耐冷节杆菌

Bushnell-Haas琼脂（Bushnell-Haas Agar，简称BH琼脂）是一种专为检测环境微生物降解烃类能力而设计的合成培养基。其配方精简而精细：以磷酸钾缓冲对维持pH 7.0±0.2，硫酸铵提供氮源，氯化钠、硫酸镁与微量金属盐构成基本离子环境，却不含任何有机碳源。正这份“刻意为之的贫瘠”，使BH琼脂成为筛选“吃油微生物”的黄金标准——只有当培养皿中额外滴加柴油、石蜡或多环芳烃时，能利用这些烃类作为碳与能源的细菌、酵母乃至菌才会长出可见菌落，降解能力越强，菌落周围出现透明晕圈的速度越快、直径越大。自1940年代问世以来，BH琼脂被广用于石油污染土壤、海洋表面膜及工业废水的微生物资源普查。研究人员只需将样品匀浆涂布于表面覆有薄层原油的BH平板，28℃培养3–7天，即可依据菌落形态与晕圈初步分离高效降解株；再结合GC-MS测定残余烃量，可在两周内完成从筛选到定量评价的完整流程。近年来，随着极端环境研究升温，BH配方被灵活调整：添加3% NaCl可分离耐海盐烃降解菌；降低pH至4.5、补充Cu²⁺则用于勘查酸性矿山废水中的耐重金属菌。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。耐冷节杆菌

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 %。

蔬菜芽孢杆菌（Bacillus oleronius）是芽孢杆菌属里“更懂蔬菜”的专性住客。更初从腐烂生菜叶脉中分离，菌体纤细、革兰氏阳性，具周生鞭毛，能形成椭圆芽孢，耐干燥、耐低氧，可在pH 5–9、温度15–40℃范围内生长，更适与蔬菜根际环境高度重叠，故得名“oleronius”（拉丁语“菜园的”）。它的首要武器是“蔬菜定制”抑菌谱。菌株QSI-1可分泌酰基高丝氨酸内酯酶（AHL-lactonase），切断软腐欧文氏菌、胡萝卜果胶杆菌的群体感应信号，使病原菌无法启动果胶酶基因，白菜软腐病斑减少70%；同时产生表面活性素与fengycin，对番茄叶霉、辣椒疫霉抑菌带宽达28 mm，且能形成生物膜覆盖伤口，阻止二次侵染。第二技能是“温和促生”。蔬菜芽孢杆菌合成IAA 20 mg/L，并溶出有机磷3.2 mg/L，诱导生菜、菠菜根系增30%，叶绿素提高1.5个SPAD单位，硝酸盐含量下降12%，明显提升蔬菜品质与安全。工厂化应用上，研究者将菌株QSI-1与褐藻寡糖复配，制成活菌数10⁸ CFU/mL的“蔬菜保鲜微乳”，采后喷施可抑制软腐、灰霉，使生菜货架期由7 d延至14 d，失重率<5%，已在上海崇明有机农场示范推广。

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。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。

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。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。变灰链霉菌

科学家还在其基因组里插入耐盐基因，让它在西北盐碱地也能萌发，为弃荒滩涂夺回粮田。耐冷节杆菌

潘诺尼亚锁霉（Itersonilia pannonica）是一株担子菌门、锁霉属的低温丝状菌，原产中国，常见于草地、腐叶及冷藏蔬菜表面。菌丝白色至淡黄，扩展呈绒毯状，更适生长17℃，pH6，需氧，对盐浓度变化敏感，4℃保存即可。一、科研价值耐冷特性使其成为冷链食品研究的模式菌；与毡状金孢霉近缘，基因组含多种细胞壁降解酶基因，可用于低温酶筛选及担子菌系统发育分析。二、生物防治潜力培养滤液对灰霉、菌核等植物病原菌抑制圈达15–20 mm，并能分泌几丁质酶，分解线虫卵壳，盆栽试验使番茄根结线虫侵染率下降40 %，为开发低温生剂提供候选。三、低温酶应用菌株在10℃仍产较高活性纤维素酶和β-葡萄糖苷酶，可用于低温洗涤、纸浆漂白或冷链废弃物降解，节能20 %，降低高温处理成本。四、教学与质控生物危害四类，培养简易，国内多所高校将其列入“冷链微生物”教学实验，学生可通过梯度平板直观观察低温生长曲线，并用于冷藏食品监测的阳性对照。未来，借助合成生物学，把潘诺尼亚锁霉的冷活性酶基因导入工业酵母，有望构建“冷链-降解”一体化细胞工厂，为冷链物流、低温环保和绿色防控提供新工具。小小锁霉，用一把“冷钥匙”开启低温生物技术的广阔天地。耐冷节杆菌