食丁酸芽胞桿菌

威氏芽孢桿菌是土壤里低調(diào)的“多面手”。它先以桿狀活菌在根際游弋，一遇干旱、高溫便迅速縮成厚壁芽孢，可耐沸水煮十分鐘、紫外曝曬兩小時(shí)，仍能在十年后遇水萌發(fā)。植保學(xué)家把它當(dāng)“殺菌劑”：芽孢復(fù)蘇后分泌表面活性素、伊枯草菌素，像微型剪刀刺破病原菌膜，對(duì)白絹、根腐、灰霉的抑制率超七成；同時(shí)誘導(dǎo)植物開啟系統(tǒng)抗性，番茄未染病就先“武裝”葉片。溫室試驗(yàn)顯示，每畝用兩百克菌粉拌基質(zhì)，黃瓜枯萎率降四成，農(nóng)藥少打一半，果實(shí)仍青亮。更妙的是，它能分解有機(jī)磷長鏈，釋放正磷酸供作物吸收，相當(dāng)于給土壤配了“微肥”。東北大豆連作田因它緩解“磷饑餓”，畝產(chǎn)增8%。如今，生物公司以玉米漿發(fā)酵罐培養(yǎng)，把芽孢制成可濕性粉劑，拌種、滴灌皆宜，保質(zhì)期兩年，運(yùn)輸不必冷鏈?？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。小小威氏芽孢桿菌，用微米之軀守護(hù)綠色豐收，讓農(nóng)藥瓶少一個(gè)，飯碗多一粒。溫室示蹤顯示，一畝接種的春豌豆可少施18公斤尿素，籽粒蛋白卻增3.6%，相當(dāng)于多收兩袋奶粉。食丁酸芽胞桿菌

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(dòng)；革蘭氏陰性，無芽孢，不形成芽孢鏈，通過不對(duì)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(dòng)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(jí)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(dòng)細(xì)胞工廠奠定了遺傳基礎(chǔ)。桿菌狀鏈霉菌基因組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。

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(biāo)兵”。菌落乳白色、邊緣整齊，短桿狀細(xì)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(xì)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(fù)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(shí)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(duì)氨氮、硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮去除率分別達(dá) 100 %、94 % 和 74 %，氮素主要通過同化作用進(jìn)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(jìn)作物根系在鹽堿地生長；與藻共生時(shí)，還可利用微藻釋放的甘油作碳源，實(shí)現(xiàn)“菌-藻”聯(lián)合修復(fù)高鹽鹽堿土。

史氏芽孢桿菌（Bacillus smithii）是芽孢桿菌屬中嗜熱分支的，標(biāo)準(zhǔn)菌株 JCM 9076 更初從高溫堆肥中分離，能在 55 ℃、pH 6.5 條件下旺盛生長，芽孢可耐 100 ℃沸水 2 h，是驗(yàn)證高壓滅菌效果的指示菌之一。其細(xì)胞壁含特殊脂肪酸，膜脂熔點(diǎn)高，配合小分子熱休克蛋白，使核糖體和 DNA 在高溫下仍保持構(gòu)象穩(wěn)定，賦予菌體“耐熱盾牌”。2024 年，中國團(tuán)隊(duì)從鎘污染稻田篩選到解磷菌株 M2（保藏號(hào) CCTCC M2024167），鑒定為 Bacillus smithii。該菌兼具三重抗逆：耐鹽 6 %、耐鎘 50 mg·L?1，并能在 pH 4.5–9.0 范圍內(nèi)正常分泌有機(jī)酸，將難溶磷酸鈣轉(zhuǎn)化為磷，盆栽試驗(yàn)中使玉米根際有效磷提高 42 %，籽粒鎘含量下降 35 %，實(shí)現(xiàn)“增磷減鎘”同步完成。在酶制劑方向，史氏芽孢桿菌是“高溫酶工廠”。其胞外堿性淀粉酶更適溫度 70 ℃，在洗滌劑、烘焙和酒精濃醪發(fā)酵中可省去降溫環(huán)節(jié)，節(jié)能 15 %；耐有機(jī)溶劑蛋白酶可在 60 ℃、30 % 乙醇環(huán)境中保持 80 % 活性，為生物煉制提供新型催化劑。農(nóng)業(yè)應(yīng)用上，M2 菌株可與秸稈堆肥復(fù)配，使堆體溫度 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，每畝隨基肥施入 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(gè)，對(duì)后期倒伏有明顯緩解作用。沙福芽孢桿菌是土壤里的“休眠戰(zhàn)士”。環(huán)境宜人時(shí)，它像普通桿菌分裂繁殖。

堀越氏芽孢桿菌（Bacillus horikoshii）是20世紀(jì)90年代由日本科學(xué)家堀越等從堿性溫泉沉積物中分離出的嗜堿菌，也是國際公認(rèn)的模式菌株（ATCC 700161）[ ^82^ ][ ^84^ ]。菌體桿狀、革蘭氏陽性，可形成橢圓芽孢，更適pH 8.5–9.5、溫度30–37 ℃，在Na?CO?濃度50 g L?1的極端環(huán)境中仍能正常代謝，被稱為“天然堿性細(xì)胞工廠”。一、耐堿機(jī)制基因組編碼多拷貝Na?/H?逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（mnh、nhaC）和碳酸酐酶，可將胞內(nèi)多余Na?排出，并將CO?2?轉(zhuǎn)化為HCO??，維持胞內(nèi)pH穩(wěn)態(tài)；細(xì)胞壁肽聚糖含高比例二氨基庚二酸，增強(qiáng)膜穩(wěn)定性，為高溫高堿酶的高效表達(dá)提供平臺(tái)。二、工業(yè)酶潛力其耐堿淀粉酶、普魯蘭酶更適pH 9–10，90 ℃半衰期>2 h，已用于淀粉糖化“一步法”，可省略傳統(tǒng)工藝中的中和環(huán)節(jié)，節(jié)能15 %；耐堿蛋白酶在洗滌劑中可去除血漬、奶漬，低溫活性優(yōu)于市場同類酶20 %。三、農(nóng)業(yè)與環(huán)境應(yīng)用菌株P(guān)1具備“溶磷-鈍化重金屬”雙重功能：在pH 9、Cd2? 50 mg kg?1條件下，仍可將難溶磷酸鈣轉(zhuǎn)化為磷277 mg kg?1，同時(shí)胞外多糖吸附Cd2?，使水稻籽粒鎘含量下降35 %，產(chǎn)量提高18 %。

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。食丁酸芽胞桿菌

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。食丁酸芽胞桿菌