The Wayback Machine - https://web.archive.org/web/20221028221722/https://baike.sogou.com/kexue/d10969.htm

嗜盐微生物

编辑
嗜盐微生物导致水体呈粉红色

嗜盐微生物能在高浓度盐环境中生长良好。它们是一种极端微生物。嗜盐菌来源于希腊语,意思是“爱盐”。虽然大多数嗜盐菌属于古细菌域,但也有一些嗜盐细菌和嗜盐真核生物,如藻类的杜氏盐藻或者真菌的Wallemia ichthyophaga。一些众所周知的物种因含有类胡萝卜素而发出红色,特别是细菌视紫红质。在任何盐浓度高于海洋盐浓度五倍的地方都可找到嗜盐菌,例如犹他州的盐湖、加利福尼亚州的欧文斯湖、死海和蒸发池。

1 分类编辑

根据耐盐程度的不同,嗜盐菌被分为轻度,中度和极端。轻度嗜盐菌生存的盐含量为0.3至0.8M(1.7至4.8%—海水为0.6M或3.5%),中度嗜盐菌为0.8至3.4M(4.7至20%),极端嗜盐菌为3.4至5.1M(20至30%)。嗜盐菌生长需要氯化钠(盐),而耐盐生物不需要盐,但可以在含盐条件下生长。

2 生活方式编辑

高盐度是一种极端环境,只有较少的生物能够适应并生存。大多数嗜盐菌和所有耐盐生物都要消耗能量将盐分排出细胞质,从而避免蛋白质沉淀(盐析)。为了在高盐环境下生存,嗜盐菌采用两种不同的策略来防止细胞质水份渗出所导致的干燥。这两种策略都是通过增加细胞内的渗透压来实现的。第一种策略(适用于大多数嗜盐菌,一些古细菌,酵母,海藻和真菌),渗透保护剂(相容性溶质)积聚在细胞质中。这些可以从环境中合成或积累。[1]最常见的相容溶质是中性或两性离子,包括氨基酸、糖、多元醇、甜菜碱和四氢嘧啶,及其中一些化合物的衍生物。

第二种策略,细胞质中注入(k+)离子。这种适应仅限于中度嗜盐菌目盐厌氧菌(Halanaerobiales) 、极度嗜盐古菌科盐杆菌科( Halobactriaceae)和极度嗜盐菌(Salinibacter ruber)。这种适应在三个不同进化谱系上的存在表明这种策略的趋同进化,它既不可能是保留在分散群体中的古老特征,也不可能通过大规模的横向基因转移来传递。[1]其主要原因是整个细胞内机制(酶、结构蛋白等)必须适应高盐水平,而在相容性溶质适应过程中,几乎不需要对细胞内大分子进行调节;事实上,相容性溶质通常作为一般的应力保护剂,以及渗透保护剂。[1]

特别值得注意的是极端嗜盐菌或嗜盐古细菌(通常被称为嗜盐细菌),是一群古菌,其生长至少需要2M的盐浓度,通常存在于饱和溶液中(含盐量约36%W/V)。它们主要生存在盐湖、内陆海、海水蒸发池及盐田,它们将那里的水柱和沉积物染上颜色。如果这些物种暴露在其他环境中(除高盐环境),很可能会死亡。这些原核生物需要盐才能生长。环境中高浓度的氯化钠限制了氧气的使用。它们将带电荷的氨基酸转运至细胞表面来保留水份从而适应高盐浓度。它们是异养需氧型生物。大多数嗜盐菌只能在天然的高盐环境中生存。事实上,它们非常脆弱的,当把其放入蒸馏水中时,它们会因为渗透压的变化而立即裂解。

嗜盐菌可利用多种能源。它们可能是需氧的也可能是厌氧的。厌氧嗜盐菌包括光养的、发酵的、硫酸盐还原的、同产乙酸的和产甲烷的。[2][2]

嗜盐古细菌,特别是盐杆菌科,属于古细菌域,是高盐环境中原核生物的主要成员。[3]目前,该科有15个公认的属。[4]细菌域(主要是Salinibacter ruber)占到原核生物的25%,但通常情况下占总种群的百分比更低。[5]有时,杜氏盐藻也可以在这种环境中繁殖。[6]

盐场结晶池的分类群相对广泛,属的成员包括:嗜盐富饶杆菌属(Haloferax),盐几何菌属(Halogeometricum),嗜盐球菌属(Halococcus),盐栖菌属(Haloterrigena) ,盐红菌属(Halorubrum),小盒菌(Haloarcula)和嗜盐杆菌属(Halobacterium)。[3]然而,与总数相比,可培养嗜盐菌的比例很小,并且这些分离株在数量上代表的意义尚不清楚。直到最近,才能确定自然环境中生物体的种类和相对丰度,以16S核糖体小亚基(16SrRNA)为模板进行PCR反应。虽然这种类型的研究相对较少,但这些研究的结果表明,一些较容易分离和研究的属在其原来的环境中并没有那么多。比如小盒菌属(Haloarcula),据估计,它在原地群落中所占的比例不到0.1%,[7]但很容易被分离培养。

3 基因组和蛋白质组特征编辑

通过基因组和蛋白质组分析表明,嗜盐菌的环境适应性具有明显的分子特征。在蛋白质水平上,嗜盐菌的特征是疏水性低,酸性残基较多,半胱氨酸较少,螺旋形成的倾向较低,较易形成Coil卷曲螺旋结构。这些蛋白质的核心是低疏水性的,如二氢叶酸还原酶,它就有较窄β折叠股。[8]在DNA水平上,嗜盐菌的二核苷酸和密码子均不同。[9]

4 例子编辑

盐杆菌属[10]是古菌属,对盐浓度的耐受性很高。某些种类的盐细菌含有酸性蛋白质,可以抵抗盐所造成的变性作用。嗜盐球菌属是盐杆菌科的一个特殊属。

咸水湖泊是许多嗜盐菌的栖息地。例如,位于博茨瓦纳的马卡迪卡迪盐沼泽,它是个巨大的、季节性的、高盐度的湖,其中生长着硅藻科的菱形藻属( Nitzschia),及镖水蚤科的 Lovenula 属。[11]加利福尼亚州的欧文斯湖也含有大量嗜盐细菌盐生盐杆菌。Wallemia ichthyophaga是一种担子菌,其生长需要至少1.5 M氯化钠,甚至在盐饱和的培养基上也能茁壮成长。[12]真菌对盐的专性需求是一个例外。可耐受接近饱和盐浓度的物种(例如威尼克何德霉),在标准微生物培养基上也能生长良好。[13]

咸味食品(如酱油、豆豉、咸鳕鱼、咸凤尾鱼、酸菜等)的发酵通常涉及到嗜盐细菌,要么是发酵的基本组成要么是意外污染。例如Chromohalobacter beijerinckii,常见于盐水中腌制的咸豆和腌制的鲱鱼中。嗜盐四联球菌存在于盐腌凤尾鱼和酱油中。

卤虫属是一种常见的嗜盐小型甲壳类动物,生活在盐湖(如大盐湖)和盐场中,可以在接近340 g l−1 NaCl的析出点生存,[14][15]其具有缓解盐度波动的策略,比如独特的幼体盐腺和渗透调节能力等,能够承受强烈的渗透冲击。

北罗纳德赛岛羊是原产于苏格兰奥克尼的一种绵羊。他们在岛上的淡水资源有限,唯一的食物来源是海藻。他们已经适应了在足以杀死其他品种羊的盐浓度下生存。[16]

参考文献

  • [1]

    ^Santos H, Da Costa MS (2002). "Compatible solutes of organisms that live in hot saline environments". Environmental Microbiology. 4 (9): 501–509. doi:10.1046/j.1462-2920.2002.00335.x..

  • [2]

    ^Ollivier B, Caumette P, Garcia JL, Mah RA (March 1994). "Anaerobic bacteria from hypersaline environments". Microbiological Reviews. 58 (1): 27–38. PMC 372951. PMID 8177169..

  • [3]

    ^柳文欢(2002)极端嗜盐古菌和细菌的分子生态学。FEMS微生物生态学:1-7。.

  • [4]

    ^Gutierrez MC, Kamekura M, Holmes ML, Dyall-Smith ML, Ventosa A (December 2002). "Taxonomic characterization of Haloferax sp. (" H. alicantei") strain Aa 2.2: description of Haloferax lucentensis sp. nov". Extremophiles. 6 (6): 479–83. doi:10.1007/s00792-002-0282-7. PMID 12486456..

  • [5]

    ^Antón J, Rosselló-Mora R, Rodríguez-Valera F, Amann R (July 2000). "Extremely halophilic bacteria in crystallizer ponds from solar salterns". Applied and Environmental Microbiology. 66 (7): 3052–7. doi:10.1128/aem.66.7.3052-3057.2000. PMC 92110. PMID 10877805..

  • [6]

    ^Casamayor EO, Massana R, Benlloch S, Øvreås L, Díez B, Goddard VJ, Gasol JM, Joint I, Rodríguez-Valera F, Pedrós-Alió C (2002). "Changes in archaeal, bacterial and eukaryal assemblages along a salinity gradient by comparison of genetic fingerprinting methods in a multipond solar saltern". Environmental Microbiology. 4 (6): 338–348. doi:10.1046/j.1462-2920.2002.00297.x..

  • [7]

    ^Antón J, Llobet-Brossa E, Rodríguez-Valera F, Amann R (December 1999). "Fluorescence in situ hybridization analysis of the prokaryotic community inhabiting crystallizer ponds". Environmental Microbiology. 1 (6): 517–23. doi:10.1046/j.1462-2920.1999.00065.x. PMID 11207773..

  • [8]

    ^Kastritis PL, Papandreou NC, Hamodrakas SJ (October 2007). "Haloadaptation: insights from comparative modeling studies of halophilic archaeal DHFRs". International Journal of Biological Macromolecules. 41 (4): 447–53. doi:10.1016/j.ijbiomac.2007.06.005. PMID 17675150..

  • [9]

    ^Paul S, Bag SK, Das S, Harvill ET, Dutta C (April 2008). "Molecular signature of hypersaline adaptation: insights from genome and proteome composition of halophilic prokaryotes". Genome Biology. 9 (4): R70. doi:10.1186/gb-2008-9-4-r70. PMC 2643941. PMID 18397532..

  • [10]

    ^NCBI分类资源(2007) NCBI 卤细菌网页.

  • [11]

    ^迈克尔·霍根(2008)马卡迪卡迪盐沼巨石门户,编辑。A. Burnham.

  • [12]

    ^Zalar P, Sybren de Hoog G, Schroers HJ, Frank JM, Gunde-Cimerman N (May 2005). "Taxonomy and phylogeny of the xerophilic genus Wallemia (Wallemiomycetes and Wallemiales, cl. et ord. nov.)". Antonie van Leeuwenhoek. 87 (4): 311–28. doi:10.1007/s10482-004-6783-x. PMID 15928984..

  • [13]

    ^Gostincar C, Grube M, de Hoog S, Zalar P, Gunde-Cimerman N (January 2010). "Extremotolerance in fungi: evolution on the edge". FEMS Microbiology Ecology. 71 (1): 2–11. doi:10.1111/j.1574-6941.2009.00794.x. PMID 19878320..

  • [14]

    ^Gajardo GM, Beardmore JA (2012). "The brine shrimp artemia: adapted to critical life conditions". Frontiers in Physiology (in English). 3: 185. doi:10.3389/fphys.2012.00185. PMC 3381296. PMID 22737126.CS1 maint: Unrecognized language (link).

  • [15]

    ^De Vos S; Van Stappen G; Vuylsteke M; Rombauts S; Bossier P (2018). "Identification of salt stress response genes using the Artemia transcriptome". Aquaculture. 500: 305–314. doi:10.1016/j.aquaculture.2018.09.067..

  • [16]

    ^Mirkena T, Duguma G, Haile A, Tibbo M, Okeyo AM, Wurzinger M, Sölkner J (2010). "Genetics of adaptation in domestic farm animals: A review". Livestock Science. 132 (1–3): 3. doi:10.1016/j.livsci.2010.05.003..

阅读 681
版本记录
  • 暂无