沙福芽胞杆菌

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。这种芽孢杆菌能够分泌多种酶，如果胶酶、纤维素酶和木质素酶等。沙福芽胞杆菌

牛奶类芽孢杆菌（Paenibacillus lactis）更早从原料奶和干酪凝块中被分离，因而得名。它呈短杆状，革兰氏阳性，具周生鞭毛，可形成椭圆芽孢，更适30–37℃、pH 6–7，耐干燥、耐冷链，是乳品环境中常见的“温和住客”。一、乳品益生菌株MB2401能分泌胞外多糖，在酸奶发酵中与 Streptococcus thermophilus 协同，可提升黏度、减少乳清析出，延长货架期7天；同时产细菌素 Lactocin 2401，对单增李斯特菌抑菌带宽达22mm，为原奶生物保鲜提供天然“护栏”。二、肠道健康牛奶类芽孢杆菌耐胃酸、耐胆盐，能形成芽孢穿越胃肠道，在结肠萌发后分泌果聚糖酶，降解膳食多糖产生丁酸，降低pH，抑制沙门氏菌定植；小鼠试验显示，日灌胃10⁸ CFU，血清IgA提高35 %，腹泻率下降60 %，已列入欧盟QPS清单，安全等级高。三、工业酶潜力其低温普鲁兰酶在10℃仍保持70 %活性，可用于乳清寡糖制备；耐碱脂肪酶更适pH 9、40℃，在CIP管道清洗中分解乳脂肪，节能15 %，减少化学碱用量。四、农业应用将菌株NZ1制成活菌数10⁸ CFU mL⁻¹的“乳菌肥”，滴灌奶牛场周边青贮玉米，土壤有机质提高12 %，产奶净能增加8 %，实现种养循环。普通变形杆菌小小格雷厄姆氏根瘤菌，用微米之躯撬动绿色农业，让蓝天少一缕烟，田里多一季香。

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。

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%。瘤内菌变膨体，固氮酶把空气中占七成却极稳定的N₂裂成NH₃，日夜输送给宿主，自己只留一口碳糖。

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。这些功能对于理解和改善全球温室气体排放具有重要意义，也为制定环境保护策略提供了科学依据。紫麦角菌

基因组G+C含量37%，携带多重外排泵与渗透调节基因，可在干旱、盐碱环境中维持胞内水平衡。沙福芽胞杆菌

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 %。沙福芽胞杆菌