极端微生物不可估量的资源
古菌及极端微生物
隐蔽热网菌 Pyrodictium occultum
1977年，美国深海潜水器“阿尔文”号在洋中脊地区 发现了从海底冒出浓烟般的热泉。令人难以置信地是， 在喷出热泉的“黑烟囱”周围水温250-350℃、265大 气压的海水中，竟存在着一个极其奇特、黑暗而酷热 的生命世界。隐蔽热网菌即生活于其中。
古菌及极端微生物
2014.3.12
古菌
古菌常被发现生活于各种极端自然环境
下，如大洋底部的高压热溢口、热泉、 盐碱湖等。
在我们这个星球上，古菌代表着生命的极限，
确定了生物圈的范围。 热网菌（Pyrodictium）能够在高达113℃的 温度下生长。
最适生
活温度 80－ 105， 具有独 特的细 胞结构。
分类
目前，可在实验室培养的古菌主要包括 三大类: 1.产甲烷菌、
2.极端嗜热菌
3.极端嗜盐菌。
1、产甲烷菌
产甲烷菌是一群迄今
为止所知的最严格厌氧 的、能形成甲烷的化能 自养或化能异养的古菌群。 产甲烷细菌是能产生甲烷的一大类群， 因此包括了球形、杆形、螺旋形、长丝 状等不同形态。
一.古生菌的形态:与细菌相似
地表深处煤层中生成大量生物成因气的有利条件 是：大量有机质的快速沉积、充裕的孔隙空间、低 温，以及高pH值的缺氧环境. 生物成因：煤层气是在较低的温度条件下，有机 质通过各种不同类群细菌的参与或作用，在煤层 中生成的以甲烷为主的气体. 产甲烷菌对煤层气的 形成起着重要的作用，目前已发现产甲烷菌有低 温型、中温型和嗜热型.
2、极端嗜盐古菌
这是一类生活在很高浓度甚至接近饱和浓度
盐环境中的古菌。 细胞形态为杆形、球形和三角形、多角形、 方形、盘形等多形态。革兰氏阴性，极生鞭 毛。好氧或兼性厌氧。 胞内含有 类胡萝卜素（菌红素），产红色、 粉红色、橙色或紫色等各不同色素。化能有 机营养型。
极端环境微生物对生命起源的启示
极端环境微生物对生命起源的启示极端环境是指极低温度、极高温度、高压、高辐射量等不适宜生命存在的环境条件，常见于地球上的深海、极地、沸泉等地区。
虽然这些环境对于大多数生命而言是致命的，但却有一些微生物能够在此生存繁衍，这些微生物被称为极端环境微生物。
对于生命的起源和演化研究而言，这些微生物具有重要意义。
众所周知，生命起源于亿万年前的原始地球，但具体的过程和机制至今仍然未知。
科学家们对这个问题一直在进行着探究和研究。
而极端环境微生物的发现，为我们揭示了一条新的探寻生命起源的途径。
首先，极端环境微生物表现出的极度适应能力是很值得关注的。
这些微生物能够在极高温度、强烈辐射、酸碱度极高或极低等急剧变异的环境下生存，他们不仅能够适应这些环境，更能够在这些环境中进行代谢活动和自我繁殖。
这种强大的适应与适应过程中产生的适应基因对于我们探究生命起源和进化机制具有深远的意义。
其次，随着对极端环境微生物的进一步研究，科学家们发现了许多与生命起源和进化相关的重要发现。
比如，有学者在极地海洋中发现了一种可以进行光合作用的细菌。
这种细菌之所以能够在极度寒冷的环境中进行光合作用，是因为它们采用了一种与马蹄蟹类似的蛋白质结构，这为其光合能力的演化提供了一种新的途径。
另外，有学者还在极端环境中发现了一种具有代谢多种矿物质的微生物。
这些微生物能够利用环境中的硫矿、铁矿等进行代谢，并从中获取所需的营养物质。
这种代谢策略为探究生命起源和进化提供了一个新的角度。
在生命起源研究中，科学家们一直在探索“RNA世界假说”，即生命起源之初，RNA曾经是生命的唯一供体和信息的载体。
而最近的研究表明，在极端环境微生物中，存在可以代替RNA在某些情况下进行信息传递和代谢活动的一种物质——PNA。
这种物质不仅具有RNA的许多优点，并且可以在极端环境下稳定存在，为生命起源演化提供了探究的新方向。
总之，极端环境微生物对生命起源的研究意义重大，它们为我们探究生命起源的途径和演化机制提供了许多新的思路和方向。
古生菌(极端微生物)在环境保护中的应用
古生菌（极端微生物）在环境保护中的应用摘要：本文介绍了古生菌的特点及利用其极端性在环境保护方面的应用，综述了极端微生物及其产生的极端梅在清洁生产、环保型生物材料的生产及环境污染治理中的应用前景及对环境保护的意义。
关键字：古生菌、极端环境、环境保护、污染治理、清洁环保正文：现代基本把生物分为三大领域: 真核生物( Eucarya) ,细菌(Bacteria) 和古菌(Archaea) . 古菌作为三大领域之一的生物,具有其独特的性质,也是目前生物地球化学研究的热点之一. 古菌和细菌一样,是原核生物,即细胞核没有核膜包裹,细胞核与细胞质没有明显界限. 与真核生物和细菌相比, 古菌代表了生物圈的极限. 例如热网菌属(Pyrodictium) 能在高达121 ℃的温度下存活并生长. 这是至今为止所发现的最耐热生物. 在最初的时候,人们在火山口、盐湖等高热、高盐度、缺氧的极端环境发现有微生物,他们可以在极端恶劣的环境下生存。
现在对古生菌的研究主要集中在以下四个类群：产甲烷菌、极端嗜盐菌、极端嗜热菌以及嗜热嗜酸细菌。
他们和我们人类的生活息息相关，我们可以在很多方面都应用到他们。
尤其是在环境保护中的应用。
一、古菌及古菌的特点古菌是最古老的生命体，古菌一些奇特的生活习性和与此相关的潜在生物技术开发前景，长期以来一直吸引着许多人的注意。
古菌常被发现生活于各种极端自然环境下，如大洋底部的高压热溢口、热泉、盐碱湖等。
古菌的细胞形态有球形、杆状、螺旋形、耳垂形、盘状，不同古菌规则形状也不相同，有的很薄、扁平，有的有精确的方角和垂直的边构成直角几何形态，有的以单个细胞存在，有的呈丝状体或团聚体。
其直径大小一般在0.1~15μm，丝状体长度有200μm。
古菌的细胞结构与细菌不同，如古菌的细胞外膜就与细菌不同。
大多数古菌的细胞壁不含二氨基庚二酸（D－氨基酸）和胞壁酸，不受溶菌酶和内酰胺抗生素如青霉素的作用。
革兰氏阳性古菌的细胞壁含有各种复杂的多聚体，如产甲烷菌的细胞壁含假肽聚糖，甲烷八叠球菌和盐球菌不含假肽聚糖，而含复杂聚多糖。
极端环境下微生物的研究及其应用
极端环境下微生物的研究及其应用随着科技的不断发展，人类对各种自然环境的认知也越来越深入。
其中，极端环境因为其独特性质和环境条件，成为了许多科学家们追求的研究对象。
众所周知，生物学中微生物是众多生物性质中最为微小的一类生物群体。
但是，这种微小生物却在极端环境中有着非同寻常的表现，许多微生物通过特殊的适应机制，适应了极端的环境条件，而且展示了根本性的生物学工程学价值。
本文将探讨极端环境下微生物的研究及其应用。
一、极限温度环境下微生物的研究极限温度环境，是指地球表面温度最高和最低的地方。
其中，极寒环境的温度极端低，造成了高海拔、沉积层、极地等很多生境中的高难度生物适应问题。
而这些地方恰恰是微生物的优选生境。
微生物可以生存于常人难以忍受的气温下。
科学家们通过对这些极端环境下的微生物进行研究，可以深入理解微生物适应极端温度环境的适应机制。
目前，极端温度环境下的微生物可以分为嗜温、嗜冷和介于两者之间的嗜中温微生物。
嗜温微生物可以在温度高达 121℃的高温中生存。
这些微生物能够抵抗高温所引起的蛋白变性和酶活性丧失的问题。
嗜冷微生物则可以在零下 20℃的温度下存活，适应低温结冰所造成的高度压力。
中温微生物则是介于两极之间。
通过对嗜冷、嗜温以及嗜中温微生物的研究，可以深入了解微生物如何适应不同温度环境，从而为开拓与调控温度敏感性生物中的新酶提供支持。
二、异烟肼耐药菌的研究异烟肼是治疗结核病的一种重要药物，但在临床常规使用过程中，异烟肼耐药菌及其产生的耐药问题将成为遗留病例的严重难题之一。
然而，我们发现，异烟肼耐药菌普遍存在于极端环境中，比如食盐浓度高的水体，污染严重的重金属污染区、高温、高压力的井下煤矿和岩浆、航天器等部分地区。
因此，对异烟肼耐药菌的研究可以提高其对于异烟肼的抗药能力以及微生物多样性的进一步认知。
目前我们已经发现了异烟肼耐药菌在极端环境中繁殖的适应机制。
异烟肼耐药菌的适应机制主要是通过对异烟肼分解酶基因的调节来抵抗异烟肼的作用。
极端环境中微生物多样性及其在生物修复中的应用研究
极端环境中微生物多样性及其在生物修复中的应用研究自然界中存在着各种各样的生物，其中微生物是最为微小且最为丰富的一类生物，它们能够生存于极端环境中，具有良好的适应性和生存能力。
在极端环境中，微生物的多样性能够提供有价值的生物资源，而利用微生物在生物修复中的应用则是一项重要的研究方向。
一、极端环境中微生物的多样性1.极端环境的种类极端环境是指我们通常生活中很难想象的、具有极端条件的环境，如极寒、极热、高温高压、高辐射等。
这些环境都具有极高的物理化学条件和极端的生物学环境。
2.极端环境中微生物的多样性微生物在不同的环境中，会展现出不同的优势和适应性。
比如，极地、高原和漠区等极端环境中的微生物，具有重要的环境调节功能和生物学多样性。
这些微生物具有影响力的特点包括能够忍受低温、高盐等极端环境条件。
因此，这些微生物被广泛作为生物资源研究的重要对象。
二、微生物在生物修复中的应用研究1.生物修复的定义和意义生物修复是一种基于生物多样性的污染治理方法，它通过利用微生物、植物和动物等生物资源，将污染物转化为无害的物质，并恢复生态系统的生态功能。
生物修复具有环保、经济、可持续等优点，已成为当前环境治理工作的重要手段。
2.微生物在生物修复中的应用微生物在生物修复中起着举足轻重的作用。
它们能够降解污染物、修复受污染环境，同时还能够为其他生物提供营养和保护环境。
比如，废水处理工程中的微生物，能够将有机物质转化为无机物质，达到废水净化的目的。
在重金属污染环境中，微生物能够吸收重金属离子，防止它们进入到人体内。
3.微生物在生物修复中的应用案例微生物在生物修复中的应用具有广泛的应用场景。
欧洲有一项研究利用角蛤和细菌协同作用，将污染物降解转化为无害的物质，以达到生长环境恢复的目的。
在中国的陕西省，植物与细菌联合修复枯山水池水环境，使得COD、NH4+、NO3-等多种污染物有着较好的去除效果。
三、结论微生物的多样性在极端环境中具有重要的生物学和生态学价值，利用微生物在生物修复中的应用，已成为环境污染治理的重要手段之一。
极端环境下的微生物
• 在55°C或以上的生长的微生物都叫嗜热菌。
不同类群微生物生长的最高温度
微生物类群
生长的最高温度°C
真菌
≤62
蓝细菌
≤73
光合细菌
≤73
化能自养菌
≤90
异养菌
≤90
• 嗜热微生物包括蓝细菌、光合细菌、芽 孢杆菌、乳酸菌、甲烷菌、甲基营养菌、
硫氧化菌、硫还原菌、假单胞菌、放线 菌、原生动物、藻和真菌等。
• morning glory pool 温泉水温在85°C 时，泉内藻类为白色；82°C为肉红色； 74°C浅黄色；68°为黄绿色。
• 热变形菌，生长温度为70-97°C。在 富硫的温泉及其他热的水环境中找到。
应用：
• 1、嗜热菌可用于细菌浸矿、石油及煤炭的脱 硫。
• 2、利用嗜热菌对废水废料进行厌氧处理，可 提高反应速度，消灭污水污物中的病原微生 物。
古菌，常见的主要有芽孢杆菌属， 链霉菌属，微球菌属，假单胞菌属， 酵母。
• 嗜碱菌包括好氧嗜碱菌和厌氧嗜碱菌两 个生理类群。
• 厌氧嗜碱菌中，有些同时是是热的，如 霍氏厌氧分支状菌，嗜热热球菌，争论 梭菌等。
• 适应机制：嗜碱菌的生活环境为碱 性而细胞内却是中性，这种适应主
要取决于细胞壁所起的屏障作用和 细胞膜对PH调节作用。
嗜盐菌：生存在高浓度盐分的 环境中的微生物
• 如美国的犹他大盐湖（盐度为2.2%）、死 海（2.5%）、里海（1.7%）、海湾和沿海 的礁石池塘等。在这些环境中仍然存在抗高 渗透压微生物。
• （1）抗盐微生物，最适生长盐浓度低 于0.3mol/LNaCl,可生长的盐浓度小于 1mol/LNaCl，主要为肠道细菌和各种微 藻，如伸长盐单胞菌，绿色杜氏藻。
极端环境下的微生物遗传育种研究
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。
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。
极端环境下的微生物
《微生物的秘密世界》
用特殊的压力容器所作的研究表明， 嗜压细菌存在于深海鱼类的内脏中。
深海不仅高压且低温，所以存在于 深海的菌嗜压并嗜冷，为极端嗜压嗜冷 菌。其最适生长温度为2℃，高于10℃ 即将丧失大部分活性。
已知嗜压的细菌还有微球菌属、芽 孢杆菌属、弧菌属、螺菌属等的种类， 但上述种类也可以在普遍大气压条件下 生长。此外，还发现有嗜压的酵母菌。
（四）嗜压微生物的耐高压机理
耐高压或嗜高压微生物的耐高压机理
尚不清楚。但一般高压并不是杀死微生物， 压力只不过是能影响微生物的生理机能和 生物化学反应的速度。在高压下，蛋白质 合成以及细胞膜的运输功能等速度减慢， 致使极端嗜压菌的生长速度缓慢。
增加压力会降低酶与底物结合的能力，
为使细胞内所受的压力减至最小，极端嗜 压菌的酶将其蛋白质分子进行折叠。
能生长。这些专性嗜压菌虽然对高压环境能产生 相对的适应性，但是生长极为缓慢。例如，在3℃、 1000atm气压下培养假单胞菌，其延滞期大约为 4个月，增代时间为33天，一年后才达到静止期， 生长速率仅相当于常压微生物生长速率的1／ 1000。
（二）耐压微生物
最适生长压力为正常压力，但能耐 Байду номын сангаас高压的微生物被称为耐压微生物。
耐压微生物可以在400atm下生长， 它们在1atm和400atm下生长的速度几乎 相等，但代谢速度在1atm时比400atm时 快。耐压菌在500atm以上就不能生长。 (1atm=101.325kPa,上同）
（三）嗜压微生物的分布
海洋深处和海底沉积物平均水压超过 400标准大气压（4.05×10^7Pa）。从深海 底部1000标准大气压处（1.01×10^8Pa）， 分离到嗜压菌pseudomonas bathycetes， 从油井深部约400标准大气压下，分离到嗜 压耐热的硫酸盐还原菌。
极端环境下微生物
列举五种极端环境下微生物及其应用所谓极端环境是指高低温环境，高盐环境，高酸，高碱环境，高酸热环境，高压环境，还有其他特定环境如油田、矿山、火山地、沙漠的干旱地带、地下的厌气环境、原子炉等高放射能环境、高卤环境以及低营养环境等。
能够在这些具有强烈限制性因子的环境下顽强生存的微生物，一般统称为极端环境微生物。
【1.极端嗜盐菌】人们发现在高浓度盐环境中，存在许多抗高渗压的微生物。
我国从新疆和内蒙古的盐碱湖中分离出了一些极端耐盐菌。
它们竟能在含0—15%Nacl的环境中生长。
有些菌株可以在含5%—25%Nacl范围中生长。
极端嗜盐微生物中唯一的真细菌是光合微生物的外硫红螺菌属；唯一的真核嗜盐微生物是杜氏藻类。
微生物学家琼纳斯克在含盐量高达36%盐液中发现一种微生物,命名为Halophiles。
还有地中海嗜盐杆菌等应用：第一，医药工业：西班牙学者报道地中海嗜盐杆菌在高浓度NaCl介质中生长,聚B-羟基丁酸积累达细胞干重的45%,具有一定的应用前景。
PHB能用于医学领域可降解生物材料的开发,如人造骨骼支架、药物微球体、外科手术以及裹伤用品等。
此外,目前发现有些嗜盐菌素对去盐作用不敏感,所以可能有比较广泛的应用领域,筛选抑菌谱广、性质稳定的嗜盐菌素,在理论和实践中具有重要意义。
第二，环境生物治理：嗜盐碱放线菌Nocardioidessp. M6能快速降解污染物2,4,6-三氯酚可应用于环境治理,利用其嗜盐特性除去工业废水中的磷酸盐,还可用于开发盐碱地等。
由于bR蛋白具有质子泵作用,在未来的太阳能利用技术设备中,还可用作海水淡化和研制天然的太阳能电池。
【2.极端嗜碱菌】多生活在盐碱湖和盐池中，生活环境PH值可达11.5以上，最适PH值8—10,但在中性环境如PH值6.5以下，不能生长或生长非常缓慢。
如嗜碱放线菌。
应用：第一，纤维素的降解：B-1,4木聚糖酶(E.C.3.2.1.8)是降解木聚糖的主要酶,降解木聚糖为木聚寡糖或木糖。
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极端微生物：不可估量的资源
2013.09.11 10:05 来源：中国科学报作者：记者李惠钰
极端微生物新颖的代谢产物展现出广阔的应用前景。
图片来源：新华每日电讯
早在2003年，科学家在2400多米的深海中发现了一种奇特的微生物，它们长期生存在含铁、硫等矿物的深海热溢口附近，在121℃高温时仍具有繁殖能力。
这株名为“菌株121”的古菌，也是当时已知最为耐热的生命。
如今，微生物承受的温度极限将进一步刷新。
科学家发现，同样来自深海热溢区的另一株极端嗜热甲烷古菌“菌株116”，在20MPa高压条件下，其生长的温度极限可由原来的116℃提升至122℃。
恶劣环境为何能成为极端微生物的最佳栖息地？它们到底具有怎样特殊的生命形式？又会对现代生物技术带来何种变革？近日，中国科学院微生物研究所研究员向华向《中国科学报》记者分享了这其中的奥秘。
探索生命的极限
在美国黄石国家公园，接近沸点或酸度极强的泉水中仍然有生命顽强存在，大量种类不同的嗜（酸）热微生物聚集在这里，其产生的色素也让泉水呈现出不同色彩，从而形成一道独特的风景线。
近年来，科学家在深海、火山、冰川、盐湖等极端环境中又陆续发现了多种新的生命形式，一些具有独特基因类型的极端微生物在这些“生命禁区”中繁衍生息。
据长期从事极端微生物研究的向华介绍，绝大多数古菌、部分细菌和某些真菌都是极端微生物。
按照环境适应性分类，极端微生物主要包括嗜热菌、嗜冷菌、嗜盐菌、嗜酸菌、嗜碱菌、嗜压菌、极端厌氧菌等。
有些超级极端微生物还可适应多种极端环境，如嗜酸热、嗜盐碱等。
目前，科学界已发现的支持极端微生物生长的最高温度极限为122℃，pH
值最高达11、最低为0，压强达130MPa（相当于13000米水深）以上。
而随着研究的不断深入，微生物生存的各种环境极限还将会被不断地刷新。
向华对记者表示，由于细胞的复杂性及其功能的差异，各种生物能承受的温度范围也有所不同。
50℃以上，溶氧、水分等就无法满足动植物的生命需求；62℃以上，真核生物细胞器功能会丧失；75℃以上，叶绿素开始降解，通常不再有光合自养菌；100℃以上，细菌的细胞膜结构就会被摧毁。
同样，保持生物活性的温度也一般不能低于-18℃，否则细胞内就会形成冰晶，继而损毁细胞结构，最终导致生物大分子功能的丧失。
奇特的是，在-50℃到150℃这一温度的两极附近，却仍发现有古菌生存的迹象。
“因此，生命极限的边界通常由具有特殊细胞结构及代谢能力的极端古菌界定。
”向华说。
向华解释称：“嗜热古菌之所以耐高温，原因在于它具有特殊的细胞膜结构、热稳定的蛋白组及受保护的基因组。
同时其生活方式多为化能自养，通过摄取无机物等简单物质就可以产生能量。
而嗜冷古菌耐低温的原因则是其胞内具有防冻剂功能的相似相容性物质，它可以保护胞内蛋白不受损伤。
另外，嗜冷古菌由于蛋白柔韧性较好，因此在极低温度下仍可生活。
”
而对于嗜盐古菌，由于其细胞具有泵入钾离子、排出钠离子的选择能力，能以细胞内积累高浓度钾离子来对抗外界高渗环境，同时胞内蛋白已全面适应高钾环境，因此在饱和盐浓度下仍然具备鲜活的生命力。
除此之外，另一种能够在高强度辐射环境下生存的抗辐射球菌也颇具吸引力。
“一般人吸收辐射剂量10Gy就会致死，而抗辐射球菌在20kGy，即人致死剂量的2000倍下依然能很好地生存。
”
向华表示，抗辐射球菌对电离辐射、紫外线和一些DNA损伤剂都具有极强的抵抗能力，这种超强抗辐射的作用机制也与其DNA损伤的高效修复、对活性氧自由基的有效清除以及特殊的物质结构（如色素等）和生存方式有关。
更有意思的是，一些嗜盐古菌也具有类似的抗辐射能力，显示不同微生物具有适应特定环境的趋同进化。
广泛的应用前景
据记者了解，数十年前极端微生物还是非常稀缺的研究材料，全球只有少数几个研究小组能够获得此类资源。
如今，尽管它们依旧神秘，但很多极端微生物都已成为常规的生物工程的研究材料，其新颖的代谢产物也展现出广阔的应用前景。
极端微生物合成的各种酶类，就是工业应用关注的焦点。
据了解，低温酶由于酶催化反应的最适温度较低，可以在卫生要求较高的食品、药品加工等领域大显身手。
而嗜热酶因其具有酶制剂的制备成本低、动力学反应快、能耗低、产物纯度高等优点，也广泛应用于分子生物学研究、环境保护、能源利用等领域。
“目前，已形成产业的主要是高温DNA聚合酶和一些洗涤品用极端酶，全球年产值都在数亿美元。
”向华表示，在聚合酶链式反应（PCR）中，由于嗜热菌耐热DNA聚合酶“Taq”的使用，才使PCR的专一性、收得率、灵敏度以及操作简便性和自动化程度都有了明显的提高。
而高温酶在生物质处理方面的潜力还须进一步挖掘。
值得一提的是，由多种细菌和某些嗜盐古菌在一定条件下产生的一类胞内聚合物——聚羟基脂肪酸酯（PHA），因其具有生物可降解性及组织相容性等特点，也是目前生物材料开发研究的热点。
PHB和PHBV是PHA最为常见的两种类型，其中，PHBV比PHB具有更好的材料性能。
不久前，向华研究组还首次发现CO2直接固定进入PHBV进行贮存的新途径。
通过进一步遗传、代谢及发酵工程优化，嗜盐古菌有望成为生产PHBV最为价廉物美的“细胞工厂”。
而对极端嗜盐古菌相关特殊途径的深入研究，还有望开发出高附加值的医学生物材料。
除此之外，极端厌氧产甲烷古菌还是地球上唯一可生物合成甲烷的生命形式，广泛分布于各种厌氧环境中，其在沼气发酵、有机废物、废水厌氧降解产甲烷过程中都起到关键作用。
同样，其他一些极端微生物也具有巨大的应用潜力。
例如，利用嗜酸耐热菌进行生物冶金，可将贫矿和尾矿中金属溶出并回收；嗜盐碱菌及其功能基因可用于盐碱地的修复；抗辐射微生物用于核污染环境治理等。
产业化之路漫长
在向华看来，极端微生物代表了生命的极限适应能力，这种奇特的生命形式也为科学家在研究生命起源、寻找地外生命等方面带来许多重要启示。
而如果极端微生物的生存机制和代谢能力能够成功应用的话，也有望改变整个生物技术领域的面貌。
不过，“虽然极端微生物为生物产业发展提供了很多可能性，但自然界的这些功能，并不意味着就可以直接拿来用。
”向华对记者称，虽然我国目前已经掌握了极端微生物的部分机理，但离大规模产业化开发还有较为遥远的距离。
“譬如，对于企业来说，过去的发酵罐主要针对普通菌种，而如果涉足极端微生物，就要面临着改造设备工艺等难题。
”在他看来，从基础研究到产业化，这之间还有许多复杂的问题需要解决。
向华觉得，应用基础研究仍然是产业化开发的关键和前提，如果国家对此能有更长远的规划和部署，并加强支持力度，将会有力促进极端微生物科学研究及下游开发的发展进程。