在强酸环境中的微生物.ppt

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第三节第三节在强酸环境中的微生物在强酸环境中的微生物酸性环境：

酸性环境：

废煤堆及其排出水，废煤堆及其排出水，酸性温泉，酸性温泉，废铜矿及其排出水废铜矿及其排出水美国黄石国家公园的温泉美国黄石国家公园的温泉一、酸性环境中的微生物一、酸性环境中的微生物嗜酸菌是一种能在低嗜酸菌是一种能在低pHpH条件下生长和繁条件下生长和繁殖的极端环境微生物，通常在殖的极端环境微生物，通常在pH2pH255生生长很好，长很好，pH5.5pH5.5以上生长不好。

以上生长不好。

一、酸性环境中的微生物一、酸性环境中的微生物抗酸微生物抗酸微生物专性嗜酸微生物专性嗜酸微生物能在强酸环境中生长或生存，但是最适生能在强酸环境中生长或生存，但是最适生长长pH在在49之间的微生物之间的微生物必须在必须在必须在必须在pHpH3333的环境中才能生长的微生物的环境中才能生长的微生物的环境中才能生长的微生物的环境中才能生长的微生物化能自养菌化能自养菌Fe（）氧化菌氧化菌T.ferooxidans氧化亚铁硫杆菌氧化亚铁硫杆菌嗜中温菌嗜中温菌黄铁矿环境黄铁矿环境Fe（）和和S0氧化菌氧化菌T.ferooxidansS.acidocaldarius嗜酸热硫化叶菌嗜酸热硫化叶菌嗜热菌嗜热菌地热地区地热地区S0氧化菌氧化菌Thiobacillussp嗜中温菌嗜中温菌Thiomicrospora异养菌异养菌A.coyptum嗜中温菌嗜中温菌与与T.ferooxidans培养物有关培养物有关Th.acidophilum嗜中温菌嗜中温菌煤排出物煤排出物B.acidocaldrius酸酸热芽孢杆菌热芽孢杆菌嗜热菌嗜热菌含含S0的温泉的温泉嗜嗜酸酸微微生生物物类类型型嗜酸硫杆菌的煎鸡蛋形菌落嗜酸硫杆菌的煎鸡蛋形菌落v嗜酸细菌：

氧化硫硫杆菌、嗜酸细菌：

氧化硫硫杆菌、氧化亚铁硫杆菌、酸热芽胞氧化亚铁硫杆菌、酸热芽胞杆菌杆菌专性嗜酸微生物专性嗜酸微生物极端酸性环境都含有硫酸根离子，而且有机物极端酸性环境都含有硫酸根离子，而且有机物浓度很低浓度很低;在废煤矿中，含有高浓度的硫酸（在废煤矿中，含有高浓度的硫酸（pH1.5-4）、）、铁，是由于自养的硫杆菌氧化硫化矿中含硫化铁，是由于自养的硫杆菌氧化硫化矿中含硫化合物的结果合物的结果酸性环境中还存在酸性环境中还存在氧化亚铁钩端螺旋菌氧化亚铁钩端螺旋菌，氧化，氧化二价铁为三价铁，分解黄铁矿，二价铁为三价铁，分解黄铁矿，不能直接氧化不能直接氧化硫硫v嗜酸真核微生物：

椭圆酵母、点滴酵母、酿酒嗜酸真核微生物：

椭圆酵母、点滴酵母、酿酒酵母可分别在酵母可分别在pH2.5，2和和pH1.9中生长中生长v在在pH2的废铜矿中可以分离到红酵母的废铜矿中可以分离到红酵母vAcontiumvelatium和和头孢霉头孢霉可在可在1.25mol/L的的硫酸中生长，培养基中含有硫酸中生长，培养基中含有4的硫酸铜，是的硫酸铜，是目前发现的目前发现的抗酸能力最大抗酸能力最大的微生物的微生物藻类从酸性温泉中可以分离到Cyanidiumcaldarium，最适生长pH23，在pH5以上不能生长原生动物鞭毛虫、纤毛虫、变形虫。

它们以嗜酸细菌为生，均为专性嗜酸微生物。

二、微生物抗酸的分子机理二、微生物抗酸的分子机理嗜酸菌细胞质嗜酸菌细胞质pH值为值为7，细胞内的大多酶最适，细胞内的大多酶最适pH值也接近值也接近7，要求细胞壁或细胞膜能通过某些，要求细胞壁或细胞膜能通过某些方式阻止环境中方式阻止环境中H进入细胞进入细胞环境中的环境中的H影响细胞表面的电荷平衡，影响细胞的稳定性，影响细胞表面的电荷平衡，影响细胞的稳定性，与营养物反应使细胞无法利用营养物质，还会使无毒化合与营养物反应使细胞无法利用营养物质，还会使无毒化合物有毒，水解细胞中的高分子多聚物，使细胞死亡。

物有毒，水解细胞中的高分子多聚物，使细胞死亡。

细胞膜的改变细胞膜的改变嗜酸菌细胞表面上存在有大量的重金属离子嗜酸菌细胞表面上存在有大量的重金属离子，如，如CuCu2+2+，可以与周围，可以与周围HH+进行交换，从而阻止进行交换，从而阻止HH+对细胞对细胞的损伤；许多嗜酸菌能抗高浓度的重金属离子的损伤；许多嗜酸菌能抗高浓度的重金属离子嗜酸细菌的细胞壁和细胞膜中含有一些特殊的化嗜酸细菌的细胞壁和细胞膜中含有一些特殊的化学成分，能抗酸学成分，能抗酸。

硫杆菌的外膜硫杆菌的外膜LPSLPS含有较少的磷、使细胞膜稳定含有较少的磷、使细胞膜稳定;硫化叶菌细胞膜中含硫化叶菌细胞膜中含CC4040的的烷基甘油二醚烷基甘油二醚，这种长，这种长碳氢碳氢链使生物膜在高温下保持流动性链使生物膜在高温下保持流动性;硫脂、环丙烷脂肪酸；硫脂、环丙烷脂肪酸；含有抗酸水解的蛋白质，含有抗酸水解的蛋白质，如氧化硫硫杆菌的鞭毛能如氧化硫硫杆菌的鞭毛能抗强酸和高温，是该菌能合成抗酸水解的蛋白质抗强酸和高温，是该菌能合成抗酸水解的蛋白质;嗜酸细菌通过长期进化适应了嗜酸细菌通过长期进化适应了SOSO442-2-环境，并且细胞环境，并且细胞中存在有某种活力很大的去除中存在有某种活力很大的去除SOSO442-2-的体系；另外的体系；另外SOSO442-2-极性大，透过脂类双层膜的非特异性穿透能力极性大，透过脂类双层膜的非特异性穿透能力较小。

较小。

细菌冶金细菌冶金氧化氧化Fe2+和和S0的细菌能产生酸性的含有的细菌能产生酸性的含有Fe3+的溶液，的溶液，Fe3+可氧化矿石的大量成分，能使可氧化矿石的大量成分，能使Cu2+，U4+，Sn2+，Zn2+，Ni2+，呈可溶状态，呈可溶状态三、嗜酸菌的应用三、嗜酸菌的应用利用利用氧化亚铁硫杆菌氧化亚铁硫杆菌通过微生物沥取法可以从低通过微生物沥取法可以从低含量的矿物中大量提取含量的矿物中大量提取Cu，能耗小。

，能耗小。

如如FeO硫杆菌可把可将硫杆菌可把可将S或硫代硫酸盐氧化成硫酸和将氧化亚铁氧化成高铁或硫代硫酸盐氧化成硫酸和将氧化亚铁氧化成高铁的能力，氧化率达的能力，氧化率达95100并放出能量并放出能量2FeS2+7O2+2HO22FeSO4+2H2SO42FeSO4+2H2SO4+1/2O2Fe2（SO4）3+HO2生成的生成的Fe2（SO4）3是强氧化剂和溶剂，可溶解矿石。

如溶解铜矿是强氧化剂和溶剂，可溶解矿石。

如溶解铜矿（CuS），），从中浸出铜元素。

从中浸出铜元素。

CuS+Fe2（SO4）3CuSO4+2FeSO4+S溶出的溶出的CuSO4液再加入铁屑、废铁等便可将铜置换出来。

生成的液再加入铁屑、废铁等便可将铜置换出来。

生成的FeSO4和和S还还可在这类细菌作用下再次氧化成可在这类细菌作用下再次氧化成H2SO4和和Fe2（SO4）3，而循环使用。

，而循环使用。

CuSO4+FeFeSO4+Cu用这类微生物来开矿冶金称为细菌冶金，是开采贫矿和尾矿的有效用这类微生物来开矿冶金称为细菌冶金，是开采贫矿和尾矿的有效办法，用细菌浸出办法，用细菌浸出Cu的速度比完全氧化快的速度比完全氧化快5660倍。

倍。

煤和石油脱硫煤和石油脱硫生产肥料生产肥料利用嗜酸热硫化叶菌氧化无机硫和有机硫化物，利用嗜酸热硫化叶菌氧化无机硫和有机硫化物，减少二氧化硫污染。

减少二氧化硫污染。

利用硫杆菌氧化元素硫或硫化物产生硫酸，来分解利用硫杆菌氧化元素硫或硫化物产生硫酸，来分解磷矿粉，提高高氟硫酸钙的溶解度，提高肥效。

磷矿粉，提高高氟硫酸钙的溶解度，提高肥效。

嗜酸菌还被广泛应用到重金属污染嗜酸菌还被广泛应用到重金属污染土壤的生物修复、耐热酶的提取土壤的生物修复、耐热酶的提取嗜酸微生物在环境保护中的作用嗜酸微生物在环境保护中的作用酸性的矿山废水是由于嗜酸菌氧化分解硫化矿石行成的，危害十分严重。

氧化亚铁硫杆菌氧化Fe2+形成Fe3+，析出沉淀。

氧化亚铁硫杆菌氧化亚铁硫杆菌1、名词解释：

、名词解释：

土著微生物：

土著微生物：

生态系统：

生态系统：

2、为什么说土壤是微生物的大本营？

其中各种、为什么说土壤是微生物的大本营？

其中各种微生物（细菌、放线菌、真菌）数量和生物量微生物（细菌、放线菌、真菌）数量和生物量如何变化？

如何变化？

3、在淡水湖泊中，微生物在垂直方向的分布有、在淡水湖泊中，微生物在垂直方向的分布有很大不同，试分析湖泊中不同深度水体的微生很大不同，试分析湖泊中不同深度水体的微生物的分布规律。

物的分布规律。

1、名词解释：

、名词解释：

嗜冷微生物：

嗜冷微生物：

嗜热微生物：

嗜热微生物：

2、在极端环境中发现的许多细菌为古菌、在极端环境中发现的许多细菌为古菌、请你谈谈古菌与真细菌相比有哪些特征请你谈谈古菌与真细菌相比有哪些特征？

3、嗜冷微生物产生的酶有哪些共同的显、嗜冷微生物产生的酶有哪些共同的显著特征？

这些显著特征在实际中有哪些著特征？

这些显著特征在实际中有哪些用途？

用途？

4、试阐述嗜冷微生物适应低温的分子机、试阐述嗜冷微生物适应低温的分子机理。

理。

第四节第四节在强碱环境中的微生物在强碱环境中的微生物在地球上高碱性环境很多；在地球上高碱性环境很多；最有名的强碱环境是石灰湖最有名的强碱环境是石灰湖（Sodalakes）和沙漠，和沙漠，pH在在10左右；左右；某些稀碱性的泉水、沙漠土壤和某些稀碱性的泉水、沙漠土壤和含有正在腐烂蛋白质的土壤也是含有正在腐烂蛋白质的土壤也是碱性环境；碱性环境；人工造成的碱性环境：

食品和其人工造成的碱性环境：

食品和其他工厂排出的废水。

他工厂排出的废水。

这些环境中的这些环境中的这些环境中的这些环境中的碳酸盐碳酸盐碳酸盐碳酸盐是造成高是造成高是造成高是造成高pHpH的原因，分离嗜碱微生物的培养的原因，分离嗜碱微生物的培养的原因，分离嗜碱微生物的培养的原因，分离嗜碱微生物的培养基中必须含有碳酸盐基中必须含有碳酸盐基中必须含有碳酸盐基中必须含有碳酸盐某些环境中的嗜碱菌还是嗜盐菌，如石灰湖中的嗜碱菌，培养某些环境中的嗜碱菌还是嗜盐菌，如石灰湖中的嗜碱菌，培养某些环境中的嗜碱菌还是嗜盐菌，如石灰湖中的嗜碱菌，培养某些环境中的嗜碱菌还是嗜盐菌，如石灰湖中的嗜碱菌，培养基中需添加氯化钠基中需添加氯化钠基中需添加氯化钠基中需添加氯化钠肯尼亚肯尼亚玛加迪碱性湖玛加迪碱性湖加拿大加拿大斑点湖（盐碱湖）夏季到来之时，这个湖泊变成斑点湖（盐碱湖）夏季到来之时，这个湖泊变成一张由白色、绿色以及黄色水池构成的拼图。

水池之间的一张由白色、绿色以及黄色水池构成的拼图。

水池之间的“人行道人行道”由盐、钛、钙、硫酸盐以及其它矿物质构成由盐、钛、钙、硫酸盐以及其它矿物质构成。

一、在强碱环境中的微生物一、在强碱环境中的微生物嗜碱微生物（嗜碱微生物（Alkalophilicmicroorganisms）是指是指碱性碱性环境中最适生长的微生物，可区分为耐碱菌和环境中最适生长的微生物，可区分为耐碱菌和专性嗜碱菌。

专性嗜碱菌。

耐碱微生物耐碱微生物：

在：

在pH8.5pH8.59.09.0之间最适生之间最适生长，长，中性条件下中性条件下亦能生长的微生物。

亦能生长的微生物。

专性嗜碱微生物专性嗜碱微生物：

一般情况下在：

一般情况下在pHpH77时时不能生长，最适生长的不能生长，最适生长的pHpH值值99左右，左右，pH10pH10以上还能生长的微生物。

以上还能生长的微生物。

嗜盐嗜碱微生物：

嗜盐嗜碱微生物：

除了需要高的除了需要高的pHpH外，外，还需高浓度的盐。

还需高浓度的盐。

11、光合微生物：

含盐量低的碱湖以耐盐、光合微生物：

含盐量低的碱湖以耐盐碱藻类为主碱藻类为主螺旋藻螺旋藻2、细菌：

巴氏芽孢杆菌、贺利厌氧分枝、细菌：

巴氏芽孢杆菌、贺利厌氧分枝状菌状菌3、嗜盐碱古细菌为主；、嗜盐碱古细菌为主；碱性土壤中：

小球菌属、假单胞菌属等、碱性土壤中：

小球菌属、假单胞菌属等、嗜碱酵母菌、嗜碱放线菌嗜碱酵母菌、嗜碱放线菌嗜碱菌的分布嗜碱菌的分布世界天然能够自然生长螺旋藻的三大湖泊，非洲的乍得湖、墨西哥的TEXCOCO湖、中国云南丽江程海海湖。

Bacillus巴氏芽孢杆菌巴氏芽孢杆菌pH9.010.0坚强芽孢杆菌坚强芽孢杆菌嗜碱芽孢杆菌嗜碱芽孢杆菌球形