微生物的耐盐机制

微生物的耐盐机制第一节嗜盐微生物•概念嗜盐微生物(halophilicmicroorganism)是生长的最适盐浓度大于0.2mol/L（氯化物）的微生物。根据微生物对盐的需要可将细菌和古菌分为四类：非嗜盐微生物（菌）轻度嗜盐微生物（菌）中度嗜盐微生物（菌）极端嗜盐微生物（菌）•最适NaCI浓度非嗜盐菌弱嗜盐菌1%---3%中度嗜盐菌3%---15%极端嗜盐菌13%--15%中度嗜盐菌和极端嗜盐菌属于极端环境微生物大多存在于海洋、盐（碱）湖、盐场、沙漠植物、盐渍食物等高盐环境中两者区别：对NaCI浓度要求不同不同类群（细菌和古菌）•中度嗜盐菌和极端嗜盐菌的种类中度嗜盐菌生长离不开盐、适应盐浓度范围宽（0.1%-32%）典型的是盐单胞菌科（Halomonadaceae），下有10余各属，最大的属为Halomanas（盐单胞菌属），60余个种，主要成员Halomonaselongata（伸长盐单胞菌）极端嗜盐菌属古菌，18个属，49个种。属需氧微生物，菌落呈红色或粉红色•Na+对嗜盐菌的影响很多微生物可以耐受一定浓度的NaCI，但没有依赖性。大肠杆菌、葡萄球菌、根瘤菌中度嗜盐菌和极端嗜盐菌对NaCI有很强的依赖性,在没有NaCI的环境中不能生长第二节微生物的盐适应机制一、渗透调节1.内盐机制2.有机渗透质机制二、Na+输出机制1.初级钠泵2.次级钠泵一、渗透调节1.内盐机制（KCI机制）属无机渗透质机制菌体内积累高浓度KCI，以K+和CI-作为渗调剂，维持渗透平衡多数极端嗜盐菌采用此种机制某些高等植物也通过积累钾来抵抗盐危害•利用内盐机制进行渗透调节的微生物，细胞内的蛋白质含有大量酸性氨基酸（天冬氨酸和谷氨酸）利于蛋白质形成水合外层，保持正常的构型和功能2.有机渗透质机制（亲和性溶质机制）亲和性溶质：生理pH条件下不带净电荷、高度可溶的小分子有机物亲和性溶质在细胞内积累，不影响细胞的正常形态、结构和功能环境中渗透压增高时，通过积累亲和性溶质平衡渗透压取代水与蛋白质表面的结合，保护蛋白质的稳定亲和性溶质的产生：自身合成，细胞外吸收•几种常见的亲和性溶质氨基酸类：脯氨酸、谷氨酸氨基酸衍生物类：四氢嘧啶、脯氨酸甜菜碱小分子肽类：N-乙酰谷氨酰谷氨酸氨基化合物磺酸脂类：胆碱-O-磺酸多羟基化合物类：甘油、甘油葡萄糖苷糖类：海藻糖、蔗糖•脯氨酸大多数细菌渗透胁迫时细胞内积聚高浓度脯氨酸革兰阳性菌：胞内合成革兰阴性菌：提高转运水平脯氨酸转运系统：PutP、ProP、ProU•甘氨酸甜菜碱、脯氨酸甜菜碱、谷氨酸甜菜碱自然界中最重要的相容性溶质存在原核生物、动物和植物自行合成•四氢嘧啶嗜盐菌的重要的亲和性溶质自行合成•海藻糖蔗糖、麦芽糖、纤维二糖、龙胆二糖、松二糖大肠杆菌、沙门菌从头合成海藻糖ostAB操纵子编码的两种酶催化海藻糖的生成•二、Na+输出系统将细胞内多余的钠离子排到细胞外，维持细胞内较低的盐浓度细菌存在2种Na+输出系统1.初级钠泵包括四类：脱羧酶、甲基转移酶复合体、ATP酶和NADH泛醌氧化还原酶•脱羧酶催化草酰乙酸脱羧，在催化脱羧反应时向细胞外输出钠离子主要包括：草酰乙酸脱羧酶、甲基丙二酰辅酶A脱羧酶、戊烯二酰辅酶A脱羧酶、丙二酸脱羧酶•甲基转移酶复合体产甲烷古菌的初级钠泵，催化甲基从甲基四氢甲烷喋呤转移到辅酶M，在此过程中偶联钠离子输出有8个不同的Mtr亚基，MtrA、MtrB、MtrC、MtrD、MtrE、MtrF、MtrG、MtrH，由转录单元mtrEDCBAFGH编码•ATP酶与细胞膜相连，伴随ATP酶水解，将钠离子从细胞内转移到细胞外2种类型：F型ATP酶和V型ATP酶，广泛分布在古菌、细菌和真核生物中•NADH泛醌氧化还原酶大多数细菌呼吸链中的一个组成成分，在呼吸过程中输出钠离子最早在溶藻弧菌（V.alginolyticus）中发现弧菌属、枯草杆菌属和大肠杆菌等中都有发现•2.次级钠泵常称为Na+/H+逆向转运蛋白，广泛存在细菌、真菌、植物和动物细胞中，属跨膜蛋白，催化单价阳离子（Na+、K+、Li+）输出，与质子（H+）的输入相偶联根据结构不同分2类：单亚基钠离子逆向转运蛋白多亚基钠离子逆向转运蛋白•单亚基钠离子逆向转运蛋白普遍存在于细菌、真菌、动物和植物中细菌中有：NhaA、NhaB、NhaC、NhaD、NhaE、NhaG、NhaP、ChaA、MdfA真菌中：SOD2、Nha1拟南芥：AtNHX1、SOS1•多亚基钠离子逆向转运蛋白（Mrp逆向转运蛋白）由6-7个亚基组成，跨膜转运蛋白最早发现于耐盐芽孢杆菌嗜盐菌和耐盐的细菌中都存在（枯草杆菌、金葡菌等）•大多数微生物都存在多个Na+/H+逆向转运蛋白大肠杆菌：4种（NhaA、NhaB、ChaA、MdfA）枯草芽孢杆菌：5种（NhaC、NhaK、Mrp、MleN、TetL）霍乱弧菌：6种？（NhaA、NhaB、NhaC、NhaD、Mrp）不仅介导钠离子输出，还参与抗生素外排、芽孢形成等生理活动第三节嗜盐菌的应用•一、农业中的应用培育耐盐作物将编码甘氨酸甜菜碱的基因betA转入甘蓝菜，生物量、叶绿素含量和水分含量都有提高。在150mmol/L和L300mmol/LNaCI条件下，生物量分别提高21.3%和20%•二、工业中的应用食品工业：合成胡萝卜素、类胡萝卜素酶工业：合成分泌工业用酶SOD化妆品工业：嗜盐菌细胞内积累的相容性溶质，（四氢嘧啶）作为稳定剂保护和稳定酶、DNA、膜等大分子抗高盐、抗干燥、抗冷冻、防止热变性•三、环境修复中的应用中度嗜盐菌能降解甲醛、苯酚及其他芳烃物质、有机磷混合物，去除硝酸盐