深層大洋芽孢桿菌

綠色綠芽菌（Blastochloris viridis）是一株綠色、能出芽的光合細(xì)菌，隸屬α-變形菌綱芽生綠菌屬。菌體圓形至卵圓，具極生鞭毛，可活躍游動；革蘭氏陰性，無芽孢，不形成芽孢鏈，通過不對稱出芽繁殖，是光合菌中少見的“芽殖型”。它的培養(yǎng)物呈橄欖綠至翠綠，源于細(xì)菌葉綠素b與類胡蘿卜素的組合，吸收波段集中在700-900 nm近紅外區(qū)，可在弱光或近紅外環(huán)境中進(jìn)行不產(chǎn)氧光合，為光能異養(yǎng)生長提供優(yōu)勢。更適生長溫度30℃，pH 6.8-7.5，鹽度0-6%，兼性微好氧，黑暗條件下也能緩慢呼吸增殖，適應(yīng)淡水到河口多種生境。綠色綠芽菌的光合內(nèi)膜為囊泡狀，含Q-8、Q-10、MK-7、MK-9等醌類，G+C mol% 66-71，系統(tǒng)發(fā)育與紅游動菌屬更接近。其反應(yīng)中心結(jié)構(gòu)與電子傳遞鏈已被解析，是研究光能轉(zhuǎn)化和人工光合器件的模型生物。應(yīng)用方面，菌株ATCC 19567常用于教學(xué)與科研；因其能利用低級脂肪酸和多種有機(jī)酸，也被探索用于高濃度有機(jī)廢水處理，可在光照厭氧反應(yīng)器中同步去除COD并回收單細(xì)胞蛋白，為“光合-凈水-資源”一體化提供新思路。隨著合成生物學(xué)發(fā)展，綠色綠芽菌的細(xì)菌葉綠素b合成基因簇已被克隆，為構(gòu)建近紅外驅(qū)動細(xì)胞工廠奠定了遺傳基礎(chǔ)?？茖W(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。深層大洋芽孢桿菌

嗜碳芽孢桿菌（Bacillus carboniphilus）是芽孢桿菌屬里少見的“高碳”。菌體桿狀、革蘭氏陽性，可形成橢圓芽孢，更適溫度 45–50 ℃，pH 7.0–8.5，可在高濃度可溶性淀粉、糖蜜或木質(zhì)纖維素水解液中快速生長，因而得名“碳愛好者”。一、高效利用碳源菌株 ATCC 700101 攜帶多拷貝 α-淀粉酶、普魯蘭酶和木聚糖酶基因，48 h 內(nèi)可將 15 % 淀粉液化糖化至還原糖 180 g L?1，轉(zhuǎn)化率 > 90 %，為濃醪發(fā)酵提供廉價糖源；與酵母共培養(yǎng)，乙醇產(chǎn)量提 12 %，蒸餾能耗降 8 %。二、高滲耐受胞內(nèi)積累相容溶質(zhì)四氫嘧啶，使菌體在糖濃度 300 g L?1、滲透壓 1.8 MPa 下仍保持 80 % 活性；芽孢耐 80 ℃ 30 min，便于濃糖液滅菌后直投，縮短發(fā)酵周期 12 h。三、農(nóng)業(yè)應(yīng)用菌株 BC-20 產(chǎn) IAA 20 mg L?1 并溶磷 2.9 mg L?1，玉米盆栽根長增 28 %，吸磷量提 22 %；與秸稈復(fù)配堆肥，堆溫 24 h 升至 65 ℃，纖維素降解率提高 30 %，堆肥周期縮短 7 d，殺滅病原菌和雜草種子效果明顯。四、工業(yè)酶潛力其耐熱耐堿普魯蘭酶更適 pH 9、65 ℃，已用于淀粉糖化“一步法”，節(jié)省中和酸 20 %；木聚糖酶在 pH 10、60 ℃仍保持 85 % 活性，用于紙漿漂白，氯用量減少 30 %，降低可吸附有機(jī)鹵化物（AOX）排放。大孢籃狀菌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%。

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(xì)胞膜富含支鏈脂肪酸和鈣-吡啶二羧酸復(fù)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(fù)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(xué)家將其與堆肥菌系復(fù)配，使堆溫迅速升至65 ℃，加速有機(jī)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%。

擴(kuò)散芽孢桿菌（Bacillus diffusus）是芽孢桿菌屬里的“運動健將”。菌體桿狀、周生鞭毛，在瓊脂表面可形成迅速擴(kuò)展的薄膜狀菌落，24 h內(nèi)直徑達(dá)80 mm，故得名“diffusus”。其更適生長溫度30–37 ℃，pH 6–9，耐干燥、耐紫外，芽孢可存活十年以上，為制劑化提供質(zhì)量特性。一、快速定殖菌株DSM 13271分泌大量胞外多糖，降低表面張力，使菌體在沙壤土中遷移速度提高3倍；與枯草芽孢桿菌復(fù)配，可形成“生物被膜”，優(yōu)先占據(jù)根際生態(tài)位，抑制病原菌入侵。二、廣譜抑菌擴(kuò)散芽孢桿菌產(chǎn)生diffusin脂肽，對番茄青枯、辣椒疫霉、棉花黃萎等病原菌抑菌帶寬達(dá)28 mm；溫室試驗顯示，畝用200 g菌粉滴灌，黃瓜枯萎病指下降45 %，農(nóng)藥用量減少三分之一。三、促生提質(zhì)菌株IAA產(chǎn)量25 mg·L?1，溶磷2.9 mg·L?1，并產(chǎn)揮發(fā)性2,3-丁二醇，誘導(dǎo)玉米側(cè)根增30 %，吸磷量提20 %；新疆鹽堿地示范，冬小麥千粒重增1.5 g，產(chǎn)量提高8 %。四、工業(yè)酶潛力其耐堿蛋白酶在pH 10、50 ℃下活性比較高，已用于洗滌劑，低溫去污力提升25 %；胞外多糖乳化力強(qiáng)，可作為鉆井泥漿降濾失劑，耐鹽達(dá)12 %。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。

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(xì)菌Magnetospirillum gryphiswaldense等設(shè)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(dǎo)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?zāi)繕?biāo)由無菌厭氧瓶補(bǔ)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(yīng)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(dá)1.2以上，而細(xì)胞干重仍保持2 g L?1。改良基礎(chǔ)還兼容同位素標(biāo)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(fù)的生物納米磁源。③分泌蛋白酶與脂肽，抑制番茄青枯、辣椒疫霉，病指下降四成。類阿達(dá)青霉

功能層面，巴基斯坦賴氨酸芽孢桿菌表現(xiàn)出“促生-抗病-解決”三合一特性。深層大洋芽孢桿菌

嗜堿芽孢桿菌（Bacillus alcalophilus）是芽孢桿菌屬的“高堿”。菌體桿狀、周生鞭毛，能在 pH 9–11 的極端堿性環(huán)境中旺盛生長，芽孢可耐 100 ℃ 沸水 30 min，是研究堿適應(yīng)與工業(yè)酶的模式菌株。一、耐堿機(jī)制基因組編碼多拷貝 Na?/H? 逆向轉(zhuǎn)運蛋白（nhaA、nhaC）和碳酸酐酶，將胞內(nèi)多余 Na? 泵出并維持 pH 穩(wěn)態(tài)；細(xì)胞壁肽聚糖富含 meso-二氨基庚二酸，膜脂分支化程度高，為高溫高堿酶表達(dá)提供穩(wěn)定平臺。二、工業(yè)酶寶庫其耐堿淀粉酶更適 pH 10、90 ℃，用于紡織退漿可省略中和步驟，節(jié)能 15 %；耐堿蛋白酶在 pH 11、40 ℃仍保持 90 % 活性，已列入無磷洗滌劑，血漬、奶漬去污力提升 30 %；耐堿木聚糖酶用于紙漿漂白，氯用量減少 30 %，降低可吸附有機(jī)鹵化物（AOX）排放。三、農(nóng)業(yè)應(yīng)用菌株 AB-10 產(chǎn) IAA 15 mg·L?1，并溶磷 2.6 mg·L?1，使玉米根系增 28 %，吸磷量提 18 %；與秸稈復(fù)配堆肥，24 h 堆溫升至 65 ℃，纖維素降解率提高 30 %，堆肥周期縮短 7 d，殺滅病原菌和雜草種子效果明顯。四、環(huán)境修復(fù)胞外多糖能吸附 Cd2?、Pb2?，吸附量分別達(dá) 50 mg·g?1 與 35 mg·g?1；在 pH 9 的蘇打鹽堿土中定殖后，水稻產(chǎn)量增加 10 %，土壤交換性鈉下降 15 %。深層大洋芽孢桿菌