嗜鹽菌的研究進(jìn)展

劉瑩+張繼天+史雅穎

摘 要：文章在綜述國內(nèi)外學(xué)者對嗜鹽菌研究進(jìn)展的基礎(chǔ)上，分別介紹了中度嗜鹽細(xì)菌與極端嗜鹽古菌的分類現(xiàn)狀及其聚集相容性物質(zhì)與保鉀排鈉的嗜鹽機(jī)理，然后對其在食品工業(yè)、治理環(huán)境污染等方面的應(yīng)用研究進(jìn)行總結(jié)與展望。

關(guān)鍵詞：嗜鹽菌；分類現(xiàn)狀；嗜鹽機(jī)理；應(yīng)用前景

隨著近年來對嗜鹽菌研究力度的不斷加大，越來越多新的嗜鹽菌種得以被人們所認(rèn)知。其中，能在很寬的鹽濃度范圍生長，對營養(yǎng)的要求較低，更易于適應(yīng)環(huán)境的中度嗜鹽細(xì)菌和能在極端環(huán)境下完成生命化學(xué)過程的極端嗜鹽菌憑借著各自優(yōu)勢，備受研究者的關(guān)注。本文旨在介紹中度嗜鹽菌與極端嗜鹽菌在分類、嗜鹽機(jī)理及應(yīng)用等方面的最新研究進(jìn)展，并對其進(jìn)行了總結(jié)與展望，望加深讀者對中度嗜鹽菌與極端嗜鹽菌的了解，并為人們一步探求嗜鹽菌的應(yīng)用價值提供理論基礎(chǔ)。

1 嗜鹽菌的分類及嗜鹽機(jī)理

1.1 中度嗜鹽菌的分類及嗜鹽機(jī)理

Kushner根據(jù)嗜鹽微生物對鹽濃度的不同需要，將其主要分為非嗜鹽菌、輕度嗜鹽菌、中度嗜鹽菌、邊緣極端嗜鹽菌與極端嗜鹽菌五大類[1]。其中，中度嗜鹽菌的最適生長鹽濃度為0.5～2.5mol/L。中度嗜鹽菌廣泛存在于Spirocheles、Proteobacteria、Flavobacterium-Bacteroides等幾大主要的細(xì)菌門類之中[2]。生活在高滲環(huán)境中的中度嗜鹽菌可以抗衡外界的高滲透壓，并且還能維持其正常的形態(tài)、結(jié)構(gòu)與生理功能，其原因在于中度嗜鹽菌可以利用其體內(nèi)產(chǎn)生的大量內(nèi)溶質(zhì)或保留從外界環(huán)境中取得的溶質(zhì)抵御胞外的高滲環(huán)境。這類具有滲透保護(hù)作用，且不會影響細(xì)胞內(nèi)正常代謝途徑的溶質(zhì)被稱為相容性溶質(zhì)。此外，中度嗜鹽菌會根據(jù)自身生長環(huán)境的改變而對其體內(nèi)積累的相容性溶質(zhì)做出相應(yīng)的改變。如：以色列鹽單胞菌種在低于3.5%鹽濃度環(huán)境下培養(yǎng)時細(xì)胞內(nèi)積累的主要相容性溶質(zhì)為海藻糖；而在高鹽條件下培養(yǎng)時細(xì)胞內(nèi)積累的主要相容性溶質(zhì)卻為四氫嘧啶[3]。

1.2 極端嗜鹽菌的分類及嗜鹽機(jī)理

根據(jù)Kushner的分類方法，極端嗜鹽菌的最適生長鹽濃度為2.5～5.2mol/L。并且至目前為止，極端嗜鹽古菌共有27個屬。極端嗜鹽菌雖生長在高鈉環(huán)境中，但其細(xì)胞內(nèi)的鈉離子濃度卻并不高。如：Halobaterium cutirubrum 雖然生活在鈉離子濃度為3.3mol/L，鉀離子濃度為0.05mol/L的環(huán)境中，但胞內(nèi)的鈉離子濃度與鉀離子濃度卻分別為0.8mol/L與5.33mol/L。其細(xì)胞內(nèi)的鈉離子濃度約為細(xì)胞外的1/4而鉀離子濃度卻為細(xì)胞外的100倍以上。由此可以推斷，極端嗜鹽菌的生長不僅需要高濃度的鈉離子，并且還需要適當(dāng)濃度的鉀離子以維持細(xì)胞內(nèi)外鹽濃度的平衡。此外，Roebler等人研究發(fā)現(xiàn)嗜鹽菌的細(xì)胞量與氯離子濃度有關(guān)，嗜鹽菌對氯離子的攝入量常伴隨著其生長速率的加快而增加，因此可推斷，氯離子可能對酶與蛋白質(zhì)起穩(wěn)定作用。

2 嗜鹽菌的應(yīng)用進(jìn)展

2.1 嗜鹽菌在食品工業(yè)中的應(yīng)用

我國人民在很早以前就懂得利用嗜鹽微生物進(jìn)行食品加工，這些嗜鹽微生物不僅能夠美化食品風(fēng)味，提高食品的生產(chǎn)效率，并且還能抑制其他細(xì)菌的生長。2010年，王宇等人從腌制品咸魚中分離得到一株中度嗜鹽菌，由鑒定證實該菌隸屬于Halobacillus屬。2011年，孫業(yè)盈等人在蜢子蝦醬中分離得到一株中度嗜鹽菌，經(jīng)鑒定為鹽脫氮枝芽胞桿菌（Virgibacillus halodenitrificans）。2012年，呂彥等人從蟹醬中分離純化得到三株中度嗜鹽菌，隸屬于葡萄球菌屬下的三個不同的種：琥珀葡萄球菌（Staphylococcus succinus）、科氏葡萄球菌（Staphylococcus cohnii）、馬胃葡萄球菌（Staphylococcus equorum）。2013年，馬長琦等人在四川泡菜鹽鹵中分離獲得54株中度嗜鹽菌，均為革蘭氏陽性菌。這些分離、鑒定嗜鹽菌的研究報道將為未來研究嗜鹽菌在食品中的主要作用及對發(fā)酵食品的安全性研究奠定理論基礎(chǔ)。

2.2 嗜鹽菌在廢水處理中的應(yīng)用

早在1995年時Rhykerd等人就已證實嗜鹽菌可以降解石油烴類。近幾年我國研究人員也通過實驗證實，廢水經(jīng)從被煉油廢水污染的土壤底泥中分離得到嗜鹽菌處理后可達(dá)到GB8978-1996《水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》二級標(biāo)準(zhǔn)。而使用馴化后的嗜鹽菌處理污水，利用厭氧-好氧聯(lián)合工藝，甚至可使排放的污水達(dá)到GB8978-1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》一級標(biāo)準(zhǔn)。這些研究證實嗜鹽菌可以在油田含鹽采出廢水中存活并代謝廢水中的石油污染物。

在此之后，研究人員又對嗜鹽菌對有機(jī)污染物的降解效果進(jìn)行了研究。趙 等人研究降解多氯聯(lián)苯嗜鹽菌的分離和降解特性時發(fā)現(xiàn)了嗜鹽菌對多氯聯(lián)苯具有降解能力。李曉琳等人以一株鹽生鹽桿菌SYGJ-1為研究對象，證實當(dāng)該菌處于最適溫度37℃，最適pH范圍6.8～9.0時，對苯酚的去除效率約為40%。并得出結(jié)論：極端嗜鹽菌可有效降解有機(jī)污染物，并且菌體生長量與降解效率呈正相關(guān)。此外，研究人員還發(fā)現(xiàn)將分離篩選的嗜鹽微生物與生物活性碳技術(shù)相結(jié)合，可以強(qiáng)化高鹽廢水的處理。

隨著生物技術(shù)的蓬勃發(fā)展，利用嗜鹽微生物處理高鹽廢水憑借其成本低，見效快等優(yōu)點(diǎn)，在減輕廢水對環(huán)境所造成的危害，處理高鹽廢水等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。雖然大量研究表明嗜鹽微生物可在高鹽環(huán)境下降解有機(jī)污染物為嗜鹽菌生物法處理高鹽廢水提供了可行性，但目前仍無真正的工程實例。望日后的深入研究能夠進(jìn)一步開發(fā)嗜鹽菌的應(yīng)用領(lǐng)域，并將其真正應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)之中。

參考文獻(xiàn)

[1]Kushner D J. Life in high salt and solute concentrations： halophilic bacteria. Microbial life in extreme environments. Academic Press，1978：317-368.

[2]Ventosa A. Nieto J J. Oren A.Biology of Moderately Halophilic Aerobic Bacteria[J]. Microbiology and Molecular Biology Reviews，1998，62（02）：504-544.

[3]Regev R， Peri I， Gilboa H， et al. C NMR study of the interrelation between synthesis and uptake of compatible solutes in two moderately halophilic eubacteria. Arch Biochem Biophys，1990，278： 106-112.

作者簡介：劉瑩（1995，2-），女，漢族，江蘇南京人，江蘇師范大學(xué)敬文書院本科生，研究領(lǐng)域：微生物學(xué)與分子生物學(xué)。