极端环境下的微生物及其生物地球化学作用

杨保国(宁夏地球物理地球化学勘查院，宁夏 银川 750004)

极端环境就是指环境中存在一些特有的化学以及物理物质，如高低温、强酸、高盐、高压、高辐射等条件。而所谓的极端微生物就是指能够在极端环境中生活的微生物，如嗜热菌、嗜盐菌以及抗辐射、耐干燥的微生物[1]。近年来，极端环境下微生物的研究不仅是微生物重点的发展领域，而且也得到了许多研究者的广泛关注，由此可见极端环境下微生物的研究是非常重要的，文章以几种极端微生物为例，详细的探讨微生物在生物地球化学中的作用。

1 极端微生物嗜热菌

1.1 嗜热菌的概念

嗜热菌主要生活在热环境中，具有较强的耐热性，如火山口的周围地区、工厂的高温废水排放区等温度较高的地方。虽然嗜热菌具有较强的耐热机制，但是根据不同的温度也可以将嗜热菌分为3个等级。①极端嗜热菌，极端嗜热菌一般情况下生长在65摄氏度的高温中，而最高生长温度可以达到75摄氏度，最低温度不能低于40摄氏度，现如今在我国共发现了20多种极端嗜热菌，大部分都生存在火山的周围地区[2]。②专性嗜热菌，该种嗜热菌生长地方的温度为55摄氏度，生长的温度不能低于40摄氏度，否则就会死亡。③兼性嗜热菌，该种嗜热菌既能在低于55摄氏度的温度中生长，而且又能在常温的范围中长期的生长。

1.2 嗜热菌的地球化学作用

由于嗜热菌其自身的特点，使得其能够参与到许多生物物质的化学反应中。在微生物成矿、冶金、有机物的分解以及地球的循环中都起着十分重要的作用。在热环境中，嗜热菌无论是直接吸附矿物颗粒，还是通过代谢的产物，都会对比周围的pH值以及氧化条件进行改变，并影响到地球的化学循环。同时，嗜热菌通过吸附作用可以将矿元素进行聚集，为矿床提供资源，并通过新陈代谢的作用，产生出特殊的氧化条件，从而使得矿物出现溶解、迁移和沉淀的现象。另外嗜热菌在高温的条件下还具有非常强大的生物降解能力和转化能力，使得有机物转化为无机物。

2 极端微生物嗜盐菌

2.1 嗜盐菌的概念

在广阔的自然界中，存在着许多高盐度的地区，如死海、里海、沿海的礁石等地区，而在这时高盐地区能够存活的微生物也只有嗜盐菌微生物，嗜盐菌具有较强的抗高渗透性，目前，我国发现的嗜盐菌微生物也主要分为3种：①抗盐微生物，该种微生物适合生长在盐浓度较低的地方，如绿色杜氏藻；②中度嗜盐微生物，其适合生长在盐浓度适中的区域，主要由真细菌、蓝细菌之类的微生物；③极端嗜盐微生物，该种微生物可以直接生长在盐浓度较高的区域中，生长在该区中的微生物是古细菌，分别为盐球菌和盐杆菌。

2.2 嗜盐菌的地球化学作用

由于嗜盐菌具备特殊的生存机制，因此能够对生物圈以及地球圈中的奥秘以及生物的进化方面进行最大程度的揭示。嗜盐菌一般情况下都是生存在深海的沉积物中，由于深海沉积物的稳定性以及非扰动性较强，使得许多古代微生物的遗迹都保留在深海的沉积物中。根据探索人员探索的信息可以得知，深海沉积物的不同层次嗜热菌的种群和数量也是不同的。同时由于嗜盐菌生活在深海的盐沉积物中，人们认为在深海的盐沉积中保留着大量的古代细菌，而现如今这一猜测已经得到了人们的证实。根据相关资料表明，在靠近新墨西哥州的二叠系沉积层中分离出了许多曾为被发现的嗜盐古菌，而嗜盐古菌的采集区域也都没有被深海扰动过，从而对生物地球化学的研究起着十分重要的作用。

3 极端微生物嗜酸菌

3.1 嗜酸菌的概念

在自然界中不仅存在着高盐度的地区，而且还存在着许多的强酸环境，如酸性温泉、废铜矿堆以及酸性土壤等地区，而在该种强酸环境中生长的微生物就被称为嗜酸微生物。一般情况下，在酸性的环境中首先出现的是能氧化的化能自养菌，当化能自养菌出现大量的增殖后，就会出现嗜酸菌。现如今，嗜酸菌主要分为自养嗜酸细菌和异养嗜酸细菌两种类型。

3.2 嗜酸菌的地球化学作用

嗜酸热古菌是现如今地球上最古老的生命形式，在生物的冶金以及地球化学元素的循环中起着十分重要的作用。现如今氧化亚铁硫杆菌已经被广泛的应用到了硫化物的矿床中，尤其是黄铁矿以及黄铜矿的生物淋滤中，通过试验可以得知嗜酸菌能够对硫作物中的重金属元素进行很强的溶解，如络元素、铜元素、锌元素等。同时嗜酸菌对铜元素、铁元素、锌元素等元素在酸水环境中的地球化学元素的循环有着直接的影响，因此，在酸矿水的治理中，必须要找出相关的解决途径，从而对酸矿水中进行很好的治理。

4 结语

极端环境下的微生物是人类无法想象的生物资源，不仅能够为国家生物的科研提供珍贵的素材，而且对生物地球化学元素的循环也有着直接的影响，因此随着科学技术水平的不断提高，人们要采用更为先进的办法检测极端微生物，从而发现越来越多的极端微生物，并对极端微生物资源进行大力的开发，为人类提供广阔的空间。

[1]陈骏,连宾,王斌.极端环境下的微生物及其生物地球化学作用[J].地学前缘,2006(6)：199-207.

[2]党宏月,李铁刚,曾志刚,秦蕴珊.深海极端环境深部生物圈微生物学研究综述[J].海洋科学集刊,2006(6)：41-60.