常成为新药研发的有力候选。

针对微生物适应极端环境这一研究领域，科学家们也发展出了一些研究方法和技术，以挖掘和利用这些微生物的潜力。

其中，元基因组学是一种重要的方法。

通过提取环境样品中的微生物DNA，并进行测序和分析，可以获得大量微生物的基因组信息。

这种方法可以揭示微生物在不同极端环境中的遗传适应策略，进一步研究和开发具有潜在新药价值的化合物。

生物活性物质的生产与开发技术研究随着现代科学技术的不断发展，生物活性物质的生产与开发技术研究已成为人类关注的热点问题之一。

生物活性物质广泛存在于天然产物中，包括植物、动物、微生物等生物体内，因其具有多种生理活性，被广泛应用于医药、农业、环保等领域。

因此，生物活性物质的生产与开发技术研究显得尤为重要。

本文主要从生产与开发两个方面进行探讨。

第一部分：生物活性物质的生产1.1 生物发酵技术生物发酵技术是生物产业的一项重要技术。

通过微生物（细菌、酵母菌、真菌等）或动植物细胞的代谢过程，制造出人类所需要的营养物质、药品、化工原料以及食品等。

生物活性物质的生产对于生物发酵技术的发展做出了重要的突破。

利用生物发酵技术，可以将天然产物中的生物活性物质进行生产。

例如，应用微生物发酵生产的茵栀黄酮、地黄甙等药物，不仅能够提高其产量和质量，并且能够提高其生产过程的稳定性和规模化。

1.2 生物修饰技术生物修饰技术是指利用生物技术手段将生物产物中的化学键或化学基团进行改变，以改变该生物产物的性质和活性。

生物修饰技术在二十一世纪的生物工程领域中应用广泛。

利用生物修饰技术可以增加靶分子的绑定性，提高药物的疗效率和特异性。

例如，利用基因工程技术，将某些基因加入到生产细菌中，可以使菌体产生含有多糖结构的生物活性物质。

1.3 生物分离技术生物分离技术是指将生物产 prod根据不同的特性，采用不同的分离技术，将目标产物从混合物中分离出来。

该技术是生物制剂和活性物质的提取、分离和纯化的基础。

通过不同的生物分离技术，可以获得不同纯度的生物活性物质。

目前，常用的生物分离技术包括基于表面的吸附、凝胶层析、超滤技术等。

利用生物分离技术可以简化生产过程，提高生产效率和产品品质。

第二部分：生物活性物质的开发2.1 新的生物活性物质开发随着对生物活性物质的研究不断深入，各种新型的生物活性物质被不断发现和开发。

例如，源自天然产物中的药物可改良为新的化合物，在临床实践中，如利用微生物产生的胞外多糖类物质制剂杀死器官移植中的细菌等。

极端微生物 :一种新型的酶资源李子东1 ,藏立华1 ,孟 双2 ,向凤宁1 3 ,夏光敏1( 1 . 山东大学 生命科学学院 ,山东 济南 250100 ;2 . 辽宁省生产力促进中心 ,辽宁 沈阳 110015)摘 要 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 。

关键词 极端微生物 ;基因克隆 ;极端酶 中图分类号 TQ426 . 97 文献标识码 A 文章编号 1005 - 7021 (2004) 05 - 0089 - 03随着工业生产过程中对生物催化剂的迫切需 要 ,人们长期致力于寻找各种催化酶类 。

与有机 合成物相比 ,生物催化剂通常有更好的选择专一 性 ,可更有效地生产目的产物 ,减轻环境负担 。

尽 管目前已发现 3 000 多种不同酶类 ,许多已应用 于工业生产 ,仍不能满足所有需要 ,重要原因是许 多催化酶不能承受反应条件 。

因此 , 极端条件下 能够生存的微生物受到了广泛的关注 ,它们是宝 贵的新型酶资源 。

极端环境包括极端物理 ( 如温 度 、压力或辐射) 和极端化学 ( 如盐度和 p H ) 条件 。

目前发现的多数极端微生物属于古细菌范围 。

1 概 念极端微生物是指在极端环境下 ( 包括高温 、高 压 、高盐 、高/ 低 p H 等) 能够正常生存的微生物群 1体的统称 。

如表 1 所示 ,极端环境包括微生物 群体所适应的多种条件 。

从这些微生物获得的生 物催化剂能够在相似的条件下发挥作用 。

能抗高 温的酶类对于降解诸如纤维素 、淀粉等多聚物是 很有效的 ,因为高温条件下底物的可溶性和亲和 性都会提高 。

因此 , 不同极端微生物所嗜好不同 的生存环境为多个领域提供了巨大应用潜力 。

表 1极端微生物分类及其酶类应用举例类型 生长特性酶 类应 用嗜热微生物> 80 ℃( 超嗜热) 60～80 ℃( 嗜热)蛋白酶糖基水解酶 几丁质酶 脂肪酶 、酯酶 DNA 聚合酶 脱氢酶去垢剂 ,水解食物和饲料等 淀粉 、纤维素 、胶质加工 几丁质修饰 去垢剂 、特异反应 ( 如酯化作用 、有机生物合成) 分子生物学 ( 如 PCR ) 氧化反应 去垢剂 、食品应用 ( 如奶制品) 去垢剂 、面包业 去垢剂 、饲料 、纺织 去垢剂 、食品 、化妆品 肽链合成 、有机介质中生物催化反应 去垢剂 、食品 、饲料 淀粉加工 、饲料成分 、煤炭直接脱硫 嗜寒微生物< 15 ℃蛋白酶 淀粉酶 纤维素酶 脂肪酶蛋白酶等蛋白酶 、纤维素酶 淀粉酶 、葡糖淀粉酶蛋白酶 、纤维素酶等 待定义 嗜盐微生物 嗜碱微生物 嗜酸微生物高盐 ( 如 2～5 mol/ L NaCl ) p H > 9 p H < 2～3 嗜压微生物高于 130 M P a食品加工 、抗生素生产产高温α2淀粉酶 ,使淀粉完全转化为右旋葡萄糖 ;把高温纤维素细菌 (热单孢菌) 编码纤维素酶基因 植入到大肠杆菌中 , 使它在 65 ℃时仍可消化纤 维素 。