深红沙雷氏菌

嗜碱芽孢杆菌（Bacillus alcalophilus）是芽孢杆菌属的“高碱”。菌体杆状、周生鞭毛，能在 pH 9–11 的极端碱性环境中旺盛生长，芽孢可耐 100 ℃ 沸水 30 min，是研究碱适应与工业酶的模式菌株。一、耐碱机制基因组编码多拷贝 Na⁺/H⁺ 逆向转运蛋白（nhaA、nhaC）和碳酸酐酶，将胞内多余 Na⁺ 泵出并维持 pH 稳态；细胞壁肽聚糖富含 meso-二氨基庚二酸，膜脂分支化程度高，为高温高碱酶表达提供稳定平台。二、工业酶宝库其耐碱淀粉酶更适 pH 10、90 ℃，用于纺织退浆可省略中和步骤，节能 15 %；耐碱蛋白酶在 pH 11、40 ℃仍保持 90 % 活性，已列入无磷洗涤剂，血渍、奶渍去污力提升 30 %；耐碱木聚糖酶用于纸浆漂白，氯用量减少 30 %，降低可吸附有机卤化物（AOX）排放。三、农业应用菌株 AB-10 产 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 %；与秸秆复配堆肥，24 h 堆温升至 65 ℃，纤维素降解率提高 30 %，堆肥周期缩短 7 d，杀灭病原菌和杂草种子效果明显。四、环境修复胞外多糖能吸附 Cd²⁺、Pb²⁺，吸附量分别达 50 mg·g⁻¹ 与 35 mg·g⁻¹；在 pH 9 的苏打盐碱土中定殖后，水稻产量增加 10 %，土壤交换性钠下降 15 %。随后，细菌释放信号，诱导根部细胞分裂，三天鼓出乳白根瘤，像给根系挂上微型氮肥厂。深红沙雷氏菌

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。深红沙雷氏菌更妙的是，它能分解有机磷长链，释放正磷酸供作物吸收，相当于给土壤配了“微肥”。

耐热芽孢芽孢杆菌（Geobacillus stearothermophilus，旧称Bacillus stearothermophilus）是微生物世界的“高温铁人”。其更适生长温度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。该菌的耐热密码在于：细胞膜富含支链脂肪酸和钙-吡啶二羧酸复合物，降低膜流动性；组蛋白样蛋白紧紧包裹DNA，防止高温断裂；同时拥有一套高效热休克蛋白（Hsp）系统，可快速修复变性蛋白。在工业酶领域，耐热芽孢芽孢杆菌是“催化剂工厂”。其分泌的耐高温α-淀粉酶在90 ℃、pH 6.0条件下活性比较高，可将淀粉液化时间缩短一半，广用于酒精、制糖、纺织退浆，年市场需求超万吨；耐热蛋白酶则在60 ℃仍保持80%活性，可用于洗涤剂，提高低温洗衣的去污力。此外，该菌还能合成耐高温木聚糖酶和脂肪酶，在造纸漂白和生物柴油合成中展现潜力。农业与环境方面，科学家将其与堆肥菌系复配，使堆温迅速升至65 ℃，加速有机质分解，杀灭病原菌和杂草种子，缩短堆肥周期30%；在油田，耐热芽孢芽孢杆菌可耐受55 ℃、高盐环境，利用原油为碳源，产生生物表面活性剂，提高采收率5–8%。

克劳氏芽孢杆菌（Bacillus clausii）是芽孢杆菌属中的“耐碱”，1915年由意大利克劳氏从碱性土壤中分离，菌体杆状、周生鞭毛，可在 pH 8–10.5、盐 0–12 % 的条件下旺盛生长，芽孢能耐受 100 ℃ 沸水 30 min，是研究极端碱适应的模式菌之一。一、耐碱机制基因组编码多拷贝 Na⁺/H⁺ 逆向转运蛋白（nhaC、mnh）与碳酸酐酶，可将胞内多余 Na⁺ 泵出并维持 pH 稳态；细胞壁肽聚糖富含 meso-二氨基庚二酸，膜脂分支化程度高，为高温高碱酶的高效表达提供稳定平台。二、工业酶宝库其耐碱蛋白酶在 pH 11、40 ℃ 仍保持 90 % 活性，已用于无磷洗涤剂，血渍、奶渍去污力提升 30 %；耐碱淀粉酶更适 pH 9、90 ℃，可在纺织退浆中省略中和步骤，节能 15 %；耐碱木聚糖酶用于纸浆漂白，氯用量减少 30 %，降低可吸附有机卤化物（AOX）排放。三、农业与环境菌株 SIN 可产 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 %；与秸秆复配堆肥，24 h 堆温升至 65 ℃，纤维素降解率提高 30 %，堆肥周期缩短 6 d。耐碱特性使其在 pH 9 的苏打盐碱土中仍能定殖，水稻产量增加 10 %。它能够高效地分解硫胺素，生成多种有用的代谢产物，如核苷酸和氨基酸。

史氏芽孢杆菌（Bacillus smithii）是芽孢杆菌属中嗜热分支的，标准菌株 JCM 9076 更初从高温堆肥中分离，能在 55 ℃、pH 6.5 条件下旺盛生长，芽孢可耐 100 ℃沸水 2 h，是验证高压灭菌效果的指示菌之一。其细胞壁含特殊脂肪酸，膜脂熔点高，配合小分子热休克蛋白，使核糖体和 DNA 在高温下仍保持构象稳定，赋予菌体“耐热盾牌”。2024 年，中国团队从镉污染稻田筛选到解磷菌株 M2（保藏号 CCTCC M2024167），鉴定为 Bacillus smithii。该菌兼具三重抗逆：耐盐 6 %、耐镉 50 mg·L⁻¹，并能在 pH 4.5–9.0 范围内正常分泌有机酸，将难溶磷酸钙转化为磷，盆栽试验中使玉米根际有效磷提高 42 %，籽粒镉含量下降 35 %，实现“增磷减镉”同步完成。在酶制剂方向，史氏芽孢杆菌是“高温酶工厂”。其胞外碱性淀粉酶更适温度 70 ℃，在洗涤剂、烘焙和酒精浓醪发酵中可省去降温环节，节能 15 %；耐有机溶剂蛋白酶可在 60 ℃、30 % 乙醇环境中保持 80 % 活性，为生物炼制提供新型催化剂。农业应用上，M2 菌株可与秸秆堆肥复配，使堆体温度 24 h 升至 65 ℃，纤维素降解率提高 30 %，堆肥周期缩短 7 d；作为功能性菌剂，每亩随基肥施入 200 g 菌粉，冬小麦越冬前磷吸收量提高 18 %，分蘖数增加 1.2 个，对后期倒伏有明显缓解作用。浸麻类芽孢杆菌为天然纤维加工提供了一种绿色、高效且经济的方法。玫瑰绿链霉菌

侄子根瘤菌是土壤里的微型氮厂，遇豆科根毛即附，分泌信号，诱根内陷成瘤。深红沙雷氏菌

嗜碳芽孢杆菌（Bacillus carboniphilus）是芽孢杆菌属里少见的“高碳”。菌体杆状、革兰氏阳性，可形成椭圆芽孢，更适温度 45–50 ℃，pH 7.0–8.5，可在高浓度可溶性淀粉、糖蜜或木质纤维素水解液中快速生长，因而得名“碳爱好者”。一、高效利用碳源菌株 ATCC 700101 携带多拷贝 α-淀粉酶、普鲁兰酶和木聚糖酶基因，48 h 内可将 15 % 淀粉液化糖化至还原糖 180 g L⁻¹，转化率 > 90 %，为浓醪发酵提供廉价糖源；与酵母共培养，乙醇产量提 12 %，蒸馏能耗降 8 %。二、高渗耐受胞内积累相容溶质四氢嘧啶，使菌体在糖浓度 300 g L⁻¹、渗透压 1.8 MPa 下仍保持 80 % 活性；芽孢耐 80 ℃ 30 min，便于浓糖液灭菌后直投，缩短发酵周期 12 h。三、农业应用菌株 BC-20 产 IAA 20 mg L⁻¹ 并溶磷 2.9 mg L⁻¹，玉米盆栽根长增 28 %，吸磷量提 22 %；与秸秆复配堆肥，堆温 24 h 升至 65 ℃，纤维素降解率提高 30 %，堆肥周期缩短 7 d，杀灭病原菌和杂草种子效果明显。四、工业酶潜力其耐热耐碱普鲁兰酶更适 pH 9、65 ℃，已用于淀粉糖化“一步法”，节省中和酸 20 %；木聚糖酶在 pH 10、60 ℃仍保持 85 % 活性，用于纸浆漂白，氯用量减少 30 %，降低可吸附有机卤化物（AOX）排放。深红沙雷氏菌