嗜盐喜盐芽孢杆菌

堀越氏芽孢杆菌（Bacillus horikoshii）是20世纪90年代由日本科学家堀越等从碱性温泉沉积物中分离出的嗜碱菌，也是国际公认的模式菌株（ATCC 700161）[ ^82^ ][ ^84^ ]。菌体杆状、革兰氏阳性，可形成椭圆芽孢，更适pH 8.5–9.5、温度30–37 ℃，在Na₂CO₃浓度50 g L⁻¹的极端环境中仍能正常代谢，被称为“天然碱性细胞工厂”。一、耐碱机制基因组编码多拷贝Na⁺/H⁺逆向转运蛋白（mnh、nhaC）和碳酸酐酶，可将胞内多余Na⁺排出，并将CO₃²⁻转化为HCO₃⁻，维持胞内pH稳态；细胞壁肽聚糖含高比例二氨基庚二酸，增强膜稳定性，为高温高碱酶的高效表达提供平台。二、工业酶潜力其耐碱淀粉酶、普鲁兰酶更适pH 9–10，90 ℃半衰期>2 h，已用于淀粉糖化“一步法”，可省略传统工艺中的中和环节，节能15 %；耐碱蛋白酶在洗涤剂中可去除血渍、奶渍，低温活性优于市场同类酶20 %。三、农业与环境应用菌株P1具备“溶磷-钝化重金属”双重功能：在pH 9、Cd²⁺ 50 mg kg⁻¹条件下，仍可将难溶磷酸钙转化为磷277 mg kg⁻¹，同时胞外多糖吸附Cd²⁺，使水稻籽粒镉含量下降35 %，产量提高18 %。

侄子根瘤菌是土壤里的微型氮厂，直径不过微米，却能把天空搬上餐桌。当春雨浸润，休眠的它随水流游向豆科稚嫩的根毛，像机敏的牧羊犬识别前列声啼哭。双方以化学密语互通：根分泌类黄酮，菌回赠Nod因子，根毛收到暗号立刻蜷曲内陷，把菌请进“客厅”，并发出指令让皮层细胞分裂，几天便鼓出粉白瘤状“育婴室”。瘤内氧气被植物合成的血红蛋白调到恰好，菌体也变形为膨大“类菌体”，固氮酶开始运转，把空气中占七成却极稳定的N₂裂成NH₃，再经谷氨酰胺合成酶转化为氨基酸，沿维管束昼夜输送给宿主，自己只留一口碳糖作为“房租”。温室示踪显示，一亩接种的春豌豆可少施18公斤尿素，籽粒蛋白却增3.6%，相当于多收两袋奶粉；收获后根瘤脱落，矿化释氮，后茬玉米吸氮量提15%，土壤硝态淋失降四成，地下水不再喊“又咸又绿”。在西南山区，农民把菌剂与草木灰拌种，坡地扁豆亩产翻半，省钱买化肥，村里小学因此添了图书角。更妙的是，菌渣富含多糖，能把沙粒粘成团粒，三年后板结田的孔隙度增加一成，蚯蚓回归，雨后不再硬如砖。如今生物公司把菌液封装成铝箔袋，春耕拌种即可，比化肥便宜三成，比粪肥干净百倍。斯氏李斯特氏菌其适生长温度55–65 ℃，芽孢可耐100 ℃沸水2小时、紫外线辐照8小时仍存活，被广用于检验高压灭菌效果。

甲基营养型芽孢杆菌是土壤里的“碳链炼金师”。它以甲醇、甲胺等一碳化合物为主食，却能把这些常被忽视的小分子变成高值产物。菌体在含甲醇的培养基中迅速萌发，分泌甲醇脱氢酶，将有毒的甲醇先氧化为甲醛，再经RuMP循环固定为果糖-6-磷酸，既获得能量，又合成自身所需碳骨架。整套反应在pH 7、30℃下效率比较高，甲醇转化率可达理论值的92%，远高于化学催化。更难得的是，它同时是一株“生物兵工厂”。在利用甲醇的同时，甲基营养型芽孢杆菌能合成表面活性素、泛革素等脂肽，对黄瓜枯萎、辣椒疫霉、番茄青枯的抑菌带宽达25-30毫米；其挥发性的3-甲基-1-丁醇、2-甲基吡嗪可诱导植物系统抗性，使棉花黄萎病指下降40%。田间试验表明，每亩用200克菌粉滴灌，玉米根际甲醇天然浓度降低60%，植株叶绿素提高1.5个SPAD单位，产量增加8%，且农药使用量减少三成。工业端，科研团队把聚-γ-谷氨酸合成酶基因导入甲基营养型芽孢杆菌，使其在消耗甲醇的同时产出高黏度γ-PGA，可作为保水剂、絮凝剂或医用敷料；5吨罐分批发酵，γ-PGA产量达25 g/L，成本比传统谷氨酸发酵低20%。此外，其芽孢可耐沸水煮15分钟、紫外照射两小时，喷雾干燥存活率超过90%，为大规模制剂化提供了便利。

异常嗜冷芽孢杆菌（Bacillus psychrodurans）是芽孢杆菌家族里的“极地居民”。它可在−2 ℃缓慢生长，更适温度只15 ℃，比较高不超过30 ℃，却能在南极冻土、深海沉积物中形成椭圆芽孢，耐−20 ℃冷冻和反复冻融，被视作研究低温适应的模式菌之一。其“耐寒密码”有三重：细胞膜富含支链和短链脂肪酸，保持流动性；冷休克蛋白Csp与RNA伴侣协同，防止核酸二级结构冻结；兼产低温活性酶，在4 ℃仍具80 %活力，为冬季生物过程提供催化可能。在农业上，菌株L-4分泌IAA 18 mg·L⁻¹并溶磷2.3 mg·L⁻¹，4 ℃下仍使冬小麦根长增25 %，返青期提前5天，分蘖数提高一成，相当于给作物“穿”上生物羽绒服。工业端，它的耐冷蛋白酶已在洗涤剂中试用，10 ℃洗衣去污力提升30 %，节能20 %；低温淀粉酶可将糖化温度由60 ℃降至35 ℃，为冬季酒精发酵省蒸汽、减碳排。环境修复方面，菌株ANT-1在−5 ℃、10 %盐度下60天降解柴油60 %，为极地溢油、寒区输油管泄漏提供原位生物修复方案。未来，借助合成生物学，把异常嗜冷芽孢杆菌的“冷酶+冷激”模块植入生产菌，有望实现“零加热”生物制造，让微生物在冰水里也能为人类催化价值反应。小小嗜冷芽孢杆菌，用极端低温下的生存智慧，把寒冷转化为绿色科技的新动能。它以甲醇、甲胺等一碳化合物为主食，却能把这些常被忽视的小分子变成高值产物。

PS培养基（Peptococcus Broth），又名消化球菌肉汤，是专为厌氧革兰阳性球菌——消化球菌属（Peptococcus）及消化链球菌（Peptostreptococcus）等严苛厌氧菌设计的富营养液体培养基。关键配方含胰酪蛋白胨15 g、酵母粉5 g、葡萄糖5 g、L-半胱氨酸0.5 g、NaCl 5 g，补水至1 L，pH 7.2±0.1。L-半胱氨酸兼具还原与硫源，可瞬间降低氧化还原电位至-200 mV，无需额外预还原，即开即用；葡萄糖提供可发酵碳源，使菌体在6 h内进入对数期，12 h活菌数可达10⁹ CFU/mL，满足快速扩增需求。临床检验中，PS培养基常被用于厌氧菌血培养增菌：将5 mL静脉血直接注入含PS的真空厌氧瓶，35℃静置培养48 h，若瓶底出现絮状沉淀、培养液混浊并伴酸臭，即提示可能存在消化球菌或厌氧链球菌沾染；结合MALDI-TOF质谱，可在72 h内完成种水平鉴定，比传统厌氧平板法缩短2天。科研领域，PS肉汤亦是研究厌氧菌铁代谢、短链脂肪酸产量的优先平台：只需在基础液中去除葡萄糖，换用可溶性淀粉或乳酸钠，即可考察不同碳源对丁酸、己酸合成路径的影响；若添加0.1 %血红素，更能启动厌氧呼吸链，使细胞干重提升30%。质量控制方面，PS培养基灭菌后应呈浅黄色透明，若氧化变粉，需弃用。功能层面，巴基斯坦赖氨酸芽孢杆菌表现出“促生-抗病-解决”三合一特性。浅灰溶蛋白链霉菌

其芽孢可抗紫外、耐干燥，货架期长达24个月，为商品化奠定基础。嗜盐喜盐芽孢杆菌

绿色绿芽菌（Blastochloris viridis）是一株绿色、能出芽的光合细菌，隶属α-变形菌纲芽生绿菌属。菌体圆形至卵圆，具极生鞭毛，可活跃游动；革兰氏阴性，无芽孢，不形成芽孢链，通过不对称出芽繁殖，是光合菌中少见的“芽殖型”。它的培养物呈橄榄绿至翠绿，源于细菌叶绿素b与类胡萝卜素的组合，吸收波段集中在700-900 nm近红外区，可在弱光或近红外环境中进行不产氧光合，为光能异养生长提供优势。更适生长温度30℃，pH 6.8-7.5，盐度0-6%，兼性微好氧，黑暗条件下也能缓慢呼吸增殖，适应淡水到河口多种生境。绿色绿芽菌的光合内膜为囊泡状，含Q-8、Q-10、MK-7、MK-9等醌类，G+C mol% 66-71，系统发育与红游动菌属更接近。其反应中心结构与电子传递链已被解析，是研究光能转化和人工光合器件的模型生物。应用方面，菌株ATCC 19567常用于教学与科研；因其能利用低级脂肪酸和多种有机酸，也被探索用于高浓度有机废水处理，可在光照厌氧反应器中同步去除COD并回收单细胞蛋白，为“光合-净水-资源”一体化提供新思路。随着合成生物学发展，绿色绿芽菌的细菌叶绿素b合成基因簇已被克隆，为构建近红外驱动细胞工厂奠定了遗传基础。嗜盐喜盐芽孢杆菌