嗜热菌

微生物

嗜热微生物是指最适宜生长温度在45℃以上的微生物。嗜热微生物不仅能耐受高温，而且能在高温下生长繁殖，其生存环境需要较高的温度。这与普通芽孢细菌的耐热性不同，普通芽孢细菌在高温下形成芽孢抵抗逆境，待环境条件恢复，芽孢萌发成营养体，而芽孢不具有繁殖能力，只是抗逆性休眠体。

释义

嗜热菌是指那些能在45℃或45℃以上，pH值在3.0以下的环境中生长能氧化亚铁、元素硫、还原态无机硫化物和硫化矿物的耐热嗜酸细菌和古菌。耐热菌主要包括一般嗜热菌(45～60℃)、中等嗜热菌(60～80℃)和极度嗜热菌(>80℃)三类。

分类

一般嗜热菌主要包括嗜酸硫杆菌属、硫化杆菌属和铁质菌属。以下重点介绍常用于浸矿的菌种。

一般嗜热菌

（1）嗜酸硫杆菌属(Acidithiobacillus)

该菌属中常用于浸矿的细菌是嗜温嗜酸硫杆菌(Acidithiobacillus caldus)。嗜温嗜酸氧化硫硫杆菌，原核生物，嗜酸杆菌属。革兰氏阴性，杆状(0.4—0.6)x(1～2)μm，能移动，适宜的生长温度一般在42～55℃之间，适宜的初始pH=2.5。化能自养，专性好氧，能氧化元素硫和还原态无机硫化物。

（2）硫化杆菌属(Sulfobacillus)

该属共有4种菌，分别是嗜热硫氧化硫化杆菌(Sulfobacillus thermosulfidooxidans)、嗜酸硫化杆菌(Sulfobacillus．acidophilus)、西北利亚硫化杆菌(Sul—fobacillus．sibiricus)和耐热硫化杆菌(Sulfobacillus thermo．tolerans)。原核生物，硫化杆菌属，革兰氏阳性，好氧、嗜酸(最适起始pH 1．5～2：5)，无机化能营养型，在一定生长阶段和环境条件下能产生内生孢子。培养基中含酵母提取物时，该菌属能氧化亚铁、元素硫和硫化矿。

（3）铁质菌属(Ferroplasma)

该菌属是古菌属，主要包括Ferrodasma acidiphilum、F-acidarmanus和F-cupricumulanso Ferroplasma 。Ferroplasma cupricumulan是新近从缅甸Ivanhoe铜业有限公司的一处低品位黄铜矿生物堆浸场的浸出液中分离出来的一个新种，其生长温度为22—63℃，最适生长温度为53．6℃；适宜生长pH为1．0～1．2，在pH=0．4I时也能看到它的生长，具有很强的亚铁氧化能力，不能氧化硫，它是铁质菌属中发现的第一个适度嗜热喜酸古菌。

中等和极度

酸菌属(Acidianus)、金属球菌属(Metallosphaera)和硫叶菌属(Sulfolobus)中的部分细菌适宜的生长温度在60～80℃，这部分细菌称为中等嗜热菌；还有部分细菌的适宜生长温度超过80℃，这部分细菌称为极度嗜热菌。中等嗜热菌和极度嗜热菌都属于古菌，都是革兰氏阴性、不规则的类球形古菌，多生长于70℃以上的富含硫、铁的高温酸性热泉或沸泉中。

特点

嗜热菌最适生长温度在65℃以上。细胞膜上有高比例的长脂肪链的脂类，可使其在高温下处于液晶态。通常嗜热菌的膜含有大量甘油脂。有的有机体其生长温度的增加，主要影响脂肪酰链组分，而脂类含量和头部基团成分的影响是次要的。通常在生长温度时可观察到饱和程度、酰链长度和/或同分异构分支的增加。有时嗜热菌存在有特殊的脂类(类固醇hopanoid)，主要是通过使膜变得更硬，这也可反映出生命对高温的一种适应。嗜热古细菌的膜中4-乙醚和2和4-乙醚混合物的存在，与膜的稳定和降低质子渗漏有关。

优点

嗜热菌在发酵工业中的应用有许多优点：

①嗜热菌世代时间较短，从而缩短了合成次级代谢产物的生产周期。

②发酵温度较高，从而减少了污染杂菌的可能性。

③减少了大规模发酵过程中的冷却费用，维持极端嗜热菌最适生长温度所需的能量消耗与冷却嗜中温菌所需的能量消耗基本一样多。

④随着温度上升，培养基的粘度下降．这样便可以减少搅拌所需的能量，并使培养基得到更好的混合。

⑤在较高温度下，大多数无机盐和有机分子增加了离子化作用和增大了溶解能力，从而有利于产生更多的生物量和产物量。但是温度上升，溶液的溶解氧下降，对好氧菌生长不利，但对厌氧菌则不受影响。

⑥致病菌和病毒在高温下可以被杀死。

⑦在高温下，有利于微生物生产挥发性化学物质，以便进行产物纯化和解除末端产物的抑制作用。

⑧嗜热菌产生的酶在常温下具有酶活低，稳定性高等优点。

应用

工业酶制剂

嗜热菌产生的纤维素酶、淀粉酶、蛋白酶、半纤维素酶、果胶酶、胺肽酶、脂肪酶、葡萄糖异构酶和菊糖酶等等，具有对热稳定，酶解反应速率快，易于在室温下保存等优点。

废物处理和甲烷生产

用于处理废物的厌氧反应器大多数为中温型的。如果使用高温型的厌氧反应器，有许多优点：

①能把有机物较快地转化为CH4，减少了固体废物的停留时间；

②增加工作负荷和改进工作效率；

③嗜热菌生长效率较低，减少了生物量；

④致病菌和病毒生长受到了抑制；

⑤不用搅拌；

⑥在较高温度下培养基粘度下降，从而减少了混合所需的能量；

⑦CH4可以作为燃料。在高温型厌氧反应器中，热纤梭菌把纤维素转化成己糖、乙醇、乳酸、乙酸、H2和CO2。产硫化氢嗜热梭状芽孢杆菌和布洛基嗜热厌氧菌把氨基酸和糖转化成乙酸、乙醇、乳酸、H2，CO2和长链脂肪酸。产乙酸细菌把丙酸、丁酸和其他脂肪酸氧化成乙酸、H2和CO2。在高温环境中，存在嗜热的专性自养、氧化H2的细菌，如专性自养产氢气杆菌(Hydrogenobacter autotrophicus)和Calderobacterium hydrogenophilum。嗜热产甲烷细菌，如，热自养甲烷杆菌把H2和CO2转化成CH4，热化能营养甲烷球菌(Methanococcus thermolithotrophicus)把H2，CO2和甲酸转化成CH4和CO2，Methanothrix sp把乙酸转化成CH4和CO2。实际上，产甲烷过程是混合微生物作用的结果。

堆肥

堆肥是利用好氧菌降解有机固体废物的方法，在这种方法中，首先是中温菌生长，随后由于代谢产热，引起堆肥温度上升(80℃)，这时，高温菌便开始生长。这些高温菌主要有芽孢杆菌、链霉菌、高温单孢菌属(Thermomonos pora)、糖单胞菌属(Saccharomonos pora)和高温放线菌(Thermoactinomyces)。

乙醇生产

在传统发酵工业中，是利用酵母菌发酵单糖和双糖生产乙醇，但是这种乙醇生产工艺有许多不足之处。近年来人们开始喜欢利用嗜热菌生产乙醇，因为在高温下能进行一边发酵一边对乙醇进行蒸馏，从而防止产物的抑制作用}更有利于底物转化成产物；减少能量消耗，因为冷却费用很少；另外，在较高温度下可以增加某些多聚物，如菊糖的溶解度；不需把细胞从发酵培养基中分离出来。

石油开采

微生物采油方面有重要的用途。用这些细菌注入油井中，可以增产大约50%。

细菌冶金和煤脱硫

极端耐酸嗜热菌可用于浸出和回收矿石中的有用金属和去除煤中的无机和有机硫化合物，这一点我们将在后面做详细讨论。

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