微生物研究范文
时间：2023-03-09 22:21:10
微生物研究范文第1篇
关键词：病原微生物 分子生物 诊断技术
【中图分类号】R4【文献标识码】A【文章编号】1008-1879(2012)02-0027-01
1 自动化鉴定技术的应用
临床微生物的实验室检查以染色、培养、生化鉴定等为主，尤其是分离培养，目前仍然是许多病原体检测的“金标准”。但是，由于细菌的生长繁殖需要一定时间，使检测周期难以缩短。此外，很多病原体的培养受营养要求、抗生素应用及病原体含量等因素的影响，用传统人工方法操作复杂、检测周期长，敏感性与特异性也有限。为解决这一问题，各种自动化培养和鉴定系统不断产生，随着计算机的发展和应用，先后出现了许多自动与半自动细菌鉴定与药敏系统，统称为“微生物鉴定专家系统”，这些系统大大提高了临床实验室的工作效率和检测的准确性，传统鉴定方法也在逐步改进，并在一定程度内加快了检测速度。
2 免疫学方法
免疫学技术是利用特异性抗原抗体反应，检测病原微生物，简化了病原微生物的鉴定步骤，备受关注。各大文献数据库提供的数据显示，几乎建立了所有病原体的血清学检测方法，表明该方法已成为一种微生物实验室常用的成熟的检测技术。
2.1 凝集技术常用的凝集技术有乳胶凝集技术和血清凝集技术。用于微生物的初步诊断、分型、鉴定，例如霍乱弧菌和志贺菌的分型，大肠杆菌O157：H7、脑膜炎球菌等，短时间内就可完成鉴定。该诊断法具有操作简便、快速、准确、特异性强、阳性率高等特点。
2.2 荧光抗体技术荧光抗体技术是根据抗原抗体反应具有高度的特异性，把荧光素作为抗原标记物，在荧光显微镜下检查呈现荧光的特异性抗原抗体复合物及其存在部位。荧光抗体技术的主要特点是特异性强、速度快。吕治林等报道由美国同行所作的用炭疽杆菌细胞壁(CW-DFA)和荚膜抗原(CAP-DFA)特异的荧光标记的单克隆抗体，可快速鉴别炭疽杆菌。
2.3 酶免疫技术酶联免疫技术现已被广泛地应用于多种病原微生物的检测，可检测样本中病原体抗原，也可检测机体中的抗体成分。应用单克隆抗体结合硝酸纤维膜上的斑点ELISA技术，已成功地自患者的咽拭标本中同时检出可能存在的肺炎支原体、流感病毒、副流感病毒、呼吸道合胞病毒和腺病毒。Gehring等用酶联免疫化学发光法(ELIMCL)测定大肠杆菌O157：H7。许多疾病的检测都已有商品化的试剂盒出现。
3 分子生物学技术
随着分子生物学技术的迅速发展，使人们对微生物的认识从外部表型逐渐转向内部基因结构特征，微生物的检测也从生化、免疫方法转向基因水平检测，对于那些难培养和不可能培养的微生物，可直接通过获得基因信息，给微生物学的检测带来崭新的领域，为科学快速发展提供了新的机遇。
3.1 PCR技术PCR具有高度敏感性和特异性，在病原体检测上，对形态和生化反应不典型的微生物鉴定，常规方法常难以准确检测，即使出现大量死菌PCR也能做出准确的鉴定；不受混合标本的影响，可轻易从含有大量正常菌群的标本中鉴定病原菌；对于生长缓慢或难于培养的微生物鉴定，如分枝杆菌、幽门螺杆菌、支原体、衣原体、螺旋体等，目前其他方法阳性检出率很低，PCR技术对这类菌株的鉴定有重要意义。但是常规PCR技术也存在一些问题，如出现假阳性、形成引物二聚体，检测操作也比较繁琐，中间污染环节多，易出现假阳性或假阴性结果。为了克服这些不足，一些新的PCR技术渐衍生出来并被用于实践，如巢式PCR、逆转录PCR、多重PCR、通用引物PCR(UP-PCR)、PCR单链构象多态性分析、随机引物DNA多态性扩增(RAPD)、限制性长度多态性分析(RFLP)、实时荧光定量PCR等。
3.2 基于16S rRNA与GyaB的检测技术。
3.2.1 以16S rRNA为靶基因进行检测16S rRNA存在于所有原核生物细胞中，它们相对稳定且有较高的拷贝数，其序列中含可变区及高度保守区，因此可设计群、属、种特异性的探针。现阶段各种常见细菌的16S rRNA基因几乎全部测序完成，16SrRNA编码基因的这些特点使之成为较理想的细菌基因分类的靶序列，逐渐成为细菌鉴定、分类的“金标准”。
3.2.2 以促旋酶(gyrase)B亚单位基因靶基因进行检测GyaB除了具有16S rRNA所具有的优点外，其基因进化率高于核糖体基因，还有GyaB在近乎全部细菌中呈单拷贝形式。有研究表明，基于GyaB序列构建的进化图谱与基于DNA-DNA杂交的相一致。因此，GyaB的分析特别适合于菌株的区别和鉴定。Fukushima等以GyaB基因为靶基因设计基因芯片来检测分枝杆菌属，实验结果显示此芯片鉴别分枝杆菌达到种水平，并且能区别密切相关的菌种，这对临床治疗具有重要的参考价值，说明分析GyaB基因序列对于在菌种水平鉴别细菌是快速而有效的方法。
3.3 多位点序列分型多位点序列分型(MLST)是近年来发展很快的分子生物学分析方法，具有很高的分辨能力，既适于分子流行病学研究，也可用于分子进化学的研究。MLST越来越多地被作为能进行国际间菌株比较的常用工具，建立一种更为准确的分析系统方法，并且用于研究出现的不同的抗生素抵抗株，相关特殊基因型及新的变异株引起的疾病流行病学分析和种群结构的研究。
参考文献
［1］ 毕春霞,闫志勇,王斌.病原微生物临床检验技术进展［J］.青岛大学医学院学报,2005,41(4):369-371
［2］ Nunes AA,Camargos PA,Costa PR,et al.Antigen detection for the diagnosis of pneumonia［J］.Pediatr Pulmonol,2004,38(2):135
微生物研究范文第2篇
关键词：昆虫肠道；微生物；多样性
引言
昆虫肠道是微生物分布的一类特殊生境，存在种类繁多、数量庞大的微生物。昆虫肠道系统受多变的环境影响，因此这类微生态具有多样性，该多样性与昆虫种类、食性、杀虫剂抗性机制、宿主的生理功能等密切相关。近年来，随着社会发展，社会对环境保护高度重视，这促进了昆虫肠道微生物研究，同时测序技术高速发展，为该研究提供了技术支持。已经有很多学者着手研究昆虫与肠道微生物的共生关系。
1 昆虫肠道微生物的种类及研究方法
肠道微生物可分为常驻群落和过路群落，常驻菌群是在昆虫肠道中长期存在的；过路菌群是指不能在健康的动物肠道里长期停留的菌群。同时菌群可分为益生菌和病原菌，在数量上占有绝对的优势的菌群基本均为常住菌群和益生菌。有些肠道微生物能够与昆虫互利共生则为共生菌，包括兼性共生菌和专性共生菌，有些肠道微生物会对昆虫的生长发育造成明显影响，甚至可能导致寄主死亡，为寄生菌。
昆虫肠道微生物多样性检测方法包括传统培养检测方法、分子检测的方法（16S rRNA基因的分子检测方法、基于宏基因组学的检测方法等）。其中由于16S rRNA基因的分子检测操作相对简单，可以作为昆虫肠道微生物检测和鉴定的首选方法。
2 昆虫与微生物互作的研究意义
2.1 提供营养物质
昆虫肠道中的微生物，含有多种酶系统，参与代谢，在昆虫的生化反应中起着重要作用。已有报道证实了肠道微生物能合成特定的氨基酸、合成类脂、维生素、并含有固氮作用，如根瘤菌。有时肠道微生物本身也可以成为昆虫的食物，为昆虫提供营养物质。
2.2 挖掘具有特殊功能的微生物资源
昆虫与微生物互作的研究，有利于从昆虫肠道这一特殊生境中挖掘具有特殊功能的微生物资源。现已有研究，进行昆虫肠道微生物的分离，以产生高活性生物活性物质为筛选目标，筛选获得有重要应用价值的微生物菌株，如产抗菌、抗肿瘤、特殊酶等活性物质的微生物菌株，分离纯化所产生物活性物质，研究活性物质组成和特性，优化活性物质产生条件，更好地开发微生物资源以及利用生物活性物质。
2.3 昆虫与肠道细菌的免疫互作
肠道细菌与昆虫的免疫系统的存在着相互作用。免疫的作用机制对害虫的生物防治具有重要的意义。宿主昆虫与肠道细菌的免疫互作，是肠道细菌研究的一个难点。其免疫的机制可以用于抵御外来病原微生物的入侵，同时又能抑制肠道微生物的过度增殖。从中也不难看出，在长期的发展中，肠道细菌与昆虫的共生关系达到一种协同作用，相互妥协，两者在免疫系统上的相互作用促进了各自的发展。
3 昆虫肠道微生物多样性的影响因素
3.1 摄取的食物
昆虫种类的多样使得其肠道环境也有多样性。肠道是昆虫的重要消化场所，肠道微生物菌能对特定食物进行代谢、降解。不同的昆虫食性不同，摄取的食物种类也有所不同。研究表明，小菜蛾成虫中肠道内阿氏肠杆菌含量较高，而阴沟肠杆菌较少，小菜蛾幼虫专性取食十字花科植物，成虫主要取食蜂蜜，这可能是小菜蛾肠道微生物多样性改变的原因之一，即食性的改变。
3.2 宿主的生理功能
通^研究暗黑鲍金龟成虫肠道、卵以及不同龄期幼虫后肠内微生物的群落组成，可以观察到暗黑银金龟，在不同发育阶段的肠道微生物分子多态性。证实了宿主的生理功能的确影响昆虫肠道微生物多样性和分子的多态性。
3.3 杀虫剂抗性机制
昆虫杀虫剂抗性机制与昆虫肠道微生物的多样性有关，昆虫利用肠道微生物对杀虫剂产生抗性，昆虫肠道内若共生有能够降解杀虫剂的菌群，昆虫即可以对杀虫剂产生抗性，并降解杀虫剂，而且通过宿主昆虫与肠道细菌的免疫互作，也能使宿主对生物农药的抗性提高。通过对该机制的研究呢，也有利于对昆虫的生物防治。
4 结束语
昆虫肠道内含有数以万计的微生物，含有丰富的微生物资源。昆虫为肠道微生物提供一个相对特殊且较外界环境稳定的生境，于此同时，昆虫肠道微生物为昆虫提供营养物质、协助免疫系统，为昆虫的发育和代谢作出贡献。
现已有关于昆虫肠道微生物多样性方面的研究报告，也见少量从家蚕、白蚁、蟑螂等少数昆虫肠道进行微生物菌株分离的报道，如从蟑螂肠道中分离获得产抗菌蛋白的假单胞菌，从螳螂肠道中分离获得产抗肿瘤活性分子的霉菌菌株。基于现今科学技术的发展及社会发展，昆虫肠道微生物的研究应着重于以下几个方面。首先是通过昆虫肠道菌群不断探索新的害虫防治方法。根据肠道微生物的研究结果，可以有效进行害虫的生物防治。此外，目前人们已经对许多昆虫的肠道微生物种类进行了研究，但对很多肠道微生物的作用和功能并不太了解，尤其是人们对肠道微生物彼此的复杂关系、其在昆虫生理、发育中所起的具体作用、以及相应的机制尚知之甚少，因此应致力于研究、理解其互作关系的机制，并投之于研制、应用微生态制剂。同数十万计的昆虫种类相比，目前关于昆虫肠道微生物资源的发掘和利用，只能算是刚刚起步，有大量的昆虫种类还有挖掘具微生物资源的价值，肠道微生物有更多我们未知的功能需要被继续研究利用。
参考文献
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[2]夏晓峰.小菜蛾中肠微生物多样性及其功能研究[D].福建农林大学，2014.
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[6]黄云，詹先进，蓝家样，等.昆虫肠道微生物的研究进展[J].湖北农业科学，2009，11：2888-2890.
微生物研究范文第3篇
早期的研究中以植物内生菌为题报道的绝大部分都是非豆科植物根系内分离到的固氮根瘤菌Frankia属细菌，宿主植物主要有四川桤木(Alnuscermastogyne)、木麻黄(Casuarinasp)、沙棘(Hippophaesp.)、赤场(Alnussp.)、杨梅(Myricasp.)和胡颓子(Elaeagnussp.)等。此外还有百合科(Liliaceae)百合(Liliumsp.)细胞中的内生菌研究。篇名中第一次出现内生细菌的原著论文是1996年中国农业大学刘云霞等关于水稻内生细菌巨大芽孢杆菌(Bacillusmegaterium)在水稻内分布的研究[5]，以及吴加志等关于Enterobacter，Pseudomonas和Bacillus三属植物内生细菌在植物病害生物防治潜力方面的研究[6]。受国外植物内生细菌研究的影响，作为植物病害的生防因子，我国棉花、水稻、马铃薯等作物的内生细菌首先受到了关注。我国首次正面研究内生真菌的是已故南京农业大学终身教授李扬汉关于麦田有毒杂草毒麦(Loliumtemulentum)中的内生真菌的观察[4]，此后我国内生真菌的研究沉寂了约10年。邱德有等关于红豆杉内生真菌的先驱性研究开启我国药用植物内生真菌研究的火热时代[3,7-9]。目前，关于药物开发指向的植物内生微生物及其所产生理活性物质研究，在我国遍及以药用植物和农用植物为主的数十科野生植物和农作物，连年产出百余篇原著论文和十余篇文献综述(图1)。按现在的趋势，我国年度发表植物内生真菌相关原著论文将很快会超过两百，研究的热潮有增无减，成为植物内生微生物研究中最活跃的领域。植物内生真菌的另一个重要内容——禾本科植物麦角类内生真菌的研究则到甘肃草原生态研究所南志标从新西兰留学回来后才真正兴起。南志标先生回国后在甘肃省自然科学基金和国家人事部归国留学人员科研启动资金的资助下，利用执行联合国粮食计划署2817项目咨询任务时从新疆阿勒泰地区采集到的野生植物样品，首次检测到我国产布顿大麦草(Hordeumbugdanii)中含有内生真菌，并指出了内生真菌的植株能促使宿主植物总生物量、干物质产量、根重以及分蘖数均有所增加。同时也发现，甘肃省的中华羊茅、紫羊茅和部分雀麦属植物中不同程度的含有内生菌[10-11]。同时，在美国牧草种子公司的资助下，新疆草原研究所的李宝军等利用新疆种质资源库的11种牧草种子进行了内生真菌的检测，发现醉马草种子中含有内生真菌[12]。进入21世纪后，关于禾本科植物内生菌的研究有兰州大学的南志标/李春杰课题组、南开大学的高玉葆/任安芝课题组以及南京农业大学的王志伟/纪燕玲课题组等开展持续性的研究。
2植物内生微生物研究的基本特点
首先应该指出，国际国内植物内生微生物研究最大的特点是其范围之大、涉及微生物的种类之多样、功能之繁杂、潜力之广阔。据现行学术界通用的概念和范畴，只要是有机会在植物体内出现的微生物，几乎无所不包含在植物内生微生物的范畴之内[13-15]。这个特征决定了植物内生微生物的研究领域是广阔的，所涉及的学科除生物科学类各基础学科外，还有农学和林学类各基础学科、药物化学、医学、生物工程、食品保藏与加工等多方面的学科。因此，植物内生微生物的研究适合多领域共同协作，在视角和概念运用等方面出现多元化也是很自然的。第二，植物内生微生物基本功能是多层次的。最基本的层次是微生物本身的显。这种功能以微生物的分离物为基础、在人工培养时即得以表达，可通过人工培养以及人工发酵进行研究、挖掘和改良，我国这方面的研究报告最多[16-18]。第二层次是微生物和宿主植物形成共生体(Symbiota)所表现出来的功能。就像绝大多数产毒素的冷季型禾本科植物与其Epichloae类内生真菌的共生体那样，这种毒素的生产和积累的功能不是植物或微生物单独所具有的，或者单独能达到的强度和高度，只有通过宿主植物和内生微生物形成共生体后才体现出来[19-21]。第三层次是内生微生物/宿主植物共生体在不同环境中所表达出来的不同功能或不同程度。上述产毒Epichloae类内生真菌和其宿主植物的共生体也不是在任何时候、任何环境中都能生产和积累毒素，在某种特定的环境条件下生产毒素(多)，在另外的条件下则少生产或根本不生产毒素[19,22]。植物生长环境直接介入微生物和宿主植物共生体的生物学特性的表达。这一现象十分符合植物和微生物相互作用的基本规律，可能对利用植物内生微生物的生理活性物质进行生物制药研究和开发的科研人员也会有积极的启发。第三，植物内生微生物给人类带来的影响不全是有益的，有时也会出现有害的一面。从文献的描述来看，这一点在我国目前仅在少数研究中引起了注意。黑麦草内生真菌、苇状羊茅内生真菌、疯草内生真菌等该宿主植物带来的毒素生产和积累则是最突出的例子。无论是产毒的禾本科植物内生真菌还是疯草内生真菌，已经被人们发现的这些有害事例已经给社会造成了巨大的损失[19,23]。另外，虽然没有出现鹅观草致毒的报道，但从其中的内生真菌中也检测到了一些毒素生产基因(王志伟等，未发表)。因此，我们有必要对植物内生微生物给人类带来有害影响也给以足够的关注。同样，我们固然可以期望植物内生微生物给宿主植物带来或加强抗菌作用(Antagonism)、化感作用(Allelopathy)等抑制其它生物生长和发育的功能，在植物抗病、抑制杂草等方面起到一定的正面作用。但另一方面，这些作用是否会导致区域内生物多样性的降低[24-25]，产生新的生态问题？这些都需要今后去认真评价。第四，植物内生微生物的功能一部分可通过生物学/生物化学的特征表现出来，另有一部分功能必须通过生态学的方法才能加以研究和利用。新西兰在飞机场及其周边大规模种植产毒素Epichloae类内生真菌和其宿主植物共生体，以此驱避在机场聚集的鸟类(JohnCuradus，私人通信)。这是通过生态学的方法对植物内生微生物的功能加以利用的一个代表性事例。在我国，利用植物内生微生物进行植物病虫害的生物防治也是这类事例中的典型[25-27]。在这些情况下，内生微生物和其宿主植物的共生体特征的稳定表达就十分重要。一般来说，植物内生微生物作为药用微生物利用时，微生物本身相对重要一些，而作为农用资源或环境修复手段加以利用时，共生体的特征则往往更加重要。
3我植物内生微生物研究的发展和特点
进入21世纪，特别是近10年来，我国植物内生微生物的研究发展迅猛。据最保守统计，在我国发行杂志上由我国科研人员发表的植物内生微生物的论文(篇名中含有“内生菌”、“内生细菌”或“内生真菌”字样的论文)在2008年以后每年都超过200篇，2013年论文总数已逼近300(图1)。考虑篇名中没有体现出来的论文以及在国外发表的论文，我国科研人员近年来发表的植物内生微生物研究的论文大约每年可达400篇以上。研究领域也全面开花，基本形成了4大板块、24个分支的局面(表1)。至此，我国已形成了一支队伍庞大、成果丰硕的科研力量，在国际植物内生微生物研究中占有十分显要的地位。从整体趋势来看，我国植物内生微生物研究的特点可概括为“四多四少”。资源探索多、分离培养多、活性检测和生物功能研究多，基础性前期工作多；方法研究少、涉及林木少、与宿主的关联少、实际应用少。特别是以药物开发为目的的资源探索性研究报告最多，以抗菌、抗肿瘤等指标为主的药物开发指向的论文大量出现，形成了我国植物内生微生物研究中最耀眼的亮点[17,28-29]。植物内生微生物研究以生理活性检测以及活性物质探索为主要范式(Paradigm)之一，思路清晰易懂、方法简单、实施容易，是研究生训练的好材料。关注我国植物内生微生物论文数量的上升时机，也不难发现其上升趋势和研究生毕业数量的上升基本同步(图1)。从论文数量整体来看，从20世纪末开始我国科研人员在本国的科学杂志上(中国学术期刊网络出版总库收录部分，1979-2013年)，植物内生微生物的研究有了飞速的发展。在21世纪的第一个10年中，我国关于植物内生微生物研究的突飞猛进，论文数量从2000年的14篇增加到2010年的257篇，翻了18.4倍(图1)；研究对象也从Frankia等非共生固氮根瘤菌为主、加上几个关于红豆杉内的紫杉醇生产菌以及冷季型禾本科植物中的麦角菌类真菌等零星报道，发展到包括草本、木本、单子叶、双子叶以及蕨类等数十科近百属植物中的微生物；研究方向也增加到包括医药、农业、环境、食品等多个领域(表1)。最近几年来，植物内生微生物相关的论文数量继续增加、研究范围继续扩大，形成了我国微生物学研究中发展最快、研究人员增长和人才积累最快、研究范围扩大最快的领域。在这个领域中，显示各种生理活性、具有潜在的药物开发价值的植物内生真菌以及它们所生产的生理活性物质不断出现，具有抗病虫害活性的内生微生物菌株也大量积累，新的微生物物种被相继提出，并不断开发出重金属抗性增强、难降解化合物的分解等新的应用功能。同时，通过参与植物内生微生物研究而得到基本科学训练的年轻学者也大量进入社会，我国植物内生微生物的研究蕴含着巨大的发展潜力。但是，我国植物微生物研究发展不平衡。在我国的期刊上发表的研究报告主要集中在医药方向和农业方向，尤其是以生物医药开发为目标的药用植物内生微生物的论文数量尤为突出[17,28-29]。而在大尺度生态学中十分重要的天然林木以及草原野草中的内生微生物则报道相对较少[12,30-33]。在研究程度上也存在着“初步研究多、深入追究少”的特点。在生物活性和活性物质研究方面，分离和初步鉴定多、周密的分类鉴定少，活性菌株的初级筛选多、达到或接近可应用水平的筛选少，活性检测和物质初步提纯多、化合物纯化与鉴定少，发展到后期应用的事例则寥寥无几，有关生理活性物质生产的基因及其调控的研究则更少[17,29]。在生态学研究方面，也存在微生物的群落结构、生态分布、生活史研究、培养条件的优化等都比较少的倾向[33-36]。此外，微生物的分离技术、培养技术、微生物的消除技术、接种技术等开发还相对薄弱。考虑这些内生微生物的农业应用，能将植物内生微生物进行工具化的上述操作技术也有待于今后进一步开发。因此，我国的植物内生微生物研究的质量进一步提高、应用面继续扩大、实用性大幅度增加的空间依然很大。
4我植物内生微生物研究的成
4.1医药指向的研究
1993年，Strobel等发表了关于红豆杉内生真菌合成紫杉醇这一发现，在国际上形成了药用植物内生微生物开发的范式。受此范式影响，我国医药指向的植物内生微生物研究以药用植物为材料居多，尤以红豆杉类植物、红树类植物、鬼臼类植物、石斛等兰科植物以及银杏等植物较为常见。红豆杉属(Taxus)植物主要有短叶红豆杉(Taxusbrevifolia)、红豆杉(T.wallachiana)、南方红豆杉(T.chinensisvar.mairei)、云南红豆杉(T.yunnanensis)、东北红豆杉(T.suspidata)等，我国微生物学工作者从中分离得到了紫杉霉属(Taxomyces)、镰孢霉属(Fusarium)、链格孢属(Alternaria)、拟盘多毛孢属(Pestalotiopsis)、曲霉属(Aspergillus)等植物内生真菌和内生细菌。从这些微生物中又分别检测到了抗肿瘤、抗氧化、抗动物病原物、抗病原媒介物、抑制特定酶活性等生物活性，分离到了生物碱类、苯丙素、萜类、醌类、脂类、酮类、酚类、有机酸类、甾体类等活性化合物及其衍生物，其中关于紫杉醇生产的研究报告最多[17,28-29,37-38]。常用的红树类植物主要包括生长在包括港澳地区在内的华南沿海的红海榄(Rhizophorastylosa)、秋茄(Kandeliacandel)、木榄(Bruguieragymnorrhiza)、桐花树(Aegicerascorniculatum)、白骨壤(Auicenniamarina)、海漆(Excoecariaagallocha)等。我国微生物学工作者从中分离得到了链格孢属(Alternaria)、曲霉属(Aspergillus)、芽枝霉属(Cladosporium)、镰孢霉属(Fusarium)、拟青霉属(Paecelomyces)、拟盘多毛孢属(Pestalotiopsis)、青霉(Penicillium)、茎点霉(Phoma)、叶点霉(Phyllosticta)、木霉(Trichoderma)、芽孢杆菌属(Bacillus)等植物内生真菌和内生细菌[39-41]。从这些微生物中又分别检测到了抗菌、抗肿瘤、抗氧化等活性，分离到了肽类、多糖类、尿囊素、异香豆素等活性化合物[37,40-42]。小柴科的桃儿七(Sinopodophyllumhexandrum)、八角莲(Dysasmaversipellis)、南方山荷叶(Diphylleiasinensia)等鬼臼类(Podophylloideae)植物内生微生物中有些菌株能合成具有抗肿瘤活性的鬼臼毒素(Podophyllotoxin)；银杏(Ginkgobiloba)的内生微生物中有些具有明显的抗氧化作用；夹竹桃科的长春花(Catharanthusroseus)的内生微生物中，镰孢霉属(Fusarium)真菌等有些能合成具有明显的抗癌作用的长春新碱(Vincristine)；天麻(Gastrodiaelata)、石斛类植物(Dendrobiumspp.)等兰科(Orchidaceae)植物中的密环菌属(Armillaria)、角担菌属(Ceratobasidium)、皮伞菌属(Marasmius)、镰孢霉属(Fusarium)、丝核菌属(Rhizoctonia)等内生真菌也生产多种生理活性物质，获得了高度的关注[17,29,37]。关于药用植物的内生微生物及其药物指向的生理活性物质的研究在我国如火如荼，从各个角度总结出来的综述也层出不穷[9,37,43-44]，在此不一一赘述。但是王剑文，谭仁祥等提出的利用内生菌寡糖诱导黄花蒿(Artemisiaannua)发根(Hairyroot)合成青蒿素(Artemisinin)的研究提示了植物内生微生物利用的一个新方向[45]，提示了植物内生微生物的作用并非一定要以微生物为主的思路，唤起我们对内生菌和宿主两者的相互作用的关注，值得借鉴。
4.2涉农的植物内生微生物研究
涉农的植物内生微生物研究在我国以农作物以及部分药用植物为材料的居多，包括醉马草、羽茅、鹅观草等冷季型禾草，水稻、小麦、玉米等重要粮食作物，番茄、油菜、棉花、辣椒、香蕉、哈密瓜等，其中重要经济作物体内的内生微生物是关注的焦点。对这些重要农作物体内微生物研究的主要指向为植物病害的生物控制、植物生长发育的促进和抗逆性的提高[26,46-49]，此外也兼顾了一些为生物制药服务的药物筛选等目的。有些植物内生微生物能产生植物激素、抗菌物质、杀虫物质、昆虫拒食物质等[19,25,50]，更多的生理活性和抗病虫害功能的机理尚不清楚[24,27,51-53]。涉农的植物内生微生物研究还可为植物育种服务。冷季型禾本科植物的麦角菌类内生真菌(Clavicipitaleangrassendophytes)大部依赖于活体植物生存，并随宿主植物种子进行垂直传播，因此可作为育种手段加以应用[21,54]。十多年来，南开大学高玉葆/任安芝课题组以多年生黑麦草、羽茅等植物为材料研究了内生真菌对宿主植物抗旱、耐盐碱、重金属抗性等性能的影响，提示了内生真菌在提高宿主植物抗逆性方面的潜力[55-57]。近年来，还有两类农业指向的植物内生微生物值得关注。
微生物研究范文第4篇
关键词：微生物驱油 采油率 驱油机理 提高效率
中图分类号：TE357.9 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2014）09-0311-01
油田开发中利用微生物驱油（MEOR）技术提高作业效率和原油采收率，得到了世界生物工程的界的格外关注，微生物驱油技术是利用微生物代谢物质或其本身去油方法的总称，本文从驱油微生物的类型、驱油技术以及驱油局限等方面介绍了微生物驱油的概况并做以简单分析，
一、微生物驱油技术浅析
微生物在地下不但要生成原油流动性所必须的化学物，而且要在油藏环境下繁殖增长。在微生物驱油的过程中，要经常注入营养物保持微生物的代谢作用，有时还往油藏注入可发酵的碳水化合物作为碳源。有的油藏还需要无机营养物作为细胞生长的基液或者作为有氧呼吸的另一种电子受体[1]。
微生物先在地面培养并分离和收集微生物的代谢产物，再经过加工处理再注入到油藏里驱油。注入的营养物与微生物一起促进地下微生物的增长和产生代谢产物，通过油藏降压作用、界面张力、油相降粘以及选择性堵塞高渗区来提高剩余油的流动性，使得油藏增加采收率。
二、驱油用微生物的类型
提高原油采收率的微生物工艺可以划分为两个主要类型。
1.把细菌的代谢物作为驱油剂注入地层。这与化学驱类似，其原理是利用生物表面活性剂、生物聚合物、溶剂、乳化剂等组合物，改善水的驱油性。该种类工艺复杂、设备条件要求高。（外源微生物法）
2.直接在地层中有目的的培养和发展微生物，形成具有驱油特性的细菌代谢物，依靠地层固有的营养物（糖蜜、无机化合物等）进行地球化学作用，形成细菌代谢产物（脂肪酸、乙醇、表面活性组合物、生物聚合物、二氧化碳等）。该类型的工艺简单、操作方便，是目前微生物采油技术的发展方向[2]。（又称内源微生物法）
在注微生物前，必须要确定油藏的特性，如矿化度、PH值、温度、压力和营养物情况。岩石性质也很重要。天然裂缝可能改变微生物有效进入油藏的方式，泥质的存在可能会吸收生物聚合物和生物表面活性剂，影响作用的发挥。碳酸盐会迅速与酸反应，产生更大量的有里气体，例如二氧化碳。
微生物驱油中的生物聚合性质包括在油藏环境下剪切的稳定性、高溶液黏度、与油层水配伍性、不同PH值下黏度稳定、温度、压力和对生物降解的抵抗力。细菌发酵生产的有机酸会溶解碳酸盐，大大提高灰岩油藏渗透率。有机溶剂和溶解的二氧化碳可以降低原油黏度，发酵气体能够恢复油井压力和产生气驱条件，提高轻质和常规原油的驱替效果和产量。
当油藏渗透性很好而且微生物和生物聚合物封堵了水淹区的时候，可采出剩余油。把微生物和营养物一起注入油藏、关井，便于微生物增长、堵塞渗透性高的区域，然后注水，驱动出被捕集在低渗透率部位的原油进入油井。
从技术上看，这个过程比较简单，并且也很稳定。随着水进入油藏，微生物快速繁殖，转向下一个渗透层流动，从而促进更多的微生物增长，通过营养物的调节可以控制这一过程。
日本和中国用优选的微生物菌种注入油藏进行了矿场试验，结果提高采收率高达15%～23%。检测表明，长链脂肪族烃发生降解，但是芳香族环形结构没有明显降解。
在美国开展的微生物驱油现场试验，多数是单井措施。据不完全统计，单井日产量可从1.4bbl增至2.8bbl，并保持2～6个月，秘鲁最近一次试验显示每桶增加成本$1.3～7.92[6]。（1桶（bbl）=42加仑（美制）=159升（l）。
三、微生物驱油的机理与微生物的筛选
根据研究和实际资料显示，微生物驱油的主要作用机理是可明显降低油层中油和水之间的界面张力，改善驱油效率，降低原油粘度，改善油水的流度比，对油层孔隙进行选择性封堵，提高原油采收率，其作用机理和筛选大致分为以下几点：
1.微生物驱油机理
1.1微生物粘膜及代谢产生的表面活性剂能够有效改善孔道壁面的湿润性，使粘附在地层岩石表面的原有脱离下来，从而提高洗油率。
1.2微生物代谢产物所产生的气体（CO2、CH4、H2、H2S等）能够有效提高油层压力、增加地层能量、降低原油粘度，提高原有的流动性。
1.3微生物代谢产物产生的有机酸可溶解石灰岩及岩石的灰质胶结物，从而增加岩石的渗透率和孔隙度。
1.4微生物能对原油降解，降低原油粘度。
1.5微生物繁殖活动所产生的生物聚合物可引起岩石孔隙堵塞，可改善油水流度比，提高驱油波及体积。
2.微生物的筛选
2.1菌种应以适应高温（800C）、高盐（25*104mg/1）、高油压为核心原则。
2.2菌种应对环境与人体无害。
2.3所筛选的菌种必须性能稳定，活性优良，并具有一种或多种性能。a、讲解烃类；b、能产生一定数量的表活剂、生物聚合物、有机酸及醇；c、对原油有降解作用；d、能产生较丰富的气体；e少量菌种在地层孔隙间具有较强的吸附作用并产生生物粘膜；f、能快速繁殖并具有提高原油采收率的其他性能。
四、微生物驱油的局限
微生物驱油法也有一些局限性，在现场应用中培养基效果、油藏流体毒性和造成的堵塞。另外采出石油后，必须分离出微生物生成的物。质以及微生物本身，防止发生进一步的生物作用。大部分微生物酶在细胞内，所以不得不通过相对不渗透的细胞膜才能吸附原油。
大分子的烃类不能渗透到细胞膜内，这就大大减少了微生物降解烃类的范围。因而降低了原油的产量。
微生物驱油过程可能改变油藏周围环境，同样对产生设施或地层造成不良影响。
尽管有许多微生物驱油现场试验取得了较好的效果，但其驱油过程仍然有很多不确定方面。如果确定具体目标，会增加成功几率。微生物井筒处理技术比较简单，成功率较高。利用微生物就地生成对提高采收率有益的物质，以及激活这些物质在油藏深部发挥作用是非常复杂的过程。
有效的调控微生物生长和繁殖的环境条件对于其增长很重要，但控制油藏中的微生物的活动很困难，此外，油藏条件不同，适合各自油藏条件的微生物驱油技术也不同[3]。
参考文献
[1]汪卫东，宋永亭，陈勇.微生物采油技术与油田化学剂.油田化学，2002；19（3）.
[2]包木太，王卫东，王修林，等。激活内源生物提高原油采收率.油田化学，2002，19（4）.
微生物研究范文第5篇
1 嗜热微生物
1.1 嗜热微生物的定义及分布
嗜热微生物也被称为嗜热菌或者高温菌。嗜热微生物主要分布于温泉、堆肥、煤堆、有机物堆、强烈太阳辐射加热的地面、地热区土壤以及陆地和海底火山口等高温环境[2]。
1.2 嗜热微生物的分类
嗜热微生物分为耐热菌、兼性嗜热菌、专性嗜热菌、极端嗜热菌、超嗜热菌,根据嗜热微生物对高温环境的耐受程度不同,学者们作如下的区分(表1)。
1.3 嗜热微生物的应用
1.3.1 嗜热酶及超级嗜热酶 嗜热酶(55~80 ℃)和超级嗜热酶(80~113 ℃)具有与普通化学催化剂不同的高催化效率、很强的底物专一性、在高温条件下稳定性良好等优点。这些酶在食品工业、造纸工业、烟草业、石油开采、医药工业、环境保护、液体燃料的开采、能源利用等领域中具有广阔的应用前景。
1.3.2 抗生素 嗜热微生物生活在高温环境中,能够产生多种特殊的代谢产物,其中有一部分是抗生素类,为目前抗生素的开发和生产提供了新的思路,有较大的应用前景。
1.3.3 嗜热微生物菌体及其它活性物质 嗜热微生物菌体可直接用于工业生产,同时嗜热微生物在高温的条件下还会产生维生素等物质。
2 嗜冷微生物
2.1 嗜冷微生物的定义
嗜冷微生物是适应低温环境生活的一类极端微生物[3]。
2.2 嗜冷微生物的分类
嗜冷微生物分为专性嗜冷菌、兼性嗜冷菌、极端嗜冷菌、耐冷菌,根据嗜冷微生物对低温环境的耐受程度不同,学者们作如下的区分(表2)。
2.3 嗜冷微生物的应用
2.3.1 环境保护方面 通过嗜冷微生物产生的冷适应酶来实现低温下的污染物生物降解。
2.3.2 食品方面 嗜冷微生物常用于牛奶加工业、果汁提取工艺、肉类加工业、烘培面包工艺、乳酪制造业等食品制作方面。
2.3.3 生物技术方面 嗜冷微生物也用于生物降解或生物催化。混合培养的专一嗜冷微生物在污染环境中扩增和接种产生的酶可提高不耐火化学药品的降解能力。由于嗜冷微生物的特殊蛋白质结构,嗜冷微生物在生物催化方向上具有更大的优越性和更好的应用前景。
3 嗜酸微生物
3.1 嗜酸微生物的分布及定义
自然界存在许多强酸环境,如废煤堆及其排出水、酸性温泉、废铜矿、生物沥滤堆及酸性土壤等。其中,许多微生物的代谢活动也会产生酸性环境。生长在酸性环境中的微生物被称为嗜酸微生物[4]。
3.2 嗜酸微生物的分类
嗜酸微生物分为嗜酸型、耐酸型、极端嗜酸微生物,根据嗜酸微生物对酸性环境的耐受程度不同,学者们作如下的区分(表3)。
3.3 嗜酸微生物的应用
3.3.1 在冶金方面的应用 冶金方面利用嗜酸微生物是将贫矿和尾矿中金属溶出并回收,即我们常说的生物湿法冶金。 [论文网]
3.3.2 环境保护应用 利用嗜酸微生物处理重金属,去除率可达到80%以上,而且处理成本比传统方法要降低很多。
3.3.3 能源应用 利用嗜酸微生物为催化剂,可以构建成为微生物燃料电池。
4 嗜碱微生物
4.1 嗜碱微生物的定义
一般把最适生长pH值在9.0以上的微生物称嗜碱微生物[5],其所耐pH值可高达10~12。到目前为止,嗜碱微生物还没有确切的定义。
4.2 嗜碱微生物的分类
嗜碱微生物分为嗜碱菌、耐碱菌、专性嗜碱菌、兼性嗜碱菌,根据嗜碱微生物对碱性环境的耐受程度不同,学者们作如下的区分(表4)。
4.3 嗜碱微生物的应用
4.3.1 发酵工业 嗜碱微生物可以作为许多酶制剂的生产菌。如洗涤剂酶和环糊精的生产都是利用嗜碱微生物的胞外酶获得的。
4.3.2 造纸工业 嗜碱微生物被应用于革脱脂、造纸木浆脱脂等。
4.3.3 其他方面 嗜碱微生物和碱性纤维素酶在碱性废水处理、化妆品、皮革和食品等方面也具有独特用途。在环境保护方面嗜碱微生物可发挥巨大作用;碱性淀粉酶可用于纺织品退浆及淀粉作粘接剂时的粘度调节剂;用于皮革工业中的脱毛工艺以提高脱毛效率和质量,利用嗜碱微生物进行苎麻脱胶。
5 嗜盐微生物
5.1 嗜盐微生物的分布及定义
在自然界中,有许多含有高浓度盐分的环境,如美国犹他大盐湖(盐度为2.2 %)、着名的死海(盐度为2.5%)、里海(盐度为1.7%)、海湾和沿海的礁石池塘等。在这些高盐环境中仍然存在许多抗高渗透压微生物,即嗜盐微生物。
5.2 嗜盐微生物的分类
嗜盐微生物分为弱嗜盐微生物、中度嗜盐微生物、极端嗜盐微生物,各自最适生长盐浓度如表5。
5.3 嗜盐微生物的应用
利用菌体发酵,可生产高聚化合物。除去工业废水中的磷酸盐,用于开发盐碱、生产嗜盐酶。嗜盐古菌和紫膜蛋白能通过构型的改变储存信息,可作为生物计算机芯片的新材料,还可用于高盐污水的处理。
6 嗜压微生物
6.1 嗜压微生物的定义
需要高压才能良好生长的微生物称嗜压微生物。最适生长压力为正常压力,但能耐受高压的微生物被称为耐压微生物。
6.2 嗜压微生物的分类
嗜压微生物分为耐压菌、嗜压菌、极端嗜压菌,各自的最低生长压、最适生长压、最高生长压如表6。
6.3 嗜压微生物的应用
耐高温和厌氧生长的嗜压菌有望用于油井下产气增压和降低原油粘度,借以提高采油率。日本发现的深海鱼类肠道内的嗜压古细菌,80%以上的菌株可以生产EPA和DHA,最高产量可达36%和24%。已经有人通过基因重组,使
微生物研究范文第6篇
关键词：极端微生物；极端环境；分类；应用前景
中图分类号：Q93 文献标识码：A DOI编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2013.10.006
在自然界中，存在着一些绝大多数生物都无法生存的极端环境，诸如高温、低温、高酸、高碱、高盐、高毒、高渗、高压、干旱或高辐射强度等环境。凡依赖于这些极端环境才能正常生长繁殖的微生物，称为嗜极菌或极端微生物。由于它们在细胞内造、生理、生化、遗传和种系进化上的突出特性，不仅在基础理论研究上有着重要的意义，而且在实际应用上有着巨大的潜力[1]。
1 嗜热微生物
1.1 嗜热微生物的定义及分布
嗜热微生物也被称为嗜热菌或者高温菌。嗜热微生物主要分布于温泉、堆肥、煤堆、有机物堆、强烈太阳辐射加热的地面、地热区土壤以及陆地和海底火山口等高温环境[2]。
1.2 嗜热微生物的分类
嗜热微生物分为耐热菌、兼性嗜热菌、专性嗜热菌、极端嗜热菌、超嗜热菌，根据嗜热微生物对高温环境的耐受程度不同，学者们作如下的区分（表1）。
1.3 嗜热微生物的应用
1.3.1 嗜热酶及超级嗜热酶 嗜热酶（55～80 ℃）和超级嗜热酶（80～113 ℃）具有与普通化学催化剂不同的高催化效率、很强的底物专一性、在高温条件下稳定性良好等优点。这些酶在食品工业、造纸工业、烟草业、石油开采、医药工业、环境保护、液体燃料的开采、能源利用等领域中具有广阔的应用前景。
1.3.2 抗生素 嗜热微生物生活在高温环境中，能够产生多种特殊的代谢产物，其中有一部分是抗生素类，为目前抗生素的开发和生产提供了新的思路，有较大的应用前景。
1.3.3 嗜热微生物菌体及其它活性物质 嗜热微生物菌体可直接用于工业生产，同时嗜热微生物在高温的条件下还会产生维生素等物质。
2 嗜冷微生物
2.1 嗜冷微生物的定义
嗜冷微生物是适应低温环境生活的一类极端微生物[3]。
2.2 嗜冷微生物的分类
嗜冷微生物分为专性嗜冷菌、兼性嗜冷菌、极端嗜冷菌、耐冷菌，根据嗜冷微生物对低温环境的耐受程度不同，学者们作如下的区分（表2）。
2.3 嗜冷微生物的应用
2.3.1 环境保护方面 通过嗜冷微生物产生的冷适应酶来实现低温下的污染物生物降解。
2.3.2 食品方面 嗜冷微生物常用于牛奶加工业、果汁提取工艺、肉类加工业、烘培面包工艺、乳酪制造业等食品制作方面。
2.3.3 生物技术方面 嗜冷微生物也用于生物降解或生物催化。混合培养的专一嗜冷微生物在污染环境中扩增和接种产生的酶可提高不耐火化学药品的降解能力。由于嗜冷微生物的特殊蛋白质结构，嗜冷微生物在生物催化方向上具有更大的优越性和更好的应用前景。
3 嗜酸微生物
3.1 嗜酸微生物的分布及定义
自然界存在许多强酸环境，如废煤堆及其排出水、酸性温泉、废铜矿、生物沥滤堆及酸性土壤等。其中，许多微生物的代谢活动也会产生酸性环境。生长在酸性环境中的微生物被称为嗜酸微生物[4]。
3.2 嗜酸微生物的分类
嗜酸微生物分为嗜酸型、耐酸型、极端嗜酸微生物，根据嗜酸微生物对酸性环境的耐受程度不同，学者们作如下的区分（表3）。
3.3 嗜酸微生物的应用
3.3.1 在冶金方面的应用 冶金方面利用嗜酸微生物是将贫矿和尾矿中金属溶出并回收，即我们常说的生物湿法冶金。
3.3.2 环境保护应用 利用嗜酸微生物处理重金属，去除率可达到80%以上，而且处理成本比传统方法要降低很多。
3.3.3 能源应用 利用嗜酸微生物为催化剂，可以构建成为微生物燃料电池。
4 嗜碱微生物
4.1 嗜碱微生物的定义
一般把最适生长pH值在9.0以上的微生物称嗜碱微生物[5]，其所耐pH值可高达10～12。到目前为止，嗜碱微生物还没有确切的定义。
4.2 嗜碱微生物的分类
嗜碱微生物分为嗜碱菌、耐碱菌、专性嗜碱菌、兼性嗜碱菌，根据嗜碱微生物对碱性环境的耐受程度不同，学者们作如下的区分（表4）。
4.3 嗜碱微生物的应用
4.3.1 发酵工业 嗜碱微生物可以作为许多酶制剂的生产菌。如洗涤剂酶和环糊精的生产都是利用嗜碱微生物的胞外酶获得的。
4.3.2 造纸工业 嗜碱微生物被应用于革脱脂、造纸木浆脱脂等。
4.3.3 其他方面 嗜碱微生物和碱性纤维素酶在碱性废水处理、化妆品、皮革和食品等方面也具有独特用途。在环境保护方面嗜碱微生物可发挥巨大作用；碱性淀粉酶可用于纺织品退浆及淀粉作粘接剂时的粘度调节剂；用于皮革工业中的脱毛工艺以提高脱毛效率和质量，利用嗜碱微生物进行苎麻脱胶。
5 嗜盐微生物
5.1 嗜盐微生物的分布及定义
在自然界中，有许多含有高浓度盐分的环境，如美国犹他大盐湖（盐度为2.2 %）、著名的死海（盐度为2.5%）、里海（盐度为1.7%）、海湾和沿海的礁石池塘等。在这些高盐环境中仍然存在许多抗高渗透压微生物，即嗜盐微生物。
5.2 嗜盐微生物的分类
嗜盐微生物分为弱嗜盐微生物、中度嗜盐微生物、极端嗜盐微生物，各自最适生长盐浓度如表5。
5.3 嗜盐微生物的应用
利用菌体发酵，可生产高聚化合物。除去工业废水中的磷酸盐，用于开发盐碱、生产嗜盐酶。嗜盐古菌和紫膜蛋白能通过构型的改变储存信息，可作为生物计算机芯片的新材料，还可用于高盐污水的处理。
6 嗜压微生物
6.1 嗜压微生物的定义
需要高压才能良好生长的微生物称嗜压微生物。最适生长压力为正常压力，但能耐受高压的微生物被称为耐压微生物。
6.2 嗜压微生物的分类
嗜压微生物分为耐压菌、嗜压菌、极端嗜压菌，各自的最低生长压、最适生长压、最高生长压如表6。
6.3 嗜压微生物的应用
耐高温和厌氧生长的嗜压菌有望用于油井下产气增压和降低原油粘度，借以提高采油率。日本发现的深海鱼类肠道内的嗜压古细菌，80%以上的菌株可以生产EPA和DHA，最高产量可达36%和24%。已经有人通过基因重组，使这些菌有效生产DHA。另外，嗜压菌还可以用于高压生物反应器。
7 抗辐射微生物
7.1 抗辐射微生物的定义
对于辐射这一不良环境因素仅有抗性或者是耐受性，而并非具有“嗜好”，我们将这一类微生物称为抗辐射微生物。
7.2 抗辐射微生物的分类
抗辐射微生物可以分为两类，一类属于异常球菌属的抗辐射微生物，另一类是其他属的原核抗辐射微生物。
异常球菌属的抗辐射微生物是包含抗辐射微生物最多的属，截止至目前为止，已经报道了48个种。而其他属的原核抗辐射微生物以Thermococcus和红色杆菌属的抗辐射微生物的辐射抗性水平最高。
7.3 抗辐射微生物的应用
在环境工程方面的应用：污染环境的生物修复、污染环境的监测。在医学方面的应用：抗氧化药物的开发、疫苗的开发应用、保健品的开发。在农业方面的应用：培育具有抗辐射特性的农作物。在其它领域的应用：防晒化妆品的开发、航空航天防辐射宇航服的设计、电化学制造业中表面金属和氧化物纳米阵列的制造。
综上所述，抗辐射微生物的研究在诸多的领域是具有意义的。尽管这些研究还有许多未转变为工业生物技术，但是应用的前景广阔。
8 嗜金属微生物
8.1 嗜金属微生物的定义
嗜金属微生物是一种以金属为食来维持自身的正常新陈代谢，并且将金属以单质的形式从化合物中游离出来，并富集到一起的微生物。
8.2 嗜金属微生物的分类
嗜金属微生物大致可以分为两类，一是好氧性菌（好气腐蚀菌），二是厌氧性菌（厌气腐蚀菌）。好气腐蚀菌是指有氧存在才能生长繁殖的腐蚀菌，如铁细菌、硫杆菌（其中包括氧化硫硫杆菌、脱氮硫杆菌、氧化亚铁硫杆菌）等。厌气腐蚀菌是指不需要氧存在就能生长繁殖的腐蚀菌，如硫酸盐还原菌。
8.3 嗜金属微生物的应用
嗜金属微生物对金属的腐蚀并非嗜金属微生物本身直接对金属或金属材料的直接作用，而是嗜金属微生物为了维持自身的正常生命活动而产生的结果。
之前我们的研究方向一直都关注在如何对嗜金属微生物产生的后果进行防治的方面，目前对嗜金属微生物的研究方向已经日趋多元化了，更多的学者发现了嗜金属微生物的益处。我们可以通过嗜金属微生物除去水中的重金属，如Cr6+、Cr3+、Zn2+、Cu2+、Ni2+、Cd2+等，甚至包括水中的非金属As3+、As5+都可以通过嗜金属微生物进行去除。在冶金工业中利用嗜金属微生物，也是我们目前对嗜金属微生物的一项利用。还有科学家发现，嗜金属微生物很有可能与黄金的形成有关。
9 展 望
学者们对于极端微生物的研究虽然起步较晚，但是极端微生物的研究发展速度是很快的，目前我们已经取得了一定的成果，展现出了极端微生物广阔的研究与应用前景。但是极端微生物大量投入工业化生产的技术目前尚不成熟，因此，我们对于极端微生物的深入研究和如何将这些极端微生物更好地运用于工业生产，将其转化成为工程菌就具有了重要的意义。
参考文献：
[1] 周德庆.微生物学教程[M].2版.北京：高等教育出版社，2002.
[2] 陈朝银，刘丽，贲昆龙.栖热菌属热稳定DNA聚合酶[J].生物技术，2001（4）：31-34.
[3] 唐兵，唐晓峰，彭珍荣，等.嗜冷菌研究进展[J].微生物学杂志，2002（1）：51-53.
[4] 何正国，李雅芹，周培瑾.极端嗜酸微生物[J].微生物学通报，1999，26（6）：452.
微生物研究范文第7篇
[关键词]微生物絮凝剂 絮凝机 理影响因素 展望
微生物絮凝剂(Microbial Flocculants，MBF)是微生物在生长繁殖过程中产生的具有絮凝作用的一类次生代谢产物，能够使水体中的悬浮颗粒、菌体细胞及胶体粒子发生絮凝沉淀。目前广泛应用的传统絮凝剂的安全性正在受到质疑，因此微生物絮凝剂因其高效、无毒、可生物降解、无二次污染等优点日益受到重视。
中国对微生物絮凝剂的研究起步较晚，虽然已经筛选出一些优良的微生物产生菌菌种，如邓述波的硅酸盐芽孢杆菌新变种，李智良等的P.alcaligenes8724菌株，王镇、王孔星等的MF3、MF6、MF8、HF24絮凝剂等。但研究中存在菌株筛选困难、培养成本高、絮凝过程机理不清等问题，一直集中在实验室小试阶段，尚未实现大规模工业应用。
1 微生物絮凝剂的类型与化学成分
微生物絮凝剂按活性成分来源分为三大类，一种是直接利用微生物细胞作为絮凝剂；第二种是利用微生物细胞壁提取物作为絮凝剂；第三种是利用微生物细胞代谢产物作为絮凝剂。微生物絮凝剂的化学成分主要包括蛋白质、多糖、脂类和DNA类等大分子物质，目前已经报道的大多数微生物絮凝剂的主要成分都是多糖类。
2 微生物絮凝剂的絮凝机理
由于微生物絮凝剂的产生菌多种多样，不同种类的微生物制备的絮凝剂的成分和絮凝性质相差很大，再加上所处理的废水水质千差万别，导致絮凝机理的分析十分困难，目前尚处于探讨阶段，只是对絮凝机理提出了一些假说或通过传统的絮凝理论来进行解释。
2.1 传统絮凝机理
传统的絮凝机理主要有架桥作用、中和作用、卷扫作用和化学反应作用。
架桥作用是目前最为普遍接受的学说，该学说认为微生物絮凝剂大分子借助离子键、氢键和范德华力的作用对胶体颗粒产生吸附，在颗粒间起到“架桥”作用，最后形成一种三维网状结构沉淀下来。
中和作用认为由于胶体颗粒的表面一般带有负电荷，微生物絮凝剂大分子或其水解产物一般带有正电荷，当它们彼此靠近时，将会发生电性中和，使胶体颗粒间的静电斥力减少，从而发生磁力碰撞而凝聚。
卷扫作用基本是一种机械作用，认为微生物絮凝剂在重力作用下发生沉降室可以迅速网捕，卷扫水中的胶体颗粒从而产生沉淀。
化学反应作用认为微生物絮凝剂大分子中的某些活性基团与胶体颗粒上的相应基团发生化学反应，使之聚集成较大分子而沉淀下来。
2.2 其他机理假说
除了上述机理外，国内外学者还先后提出过很多学说来解释微生物絮凝剂的絮凝机理，如Butterfield的黏质假说、Grabtree的PHB酯合学说、Friedman的菌体外纤维素纤丝学说、Miki针对酵母菌提出的“类外源絮凝聚素”假说以及Strantford提出的病毒假说等，但这些学说往往只能解释部分絮凝现象，适用范围较窄。
3 微生物絮凝剂的影响因素
在微生物絮凝剂的产生过程中，除了微生物种类造成的遗传因素影响外，培养基的组成成分、初始pH值、培养时间、培养温度、供氧量、接种量等因素都会对絮凝剂的产生和产生量造成影响。
在微生物絮凝剂处理废水的过程中，影响其絮凝活性的因素主要分为内因和外因两大类。其中内因包括分子量大小、分子结构与形状、活性基团的类型与数量以及细胞表面疏水性等。而外因包括絮凝剂投加量、pH值、温度、絮凝体系中离子种类及离子强度、胶粒表面电荷和表面结构等。
4 微生物絮凝剂的应用
4.1 悬浮物的去除
微生物絮凝剂因其高效、无毒、无二次污染等优点，成为给水、排水、城市污水及含有高悬浮物废水等处理剂的首选絮凝剂。黄晓武等研究了几种用于高浊度建材废水处理的生物絮凝剂，浊度去除率均达92％以上。Levy等从活性污泥及土壤中筛选出一株对高岭土悬浊液具有良好絮凝效果的菌株黑曲霉。
4.2 有机物的去除
微生物絮凝剂在絮凝过程中，除了能够使悬浮物凝聚外，对有机物也有一定的去除作用。王琴等研制的复合型生物絮凝剂与化学絮凝剂进行复配使用，对松花江水的COD去除率达到91.2％。
4.3 印染废水的脱色
Shih等的6株菌株(命名为NAT－1至NAT－6)所产生的絮凝剂对7种染料生产废水的脱色性能良好。张志强等利用啤酒废水制备的MBF絮凝速度非常快，对靛蓝印染废水具有脱色效果，脱色率最高时可达87.6％。
4.4 重金属离子的去除
周玉松等研究发现，化学生物联合絮凝工艺对重金属离子铬、锰和铜的去除效果优于单一的化学絮凝工艺，同时可使出水铝含量大幅下降。高万超等利用BBD法对生物絮凝剂MBFAl捕集含铜模拟废水的进程进行了优化，在最佳捕集条件时铜的去除率达99.68％。
4.5 其他方面的应用
腐殖酸在给水和排水领域是一种难处理的物质，Xiaowen Bo等用复合型生物絮凝剂与硫酸铝复配处理腐植酸和高岭土的混合溶液，在相同的投加量下，浊度去除率：AS―CBF>As>CBF―AS，即先加硫酸铝再加复合型生物絮凝剂的絮凝效果优于硫酸铝单独絮凝。
5 结论与展望
微生物絮凝剂与传统絮凝剂相比具有许多特性和优点，如来源广泛、对多种指标去除效果良好、无毒害、可生物降解、无二次污染等，将微生物生物絮凝剂作为新一代水处理剂进行研究开发具有重要的意义。
在未来的发展中，如何提高微生物絮凝剂的絮凝效率及降低生产成本是两个重要的限制因素。复合型生物絮凝剂利用来源广泛、价格低廉的生物质作为培养基，同时避免了单一菌种筛选困难等缺点，是降低微生物絮凝剂生产成本的重要发展方向。同时，如何将微生物絮凝剂与金属离子或其他絮凝剂进行高效复配使用，既减少传统絮凝剂的用量，又能够提高微生物絮凝剂的效果，是微生物絮凝剂的另一个重要的发展方向。
参考文献：
[1]姚重华．混凝剂与絮凝剂[M]．中国环境科学出版
社，1992
[2]陶然，等．微生物絮凝剂及其絮凝微生物的研究进展[J]．微生物学杂志，2004，25(4)：82―88．
[3]邓述波，等．微生物絮凝剂在给水处理中的应用研究[J]．中国给水排水，2001，17(2)：5―7．
微生物研究范文第8篇
一、微生物吞吐采油技术概述
微生物作为提高原油采收率的技术被称为微生物采油技术，是一个总称。微生物吞吐采油技术是新时代的一种产物，它通过注入油井中，通过物理或者化学的方法，从油井中开采出人类的资源——石油。
1.从微生物源的分类不同来分，可以将石油分离技术分为外源微生物采油技术和本源微生物采油技术。微生物采油技术按照驱替方式来分，可以分为微生物驱油技术和微生物吞吐采油技术：
（1）微生物驱油技术是指将从注水井注入微生物，随着注入的水越来越多，逐渐对油层进行驱替，从而分离出石油。（2）微生物吞吐采油是将微生物注入采油井单井中，随着微生物的作用，将井眼内流体的理化性能改变，从而提升单井的原油产量。将（2）与（1）对比发现，（2）的技术具有更小的风险，操作上的简便，施工的简单的优点，所以微生物吞吐采油技术是本文所要研究的重要对象，也是微生物采油技术的发展方向。
2.之所以选择微生物作为吞吐采油技术的生物，微生物必然有属于它易于别的技术的特点。
2.1微生物的代谢产物不断的利用物理作用或者化学作用来与原油发生反应，从而降低了原油表面的张力，使得原来那些在岩石表面及空隙中的原油更容易从中分离出来，更加优化了原油的提炼率。
2.2能够发生作用的微生物藏在原油中，利用原油在其中生长并且繁殖，更能直接的作用于采油技术中。
2.3微生物通过自身以及自身的排泄物组成成膜，粘附在空隙的表面，将高渗透带堵塞，使得波及的体积得到有利扩大。
2.4另外，微生物可以利用往井里注水整体的提炼原油，并且可以有效地提取剩余的石油，提高效率。
二、微生物吞吐采油技术的应用机理
1.众所周知，生物要维持生命就要进行代谢活动，微生物也不例外，它利用代谢作用产生出各种各样的酸性物质，包括无机酸和无机酸，酸性物质能够溶解岩石中的碳酸盐，将岩石的孔道清理干净，从而岩石的缝隙增大，原油渗透的机率增大，提高原油的提取率。
2.在微生物的代谢活动中，除了产生酸性物质外，同样会产生各种气体，包括二氧化碳、甲烷等等，气体增加，容积不变，底层的地压随之增大，地层流体的粘度降低了，原油的流动性也随之增加，流动性增加，则原油能够渗透出的机率增加，原油的提取率增加。
3.微生物的生长繁殖过程中会产生酶，这些酶可以降解原油的组分，打破原油的结构，这样，原油本身的性质，比如粘度、压力、温度以及凝固点等等都会降低，从而原油的流动性会大大增强，原油的提取率也得到提升。
4.微生物代谢作用产生的酶、脂肪、酸和糖等，会改善岩石的湿润性，减小水与油之间的表面张力，并且可以通过将原油溶解，增加原油的流动性。
三、各油田对微生物吞吐采油技术的实际研究
1.大庆油田的实验
以大庆油田为例，在大庆油田储层含水在6%～96%之间、原油的含蜡量最少也维持在3%、地层温度保持最高120摄氏度、矿化度150000mg/L、地层压力最高50M帕的某地区挑选出了12个微生物菌种，将它们放入15口井中进行微生物吞吐采油技术的实验，在吞吐实验进行之后，油井提取原油的效率都有了增加：在进行实验前，这15口井每天的产油量是34t，日产液量131t，含水率为74.0%。在试验后这些油井日产油增加到58t，日产液量增加为194t，含水率为70.1%，在实验进行几个月后，这些油井每天的产油量42t，每天的产液量145t，含水率为71.0%，由此可见，原油的提取率增加的效果还是相当明显的。
2.川北油田的实验
试验人员在川北油田某井进行微生物吞吐采油实验，拿注入水和川北油田的水样作为对象选出3个菌种，用套管注入法注入某井中，在未进行实验前，每天的产油量是15.54t，每天的产气量是17000立方米。在进行试验后，每天的产油量是15.71t，每天的产气量18230立方米，通过分析，原油的产量只增加了1.1%，天然气的产量增加了7.1%，增加的并不明显，效果也并不明显。
通过大庆油田与川北油田各自实验的数据，不难看出，不同油田微生物吞吐采油效率是不同的，也由此分析出影响微生物吞吐采油技术的因素：
（1）原油粘度的不同以及含蜡量的不同都会影响微生物吞吐采油率。含蜡量越高，原油粘度越大，石油开采的有效率越高。
（2）油井的含水量也会影响微生物吞吐采油的效率。由试验对比不难看出，油井中的含水率对吞吐效率有明显的影响，当油井的含水小于百分之八十的时侯，微生物的采油率会达到百分之七十六点五，并且效果非常之好，当含水大于百分之八十的时侯，微生物采油的效率较低。
（3）油井产液强度也影响着微生物的吞吐有效率。当油井产液强度变大时，吞吐的有效率较低，油井产液强度变小时，吞吐有效率较高。
（4）油井的连通状况也时刻影响着微生物的吞吐效率。由试验看出，连通状况好的油井吞吐有效率高。
四、微生物吞吐采油技术在高速发展时代下的优势
1.微生物要在开采石油中发挥作用，就要注入油井中，大量的微生物从何而来，是否要消耗大量的资金，都是石油开采人员必须要考虑的。通过调查发现，注入井中的微生物成本较低低，操作简单。想要增产一桶原油，用聚合物驱油花费的钱是40到65人民币，表面活性剂驱油花费65到80人民币，微生物驱油则花费8到32人民币。同时注入油井中的微生物和培养基的价格很便宜，并且很容易获得，还可以根据具体油井的藏油量，灵活具体的调整配置微生物的配方。
2.微生物的适用范围比较广，对于那些不适合用聚合物和表面活性剂采油的地方，微生物吞吐采油的技术就可以得到很大的适应，并且微生物吞吐的技术可以用于开采各种类型的原油，会增强重油的开采效率。
3.微生物的有着很小的细胞，并且这些细胞会移动，所以微生物有着能够进入聚合物或者表面活性剂不能进入的那些油层中死区，更好的提高原油的提取率，并且微生物和它的代谢产物不会损害储油层，不会造成渗出油液后一连串的处理的问题，环境无污染。
五、结语
微生物吞吐采油技术是新时代的产物，集高科技、节能、环保等一系列优点于一身，并且在这个高速发展的社会，在各国资源战役中，微生物吞吐采油技术具有非常广阔的发展空间，特别是对于那些含水高甚至非常高的老油田，就像一颗强心剂，具有着十分重要的意义，与别的采油技术相比，微生物吞吐采油技术的风险小，实施起来比较简单，在未来有美好的发展前景。
参考文献
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微生物研究范文第9篇
摘要：深海微生物是地球生物系统的重要组成部分，深海微生物由于其在生态、资源、环境等方面的重要性，越来越受到人们的重视。本文对深海微生物研究开发的历史和进展进行概述。
关键词：深海微生物；研究；开发
Researchanddevelopmentofdeepseamicrobes
ABSTRACTDeepseamicrobesaretheimportantcomponentsofearthbiologicalsystem.Deepseamicrobeshavereceivedmoreandmoreintensiveattentionastheirimportanceintheresearchandapplicationinecology,resources,environments,andsoon.Inthisstudy,thehistoryandmainachievementsindeepseamicrobialresearchanddevelopmentswerebrieflyintroduced.
KEYWORDSDeepseamicrobes;Research;Development
深海的概念通常指1000米以下的海洋，占到海洋总面积的3/4，而其中深海沉积物覆盖了地球表层的50%以上。深海及深海沉积物中的微生物生存面临高压，低温或高温、黑暗及低营养水平等几个主要极端环境，长期以来一直被认为是一片“荒芜的沙漠”。20世纪中期，深海测量技术发现深海洋底也有高山峻岭，全世界有8万公里长的山脊蜿蜒在各个大洋，大洋中山脊的发现使人们认识到海洋环境与陆地环境的统一性。1977年美国“阿尔文”号深潜器最早在太平洋上的加拉帕戈斯群岛附近2500米的深海热液区发现了完全不依赖于光合作用而独立生存的独立生命体系。位于生命体系金字塔底部的是微生物，能直接利用深海火山口喷出的硫化物、氮化物、甲烷等低分子化合物作为食物和能源，合成各种生物大分子如蛋白质、糖等。位于金字塔上部的是一些大型生物包括长管虫、蠕虫、蛤类、贻贝类，还有蟹类、水母、藤壶等特殊的生物群落。有人将这样五彩缤纷、生机勃勃的海底生物世界称为海底“生命绿洲”。目前已经有几十个深海热液区生物体系被研究，这种依靠地球内源能量支持，在深海黑暗和高温的环境下，通过化合作用生产有机质的“黑暗食物链”的发现使人类对深海环境以及生物圈有了更进一步的了解。在目前已发现的各种极端环境中深海蕴藏着的生物资源极为丰富，其中最主要的是深海微生物，但这些微生物大部分还鲜为人知。深海环境下极端微生物的研究不仅是目前生命科学最前沿的领域之一，也是海底深部生物圈研究和海底流体活动研究重要的组成部分。该项研究将回答生命起源、生物进化、外太空生命探索等生命科学的重大问题并带动包括21世纪地球科学内的其它学科领域的重大发展。2001年美国国家科学基金(NSF)在其题为“OceanScienceattheNewMillenium”的科学发展展望报告中，将海底流体活动研究列为海洋科学今后十年最重要、最有可能取得重大突破和科学发现的前沿研究方向之一，生命科学与海底地球物理、地球化学等在上述研究中将占据重要地位。于2003年10月份开始的整合大洋钻探计划(IODP)将深部生物圈和洋底、海底列为该计划中三大科学课题之一。深海深部生物圈的发现是对“生物圈”广泛范围的进一步了解。虽然海底采集沉积柱状样已经有近80年的历史，大规模的系统研究开始于1968年的深海钻探计划。“深海钻探(DSDP，1968～1983)”、“大洋钻探(ODP，1985～2003)”和“综合大洋钻探(IODP，2003～至今)”等深海研究的三部曲，是国际地球科学历时最长、规模最大，也是成绩最为突出的合作研究计划。大洋钻探计划ODP以独特的视角为我们呈现出另外一个生命世界――掩埋在洋底沉积物中和地壳中的生物圈。在数千米深海海底存在着由微小的原核生物组成，数量极大的生物群，有人估计其生物量相当全球地表生物总量的1/10。与热液口“自养”的微生物不同，深部生物圈的原核生物依靠地层里的有机物实行“异养”。深海大洋中生物圈的发现，让人类认识到地球生态系统的真正基础在于原核生物。正是这些原核生物多种多样的新陈代谢过程，产生了多种多样生物地球化学效果，在此基础上建立了地球的生态系统。微生物总是出现在它们能够生存的一切物理、化学、地质环境中，这似乎是一条基本规律。那些在极端环境中生长并通常需要这种极端环境正常生长的微生物被统称为极端微生物。极端环境涵盖了物理极端环境(如温度、辐射、压力、磁场、空间、时间等)、化学极端(如干燥、盐度、酸碱度、重金属浓度、氧化还原电位等)和生物极端(如营养、种群密度、生物链因素等)，海底被认为是上述极端环境中的极端。在深海环境中广泛存在着嗜酸(pH3以下)、嗜碱(pH10以上)、嗜盐(25mol/L以上)、嗜冷(可达0℃以下)、嗜热(120℃以上)、嗜压(500大气压以上)微生物。深海环境下极端生物特征的研究也为生命极限的研究提供了良好的生物材料并对外太空生命探索不断提供新的线索和依据。科学家们设想：既然在如此严酷的极端环境下微生物还能很好地生存，那么在火星上也会有生命存在。深海微生物学的建立应该追溯到上世纪70年代，美国Scripps海洋研究所Yayanos教授设计、改进高压培养罐并于1979年首先分离出深海嗜压菌，1989年Bartlett首先分离出压力调控的外膜蛋白(OmpH)。1990年日本三菱重工和三洋公司开始为日本海洋科学技术中心研制深海微生物高温/高压培养系统，1994年才完成，耗资七亿五千万日元。该系统的建设和深潜、采样系统的建设极大地推动了深海生物圈的研究进步。1995年Kato等分析了一个压力调控基因簇，1999年Nogi等从马里亚纳海沟分离、鉴定出极端嗜压菌Moritellayayanosii［1～3］；2003年日本、美国和意大利相继展开了深海嗜压菌ShewanellaviolaceaDSS12和PhotobacteriumprofundumSS9全基因组测序［4，5］；2005年3月P.profundumSS9全基因组序列及初步分析在Science上发表［6，7］。除了巨大的科学研究价值，深海微生物研究还具有极大的经济、社会价值而引起广泛的关注。深海生物处于独特的物理、化学和生态环境中，在高静水压、剧变的温度梯度、极微弱的光照条件和高浓度的有毒物质包围下，它们形成了极为特殊的生物结构、代谢机制系统。由于这种极端的环境，深海生物体内的各种活性物质，特别是酶，具有高度的温度耐受性，高度的耐酸碱性、耐盐性及很强的抗毒能力。这些特殊的生物活性物质是深海生物资源中最具应用价值的部分。除了发展、改进海洋微生物的分离培养方法获得新的海洋微生物，筛选活性物质外，应用基因组学研究方法，构建海洋微生物基因组文库，通过研究，操作海洋微生物遗传基因，来获得新的海洋微生物活性物质，这是探索海洋特别是深海微生物资源，研究开发海洋新药物的必然而有效的选择，也是目前深海微生物资源开发的热点。概括来说，深海生物在以下几个方面具有潜在的应用价值：
1工业应用
工业生产常常要求一些特殊的反应温度、酸碱度并加入一些有机溶剂，在这种条件下，普通酶无法保持活性，因此，依赖酶的工业必须花费大量资金采取特殊的工艺以保持这些酶的活性，从而大大提高了成本，而极端酶在普通酶失活的条件下仍然能保持较高的活性，所以在工业上有着广泛的的应用前景。目前已经有高温聚合酶、糖酶、淀粉酶、蛋白酶等几种极端酶开始工业化生产，并且已经创造了数十亿美元的经济效益。
2医药应用
从生物体内研制药物治疗人类的各种疾病由来已久。由于越来越多的病原菌或病毒对目前的药物产生了抗药性，并且不断产生新的疾病。因此从海洋中筛选新的生物药物成为海洋药物研究开发的方向。深海生物由于环境的独特性而成为新型特效药物、抗肿瘤、抗病毒、降压降脂等药物的来源。目前国际上在深海药物的筛选方面还未见太多报道，但是可以预料它的前景将是十分广阔的。
3环境保护
在海底，由于动物尸体聚集、火山喷发等原因造成有毒物质及硫化物等对陆地生物有害物质的浓度较高，而生存在这里的微生物能分解这些物质并以其为能源繁衍生息，因此，这些生物在清除地球表面的重金属、石油等污染物方面具有重要的应用价值。目前日本科学家已经从深海中筛选到具有较高的石油分解能力的菌株，并已开展了应用研究。从20世纪后期开始，随着深海技术能力的提高，越来越多的国家投身于深海研究的前沿领域。目前的深海载人潜器下潜深度达到6500m，无人缆控潜器ROV则可达到11000m水深，并获得最深处马里亚纳海沟深海沉积物样本，研究发现其微生物含量达到103～104/g的水平。实验室深海环境模拟也取得突破进展，已分离鉴定出嗜压、嗜碱、嗜酸、嗜盐、嗜冷、嗜热等极端微生物。目前国际上进行深海微生物研究的国家主要分布在欧洲，美洲及亚洲，其中美国、日本、德国和法国都是深海微生物研究的主力军。目前，在深海微生物的分离培养、多样性调查、功能基因研究和适应性机制研究(如深海嗜压菌的嗜压机制)等方面取得了一定的进展；各类极端微生物在工业用酶、工具酶、环境修复以及生物活性物质等方面的开发应用也有了突破，使人们看到了深海微生物开发的巨大潜力和广阔的应用前景。深海生物资源尤其是微生物资源越来越得到人类的重视。随着科学的发展进步，水下工程技术和探测技术的改进和完善，人类对深海微生物的研究和开发有了更大的空间和可能性。我国深海生物基因的系统研究起步时间较晚，从本世纪初开始主要得到了国家科技部和中国大洋专项的资助。中国大洋协会依托国家海洋局第三海洋研究所成立了中国大洋生物基因研究开发基地，研制、配备了一批船载和实验室深海微生物培养专用设备。在深海设备的支持下，真正意义的深海微生物研究得以开展。到目前为止，基础研究主要开展了深海微生物在物质循环中的作用；极端微生物分离、培养；微生物遗传、代谢研究，深海极端环境下微生物适应性机理的研究等。成功分离、鉴定出各类深海嗜压、嗜热、嗜冷、嗜盐、嗜碱、嗜酸微生物，从中发现了多个未经报道的新种。以此为基础，正在建设国内第一个深海微生物菌株资源库。克隆了多种深海极端酶基因，进行了基因表达和分析。深海微生物抗菌、抗肿瘤活性物质筛选工作也已经开展。深海耐压菌ShewanellacomraWP3已基本完成全基因组序列测定，正在开展后基因组研究。开展了深海沉积物宏基因组文库的构建，成功构建了一个深海5000米水深沉积物的cosmid基因文库，通过对克隆子的分析发现文库中微生物来源主要是一些不可培养的微生物新种，部分克隆子序列测定发现克隆子上大部分基因是新基因。目前已筛选到多个能表达生物活性物质的克隆子，正在进行序列测定。总之，深海生物研究是一个依赖于工程技术的高投入项目，我国深海生物基因资源开发利用研究的快速发展还需要更多资金和人才的不断投入。
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微生物研究范文第10篇
论文摘要：代谢组学是效仿基因组学和蛋白质组学的研究思想,对生物体内所有代谢物进行定量分析,并寻找代谢物与生理病理变化的相对关系的研究方式。本文在介绍代谢组学基本含义的基础之上，对代谢组学的研究方法及其在环境微生物领域的研究进展进行了评述。
一、代谢微生物概述
代谢组学(metabonomics/metabolomics)是效仿基因组学和蛋白质组学的研究思想,对生物体内所有代谢物进行定量分析,并寻找代谢物与生理病理变化的相对关系的研究方式,是系统生物学的组成部分。其研究对象大都是相对分子质量1000以内的小分子物质。先进分析检测技术结合模式识别和专家系统等计算分析方法是代谢组学研究的基本方法。化学分析技术中最常用的是1H核磁共振(1HNMR)以及色谱(毛细管电泳)-质谱联用(X-MS)。目前代谢组数据处理的主要方法是:应用主成分分析(PCA)等将从原始图谱信息或预处理后的信息进行归类,并采用相应的可视化技术直观地表达出来;建立类别间的数学模型,使各类样品间达到最大的分离,并利用建立的多参数模型对未知的样本进行预测;最终建立可利用的该领域的应用数据库和专家系统。应用代谢组学可进行疾病诊断、对药物进行毒性评价和研究植物细胞代谢等。
二、代谢组学的研究方法
代谢物组学分析中,对于不同类型的代谢产物,往往要采取不同的分析方法进行研究。目前,代谢物组学通常采用红外光谱法(infraredspectroscopy,IR)、核磁共振(nuclearmagneticresonance,NMR)、质谱(massspectrometry,MS)、高效液相色谱(highperformanceliquidchromatography,HPLC)以及各种技术的耦联,如气象色谱耦联质谱(gaschromatography2massspectrometry,GC/MS)和液相色谱耦联质谱(liquidchromatography2massspectrometry,LC/MS)来分析研究代谢物并为其绘制图谱。这些技术的耦联可以提高对样品的分辨率、敏感性及选择度,有利于对更多的生物体系内的代谢物绘制图谱。一般来说,选择代谢物组学分析方法时,其原则是要同时考虑仪器和技术的检测速度、选择性和灵敏度,找到一种最适合目标化合物的方法。
三、代谢组学在微生物领域的研究进展
(一)微生物分类,突变体筛选以及功能基因研究
经典的微生物分类方法多根据微生物形态学以及对不同底物的代谢情况进行表型分类。最近,随着分子生物学的突飞猛进,基因型分类方法如16SrDNA测序,DNA杂交以及PCR指纹图谱等方法得到了广泛应用。然而,某些菌株按照基因型与表型两类方法分类会得出不同的结果。因此,根据不同的分类目的联合应用这两类方法已成为一种趋势。BIOLOG等方法在表型分类中应用较为广泛,但是,代谢谱分析方法(metabolicprofiling)异军突起,逐渐成为一种快速、高通量,全面的表型分类方法。采用代谢组分类时,可以通过检测胞外代谢物来加以鉴别。常用的胞外代谢物检测方法为样品衍生化后进行GC2MS分析、薄层层析或HPLC2MS分析,最后通过特征峰比对进行分类。Bundy等采用NMR分析代谢谱成功地区分开临床病理来源以及实验室来源的不同杆菌(bacilluscereus)。除了表型分类外,代谢组学数据可以应用于突变体的筛选。在传统研究中的沉默突变体(即未发生明显的表型变化的突变体)内,突变基因可能导致了某些代谢途径发生变化,通过代谢快照(metabolicsnapshot)可以发现该突变体并研究相应基因的功能。
(二)发酵工艺的监控和优化
发酵工艺的监控和优化需要检测大量的参数,利用代谢组学研究工具可以减少实验数量,提高检测通量,并有助于揭示发酵过程的生化网络机制,从而有利于理性优化工艺过程。Buchholz等采用连续采样的方法研究了大肠杆菌在发酵过程中的代谢网络的动力学变化。他们在葡萄糖缺乏的培养液培养的大肠杆菌中加入葡萄糖,并迅速混匀,按每秒4～5次的频率连续取样。利用酶学分析、HPLC/LC2MS等手段监测样品中多达30种以上的代谢物、核苷以及辅酶,从而解析了葡萄糖以及甘油的代谢途径和底物摄取体系。通过统计学分析建模,发现在接触葡萄糖底物后的15～25s范围内,大肠杆菌体内发生的葡萄糖代谢物变化与经典生化途径相符,但随后的过程则与经典途径不符,推测可能存在新的未知调控步骤。Takors认为,通过上述代谢动力学研究,掌握代谢途径及网络中的关键参数,将直接有利于代谢工程的优化,包括菌株的理性优化以及发酵参数的调控。
(三)环境微生物研究
微生物降解是环境中去除污染物的主要途径。深入了解污染物在微生物内的代谢途径,将有助于人们优化生物降解的条件,从而实现快速的生物修复。这些代谢中间体大都通过萃取、分析方法进行逐个研究,并借助专家经验拟合出代谢途径,其动力学过程亦很少触及。代谢组学方法的采用有可能改变这一现状。Boersma等采用代谢组学方法研究氟代酚的微生物降解途径。氟代化合物具有特殊的19F核磁共振属性,19F的核磁共振灵敏度与1H核相近;由于生物体内无内源性19F核磁信号,因而无本底干扰。所有19F核磁信号均可归结于异生素及其代谢物。19F核的化学位移值宽,约为700ppm(1H为15ppm,13C为250ppm)。较宽的化学位移导致19F在不同取代物的峰图不易产生重叠。因此,借助核磁共振技术可以更方便地研究含氟化合物的代谢中间体。Boersma等根据总代谢物的核磁共振图谱,推测出红球菌内羟化酶在不同的取代位(1,2,3三种不同的取代数量)羟基化氟代酚,然后再通过儿茶酚内位双加氧酶开环形成氟代粘糠酸的代谢过程。此外,他们还首次检测到开环后的下游代谢物,即通过氯粘糠酸异构酶生成氟代粘糠酸内酯以及氟代马来酸等中间代谢物。根际(rhizosphere)空间在植物2微生物相互作用中发挥着重要的作用。Narasimhan等利用根际代谢物组(rhizospheremetabolomics)方法,阐释了植物分泌物对根际微生物降解多氯代酚(PCB)的作用机制。然而,在采用拟南芥突变体(产生较少的phenylpropanoids)的对照组中,降解菌的数量较低,降解率也仅达50%。结果表明植物根际分泌的次级代谢物促进降解菌的繁衍增殖,从而促进了污染物的降解。
此外,微生物代谢组学还应研究如何改进样品的制备方法。例如,在代谢组研究中,为了中止细胞代谢反应采用冷淬火(coldquenching)方法,将细胞样品迅速置于低温(液氮或-70℃甲醇中),这会导致许多微生物发生冷休克(cold2shock),释放出大量的胞内物质,引起代谢组学定量研究发生偏差。
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