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(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)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(duì)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(lái)對(duì)嗜鹽菌研究力度的不斷加大，越來(lái)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(zhǎng)，對(duì)營(yíng)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(guò)程的極端嗜鹽菌憑借著各自優(yōu)勢(shì)，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(duì)其進(jìn)行了總結(jié)與展望，望加深讀者對(duì)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(jià)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(duì)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(zhǎng)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?jī)?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(huì)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(huì)根據(jù)自身生長(zhǎng)環(huán)境的改變而對(duì)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(shí)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(shí)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(zhǎng)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(gè)屬。極端嗜鹽菌雖生長(zhǎng)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(zhǎng)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(duì)氯離子的攝入量常伴隨著其生長(zhǎng)速率的加快而增加，因此可推斷，氯離子可能對(duì)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(guó)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(zhǎng)。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(shí)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(gè)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(zhǎng)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(yáng)性菌。這些分離、鑒定嗜鹽菌的研究報(bào)道將為未來(lái)研究嗜鹽菌在食品中的主要作用及對(duì)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(shí)Rhykerd等人就已證實(shí)嗜鹽菌可以降解石油烴類。近幾年我國(guó)研究人員也通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)，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(jí)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(jí)標(biāo)準(zhǔn)。這些研究證實(shí)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(duì)嗜鹽菌對(duì)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(shí)發(fā)現(xiàn)了嗜鹽菌對(duì)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(duì)象，證實(shí)當(dāng)該菌處于最適溫度37℃，最適pH范圍6.8～9.0時(shí)，對(duì)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(zhǎng)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(jiàn)效快等優(yōu)點(diǎn)，在減輕廢水對(duì)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(wú)真正的工程實(shí)例。望日后的深入研究能夠進(jìn)一步開(kāi)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(jiǎn)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)。