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<任南琪等：厌氧高效产氢细菌的筛选及其耐酸性研究>
2．3 产氢菌株耐酸性的研究
我们在起始pH值为3．3条件下，对1349、H1、B51、LM11、LM12等5株菌静止培养，对其菌浊进
行观察(见图4)。可以看到B49在96h获得比其它细菌都高的菌浊(A6【)()n =0．2)，说明B49虽然受pH抑制，但仍能微弱地生长，且比其他细菌更耐酸。通过对5株菌间歇试验中液相产物的分析(见表4)，可 发现5株细菌除了共同的主要液相末端产物乙酸外，B49和H1的主要液相产物为中性末端的乙醇，其他细菌为酸性末端丁酸，这可能是B49和HI菌株耐酸的机理之一。如果采用B49和HI种以乙醇为主要液相末端产物的菌种作为生物制氢的主要菌种，可以在一定程度上缓解发酵产酸对微生物产氢过程的抑制，使生物制氢反应器运行更稳定，从而可得到更大的氢气产率。
<菌斑细菌的适应性耐酸能力>,周颖综述,樊明文审校
现认为有多个酸生存系统参与了耐酸反应的发生，这些
系统能在环境pH值低于5、0时保护细胞免受酸的杀伤=当
某些菌斑细菌在持续酸性环境中生长时，胞内pH值的降低
会启动某些细胞生理学改变，以使细胞产生适应性，因而能
在低pH值环境中生存。目前认为以下改变与适应性耐酸
能力的产生有关。
2．1 在低pH值时维持跨膜pH梯度的能力增强 众所周
知，致龋菌是通过糖酵解产酸而导致牙面脱矿的：但是糖酵
解酶的最适pH值却在中性范围内，且该酶对pH敏感： 当
胞外pH值低的时候，致龋菌必须维持其胞内pH值接近中
性，也就是维持一个跨膜的pH梯度(／"pH)，才能保证最大
限度地进行糖酵解及能量供应。实验表明，将变形链球菌在
pH值为5、5环境中进行连续培养后，其跨膜pH梯度较之
pH7、0中培养的细菌的跨膜pH梯度为大’ 在低pH值时
维持△pH能力增加，可保证细菌的胞内pH值维持在一个
可以接受的范围内。
2．2 质子移位膜ATP酶(proton—translocating membrane
ATPase)活性增强 质子移位膜ATP酶(又称H+一ATPase
或F—ATPase)是广泛存在于原核生物细胞膜上的一种膜蛋
白，它是细胞排出质子、维持／"pH的主要动力。就变形链球
菌而言．当胞质pH值低于某一临界水平时将刺激H+一
ATPase的生物合成，此酶通过水解ATP将H+逆浓度梯度
排出细胞，维持胞内pH值为相对碱性。当细菌处于亚致死
性酸性环境中时．细菌能通过增强其膜上H 一ATPase活
性，增强其外排质子的能力，而增加耐酸性，使其能在更为酸
性的环境中生存。
2．3 糖代谢的改变Takahashi等的研究表明，在亚致死酸
性环境(pH5．5)培养的血链球菌ATCC10556和口链球菌
ATCC1055在环境pH值低于4．0时仍然可以通过分解葡萄
糖产酸 。对变形链球菌Ingbfitt的研究表明，在pH5．5环
境中培养产生适应性后，其糖转运及糖酵解的最适pH值均
降低 。在低pH值时进行高效的糖的转运及分解活动，能
使更多的碳水化合物通过糖酵解途径产生ATP：这些ATP
中的一部分将被H 一ATPase用来排出胞内的质子，维持细
菌内环境的稳定，并为细菌在更为严峻的条件下生存提供能
量支持。
2．4 蛋白质合成的改变学者们认为，适应性耐酸性较强
的细菌，拥有相对复杂的调节某些蛋白质合成的机制：这些蛋白质是受酸调节的，能使细菌在低pH值环境中生存和繁
殖。而那些适应性耐酸能力较弱或无适应性耐酸能力的细
菌，可能缺少一个或几个维持内环境pH值和／或蛋白质合
成的关键的生理过程，以致于不能合成在酸性环境中生存所
必需的酸调节蛋白。实验表明，pH的改变将导致蛋白质合
成的明显改变。将指数期生长的变形链球菌LT1 1在pH5．5
中培养的2h内，运用同位素标记放射自显影技术观察到，36
种蛋白质合成增加，其中25种在最初30分钟内出现 在2h
内，除了2种蛋白质之外，其它的合成都是短暂的 ：用双
向电泳法研究表明，将变形链球菌从pH7．5转入pH5．5中
培养，将导致64种蛋白质合成增加，其中25种为酸特异性
蛋白质 。这些酸诱导蛋白质中有的属于一般应激蛋白质
(generM stress protein)，在诸如热、饥饿、高盐等其它应激状
态下合成也会增加；还有的为酸特异性蛋白质，如组成H+
一ATPase的各亚基成分蛋白质。有学者认为菌斑细菌在极
低的pH值环境下存活，与可诱导产生的酸调节蛋白质总数
本身并不相关，而是与那些能增加内环境pH值稳定性的关
键蛋白质有关。
2．5 基因调控对适应性耐酸能力分子水平的研究表明，
有多个基因参与耐酸反应。目前的研究方法主要有基因插
入失活法以及差异逆转录PCR法。Yamashita等用转座子
Tn916单一插入，得到对酸性pH值敏感的变形链球菌GS一
5。对此变异株的研究表明，被转座子插入的基因所编码的
产物与甘油二脂激酶有很大的同源性。对大肠杆菌而言，这
种酶催化ATP依赖的sn一1，2一二甘油脂的加氧基作用。
虽然在微生物磷脂酸的合成过程中，这种激酶途径被认为是
一个旁路途径，但有数据表明，在环境变化时，这种变形链球
菌变异株的细胞膜完整性受到破坏 ：有学者用转座子
Tn917诱变变形链球菌JH1005，也发现3个酸敏感相关基
因：frh、fl1s和dfp ” 。应用差异逆转录PCR法，学者们发
现了酸应激诱导的酸特异性基因AP一185，但其作用机制不
明 。有证据表明，变形链球菌在接受酸冲击后，一种蛋白
质修复伴侣蛋白(chaperon)DnaK水平显著增加，提示此种
蛋白在细菌生存中其重要作用。有学者对DnaK相关基因
亦作了深入研究，认为dnaK与hrcA和grpE基因共同构成
一个操纵子样排列，但dnaK基因表达调控机制并不明朗。
2．6 其它研究表明，耐酸反应前后，细胞膜脂肪酸构成有
改变，即不饱和脂肪酸与饱和脂肪酸比例改变。这种改变直
接影响脂质双层对质子的通透性，并间接影响H+一ATPase
的活性 ” 。耐酸反应还包括膜相关糖特异性酶Ⅱ(men—
brane—associated sugar—specific enzyme tI)的活性降低=此
酶活性降低可降低通过磷酸烯醇式丙酮酸依赖的糖磷转移
酶系统(phosphoenolpyruvate：sugar phosphotrans nlse system ，
PTS)介导的糖转运活动。另外，产生耐酸反应的菌斑细菌，
还能通过转化为纯发酵机制为主的方式以使乳酸产量增
加
