叶静邬贤芳安顺学院贵州561000
摘要低温微生物在地球上分布广泛，且其在低温环境下特殊的生命活动对自然界的物质转换和物质循环影响重大。本文在简单介绍了低温微生物的区系和分子机制后，重点分析了低温微生物在环境保护中应用及其重要作用，对进一步进行低温微生物研究和低温微生物的实际运用都有重要作用。
关键词低温；微生物；环境保护
低温环境广泛存在于地球这个大而复杂的生态系统中，如平均温度只有5度的两极地区占了14%的地球面积，还存有地球上90%的海水；冷库、冰川、高山地区也有许多低温环境。能在这些低温环境中生存下来的即冷适应微生物。生物学家Morita仔细研究了冷适应微生物，并根据其概念进一步引申将冷适应微生物分为两类。一类是嗜冷菌，这种微生物可以生活在0℃-20℃环境下，当温度为15℃时，最适宜其生长；另一种是耐冷菌，最低可生活于0-5℃，生长的最高温度大于20℃，最适宜生长温度也高于15℃。这些冷适应微生物虽然生活在人烟稀少的地区，但其在低温环境下生命活动直接影响着自然界的物质转化和物质循环。由此可见，对低温微生物的研究具有重要的理论意义和实际意义。
一低温微生物的区系
低温微生物广泛分布于地球上各个区域，不同区域内存在的微生物属于不同的生物区系，目前生物学家已发现多种微生物菌。下面本文将根据Morita对低温微生物的分类分别找出所属类别下包含的微生物。
1耐冷菌
耐冷菌分布的区域较嗜冷菌更加广泛，是因为它在一定的温度波动下能保持生命活动，在常冷及温度不稳定的环境中均可存活，所以在南北两极地区、高山、海洋、冷藏食品、冷库中都可见其身影。常见的有盐单胞菌属（Halomonas）、假单胞菌属（Pseudomonas）、嗜冷杆菌属（Psychrobacter）、假交替单胞菌属（Pseudoalteromonas）、节杆菌属（Arthrobacter）、动性球菌属（Planococcus）、生丝单胞菌属（Hyphomonas）、鞘氨醇单胞菌属（Sphingomonas）、盐杆菌属（Halobacillus）。
2嗜冷菌
终年常冷区域是嗜冷菌的主要分布区域，该类菌种含有蓝细菌、酵母菌、真菌、藻类、真细菌等。其中革兰氏阴性杆菌在嗜冷菌中数量最多。其中生物学家研究最多的是真细菌，真细菌又可分为异养菌和自养菌、好氧菌和厌氧菌。已经被生物学家发现的嗜冷菌种属主要有：动性球菌属（Planococcus）、微球菌属（Micrococcus）、假单胞菌属（Pseudomonas）、黄杆菌属（Flavobacterium）、梭菌属（Clostridirm）和节杆属（Arthobacter）、螺菌属（Spirillum）噬纤维菌属（Cytophaga）、产碱菌属（Alcaligenes）、弧菌属（Vibrio）等。
二低温微生物适应性的分子机制
由于低温微生物习惯于低温环境，他们的身体形成了一系列满足其低温环境下生活的生存机制。一旦温度发生变化，低温微生物可通过调节细胞膜脂的结构和流动性来适应改变的温度。细胞膜脂的改变要依靠脂肪酸，随着不饱和脂肪酸比例的增加，微生物的适应逐渐变强。当微生物生长环境温度降低，体内基因形成短链，脂肪酸甲基分变多。所以要保证代谢的正常惊醒，必须要增加支链脂肪酸数量、减少环状脂肪酸数量和合成冷激蛋白数量。
三低温微生物应用于环境污染物治理
低温微生物分布广泛，只能在0-30℃的温度下生存。许多造成环境污染的物体也生存与相似的温度下。这就启发人们将低温微生物应用于降解有机污染物。在低温下进行生物处理，耐冷菌和嗜冷菌都产生出一种低温酶，能加速污染物的降解。运用低温微生物降解污染物有很多好处，如它对空间和运载速度没有太高要求；处理过程中对周围环境温度不会产生太大影响；使用户外嗜冷菌反应器可减少加热、冷却设备的投入。下面，本文将详细分析低温微生物在工业生存、环境保护上的巨大作用。
1对生活污水的生物处理
在冬季气温极低的寒冷地区，中温菌无法在带代谢外源物质，导致了对生活污水生物处理达不到理想效果。这时，可以将耐冷菌投放到活性污泥中来改善水质。实验结果表明，冬季气温降低时，将耐冷菌投入到处理池中，污水COD的去除率高达89%，大大提高了寒冷地区冬季生活污水处理效率。
2对污水中氮和磷的去除
氮和磷是污水中的常见污染物，他们能使水体营养化，破坏水质。生物法可有效去除氮和磷，但在低温环境下，微生物对氮和磷的去除效果变得较差。科学家从温度很低的南北极分离出耐冷丝状蓝细菌（Cyanobacteria）。将他们用于低温状态下污水中的氮和磷处理，效果十分理想。
3对石油烃类的分解
针对土壤、水域和海洋中经常遇到的石油烃类污染物，也可使用耐冷菌进行生物修复。由于石油烃类污染物与水不相容，遇低温使时易凝结成固态，这使得耐冷菌和嗜冷菌的难以发挥其效用。所以，石油烃类污染物的修复文题一直困扰着许多人。直到20世纪80年代，有生物学家提出可以在土壤、海洋的石油烃类污染物中分离出一种低温微生物，并将其发展成为重要的能源和碳源。
4对氯酚类物质的降解
木材防腐剂中常含有氯酚和五氯酚，地表水和地下水的污染也多源于此。对氯酚类物质的降解可有效保护水质，还有助于农药产品的化学降解。在室温下生物降解氯酚效果较好，但地下水通常温度较低，这时加入耐冷菌可有效降解低温沉积物和水肿的氯酚：5-7℃下，氯酚污染量为每升740克，净水率达99%。计算结果表明，常温下降解氯酚类物质的费用比使用低温微生物在低温环境下的高出两倍多。
5对芳香烃类的降解
酚、甲苯、萘、菲、蒽都属于芳香烃类化合物，他们广泛用于建筑材料中，对人体和环境都有很大伤害，却很难被微生物降解。但是生物学家经实验证明耐冷菌分支下的Churchill却能够成功降解芳香脂肪烃类化合物；假单胞菌在低温下也能有效降解苯酚。
6对脂肪类物质的降解
人们最早开始关注低温微生物是由于他能使保险的食品腐败，生物学家还在冷藏的食品中分离出了耐冷菌，可用于脂肪类物质降解。这一功能给环境工程师带来了启发，他们将分离出的耐冷菌用于处理屠宰产和食品加工厂的低温废水，处理效果很好。还有生物学家从中分离出假单胞菌用于降解甘油三羧酸酯，由此克隆出的脂肪酶基因还能用于大肠杆菌中。
四结语
从上文的分析中可以看出，低温微生物具有很强的生物降解能力，它们的分解代谢途径、代谢基因多样，在低温环境下使用往往能取得很好地效果。目前，学界关于低温微生物的工作机制和没有明确解释，导致低温微生物的使用率不高。但是我们相信，随着相关研究的深入，低温微生物一定会被应用于更多领域。
参考文献
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