李文均、蔣宏忱教授團隊近20年系統研究成果總結：《滇藏熱泉微生物》

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李文均, 蔣宏忱主編

北京: 科學出版社,2026. 3

審圖號：GS京（2026）0073號

ISBN 978-7-03-082998-6

《滇藏熱泉微生物》是對編者團隊及國內外相關學者關于滇藏熱泉微生物學研究成果的總結與回顧。在過去的20余年間，通過編者團隊近百名師生的共同努力，在滇藏熱泉微生物的種群多樣性及功能多樣性、可培養微生物主要類群和功能、微生物介導的元素循環、微生物的起源與進化以及微生物酶學等方面獲得了系統性認識。本書不僅總結了團隊的研究發現，還為極端環境微生物學研究提供了一部全面的參考書，有助于推動該領域的高水平人才培養和生物工程應用。

滇藏地區作為全球地中海—喜馬拉雅地熱帶的重要組成部分，擁有豐富的地熱資源，熱泉數量眾多、溫度范圍廣（從低溫到超高溫）、理化性質多樣（如pH、礦物質含量等），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境進行系統調查，涵蓋了超過150 處熱泉樣品，包括騰沖熱海、西藏搭格架、曲卓木等典型地熱區。這些熱泉不僅具有高溫、低氧、礦物質含量高等極端環境特征，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循環，對理解地球早期生命起源、揭示微生物的極端環境適應機制，以及推動相關生物工程應用具有重大價值。

微生物參與的氮循環過程

實心箭頭代表同化過程，虛線箭頭代表異化過程

本書的目的是系統整理和呈現我們團隊在滇藏熱泉微生物研究中的成果，包括微生物多樣性、功能基因、代謝途徑及酶學特性等。通過整合野外調查、實驗室分析和宏基因組學數據，我們旨在揭示熱泉微生物的群落結構、生態功能及環境響應機制，為極端環境微生物學提供基礎數據和理論支持。此外，本書還強調了熱泉微生物在生物工程中的應用潛力，如高溫酶、生物活性物質及環境修復技術，以推動相關產業的發展。

滇藏熱泉環境來源的放線菌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據和結論：

• 地球化學分析。對熱泉水體和沉積物進行理化參數測量，包括溫度、pH、電導率、礦物質含量（如硫化物、鐵、砷等），以評估環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。使用多種培養基（如R2A、T5、CMC 培養基）在高溫條件下（45～80℃）分離嗜熱微生物，獲得純培養菌株，并進行形態學、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，解析了不可培養微生物的多樣性。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。針對關鍵代謝途徑（如固碳、氮循環、產氫），利用聚合酶鏈反應（PCR）、定量聚合酶鏈反應（qPCR）及轉錄組學分析基因表達和活性，以理解微生物在元素循環中的作用。

• 酶學與生物技術應用。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，并評估其工業應用潛力。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，筆者團隊在滇藏熱泉微生物領域取得了多項突破性成果，這些成果構成了本書的核心內容。主要發現包括：

• 微生物新類群的發現與描述。從滇藏熱泉中分離并生效發表了多個微生物新物種，其中包括生效發表1 個未培養細菌新門（Candidatus Kryptonia phyl. nov.）、1 個未培養古菌新門（Ca. Brockarchaeota phyl. nov.）、3 個未培養放線菌新綱（Ca. Geothermincolia class. nov.、Ca. Humimicrobiia class. nov.、Ca. Aquicultoria class. nov.）、4 個未培養古菌新目（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知識，并提供了研究生命進化的新材料。

• 功能多樣性及生態角色解析。通過宏基因組分析，揭示了熱泉微生物在碳、氮、硫循環中的關鍵作用。例如，研究發現滇藏熱泉中的氨氧化古菌（AOA）在高溫條件下仍保持活性，參與氮轉化；產氫微生物通過發酵途徑生成氫氣，影響當地能源循環。這些發現有助于理解極端環境中的生物地球化學循環過程。

• 酶資源挖掘與應用。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，這些酶在工業生物技術中具有廣泛的應用前景。例如，一株從西藏熱泉分離的Bacillus sp.產生的纖維素酶在75℃下仍保持高活性，可用于生物質降解。

• 環境適應機制研究。通過比較基因組學，揭示了熱泉微生物的熱適應策略，如熱休克蛋白、反向旋轉酶基因的富集，以及脂質膜組成的調整。這些機制為微生物在高溫環境中的生存提供了分子基礎。基于這些成果，作者團隊不僅發表了多篇高水平論文，還獲得了多項專利。

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本書分為6 章，每章聚焦滇藏熱泉微生物的一個特定方面，結構安排如下：

• 第1 章滇藏地質背景、熱泉分布及理化特征，介紹滇藏地區的地質背景、熱泉分布規律及理化特征，包括溫度、pH、礦物質數據等，為后續微生物研究提供環境背景。本章基于大量野外調查數據，突出了滇藏熱泉的獨特性（由蔣宏忱、吳耿、普布多吉編寫）。

• 第2 章基于免培養的滇藏熱泉微生物種群及功能多樣性，通過高通量測序和宏基因組學，解析不可培養微生物的群落結構和功能基因多樣性，揭示優勢類群及其生態功能（由李文均、蔣宏忱、楊漸、劉蘭、周恩民編寫）。

• 第3 章滇藏熱泉可培養微生物主要類群和功能，總結純培養獲得的微生物資源，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的元素循環，探討微生物在碳、氮、硫、鐵等元素生物地球化學循環中的作用，包括固碳、反硝化、鐵氧化還原等過程，并結合環境因子分析其響應機制（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，從進化生物學角度，分析熱泉微生物的系統發育地位、起源歷史及與真核生物的關系，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，重點介紹從熱泉微生物中挖掘的酶資源，包括酶學性質、應用潛力及工業化前景（由尹以瑞、明紅、聶國興、曹立創、李文均編寫）。每章內容均基于團隊的研究數據，并引用相關文獻，確保科學性和權威性。全書由李文均與蔣宏忱統籌修改和定稿。

多年來，李文均教授與蔣宏忱教授及他們所帶領的團隊，采用地質微生物學方法和技術手段，針對滇藏地區熱泉環境中的微生物資源、參與的元素循環、生物地球化學功能及其對環境的響應等方面，開展了一系列微生物與地質微生物學綜合研究，取得了一系列創新性科研成果，帶動和培養了一批青年學者深入開展相關工作，對促進我國在極端環境地質微生物學研究領域的發展發揮了重要作用。

《滇藏熱泉微生物》一書涵蓋了編者團隊近20年來關于滇藏熱泉地球化學與微生物研究的原創性成果，內容涉及滇藏地質背景、熱泉分布及理化特征，基于免培養的滇藏熱泉微生物種群及功能多樣性，滇藏熱泉可培養微生物主要類群和功能，滇藏熱泉微生物介導的元素循環，熱泉微生物的起源與進化，以及滇藏熱泉微生物酶學，是編者對其近20 年科研成果的系統歸納和總結。隨著地質微生物學在國內蓬勃發展，越來越多的青年學者特別是研究生投入到極端環境地質微生物學這一領域研究和學習。但目前，還沒有一部專門的熱泉微生物著作，使得學習和研究熱泉微生物學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、總結并歸納關于熱泉微生物的論文。因此，該書的出版恰逢其時，該書是一部知識結構完整的熱泉微生物工具書，適合廣大相關專業的學者和研究生閱讀。

劉志恒

中國科學院微生物研究所研究員

2025 年5 月

本文摘編自《滇藏熱泉微生物》（李文均, 蔣宏忱主編.北京: 科學出版社,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

責任編輯：羅 靜 付麗娜

本書基于作者團隊近20年的系統性研究成果，全面探討了滇藏地區熱泉環境中微生物的多樣性、功能及生態過程。本書涵蓋滇藏地區的地質背景、熱泉分布、理化特征、微生物種群與功能多樣性、元素生物地球化學循環、起源進化及酶學應用等內容，整合了地球化學、微生物學、基因組學和酶學等多學科方法，揭示了極端環境中微生物的適應機制和生態角色。通過大量野外調查和實驗室分析，本書積累了豐富的一手數據，涵蓋新物種發現、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應用提供了重要參考。本書不僅填補了熱泉微生物研究的空白，還推動了極端環境微生物學的發展。

本書適合多領域的讀者，包括微生物學、地質學、環境科學和生物地球化學領域的研究人員與學者；高校教師及相關專業研究生，可作為極端環境微生物學課程的參考用書；生物技術和工業應用領域的專業人士，尤其是關注酶資源 開發與環境修復技術的讀者；對熱泉生態和生命起源感興趣的科學愛好者。本書內容深入淺出，兼顧基礎理論與應用實踐，旨在促進跨學科交流，助力高水平人才培養。

（本文編輯：劉四旦）

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