《极端环境微生物的培养》讲义

SeminarⅡ 极端环境微生物的培养 2002级研究生:张海涛 导师:张卫研究员 海洋生物产品工程组(G1812) 2004.9.28

Seminar Ⅱ 2002级研究生：张海涛 导 师： 张卫 研究员 2004.9.28 海洋生物产品工程组（G1812）

主要内容 ■极端环境微生物介绍 ■传统微生物培养方式的局限 ■极端环境微生物培养 ■讨论与展望

极端环境微生物介绍 传统微生物培养方式的局限 极端环境微生物培养 讨论与展望 主要内容

EXtremophiles Life Under Extreme Conditions 极端环境微生物 微生物的多样性表现在其生长环境,几乎整个生物 圈环境,都有微生物存在。虽然大多数微生物只能在 温和中性环境中生长,但有些微生物却能在特殊的环 境中生存,例如高温、低温、高盐、髙碱、高酸、高 压、高辐射等环境。这些微生物由于适应特殊环境的 结果,形成独特的机能、结构和遗传基因。这类微生 物称为极端微生物( extremophiles),因为具有特殊 的基因类型、生理机制及代谢产物,是一群新型且具 有很大开发潜力的生物资源 夏圆

极端环境微生物 微生物的多样性表现在其生长环境，几乎整个生物 圈环境，都有微生物存在。虽然大多数微生物只能在 温和中性环境中生长，但有些微生物却能在特殊的环 境中生存，例如高温、低温、高盐、高碱、高酸、高 压、高辐射等环境。这些微生物由于适应特殊环境的 结果，形成独特的机能、结构和遗传基因。这类微生 物称为极端微生物(extremophiles)，因为具有特殊 的基因类型、生理机制及代谢产物，是一群新型且具 有很大开发潜力的生物资源……

极端环境

极端环境

不同生物的pH极限 Ephydrid flies Natronobacterium Cyanidium Bacilus famus OF4 Fungi spirulina phagnu Archaea Carp Protists Sulfolobus Synechococcus Rotifers 红色为古细菌,蓝色为细菌,浅绿色为藻类,棕色为 真菌,黄色为原生动物,绿色为植物,紫色是动物

不同生物的pH极限 红色为古细菌，蓝色为细菌，浅绿色为藻类，棕色为 真菌，黄色为原生动物，绿色为植物，紫色是动物

不同生物的温度极限 150 Sulphur-dependent archaea Methane-producing archaea Heterotrophic bacteria Cyanobacteria Anoxygenic photosynthetic Ft Protozoa Mosses Vascular plants Insects Ostracods Fish Fungi Alo Proton Bacteria Archaea Himalayan midge 红色为古细菌,蓝色为细菌,浅绿色为藻类,棕色为 真菌,黄色为原生动物,绿色为植物,紫色是动物

不同生物的温度极限 红色为古细菌，蓝色为细菌，浅绿色为藻类，棕色为 真菌，黄色为原生动物，绿色为植物，紫色是动物

极端环境微生物 ■通俗的讲,极端环境微生物是指生长在 极端环境下的一大类微生物 ■它们偏好极端的环境,如高温,低温, 高盐,极端pH,极端菅养条件等等。 ■还包括一些能耐受极端条件,如强辐射, 强毒性等一些非常规理化环境。 ■许多的极端环境微生物还生存在人类未 能探知的环境

极端环境微生物 通俗的讲，极端环境微生物是指生长在 极端环境下的一大类微生物。 它们偏好极端的环境，如高温，低温， 高盐，极端pH，极端营养条件等等。 还包括一些能耐受极端条件，如强辐射， 强毒性等一些非常规理化环境。 许多的极端环境微生物还生存在人类未 能探知的环境

Table 1 classification and examples of extremophiles Environmental Type Definition Examples Hyperthermophile Growth >80C Pyrolobus fumarii,113° Thermophile Growth6080°C Synechococcus //vidis Mesophil 1560°C Homo sapiens Psychrophile 9 Natronobacterium, Bacillus firmus OF4, Spirulina spp (alpH10.5) Acidophile ow pH-loving Cyanidium caldarium Oxygen Methanococcus jannaschil Microaerophile Tolerates some O2 Clostridum Aerobe H C caldarium(pure CO2) Can tolerate high Ferroplasma acidarmanus concentrations (Cu, As, Cd, zn) Ralstonia sp. CH34 (metalotolerant (n, Co, Cd, Hg, Pb) Life in extreme environments. Lynn J. Rothschild &Rocco Mancinelli nature 2001 VoL. 409. 1092-1101

Life in extreme environments. Lynn J. Rothschild & Rocco L. Mancinelli Nature, 2001, Vol. 409, 1092-1101

极端环境微生物的研究意义 由于极端环境微生物能产生许多独特的稳定蛋 白,在生物技术产业上有很高的价值,它们 生的许多酶已经在市场上得到广泛的应用。 ■在生物学上,极端环境微生物的意义也不能被 低估,通过对16 RdNA的研究, Woese在 1990年提出了新的分类系统。 ■对极端环境微生物中古细菌的研究,显示这 类微生物和已知的微生物有显著的差别,从而, 提出了新的分类系统,即三元界分类系统一古 菌、细菌和真核生物

极端环境微生物的研究意义 由于极端环境微生物能产生许多独特的稳定蛋 白，在生物技术产业上有很高的价值，它们产 生的许多酶已经在市场上得到广泛的应用。 在生物学上，极端环境微生物的意义也不能被 低估，通过对16s rDNA的研究，Woese在 1990年提出了新的分类系统。 对极端环境微生物中古细菌的研究，显示这一 类微生物和已知的微生物有显著的差别，从而， 提出了新的分类系统，即三元界分类系统－古 菌、细菌和真核生物

极端环境微生物在工业上的应用 Industrial process Biomolecule Advant Source organism Hydrolysis of starch Amylase High stability Bacillus to produce soluble aciduric. bacterial stearothermophilus dextrins amylase G-ZYME G995 maltodextrins and (Enzyme corn syrups Bio-System Ltd Paper bleaching Xylanases Decreases amount Thermophiles of bleach needed Prevent stalling a-Amylase Gives boost to Highest-stability range of baked yeast fermentation bacterial amylase products available G-ZYME G-995 Food processing Proteases Stable at high Thermophiles baking, brewing temperatures detergents CR reaction DNA polymerase No need to add Thermophiles additional enzyme during each cycle Cheese maturation. Neutral Stable at low Psychrophiles dairy production proteases temperature Degradation of Proteases Psychrophiles amylases performance of detergents lipases detergent Life in extreme environments. Lynn J. Rothschild Rocco L Mancinelli Nature. 2001. Vol. 409. 1092-1101

极端环境微生物在工业上的应用 Life in extreme environments. Lynn J. Rothschild & Rocco L. Mancinelli Nature, 2001, Vol. 409, 1092-1101