北京
滇藏?zé)崛⑸镔徺I
李文均, 蔣宏忱主編
北京: 科學(xué)出版社,2026. 3
審圖號：GS京（2026）0073號
ISBN 978-7-03-082998-6
《滇藏?zé)崛⑸铩肥菍幷邎F隊及國內(nèi)外相關(guān)學(xué)者關(guān)于滇藏?zé)崛⑸飳W(xué)研究成果的總結(jié)與回顧。在過去的20余年間，通過編者團隊近百名師生的共同努力，在滇藏?zé)崛⑸锏姆N群多樣性及功能多樣性、可培養(yǎng)微生物主要類群和功能、微生物介導(dǎo)的元素循環(huán)、微生物的起源與進化以及微生物酶學(xué)等方面獲得了系統(tǒng)性認識。本書不僅總結(jié)了團隊的研究發(fā)現(xiàn)，還為極端環(huán)境微生物學(xué)研究提供了一部全面的參考書，有助于推動該領(lǐng)域的高水平人才培養(yǎng)和生物工程應(yīng)用。
滇藏地區(qū)作為全球地中海—喜馬拉雅地?zé)釒У闹匾M成部分，擁有豐富的地?zé)豳Y源，熱泉數(shù)量眾多、溫度范圍廣（從低溫到超高溫）、理化性質(zhì)多樣（如pH、礦物質(zhì)含量等），為微生物研究提供了獨特的天然實驗室。自2000 年起，作者團隊開始對云南和西藏的熱泉環(huán)境進行系統(tǒng)調(diào)查，涵蓋了超過150 處熱泉樣品，包括騰沖熱海、西藏搭格架、曲卓木等典型地?zé)釁^(qū)。這些熱泉不僅具有高溫、低氧、礦物質(zhì)含量高等極端環(huán)境特征，還蘊含著豐富的微生物資源。這些微生物積極參與碳、氮、硫等元素的生物地球化學(xué)循環(huán)，對理解地球早期生命起源、揭示微生物的極端環(huán)境適應(yīng)機制，以及推動相關(guān)生物工程應(yīng)用具有重大價值。
微生物參與的氮循環(huán)過程
實心箭頭代表同化過程，虛線箭頭代表異化過程
本書的目的是系統(tǒng)整理和呈現(xiàn)我們團隊在滇藏?zé)崛⑸镅芯恐械某晒ㄎ⑸锒鄻有浴⒐δ芑颉⒋x途徑及酶學(xué)特性等。通過整合野外調(diào)查、實驗室分析和宏基因組學(xué)數(shù)據(jù)，我們旨在揭示熱泉微生物的群落結(jié)構(gòu)、生態(tài)功能及環(huán)境響應(yīng)機制，為極端環(huán)境微生物學(xué)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和理論支持。此外，本書還強調(diào)了熱泉微生物在生物工程中的應(yīng)用潛力，如高溫酶、生物活性物質(zhì)及環(huán)境修復(fù)技術(shù)，以推動相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
滇藏?zé)崛h(huán)境來源的放線菌3個新綱的代謝通路示意圖
我們的研究覆蓋了滇藏地區(qū)多個熱泉點，包括云南騰沖及西藏搭格架、曲卓木、羊八井等，采樣環(huán)境從酸性到堿性（pH 2.5～9.5）、從低溫到高溫（25～100℃）。通過綜合運用以下方法，我們獲得了全面的微生物數(shù)據(jù)和結(jié)論：
地球化學(xué)分析。對熱泉水體和沉積物進行理化參數(shù)測量，包括溫度、pH、電導(dǎo)率、礦物質(zhì)含量（如硫化物、鐵、砷等），以評估環(huán)境對微生物群落的影響。例如，在西藏搭格架熱泉點，我們記錄了溫度高達86℃、pH 近中性的條件，并分析了理化因子如何塑造微生物群落。
微生物分離與純培養(yǎng)。使用多種培養(yǎng)基（如R2A、T5、CMC 培養(yǎng)基）在高溫條件下（45～80℃）分離嗜熱微生物，獲得純培養(yǎng)菌株，并進行形態(tài)學(xué)、生理生化及分子鑒定。至今，團隊已分離保存超過6000 株高溫微生物，包括細菌、古菌和真菌，其中許多是新物種。
宏基因組學(xué)與高通量測序。通過16S rRNA 基因測序、宏基因組組裝和單細胞基因組學(xué)，解析了不可培養(yǎng)微生物的多樣性。例如，從云南騰沖熱泉的微生物宏基因組中，我們重構(gòu)了多個未知古菌門（如阿斯加德古菌）的基因組，揭示了其代謝潛能和進化地位。
功能基因分析。針對關(guān)鍵代謝途徑（如固碳、氮循環(huán)、產(chǎn)氫），利用聚合酶鏈反應(yīng)（PCR）、定量聚合酶鏈反應(yīng)（qPCR）及轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析基因表達和活性，以理解微生物在元素循環(huán)中的作用。
酶學(xué)與生物技術(shù)應(yīng)用。對分離菌株進行酶活性篩選，如纖維素酶、木聚糖酶、蛋白酶等，并評估其工業(yè)應(yīng)用潛力。這些方法的整合使我們能夠從群落水平到基因水平全面揭示熱泉微生物的多樣性和功能。
嗜熱放線菌Actinomadura amylolytica YIM 77502T
水解纖維素作為碳源的示意圖
通過多年研究，筆者團隊在滇藏?zé)崛⑸镱I(lǐng)域取得了多項突破性成果，這些成果構(gòu)成了本書的核心內(nèi)容。主要發(fā)現(xiàn)包括：
微生物新類群的發(fā)現(xiàn)與描述。從滇藏?zé)崛蟹蛛x并生效發(fā)表了多個微生物新物種，其中包括生效發(fā)表1 個未培養(yǎng)細菌新門（Candidatus Kryptonia phyl. nov.）、1 個未培養(yǎng)古菌新門（Ca. Brockarchaeota phyl. nov.）、3 個未培養(yǎng)放線菌新綱（Ca. Geothermincolia class. nov.、Ca. Humimicrobiia class. nov.、Ca. Aquicultoria class. nov.）、4 個未培養(yǎng)古菌新目（Ca. Methanomethylovorales ord. nov.、Ca. Methanomethyloarchaeales ord. nov.、Ca. Panguiarchaelaes ord. nov.、Ca. Jingweiarchaeales ord. nov.）；有效描述百余個純培養(yǎng)新物種資源，涵蓋細菌、放線菌新種、新屬，甚至新科級分類單元。這些新類群拓展了微生物分類學(xué)知識，并提供了研究生命進化的新材料。
功能多樣性及生態(tài)角色解析。通過宏基因組分析，揭示了熱泉微生物在碳、氮、硫循環(huán)中的關(guān)鍵作用。例如，研究發(fā)現(xiàn)滇藏?zé)崛械陌毖趸啪ˋOA）在高溫條件下仍保持活性，參與氮轉(zhuǎn)化；產(chǎn)氫微生物通過發(fā)酵途徑生成氫氣，影響當?shù)啬茉囱h(huán)。這些發(fā)現(xiàn)有助于理解極端環(huán)境中的生物地球化學(xué)循環(huán)過程。
酶資源挖掘與應(yīng)用。從高溫微生物中篩選出多種耐熱酶，如高溫淀粉酶、纖維素酶、蛋白酶等，這些酶在工業(yè)生物技術(shù)中具有廣泛的應(yīng)用前景。例如，一株從西藏?zé)崛蛛x的Bacillus sp.產(chǎn)生的纖維素酶在75℃下仍保持高活性，可用于生物質(zhì)降解。
環(huán)境適應(yīng)機制研究。通過比較基因組學(xué)，揭示了熱泉微生物的熱適應(yīng)策略，如熱休克蛋白、反向旋轉(zhuǎn)酶基因的富集，以及脂質(zhì)膜組成的調(diào)整。這些機制為微生物在高溫環(huán)境中的生存提供了分子基礎(chǔ)。基于這些成果，作者團隊不僅發(fā)表了多篇高水平論文，還獲得了多項專利。
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《滇藏?zé)崛⑸铩纺夸涃徺I
本書分為6 章，每章聚焦滇藏?zé)崛⑸锏囊粋€特定方面，結(jié)構(gòu)安排如下：
第1 章滇藏地質(zhì)背景、熱泉分布及理化特征，介紹滇藏地區(qū)的地質(zhì)背景、熱泉分布規(guī)律及理化特征，包括溫度、pH、礦物質(zhì)數(shù)據(jù)等，為后續(xù)微生物研究提供環(huán)境背景。本章基于大量野外調(diào)查數(shù)據(jù)，突出了滇藏?zé)崛莫毺匦裕ㄓ墒Y宏忱、吳耿、普布多吉編寫）。
第2 章基于免培養(yǎng)的滇藏?zé)崛⑸锓N群及功能多樣性，通過高通量測序和宏基因組學(xué)，解析不可培養(yǎng)微生物的群落結(jié)構(gòu)和功能基因多樣性，揭示優(yōu)勢類群及其生態(tài)功能（由李文均、蔣宏忱、楊漸、劉蘭、周恩民編寫）。
第3 章滇藏熱泉可培養(yǎng)微生物主要類群和功能，總結(jié)純培養(yǎng)獲得的微生物資源，包括細菌、古菌和真菌的分類、生理特性及代謝能力，提供可培養(yǎng)菌株的詳細信息（由李文均、周恩民、劉蘭、鮮文東、譚莎、李蒙蒙、劉澤濤、明語真、呂愛萍、胡超建、張靖宜、焦建宇編寫）。
第4 章滇藏熱泉微生物介導(dǎo)的元素循環(huán)，探討微生物在碳、氮、硫、鐵等元素生物地球化學(xué)循環(huán)中的作用，包括固碳、反硝化、鐵氧化還原等過程，并結(jié)合環(huán)境因子分析其響應(yīng)機制（由蔣宏忱、周恩民、吳耿、楊漸、黃柳琴、焦建宇、劉蘭、明紅、花正雙、李文均編寫）。
第5 章熱泉微生物的起源與進化，從進化生物學(xué)角度，分析熱泉微生物的系統(tǒng)發(fā)育地位、起源歷史及與真核生物的關(guān)系，包括阿斯加德古菌等類群的研究（由花正雙、戚雁玲、饒陽之、李昱嫻、李文均編寫）。
第6 章滇藏熱泉微生物酶學(xué)，重點介紹從熱泉微生物中挖掘的酶資源，包括酶學(xué)性質(zhì)、應(yīng)用潛力及工業(yè)化前景（由尹以瑞、明紅、聶國興、曹立創(chuàng)、李文均編寫）。每章內(nèi)容均基于團隊的研究數(shù)據(jù)，并引用相關(guān)文獻，確保科學(xué)性和權(quán)威性。全書由李文均與蔣宏忱統(tǒng)籌修改和定稿。
多年來，李文均教授與蔣宏忱教授及他們所帶領(lǐng)的團隊，采用地質(zhì)微生物學(xué)方法和技術(shù)手段，針對滇藏地區(qū)熱泉環(huán)境中的微生物資源、參與的元素循環(huán)、生物地球化學(xué)功能及其對環(huán)境的響應(yīng)等方面，開展了一系列微生物與地質(zhì)微生物學(xué)綜合研究，取得了一系列創(chuàng)新性科研成果，帶動和培養(yǎng)了一批青年學(xué)者深入開展相關(guān)工作，對促進我國在極端環(huán)境地質(zhì)微生物學(xué)研究領(lǐng)域的發(fā)展發(fā)揮了重要作用。
《滇藏?zé)崛⑸铩芬粫w了編者團隊近20年來關(guān)于滇藏?zé)崛厍蚧瘜W(xué)與微生物研究的原創(chuàng)性成果，內(nèi)容涉及滇藏地質(zhì)背景、熱泉分布及理化特征，基于免培養(yǎng)的滇藏?zé)崛⑸锓N群及功能多樣性，滇藏?zé)崛膳囵B(yǎng)微生物主要類群和功能，滇藏?zé)崛⑸锝閷?dǎo)的元素循環(huán)，熱泉微生物的起源與進化，以及滇藏?zé)崛⑸锩笇W(xué)，是編者對其近20 年科研成果的系統(tǒng)歸納和總結(jié)。隨著地質(zhì)微生物學(xué)在國內(nèi)蓬勃發(fā)展，越來越多的青年學(xué)者特別是研究生投入到極端環(huán)境地質(zhì)微生物學(xué)這一領(lǐng)域研究和學(xué)習(xí)。但目前，還沒有一部專門的熱泉微生物著作，使得學(xué)習(xí)和研究熱泉微生物學(xué)的老師和研究生頗感無從下手，不得不花費大量時間和精力去查閱、總結(jié)并歸納關(guān)于熱泉微生物的論文。因此，該書的出版恰逢其時，該書是一部知識結(jié)構(gòu)完整的熱泉微生物工具書，適合廣大相關(guān)專業(yè)的學(xué)者和研究生閱讀。
劉志恒
中國科學(xué)院微生物研究所研究員
2025 年5 月
本文摘編自《滇藏?zé)崛⑸铩罚ɡ钗木? 蔣宏忱主編.北京: 科學(xué)出版社,2026.3）一書“前言”“序”，有刪減修改，標題為編者所加。
審圖號：GS京（2026）0073號
ISBN 978-7-03-082998-6
責(zé)任編輯：羅 靜 付麗娜
本書基于作者團隊近20年的系統(tǒng)性研究成果，全面探討了滇藏地區(qū)熱泉環(huán)境中微生物的多樣性、功能及生態(tài)過程。本書涵蓋滇藏地區(qū)的地質(zhì)背景、熱泉分布、理化特征、微生物種群與功能多樣性、元素生物地球化學(xué)循環(huán)、起源進化及酶學(xué)應(yīng)用等內(nèi)容，整合了地球化學(xué)、微生物學(xué)、基因組學(xué)和酶學(xué)等多學(xué)科方法，揭示了極端環(huán)境中微生物的適應(yīng)機制和生態(tài)角色。通過大量野外調(diào)查和實驗室分析，本書積累了豐富的一手數(shù)據(jù)，涵蓋新物種發(fā)現(xiàn)、代謝途徑解析及酶資源挖掘，為揭示地球早期生命起源、闡明微生物演化及促進生物技術(shù)應(yīng)用提供了重要參考。本書不僅填補了熱泉微生物研究的空白，還推動了極端環(huán)境微生物學(xué)的發(fā)展。
本書適合多領(lǐng)域的讀者，包括微生物學(xué)、地質(zhì)學(xué)、環(huán)境科學(xué)和生物地球化學(xué)領(lǐng)域的研究人員與學(xué)者；高校教師及相關(guān)專業(yè)研究生，可作為極端環(huán)境微生物學(xué)課程的參考用書；生物技術(shù)和工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的專業(yè)人士，尤其是關(guān)注酶資源 開發(fā)與環(huán)境修復(fù)技術(shù)的讀者；對熱泉生態(tài)和生命起源感興趣的科學(xué)愛好者。本書內(nèi)容深入淺出，兼顧基礎(chǔ)理論與應(yīng)用實踐，旨在促進跨學(xué)科交流，助力高水平人才培養(yǎng)。
（本文編輯：劉四旦）
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