極端環(huán)境微生物的培養(yǎng)第1頁/共26頁極端環(huán)境第2頁/共26頁不同生物的pH極限紅色為古細菌，藍色為細菌，淺綠色為藻類，棕色為真菌，黃色為原生動物，綠色為植物，紫色是動物。第3頁/共26頁不同生物的溫度極限紅色為古細菌，藍色為細菌，淺綠色為藻類，棕色為真菌，黃色為原生動物，綠色為植物，紫色是動物。第4頁/共26頁極端環(huán)境微生物通俗的講，極端環(huán)境微生物是指生長在極端環(huán)境下的一大類微生物。

它們偏好極端的環(huán)境，如高溫，低溫，高鹽，極端pH，極端營養(yǎng)條件等等。還包括一些能耐受極端條件，如強輻射，強毒性等一些非常規(guī)理化環(huán)境。許多的極端環(huán)境微生物還生存在人類未能探知的環(huán)境。第5頁/共26頁Lifeinextremeenvironments.

LynnJ.Rothschild&RoccoL.MancinelliNature,2001,Vol.409,1092-1101第6頁/共26頁極端環(huán)境微生物的研究意義由于極端環(huán)境微生物能產生許多獨特的穩(wěn)定蛋白，在生物技術產業(yè)上有很高的價值，它們產生的許多酶已經(jīng)在市場上得到廣泛的應用。

在生物學上，極端環(huán)境微生物的意義也不能被低估，通過對16srDNA的研究，Woese在1990年提出了新的分類系統(tǒng)。對極端環(huán)境微生物中古細菌的研究，顯示這一類微生物和已知的微生物有顯著的差別，從而，提出了新的分類系統(tǒng)，即三元界分類系統(tǒng)－古菌、細菌和真核生物。第7頁/共26頁極端環(huán)境微生物在工業(yè)上的應用Lifeinextremeenvironments.LynnJ.Rothschild&RoccoL.MancinelliNature,2001,Vol.409,1092-1101第8頁/共26頁傳統(tǒng)的微生物分離培養(yǎng)方法第9頁/共26頁傳統(tǒng)微生物培養(yǎng)缺陷通用培養(yǎng)基對大多數(shù)極端環(huán)境下難培養(yǎng)微生物(99%以上)沒有選擇性。培養(yǎng)條件很難與自然條件一致。對微生物領域認識的局限。第10頁/共26頁極端環(huán)境微生物培養(yǎng)進展近年來，隨著分子生物學技術和其他相關技術在微生物分離檢測中的應用，越來越多的極端環(huán)境微生物被檢測到。隨著培養(yǎng)的研究深入和技術水平的提高，許多微生物從不可培養(yǎng)狀態(tài)達到了純培養(yǎng)狀態(tài)。而對培養(yǎng)出微生物的性質研究也有了許多新的進展。第11頁/共26頁極端環(huán)境微生物的培養(yǎng)意義通過實驗室培養(yǎng)技術手段，實現(xiàn)極端環(huán)境微生物的可培養(yǎng)。發(fā)現(xiàn)新的生物資源，是生物多樣性開發(fā)和保護研究的重要方面。研究其生理生化特征，為其將來能大規(guī)模應用奠定基礎。第12頁/共26頁未可培養(yǎng)微生物的培養(yǎng)思想選定培養(yǎng)目標。確定培養(yǎng)方案。實現(xiàn)可培養(yǎng)化。第13頁/共26頁極端環(huán)境微生物培養(yǎng)方法歸納模擬自然環(huán)境分離獲得純培養(yǎng)。采用熒光標記已探測菌基因，追蹤分離。極端營養(yǎng)研究，實現(xiàn)微生物分離培養(yǎng)。第14頁/共26頁Isolating“Uncultivable”MicroorganismsinPureCultureinaSimulatedNaturalEnvironmentT.Kaeberlein,K.Lewis,S.S.EpsteinBiologyDepartment,NortheasternUniversity,Boston,MA02115,USA;MarineScienceCenter,NortheasternUniversity,Nahant,MA01908,USA.Science,2002Vol.296,1127-1129第15頁/共26頁

作者依據(jù)膜過濾原理和固定化技術，設計了一種新型的培養(yǎng)方式。在自然環(huán)境中，營養(yǎng)物質和代謝廢物能通過膜，而細菌則在固定化培養(yǎng)過程中形成菌落。對于其生長機理的研究則有利于對環(huán)境中微生物的未可培養(yǎng)機理進行探討。第16頁/共26頁研究結果通過這種培養(yǎng)方法培養(yǎng)出來的微生物中（86±7）％以上在培養(yǎng)皿上不能得到培養(yǎng)。其中得到能夠在常規(guī)方法純培養(yǎng)的都屬于生長速度相對比較快速的微生物。通過這種新方法分離得到了新目級別的新物種。其中的一株菌MSC1不能在培養(yǎng)皿上獨立生存，只有和其他的細菌（MSC2，MSC4或MSC5）一起才能維持生存。第17頁/共26頁CultivationoftheubiquitousSAR11

marinebacterioplanktoncladeMichaelS.Rappe,StephanieA.Connon,KevinL.Vergin

&StephenJ.Giovannoni

DepartmentofMicrobiology,OregonStateUniversity,Corvallis,Oregon97331,USA

Nature,2002,Vol.418,630-633第18頁/共26頁研究過程通過DNA檢測，首先發(fā)現(xiàn)SAR11類細菌在海洋中大量存在。設計該菌種的特異探針，并對其熒光標記，找到該菌位置。對培養(yǎng)方法的探索，使該菌得到增殖達到分離并純培養(yǎng)。第19頁/共26頁研究結論SAR11細菌是目前發(fā)現(xiàn)的最小的細菌（0.01μm3）。其與目前已知的－蛋白細菌的最高相似度只有82％，是一類全新的物種。與普通細菌相比，SAR11類細菌偏好于無機營養(yǎng)成分，而不是復合有機養(yǎng)料。第20頁/共26頁NewStrategiesforCultivationandDetectionofPreviously

UnculturedMicrobesBradleyS.Stevenson,*StephanieA.Eichorst,JohnT.Wertz,ThomasM.Schmidt,andJohnA.BreznakDepartmentofMicrobiologyandMolecularGenetics,MichiganStateUniversity,

EastLansing,Michigan

AppliedandEnviromentalMicrobiology,2004,Vol.70

4748–4755設計了針對分離目標Acidobacteria

和Verrucomicrobia的PCR引物，同時對照洗脫培養(yǎng)皿和培養(yǎng)孔板進行PCR反應，確定培養(yǎng)目標，然后進行培養(yǎng)篩選，最后在使目標達到了純培養(yǎng)。極大地減少了培養(yǎng)過程中的盲目性，提高了實驗效率。第22頁/共26頁第23頁/共26頁結論與思考不同的微生物之間的培養(yǎng)方法有極大的差異，因此對極端難培養(yǎng)微生物的培養(yǎng)不能“一刀切”。在研究培養(yǎng)方法時要充分借鑒其原始的生活環(huán)境和生理條件?，F(xiàn)有的分子生物學探測微生物多樣性方面仍可能存在缺陷，未知基因的存在？未知微生物存在的可能性？微生物本身生理情況？生長速度的局限？第24頁/共26頁極端環(huán)境微生物培