1、1,微生物的耐鹽機制,2,第一節(jié) 嗜鹽微生物,概念 嗜鹽微生物(halophilic microorganism)是生長的最適鹽濃度大于0.2mol/L（氯化物）的微生物。 根據(jù)微生物對鹽的需要可將細菌和古菌分為四類： 非嗜鹽微生物（菌） 輕度嗜鹽微生物（菌） 中度嗜鹽微生物（菌） 極端嗜鹽微生物 （菌）,3,最適NaCI濃度 非嗜鹽菌 弱嗜鹽菌 1%-3% 中度嗜鹽菌 3%-15% 極端嗜鹽菌 13%-15%,4,中度嗜鹽菌和極端嗜鹽菌屬于極端環(huán)境微生物 大多存在于海洋、鹽（堿）湖、鹽場、沙漠植物、鹽漬食物等高鹽環(huán)境中 兩者區(qū)別：對NaCI濃度要求不同 不同類群（細菌和古菌）,5,中度嗜鹽菌

2、和極端嗜鹽菌的種類 中度嗜鹽菌 生長離不開鹽、適應(yīng)鹽濃度范圍寬（0.1%-32%） 典型的是鹽單胞菌科（Halomonadaceae），下有10余各屬，最大的屬為Halomanas（鹽單胞菌屬），60余個種，主要成員Halomonas elongata（伸長鹽單胞菌）,6,極端嗜鹽菌 屬古菌，18個屬，49個種。屬需氧微生物，菌落呈紅色或粉紅色,7,Na+對嗜鹽菌的影響 很多微生物可以耐受一定濃度的NaCI，但沒有依賴性。 大腸桿菌、葡萄球菌、根瘤菌 中度嗜鹽菌和極端嗜鹽菌對NaCI有很強的依賴性,在沒有NaCI的環(huán)境中不能生長,8,第二節(jié) 微生物的鹽適應(yīng)機制,一、滲透調(diào)節(jié) 內(nèi)鹽機制 有機滲透

3、質(zhì)機制 二、 Na+輸出機制 1.初級鈉泵 2.次級鈉泵,9,一、滲透調(diào)節(jié) 內(nèi)鹽機制（KCI機制） 屬無機滲透質(zhì)機制 菌體內(nèi)積累高濃度KCI，以K+ 和CI-作為滲調(diào)劑，維持滲透平衡 多數(shù)極端嗜鹽菌采用此種機制 某些高等植物也通過積累鉀來抵抗鹽危害,10,利用內(nèi)鹽機制進行滲透調(diào)節(jié)的微生物，細胞內(nèi)的蛋白質(zhì)含有大量酸性氨基酸（天冬氨酸和谷氨酸） 利于蛋白質(zhì)形成水合外層，保持正常的構(gòu)型和功能,11,2. 有機滲透質(zhì)機制（親和性溶質(zhì)機制） 親和性溶質(zhì)：生理pH條件下不帶凈電荷、高度可溶的小分子有機物 親和性溶質(zhì)在細胞內(nèi)積累，不影響細胞的正常形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能 環(huán)境中滲透壓增高時，通過積累親和性溶質(zhì)平衡滲

4、透壓 取代水與蛋白質(zhì)表面的結(jié)合，保護蛋白質(zhì)的穩(wěn)定 親和性溶質(zhì)的產(chǎn)生：自身合成，細胞外吸收,12,13,幾種常見的親和性溶質(zhì) 氨基酸類：脯氨酸、谷氨酸 氨基酸衍生物類：四氫嘧啶、脯氨酸甜菜堿 小分子肽類：N-乙酰谷氨酰谷氨酸氨基化合物 磺酸脂類：膽堿-O-磺酸 多羥基化合物類：甘油、甘油葡萄糖苷 糖類：海藻糖、蔗糖,14,15,脯氨酸 大多數(shù)細菌滲透脅迫時細胞內(nèi)積聚高濃度脯氨酸 革蘭陽性菌：胞內(nèi)合成 革蘭陰性菌：提高轉(zhuǎn)運水平 脯氨酸轉(zhuǎn)運系統(tǒng)：PutP、ProP、ProU,16,甘氨酸甜菜堿、脯氨酸甜菜堿、谷氨酸甜菜堿 自然界中最重要的相容性溶質(zhì) 存在原核生物、動物和植物 自行合成 四氫嘧啶 嗜鹽

5、菌的重要的親和性溶質(zhì) 自行合成,17,海藻糖 蔗糖、麥芽糖、纖維二糖、龍膽二糖、松二糖 大腸桿菌、沙門菌從頭合成海藻糖 ostAB操縱子編碼的兩種酶催化海藻糖的生成,18,二、Na+輸出系統(tǒng) 將細胞內(nèi)多余的鈉離子排到細胞外，維持細胞內(nèi)較低的鹽濃度 細菌存在2種Na+輸出系統(tǒng) 1.初級鈉泵 包括四類：脫羧酶、甲基轉(zhuǎn)移酶復(fù)合體、ATP酶和NADH泛醌氧化還原酶,19,脫羧酶 催化草酰乙酸脫羧，在催化脫羧反應(yīng)時向細胞外輸出鈉離子 主要包括：草酰乙酸脫羧酶、甲基丙二酰輔酶A脫羧酶、戊烯二酰輔酶A脫羧酶、丙二酸脫羧酶,20,甲基轉(zhuǎn)移酶復(fù)合體 產(chǎn)甲烷古菌的初級鈉泵，催化甲基從甲基四氫甲 烷喋呤轉(zhuǎn)移到輔酶M

6、，在此過程中偶聯(lián)鈉離子輸 出 有8個不同的Mtr亞基，MtrA、MtrB、MtrC、 MtrD、MtrE、MtrF、MtrG、MtrH，由轉(zhuǎn)錄單元 mtrEDCBAFGH編碼,21,ATP酶 與細胞膜相連，伴隨ATP酶水解，將鈉離子從細胞內(nèi)轉(zhuǎn)移到細胞外 2種類型：F型ATP酶和V型ATP酶，廣泛分布在古菌、細菌和真核生物中,22,NADH泛醌氧化還原酶 大多數(shù)細菌呼吸鏈中的一個組成成分，在呼吸過程中輸出鈉離子 最早在溶藻弧菌（V. alginolyticus）中發(fā)現(xiàn) 弧菌屬、枯草桿菌屬和大腸桿菌等中都有發(fā)現(xiàn),23,2. 次級鈉泵 常稱為Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運蛋白，廣泛存在細菌、真菌、植物和動物細

7、胞中，屬跨膜蛋白，催化單價陽離子（ Na+、K+、Li+）輸出，與質(zhì)子（ H+ ）的輸入相偶聯(lián) 根據(jù)結(jié)構(gòu)不同分2類： 單亞基鈉離子逆向轉(zhuǎn)運蛋白 多亞基鈉離子逆向轉(zhuǎn)運蛋白,24,單亞基鈉離子逆向轉(zhuǎn)運蛋白 普遍存在于細菌、真菌、動物和植物中 細菌中有：NhaA、NhaB、NhaC、 NhaD、NhaE、NhaG、NhaP、ChaA、MdfA 真菌中：SOD2、Nha1 擬南芥：AtNHX1、SOS1,25,26,多亞基鈉離子逆向轉(zhuǎn)運蛋白 （Mrp逆向轉(zhuǎn)運蛋白） 由6-7個亞基組成，跨膜轉(zhuǎn)運蛋白 最早發(fā)現(xiàn)于耐鹽芽孢桿菌 嗜鹽菌和耐鹽的細菌中都存在（枯草桿菌、金葡菌等）,27,大多數(shù)微生物都存在多個N

8、a+/H+逆向轉(zhuǎn)運蛋白 大腸桿菌：4種（NhaA、NhaB、ChaA、MdfA） 枯草芽孢桿菌：5種（NhaC、NhaK、Mrp、MleN、 TetL） 霍亂弧菌：6種？（NhaA、NhaB、NhaC、NhaD、 Mrp） 不僅介導(dǎo)鈉離子輸出，還參與抗生素外排、芽孢形成等生理活動,28,29,第三節(jié) 嗜鹽菌的應(yīng)用,一、農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用 培育耐鹽作物 將編碼甘氨酸甜菜堿的基因betA轉(zhuǎn)入甘藍菜， 生物量、葉綠素含量和水分含量都有提高。在 150mmol/L和L300mmol/L NaCI條件下，生物量 分別提高21.3%和20%,30,二、工業(yè)中的應(yīng)用 食品工業(yè)：合成胡蘿卜素、類胡蘿卜素 酶工業(yè)：合成分泌工業(yè)