1、,第一节 低温环境中的微生物,一、低温环境中的微生物,长期低温：深海地球两极的土壤冰川和高空短期低温：大多数地区的冬季期间,1.低温环境,嗜冷微生物（psychrophiles）,最适生长温度为15或更低， 最高生长温度为20， 最低生长温度为0或更低。 如：噬纤维菌，短杆菌，弧菌等。,耐冷菌（psychrotrophs）,05可生长繁殖， 最适生长温度可达20以上的微生物。 如：芽胞杆菌，节杆菌，假单胞菌等。,2.微生物种类,嗜冷微生物主要为革兰氏阴性细菌，而革兰氏阳性菌相对较少。,能在低温环境下生长的微生物不仅局限在原核微生物，也存在嗜冷酵母菌、真菌和藻类。,二、高温对嗜冷菌的影响,在低温
2、条件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，能力下降在低温条件下，嗜冷微生物的细胞膜蛋白和细胞膜具有功能，而在高温条件下，便失去功能。,1.对物质运输的影响,2.对代谢速率和呼吸酶的影响,与嗜中温菌相比，嗜冷菌的代谢速率相对比较低，并且随着温度的降低，嗜冷菌的生长速率降低较快。,嗜冷菌的呼吸酶对温度敏感，在20下便失活，这是为什么嗜冷菌必须在低温下生长的原因之一。,3.对蛋白质合成的影响,a.抑制蛋白质的合成对嗜冷菌来说，当环境温度超过最高生长温度时，会直接抑制细胞中蛋白质的合成。而且，嗜冷菌中的各种诱导酶、发光酶和蛋白酶对温度相当敏感。,b.破坏核糖体的结构和功能一般情况下，
3、温度升高会影响嗜冷菌核糖体RNA和蛋白质之间的正常结合，同时核糖体的天然结构发生改变。对嗜冷菌来说，过高的温度还会影响其他可溶性亚细胞成分的功能。,4.对细胞结构的影响,a.破坏细胞壁例如：用37处理嗜冷红弧菌2h，细胞壁成分分解。b.破坏正常的细胞形状30处理异常芽孢杆菌时，细胞分裂干扰受变成丝状。,c.影响正常细胞表面的电荷用大于21温度处理专性嗜冷红弧菌，细胞膜的磷脂被释放到环境中，增加电泳过程中泳动速度。d.影响细胞的通透性热处理嗜冷微生物细胞时，会引起细胞的通透性发生变化或引起细胞裂解。,5.对细胞分裂、基因调控和RNA合成的影响,a.温度升高，会影响低温微生物的细胞分裂。b.温度升
4、高，低温微生物细胞中的阻遏蛋白能更 紧密地与DNA结合，阻碍酶的形成。c.嗜冷菌和耐冷菌在环境温度超过他们最适温度时RNA合成停止。,三、微生物适应低温的分子机理,低温微生物可以通过信号传导来感受环境条件的变化。 例如：耐冷菌丁香假单胞菌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。,1.通过信号传导使低温微生物适应低温环境,2.通过调整细胞膜脂类的组成来适应低温环境,a.环境温度降低时，微生物细胞膜的不饱和脂肪酸含量会增加，以维持细胞膜磷脂的半流动状态，使细胞膜在低温条件下仍能保持运输物质的能力和保持细胞膜上的酶发挥功能。,b.增加不饱和脂肪酸的比例，增加不饱和脂肪酸的合成。 c.缩短
5、酰基链的长度，增加脂肪酸支链的比例，减少环状脂肪酸的比例等,对维持膜的流动性具有重要意义。,生长在5的南极好氧菌，细胞脂质总脂肪酸中棕榈油酸、油酸等不饱和脂肪酸的含量超过90。,3.低温微生物的蛋白质和蛋白质合成,a.嗜冷菌合成大量的低温酶类，弥补因低温导致的反应速率下降的问题。 b.嗜冷菌合成产生不同类型的低温酶类，在一定范围的不同温度下保持结构完整和催化功能，维持生命现象。 c.低温酶在低温下具有高催化率和高柔顺分子构象。 d.低温酶不仅具有高比活力，而且具有高稳定性。 e.嗜冷菌中蛋白质以单体和多聚体的形式存在（如嗜冷弧菌中异柠檬酸脱氢酶的单体比二聚体对热敏感）。,4.低温微生物通过产生冷激蛋白适应低温环境,当生长温度从21降到5时，嗜冷酵母能在12 h内合成26种冷激蛋白（cold shock protein），以适应这种低温环境。,四、嗜冷菌的应用,低温酶主要有以下几个方面的用途： （1）洗涤剂的添加剂 （2）纺织工业用酶 （3）食品工业 （4）生物修复 （5）在低水活度条件下的生物催化作用 （6）在其他方面的用途,由于低温酶具有催化能力多样、低温下比活力高、特异性高以及酶分子的柔性和弹性大等特点，在工业上有非常广泛的用途。,
