Fusarium venenatum Nirenberg

甲基營(yíng)養(yǎng)型芽孢桿菌是土壤里的“碳鏈煉金師”。它以甲醇、甲胺等一碳化合物為主食，卻能把這些常被忽視的小分子變成高值產(chǎn)物。菌體在含甲醇的培養(yǎng)基中迅速萌發(fā)，分泌甲醇脫氫酶，將有毒的甲醇先氧化為甲醛，再經(jīng)RuMP循環(huán)固定為果糖-6-磷酸，既獲得能量，又合成自身所需碳骨架。整套反應(yīng)在pH 7、30℃下效率比較高，甲醇轉(zhuǎn)化率可達(dá)理論值的92%，遠(yuǎn)高于化學(xué)催化。更難得的是，它同時(shí)是一株“生物兵工廠”。在利用甲醇的同時(shí)，甲基營(yíng)養(yǎng)型芽孢桿菌能合成表面活性素、泛革素等脂肽，對(duì)黃瓜枯萎、辣椒疫霉、番茄青枯的抑菌帶寬達(dá)25-30毫米；其揮發(fā)性的3-甲基-1-丁醇、2-甲基吡嗪可誘導(dǎo)植物系統(tǒng)抗性，使棉花黃萎病指下降40%。田間試驗(yàn)表明，每畝用200克菌粉滴灌，玉米根際甲醇天然濃度降低60%，植株葉綠素提高1.5個(gè)SPAD單位，產(chǎn)量增加8%，且農(nóng)藥使用量減少三成。工業(yè)端，科研團(tuán)隊(duì)把聚-γ-谷氨酸合成酶基因?qū)爰谆鶢I(yíng)養(yǎng)型芽孢桿菌，使其在消耗甲醇的同時(shí)產(chǎn)出高黏度γ-PGA，可作為保水劑、絮凝劑或醫(yī)用敷料；5噸罐分批發(fā)酵，γ-PGA產(chǎn)量達(dá)25 g/L，成本比傳統(tǒng)谷氨酸發(fā)酵低20%。此外，其芽孢可耐沸水煮15分鐘、紫外照射兩小時(shí)，噴霧干燥存活率超過(guò)90%，為大規(guī)模制劑化提供了便利。其芽孢可抗紫外、耐干燥，貨架期長(zhǎng)達(dá)24個(gè)月，為商品化奠定基礎(chǔ)。Fusarium venenatum Nirenberg

巴基斯坦賴氨酸芽孢桿菌（Lysinibacillus pakistanensis）是2009年從巴基斯坦干旱區(qū)大豆根際分離的新種，因肽聚糖含meso-二氨基庚二酸而非賴氨酸，在屬內(nèi)獨(dú)樹(shù)一幟。菌體革蘭氏陽(yáng)性、具周生鞭毛，可形成橢圓芽孢，能在10–28℃、pH6.5–9.0及0–6%NaCl范圍內(nèi)生長(zhǎng)，并耐受150mM硼酸，被視為“中度耐硼”的旱地先鋒。在抗逆機(jī)制上，該菌細(xì)胞膜以二磷脂酰甘油、磷酸乙醇胺為主，脂肪酸iso-C18:0占30%，賦予其高膜穩(wěn)定性；基因組G+C含量37%，攜帶多重外排泵與滲透調(diào)節(jié)基因，可在干旱、鹽堿環(huán)境中維持胞內(nèi)水平衡。功能層面，巴基斯坦賴氨酸芽孢桿菌表現(xiàn)出“促生-抗病-解”三合一特性。實(shí)驗(yàn)室條件下，其IAA產(chǎn)量達(dá)118mg/L，明顯高于同屬菌株，可刺激小麥根長(zhǎng)增加35%，干重提高28%；菌液處理后，花生根結(jié)線蟲(chóng)侵染率下降42%，對(duì)南方根結(jié)線蟲(chóng)卵孵化抑制率超60%，為線蟲(chóng)綠色防控提供新選擇。此外，該菌對(duì)革蘭氏陰性植物病原菌具有明顯抑菌圈，代謝產(chǎn)物中的酶抑制劑可干擾細(xì)菌雙功能酶系統(tǒng)，相關(guān)菌機(jī)制仍在持續(xù)解析。郎必可假絲酵母科學(xué)家還在其基因組里插入耐鹽基因，讓它在西北鹽堿地也能萌發(fā)，為棄荒灘涂奪回糧田。

異常嗜冷芽孢桿菌（Bacillus psychrodurans）是芽孢桿菌家族里的“極地居民”。它可在?2 ℃緩慢生長(zhǎng)，更適溫度只15 ℃，比較高不超過(guò)30 ℃，卻能在南極凍土、深海沉積物中形成橢圓芽孢，耐?20 ℃冷凍和反復(fù)凍融，被視作研究低溫適應(yīng)的模式菌之一。其“耐寒密碼”有三重：細(xì)胞膜富含支鏈和短鏈脂肪酸，保持流動(dòng)性；冷休克蛋白Csp與RNA伴侶協(xié)同，防止核酸二級(jí)結(jié)構(gòu)凍結(jié)；兼產(chǎn)低溫活性酶，在4 ℃仍具80 %活力，為冬季生物過(guò)程提供催化可能。在農(nóng)業(yè)上，菌株L-4分泌IAA 18 mg·L?1并溶磷2.3 mg·L?1，4 ℃下仍使冬小麥根長(zhǎng)增25 %，返青期提前5天，分蘗數(shù)提高一成，相當(dāng)于給作物“穿”上生物羽絨服。工業(yè)端，它的耐冷蛋白酶已在洗滌劑中試用，10 ℃洗衣去污力提升30 %，節(jié)能20 %；低溫淀粉酶可將糖化溫度由60 ℃降至35 ℃，為冬季酒精發(fā)酵省蒸汽、減碳排。環(huán)境修復(fù)方面，菌株ANT-1在?5 ℃、10 %鹽度下60天降解柴油60 %，為極地溢油、寒區(qū)輸油管泄漏提供原位生物修復(fù)方案。未來(lái)，借助合成生物學(xué)，把異常嗜冷芽孢桿菌的“冷酶+冷激”模塊植入生產(chǎn)菌，有望實(shí)現(xiàn)“零加熱”生物制造，讓微生物在冰水里也能為人類(lèi)催化價(jià)值反應(yīng)。小小嗜冷芽孢桿菌，用極端低溫下的生存智慧，把寒冷轉(zhuǎn)化為綠色科技的新動(dòng)能。

黏瓊脂芽孢桿菌是2007年在深海沉積物里被“撈”出的新成員，因菌落能拉出長(zhǎng)長(zhǎng)瓊脂糖絲，得了“黏瓊脂”的綽號(hào)。它生活在低溫、高壓、寡營(yíng)養(yǎng)的海底，靠分泌特殊β-瓊脂糖酶，把堅(jiān)硬的海藻碎片分解成單糖，再經(jīng)乙酰-CoA途徑合成能量，既填飽自己，也為周?chē)捍蜷_(kāi)“糧倉(cāng)”，成為深海碳循環(huán)的隱形樞紐。實(shí)驗(yàn)室更看重的是它的“冷酶工廠”。其瓊脂糖酶更適溫度只25℃，在4℃仍保持60%活性，比陸源同類(lèi)酶省電一半；若把粗酶液直接噴到石花菜漿里，40分鐘就能讓膠體黏度降80%，濾出的寡糖可作益生元、化妝品保濕劑，甚至用于微膠囊壁材。更妙的是，菌體在貧氮環(huán)境會(huì)自發(fā)形成厚壁芽孢，可耐55℃、紫外照射兩小時(shí)，噴霧干燥存活率仍超90%，給工業(yè)化降低了冷鏈與包被成本。國(guó)內(nèi)團(tuán)隊(duì)已把黏瓊脂芽孢桿菌制成灰粉末，用于即食涼粉、果凍的低溫脫膠，使生產(chǎn)周期從12小時(shí)縮到3小時(shí)，耗水減少四成；殘?jiān)缓烟?，可作飼料添加劑，提高仔豬日增重5%。未來(lái)，科學(xué)家計(jì)劃把耐冷酶基因轉(zhuǎn)進(jìn)枯草芽孢桿菌，讓“冷酶”在常溫海洋里就地降解漂浮海藻，為藍(lán)碳保護(hù)再添一把微生物鑰匙。小小黏瓊脂芽孢桿菌，用一縷黏絲，把千米深海的秘密縫進(jìn)人類(lèi)綠色的產(chǎn)業(yè)鏈。瘤內(nèi)菌變膨體，固氮酶把空氣中占七成卻極穩(wěn)定的N?裂成NH?，日夜輸送給宿主，自己只留一口碳糖。

格雷厄姆氏根瘤菌是豆科家族里更“挑剔”的房客，卻只認(rèn)花生這一位房東。它自帶“門(mén)禁卡”——特殊的Nod因子，能精細(xì)識(shí)別花生根毛分泌的染料木苷，兩者對(duì)接成功，根毛便卷曲成螺旋，把菌請(qǐng)進(jìn)“地下別墅”。隨后，細(xì)菌釋放信號(hào)，誘導(dǎo)根部細(xì)胞分裂，三天鼓出乳白根瘤，像給根系掛上微型氮肥廠。瘤內(nèi)氧氣被植物合成的豆血紅蛋白調(diào)到納摩級(jí)，固氮酶安全開(kāi)工，將空氣中惰性的N?轉(zhuǎn)化為NH??，晝夜輸送給花生，畝產(chǎn)蛋白因此提升三成，農(nóng)戶少施20公斤尿素，卻多收一筐飽滿果仁。更妙的是，收獲后根瘤遺落田間，氮素緩慢釋放，后茬小麥吸氮量提高15%，土壤硝態(tài)淋失減少四成，地下水不再“又咸又綠”。如今，科研團(tuán)隊(duì)把菌液做成鋁箔袋裝，拌種即可，比化肥便宜三成，卻無(wú)污染；還植入耐旱基因，讓它在華北旱地也能結(jié)瘤。小小格雷厄姆氏根瘤菌，用微米之軀撬動(dòng)綠色農(nóng)業(yè)，讓藍(lán)天少一縷煙，田里多一季香。強(qiáng)壯類(lèi)芽孢桿菌作為一種益生菌，能夠調(diào)節(jié)腸道菌群平衡，增強(qiáng)腸道屏障功能。Psychrobacillus insolitus

隨著對(duì)土地鞘氨醇盒菌研究的不斷深入，其在環(huán)境修復(fù)和生態(tài)學(xué)研究中的應(yīng)用前景將更加廣闊。Fusarium venenatum Nirenberg

異常嗜冷芽孢桿菌（Bacillus psychrodurans）是芽孢桿菌屬的“極地移民”。標(biāo)準(zhǔn)菌株能在-2 ℃緩慢增殖，更適生長(zhǎng)溫度只15 ℃，比較高不超過(guò)30 ℃；芽孢可耐受-20 ℃反復(fù)凍融，是研究低溫適應(yīng)的模式菌之一。其細(xì)胞膜富含短鏈與支鏈脂肪酸，冷休克蛋白Csp持續(xù)表達(dá)，使核糖體和RNA在冰水中仍保持活性，為“零度工廠”提供分子基礎(chǔ)。在農(nóng)業(yè)端，菌株L-4可分泌IAA 18 mg·L?1并溶出有機(jī)磷2.3 mg·L?1，4 ℃下仍使冬小麥根長(zhǎng)增加25 %，返青期提前5天，分蘗數(shù)提高一成，相當(dāng)于給作物披上“生物羽絨服”。工業(yè)方面，它的耐冷蛋白酶已在洗滌劑中試用，10 ℃洗衣去污力提升30 %，節(jié)能20 %；低溫淀粉酶可將糖化溫度由60 ℃降至35 ℃，為寒區(qū)酒精發(fā)酵節(jié)約大量蒸汽。環(huán)境修復(fù)更彰顯其“冰雪技能”。菌株ANT-1在-5 ℃、10 %鹽度下60天降解柴油60 %，為極地溢油、寒區(qū)輸油管線泄漏提供原位生物修復(fù)方案；與冰藻共培養(yǎng)時(shí)，還能吸附Cd2?、Pb2?，吸附量分別達(dá)50 mg·g?1和35 mg·g?1，讓重金屬在冰層中被“凍結(jié)”并隨菌體沉降。未來(lái)，借助合成生物學(xué)，把異常嗜冷芽孢桿菌的“冷酶+冷激”模塊植入生產(chǎn)底盤(pán)，有望實(shí)現(xiàn)“零加熱”生物制造，讓微生物在冰水里也能為人類(lèi)催化高值反應(yīng)。Fusarium venenatum Nirenberg