極端環境下的微生物及其生物地球化學作用

楊保國(寧夏地球物理地球化學勘查院，寧夏 銀川 750004)

極端環境就是指環境中存在一些特有的化學以及物理物質，如高低溫、強酸、高鹽、高壓、高輻射等條件。而所謂的極端微生物就是指能夠在極端環境中生活的微生物，如嗜熱菌、嗜鹽菌以及抗輻射、耐干燥的微生物[1]。近年來，極端環境下微生物的研究不僅是微生物重點的發展領域，而且也得到了許多研究者的廣泛關注，由此可見極端環境下微生物的研究是非常重要的，文章以幾種極端微生物為例，詳細的探討微生物在生物地球化學中的作用。

1 極端微生物嗜熱菌

1.1 嗜熱菌的概念

嗜熱菌主要生活在熱環境中，具有較強的耐熱性，如火山口的周圍地區、工廠的高溫廢水排放區等溫度較高的地方。雖然嗜熱菌具有較強的耐熱機制，但是根據不同的溫度也可以將嗜熱菌分為3個等級。①極端嗜熱菌，極端嗜熱菌一般情況下生長在65攝氏度的高溫中，而最高生長溫度可以達到75攝氏度，最低溫度不能低于40攝氏度，現如今在我國共發現了20多種極端嗜熱菌，大部分都生存在火山的周圍地區[2]。②專性嗜熱菌，該種嗜熱菌生長地方的溫度為55攝氏度，生長的溫度不能低于40攝氏度，否則就會死亡。③兼性嗜熱菌，該種嗜熱菌既能在低于55攝氏度的溫度中生長，而且又能在常溫的范圍中長期的生長。

1.2 嗜熱菌的地球化學作用

由于嗜熱菌其自身的特點，使得其能夠參與到許多生物物質的化學反應中。在微生物成礦、冶金、有機物的分解以及地球的循環中都起著十分重要的作用。在熱環境中，嗜熱菌無論是直接吸附礦物顆粒，還是通過代謝的產物，都會對比周圍的pH值以及氧化條件進行改變，并影響到地球的化學循環。同時，嗜熱菌通過吸附作用可以將礦元素進行聚集，為礦床提供資源，并通過新陳代謝的作用，產生出特殊的氧化條件，從而使得礦物出現溶解、遷移和沉淀的現象。另外嗜熱菌在高溫的條件下還具有非常強大的生物降解能力和轉化能力，使得有機物轉化為無機物。

2 極端微生物嗜鹽菌

2.1 嗜鹽菌的概念

在廣闊的自然界中，存在著許多高鹽度的地區，如死海、里海、沿海的礁石等地區，而在這時高鹽地區能夠存活的微生物也只有嗜鹽菌微生物，嗜鹽菌具有較強的抗高滲透性，目前，我國發現的嗜鹽菌微生物也主要分為3種：①抗鹽微生物，該種微生物適合生長在鹽濃度較低的地方，如綠色杜氏藻；②中度嗜鹽微生物，其適合生長在鹽濃度適中的區域，主要由真細菌、藍細菌之類的微生物；③極端嗜鹽微生物，該種微生物可以直接生長在鹽濃度較高的區域中，生長在該區中的微生物是古細菌，分別為鹽球菌和鹽桿菌。

2.2 嗜鹽菌的地球化學作用

由于嗜鹽菌具備特殊的生存機制，因此能夠對生物圈以及地球圈中的奧秘以及生物的進化方面進行最大程度的揭示。嗜鹽菌一般情況下都是生存在深海的沉積物中，由于深海沉積物的穩定性以及非擾動性較強，使得許多古代微生物的遺跡都保留在深海的沉積物中。根據探索人員探索的信息可以得知，深海沉積物的不同層次嗜熱菌的種群和數量也是不同的。同時由于嗜鹽菌生活在深海的鹽沉積物中，人們認為在深海的鹽沉積中保留著大量的古代細菌，而現如今這一猜測已經得到了人們的證實。根據相關資料表明，在靠近新墨西哥州的二疊系沉積層中分離出了許多曾為被發現的嗜鹽古菌，而嗜鹽古菌的采集區域也都沒有被深海擾動過，從而對生物地球化學的研究起著十分重要的作用。

3 極端微生物嗜酸菌

3.1 嗜酸菌的概念

在自然界中不僅存在著高鹽度的地區，而且還存在著許多的強酸環境，如酸性溫泉、廢銅礦堆以及酸性土壤等地區，而在該種強酸環境中生長的微生物就被稱為嗜酸微生物。一般情況下，在酸性的環境中首先出現的是能氧化的化能自養菌，當化能自養菌出現大量的增殖后，就會出現嗜酸菌。現如今，嗜酸菌主要分為自養嗜酸細菌和異養嗜酸細菌兩種類型。

3.2 嗜酸菌的地球化學作用

嗜酸熱古菌是現如今地球上最古老的生命形式，在生物的冶金以及地球化學元素的循環中起著十分重要的作用。現如今氧化亞鐵硫桿菌已經被廣泛的應用到了硫化物的礦床中，尤其是黃鐵礦以及黃銅礦的生物淋濾中，通過試驗可以得知嗜酸菌能夠對硫作物中的重金屬元素進行很強的溶解，如絡元素、銅元素、鋅元素等。同時嗜酸菌對銅元素、鐵元素、鋅元素等元素在酸水環境中的地球化學元素的循環有著直接的影響，因此，在酸礦水的治理中，必須要找出相關的解決途徑，從而對酸礦水中進行很好的治理。

4 結語

極端環境下的微生物是人類無法想象的生物資源，不僅能夠為國家生物的科研提供珍貴的素材，而且對生物地球化學元素的循環也有著直接的影響，因此隨著科學技術水平的不斷提高，人們要采用更為先進的辦法檢測極端微生物，從而發現越來越多的極端微生物，并對極端微生物資源進行大力的開發，為人類提供廣闊的空間。

[1]陳駿,連賓,王斌.極端環境下的微生物及其生物地球化學作用[J].地學前緣,2006(6)：199-207.

[2]黨宏月,李鐵剛,曾志剛,秦蘊珊.深海極端環境深部生物圈微生物學研究綜述[J].海洋科學集刊,2006(6)：41-60.