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极端微生物能够在普通微生物无法生存的极端环境中良好生长。深海和盐湖是典型的极端生境,孕育了嗜热、嗜冷、嗜压、嗜盐、嗜碱等多种极端微生物。本论文以“非培养-可培养-功能基因”为研究线索,从三个不同方面,围绕生活在深海和盐湖中的极端微生物展开研究。首先,针对采集自西南印度洋洋中脊2951米深的深海热液区沉积物样品,通过构建16SrRNA和nifH基因文库,对原核微生物的种群多样性进行分析。结果表明,古菌种系型主要分布在广古菌门的MBGE类群和Thaumarchaeota门的MGI类群。大约60%的细菌种系型属于于变形菌门,其余细菌种系型分布于放线菌门、拟杆菌门、浮霉菌门、酸杆菌门、硝化螺旋菌门、绿弯菌门、绿菌门、衣原体门、疣微菌门以及未分类类群OD1、OP11、WS3和TM6。nifH基因的发现说明西南印度洋洋中脊深海热液区存在生物固氮作用,系统发育分析表明只存在Ⅰ型和Ⅲ型微生物nifH基因,说明在此深海热液区环境中细菌发挥主要的固氮作用。其次,从波多黎各海沟6000米深处海水样品中分离到一株专性嗜压疑似新种细菌YC-1并进行多相分类学研究。结果表明,菌株YC-1能在8℃和50 MPa的条件下最适生长,在标准大气压下无法生长。主要的脂肪酸成分为C16:1、C18：1和C10：03-OH。基因组G+C mol%含量为44.6 mmol%。菌株YC-1为革兰氏阴性细菌,无鞭毛,兼性厌氧,营异养生活。16S rRNA基因的序列与深海非培养细菌Oseda_syml最为相近,序列相似性为97.2%；最近缘的可培养标准菌株属于Neptunomonas属,16SrRNA基因序列相似性介于92.7-93.2%。根据多相分类的差异,建议定义菌株YC-1为海洋螺菌科新的分类单元,命名为"Profundimonas piezophila gen. nov., sp. nov."。最后,对模式嗜盐碱古菌Natronomonas pharaonis的乙醇代谢及其功能酶进行研究。结果表明,N. pharaonis的乙醇代谢是应对环境中乙醇胁迫的一种应激机制。作为N. pharaonis乙醇代谢过程中两个关键酶,编码乙醇脱氢酶的adh基因不受乙醇的诱导表达,而编码乙醛脱氢酶的aldH2基因则受乙醇的诱导表达,说明乙醛脱氢酶对N. pharaonis的乙醇耐受性具有主要贡献,而乙醇脱氢酶可能还参与了其它代谢途径。大肠杆菌异源表达的N. pharaonis乙醇脱氢酶具有嗜盐、嗜碱和嗜热的性质,而乙醛脱氢酶则体现嗜碱、嗜热和非嗜盐的性质。