大豆白氏菌

BM液體培養(yǎng)基，全名Basal Mineral Liquid Medium，是微生物學界公認的“極簡配方”。它只提供生命必需的礦物元素：K?HPO? 1.0 g、KH?PO? 1.0 g、MgSO?·7H?O 0.2 g、CaCl?·2H?O 0.02 g、Fe-EDTA 0.01 g，加蒸餾水至1 L，pH 6.5±0.1，無碳、無氮、無有機微量元素，因此也被稱為“空白畫布”。研究者可根據(jù)目標菌的代謝特點，精確添加單一碳源（如葡萄糖、苯甲酸、甲烷）、氮源（如NH?Cl、NO??或尿素）及特定金屬，實現(xiàn)代謝通路、降解基因或耐受機制的單變量研究。BM的高純度與低背景使其成為環(huán)境微生物分離的優(yōu)先。取河水或土壤浸提液，經(jīng)0.22 μm過濾除菌后，取1 mL加入含BM的50 mL血清瓶，再投加目標污染物（如50 mg L?1多環(huán)芳烴），28℃、150 r/min培養(yǎng)7天，即可富集到以該污染物為碳能源的降解菌群。繼代3次后，稀釋涂布于含BM的固體平板，菌落純化率可達90%以上，極大減少雜菌干擾。此外，BM培養(yǎng)基在合成生物學中亦扮演重要角色。研究者可在BM中添加特定濃度的13C-葡萄糖或1?N-NH?Cl，實現(xiàn)全菌體同位素標記，為蛋白質(zhì)組、代謝流分析提供干凈背景；也可通過缺鐵、缺鋅的BM，研究金屬調(diào)控蛋白的功能。隨著人們對環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的關(guān)注不斷增加，生物脫膠技術(shù)越來越受到重視。大豆白氏菌

施氏芽孢桿菌（Bacillus smithii）是芽孢桿菌屬中少見的“高溫工匠”，標準菌株 JCM 9076 更早從堆肥深處分離，可在 30–65 ℃、pH 4.5–9.0 范圍內(nèi)旺盛生長，更適溫度 55 ℃，芽孢耐 100 ℃沸水 2 h 仍存活，是驗證高壓蒸汽滅菌的指示菌之一。其耐熱關(guān)鍵在于芽孢內(nèi)高濃度吡啶二羧酸鈣（DPA-Ca）結(jié)合低水分狀態(tài)，配合小分子熱休克蛋白，使酶與 DNA 在高溫下依舊穩(wěn)定。2024 年，中國團隊從湖南鎘污染稻田篩選到解磷菌株 M2（保藏號 CCTCC M2024167），鑒定為 B. smithii。該菌可在 50 mg L?1 Cd2?、6 % NaCl 條件下正常分泌有機酸，將難溶磷酸鈣轉(zhuǎn)化為磷，盆栽玉米根際有效磷提高 42 %，籽粒鎘含量下降 35 %，實現(xiàn)“增磷減鎘”同步完成。在工業(yè)酶方向，施氏芽孢桿菌是“高溫酶工廠”。其耐堿性 α-淀粉酶更適溫度 70 ℃，在淀粉液化、紡織退漿中可省去降溫環(huán)節(jié)，節(jié)能 15 %；耐熱蛋白酶在 60 ℃、30 % 乙醇中仍保持 80 % 活性，為生物煉制提供新型催化劑。農(nóng)業(yè)應用上，M2 菌株與秸稈堆肥復配，可使堆體 24 h 升至 65 ℃，纖維素降解率提高 30 %，堆肥周期縮短 7 d；作為功能性菌劑，每畝基施 200 g 菌粉，冬小麥越冬前磷吸收量提高 18 %，分蘗數(shù)增加 1.2 個，對后期倒伏有明顯緩解作用。單孢酵母浸麻類芽孢桿菌（Bacillus rettgeri）作為一種特殊的微生物，為這一課題提供了極具潛力的解決方案。

耐熱芽孢芽孢桿菌（Geobacillus stearothermophilus，舊稱Bacillus stearothermophilus）是微生物世界的“高溫鐵人”。其更適生長溫度55–65 ℃，芽孢可耐100 ℃沸水2小時、紫外線輻照8小時仍存活，被廣用于檢驗高壓滅菌效果。該菌的耐熱密碼在于：細胞膜富含支鏈脂肪酸和鈣-吡啶二羧酸復合物，降低膜流動性；組蛋白樣蛋白緊緊包裹DNA，防止高溫斷裂；同時擁有一套高效熱休克蛋白（Hsp）系統(tǒng)，可快速修復變性蛋白。在工業(yè)酶領(lǐng)域，耐熱芽孢芽孢桿菌是“催化劑工廠”。其分泌的耐高溫α-淀粉酶在90 ℃、pH 6.0條件下活性比較高，可將淀粉液化時間縮短一半，廣用于酒精、制糖、紡織退漿，年市場需求超萬噸；耐熱蛋白酶則在60 ℃仍保持80%活性，可用于洗滌劑，提高低溫洗衣的去污力。此外，該菌還能合成耐高溫木聚糖酶和脂肪酶，在造紙漂白和生物柴油合成中展現(xiàn)潛力。農(nóng)業(yè)與環(huán)境方面，科學家將其與堆肥菌系復配，使堆溫迅速升至65 ℃，加速有機質(zhì)分解，殺滅病原菌和雜草種子，縮短堆肥周期30%；在油田，耐熱芽孢芽孢桿菌可耐受55 ℃、高鹽環(huán)境，利用原油為碳源，產(chǎn)生生物表面活性劑，提高采收率5–8%。

改良巴爾斯氏培養(yǎng)基基礎(chǔ)（不含硫酸亞鐵銨）是專為趨磁細菌Magnetospirillum gryphiswaldense等設計的高純度液體平臺。經(jīng)典巴爾斯配方中，硫酸亞鐵銨既作鐵源又兼還原劑，卻易氧化沉淀，導致批次差異大、磁小體晶型不均。改良版本徹底剔除該鹽，把鐵供給與氧化還原控制拆成兩步：基礎(chǔ)培養(yǎng)基只含乳酸鈉、琥珀酸鈉雙碳源，酵母粉0.05 %，K?HPO? 5 mmol，MgSO?、CaCl?及微量元素各1 mL L?1，pH 6.8±0.1，經(jīng)0.22 μm過濾除菌，保證無色透明、無沉淀，4 ℃可保存3個月。使用時，先在基礎(chǔ)液中通N?/CO?（80:20）除氧，再按實驗目標由無菌厭氧瓶補加可溶Fe(Ⅲ)-檸檬酸或FeCl?溶液，終濃度10–100 μmol，鐵形態(tài)與劑量可精確到0.1 μmol，避免傳統(tǒng)配方一次性投鐵產(chǎn)生的氧化應激。與此同時，通過微氧發(fā)酵系統(tǒng)把溶解氧穩(wěn)定在0.5 %空氣飽和度，氧化還原電位降至–50 mV，磁小體合成效率提升2.4倍，Cmag值達1.2以上，而細胞干重仍保持2 g L?1。改良基礎(chǔ)還兼容同位素標記與金屬摻雜：只需把??Fe-檸檬酸或CoCl?按1 at.%比例加入，即可制備高純度??Fe或Co摻雜磁小體，為M?ssbauer譜、磁熱療研究提供批次可重復的生物納米磁源。生物脫膠過程更加溫和，不會對纖維造成損傷，從而提高了纖維的質(zhì)量和強度。

膠凍樣類芽孢桿菌（Paenibacillus mucilaginosus）是土壤里會“熬膠”的硅酸鹽細菌。菌落圓潤、表面像果凍，能把礦物中的鉀、磷、硅一股腦解離出來，被農(nóng)民親切地稱作“天然第二鉀肥廠”。一、解礦機制它分泌多糖和有機酸，在鉀長石表面形成生物膜，質(zhì)子交換+絡合雙管齊下，把難溶的礦物鉀轉(zhuǎn)化為可溶性鉀，盆栽試驗顯示，土壤鉀含量可提高25%，相當于每畝白撿3公斤K?O。二、促生抗逆產(chǎn)IAA、 gibberellin，刺激玉米、土豆側(cè)根激增30%；生成的胞外多糖保水又固粒，使沙壤土含水率提升8%，幫助作物度過春旱。三、田間成績山東大蔥示范區(qū)，畝施200g（10? CFU/g）菌粉，蔥白粗度增加0.3 cm，產(chǎn)量提高12%，化肥鉀用量降20%；寧夏葡萄溝灌后，糖酸比更協(xié)調(diào)，果粉增厚，貨架期延長5天。四、工業(yè)發(fā)酵以糖蜜-玉米漿為培養(yǎng)基，28℃、200 r/min發(fā)酵36 h，芽孢數(shù)可達5×10? CFU/mL，噴霧干燥存活率>90%，與腐熟雞糞造粒，制成“生物硅鉀肥”，存放18個月活菌仍大于2億/克。五、未來方向科學家正把耐鹽堿、耐重金屬基因簇導入該菌，構(gòu)建“解鉀-降鹽-鈍化鎘”三合一工程菌，讓鹽堿灘、礦區(qū)復墾地也能長出高產(chǎn)莊稼。該菌的耐熱密碼在于：細胞膜富含支鏈脂肪酸和鈣-吡啶二羧酸復合物，降低膜流動性。大豆白氏菌

這種能力使其在微生物界中獨樹一幟，也為它在多個領(lǐng)域的應用提供了基礎(chǔ)。大豆白氏菌

嗜鹽鹽漬微菌（Halomonas sp.）是一類生活在海水、鹽湖、鹽堿土壤等高鹽環(huán)境中的革蘭氏陰性桿菌，更適 NaCl 濃度 3 %，但可在 1 %–25 % 鹽度范圍內(nèi)存活，堪稱“輕-中嗜鹽標兵”。菌落乳白色、邊緣整齊，短桿狀細胞具單極鞭毛，能形成胞外多糖，既吸附 Na? 緩解滲透脅迫，又便于自身在固體表面形成生物膜。其耐鹽策略采用“相容溶質(zhì)”模式：細胞內(nèi)大量積累四氫嘧啶（ectoine）和脯氨酸，不干擾酶活；膜脂含磺化糖蛋白 S 層，負電荷屏蔽高陽離子，維持膜結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。因此，在鹽度突變、重金屬并存時仍能快速繁殖。環(huán)境工程上，Halomonas sp. 是“高鹽脫氮王”。新疆鹽湖菌株 5505 在 8 % NaCl 下對氨氮、硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮去除率分別達 100 %、94 % 和 74 %，氮素主要通過同化作用進入菌體，污泥產(chǎn)量低，為高鹽廢水生物凈化提供了高效菌種資源。另有菌株 PH4-5 可在 3 %–12 % 鹽度下降解苯酚，68 h 去除率 > 90 %，為含鹽含酚工業(yè)廢水處理帶來新思路。農(nóng)業(yè)方面，Halomonas 能溶解鉀長石、釋放鉀，并分泌 IAA 促進作物根系在鹽堿地生長；與藻共生時，還可利用微藻釋放的甘油作碳源，實現(xiàn)“菌-藻”聯(lián)合修復高鹽鹽堿土。大豆白氏菌