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 %。科学家把Cry基因导入棉花、水稻,培育的Bt作物毕生自带抗虫盾,减少农药喷洒七成以上 。峨眉山链霉菌
高岛氏胶珊瑚菌(Holtermanniella takashimae)是近年来备受关注的珍稀胶质菌,隶属于银耳目,因日本学者高岛首先分离而得名。它通体晶莹剔透,状若海底珊瑚,色泽由纯白到淡黄,质地柔软富有弹性,晒干后收缩成轻薄菌片,复水即恢复原有形态。该菌多生长在海拔500至1500米、湿润凉爽的常绿阔叶林中,常与壳斗科植物形成浅层菌根,对酸性土壤和空气洁净度要求极高,故又被视为森林健康的指示物种。成分分析显示,高岛氏胶珊瑚菌的粗蛋白含量可达干重的55%,氨基酸组成均衡,富含赖氨酸、苏氨酸等人体必需氨基酸;其特有的大分子β-葡聚糖与酸性杂多糖具有明显的免疫启动与抗氧化活性,能明显提升实验动物巨噬细胞的吞噬能力,对自由基DPPH的率高于常见银耳20%以上。此外,菌体中钙、铁、锌等微量元素及维生素B1、B2、D前体含量亦居食用菌前列,为开发天然营养补充剂提供了质量原料。在传统食用方式上,高岛氏胶珊瑚菌以清炖、冰糖羹、菌菇火锅更为常见。其胶质丰厚,久煮不烂,口感滑润,可吸附汤汁精华,入口带淡淡坚果香。现代食品科技则将其超微粉添加到面包、酸奶或植物饮料中,既提升膳食纤维含量,又赋予产品独特爽滑口感。苏黎士克罗诺杆菌功能层面,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。

特基拉芽孢杆菌(Bacillus tequilensis)是芽孢杆菌属中一颗快速升起的新星。更早在墨西哥酒窖的橡木桶中被发现,它可在60℃、8%乙醇或含砷10g/L的废水中保持活性,芽孢能休眠十年不死,被视作“极端环境基因库”。其抗逆机制由“吸附-代谢-固定”三级网络组成:ArsR-arsB-arsC操纵子把As³⁺氧化为低毒As⁵⁺并泵出胞外;组氨酸富集蛋白Teq可吸附Au³⁺、Cd²⁺,吸附量达50mg/g,使湖南砷污染稻田两年可溶砷下降45%,稻米增产15%,籽粒砷低于国标一半。在农业领域,特基拉芽孢杆菌表现出广谱抑菌与促生双重功效。菌株M408F10-3F8对12种病原菌和卵菌有强拮抗作用,黄瓜枯萎盆栽防效58%,与多菌灵相当,同时分泌IAA促生;菌株2-2a对大豆炭疽、黑斑、灰斑等叶部病害及根腐、立枯等土传病害兼具防效,且定殖速度快;菌株20Q9B-2-14对马铃薯软腐病菌抑制明显,为生防制剂添新选项。在水产养殖中,菌株ZSGD5与Bt-CO通过“异养硝化-好氧反硝化”低耗氧途径,把氨氮、亚硝酸盐迅速转为氮气逸出,5℃仍保持活性,可使斑节虾、花白鲢池塘氨氮下降60%,换水量减少三成。
施氏芽孢杆菌(Bacillus smithii)是芽孢杆菌属中少见的“高温工匠”,标准菌株 JCM 9076 更早从堆肥深处分离,可在 30–65 ℃、pH 4.5–9.0 范围内旺盛生长,更适温度 55 ℃,芽孢耐 100 ℃沸水 2 h 仍存活,是验证高压蒸汽灭菌的指示菌之一。其耐热关键在于芽孢内高浓度吡啶二羧酸钙(DPA-Ca)结合低水分状态,配合小分子热休克蛋白,使酶与 DNA 在高温下依旧稳定。2024 年,中国团队从湖南镉污染稻田筛选到解磷菌株 M2(保藏号 CCTCC M2024167),鉴定为 B. smithii。该菌可在 50 mg L⁻¹ Cd²⁺、6 % NaCl 条件下正常分泌有机酸,将难溶磷酸钙转化为磷,盆栽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。在工业酶方向,施氏芽孢杆菌是“高温酶工厂”。其耐碱性 α-淀粉酶更适温度 70 ℃,在淀粉液化、纺织退浆中可省去降温环节,节能 15 %;耐热蛋白酶在 60 ℃、30 % 乙醇中仍保持 80 % 活性,为生物炼制提供新型催化剂。农业应用上,M2 菌株与秸秆堆肥复配,可使堆体 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,每亩基施 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。其分泌的耐有机溶剂蛋白酶、褐藻胶裂解酶在洗涤、纺织及海藻转化中展现高活性,为生物制造提供新工具。

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。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。迟缓芽孢杆菌
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。峨眉山链霉菌
耐盐魏斯氏菌(Weissella spp.)是一类革兰氏阳性、兼性厌氧的乳酸菌,广存在于酱油、泡菜、奶酪等高盐发酵食品中。该菌属成员如融合魏斯氏菌(W. confusa)、食窦魏斯氏菌(W. cibaria)和类肠膜魏斯氏菌(W. paramesenteroides)均表现出优异的耐盐性能,能在18% NaCl的高盐环境中保持活性,其中W. paramesenteroides的耐盐性和低温生长能力尤为突出,成为酱醪发酵中的优势菌种。耐盐魏斯氏菌不仅能适应高渗透压环境,还能通过合成胞外多糖(EPS)、有机酸和细菌素等代谢产物,赋予发酵食品独特的风味和质地。例如,W. confusa的EPS产量可达3.34 g/L,明显改善产品的乳化性和口感;W. cibaria在泡菜发酵前期可迅速提升乳酸和乙酸含量,增强产品醇香风味。此外,部分菌株还具备抑菌、抗氧化和降胆固醇等益生特性,对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等病原菌有抑制作用,并能降解甘油三酯和胆固醇,展现出开发为功能性益生菌的潜力。综上所述,耐盐魏斯氏菌凭借其高盐适应性、代谢多样性和益生功能,在传统发酵食品和现代功能性食品开发中均具有广阔的应用前景。峨眉山链霉菌