温泉与地球早期环境比较接近,其中微生物生态系统相对简单、稳定和封闭,对其进行微生物多样性的研究不仅有助于认识高温环境中的微生物遗传多样性与功能多样性,揭示温泉中嗜热菌的多样性及其与环境的关系,而且对认识生命的起源和进化具有十分深远的意义。嗜热菌是地球独特的生物资源和珍贵的科研素材。温泉中存在丰富的嗜热菌资源,它们有着奇特的耐高温特性。由嗜热菌产生的热稳定酶在工业和分子生物学等领域有重要的应用。研究和开发纤维素酶在生物质能源领域具有重要的作用,特别是热稳定的纤维素酶具有良好的应用前景。本研究利用分子生物学技术,以非培养的方式对厦门近海温泉沉积物的细菌和古菌的群落组成进行了研究。采用细菌16S rDNA基因通用引物Euba16F/1492R扩增细菌16S rDNA,分别构建了3个温度梯度的细菌16S rDNA基因文库,并进行ARDRA分析和系统发育分析。结果发现：三种温度温泉的细菌主要分布在变形杆菌门(Proteobacteria)、产水菌门(Aquificae)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、绿屈挠杆菌门(Chloroflexi)、异常球菌-栖热菌门(Deinococcus-Thermus)、热袍菌门(Thermotogales)、厚壁菌门(Firmicutes)、酸杆菌门(Acidobacteria)等类群,以及一些未知的类群。Proteobacteria在三个温度沉积物中的种类及数量最为丰富,所占比例在70%-87%之间。三个温度沉积物中都是以变形杆菌为优势群落,其中Alphaproteobacteria在90℃温泉中属于优势类群,比例占37.5%。Betaproteobacteria是70℃和80℃的温泉的优势菌群,比例分别为43.9%和50.6%。采用古菌16S rDNA基因通用引物Arch21F和Arch958R扩增古菌16S rDNA,构建了两个温度的温泉样品的古菌16S rDNA文库,结果表明,温泉样品的古菌属于两大类群：泉古菌(Crenarchaeota)和广古菌(Euryarchaeota)。泉古菌是近海温泉的优势菌群。80℃样品中泉古菌的比例占89.2%,70℃样品中泉古菌占91.3%。大多数克隆与来自陆地温泉和深海热泉的不可培养克隆具有同源性。70℃样品中还有一个克隆SA一61,属于古菌界的未知类群。古菌主要分布在泉古菌的热变形菌目(Thermoproteales)和硫还原球菌目(Desulfurococcales)和未知的亚群、以及广古菌的热球菌目(Thermococcales)和古丸菌目(Archaeoglobales)。在已知的类群中,70℃和80℃温泉中硫还原球菌目(Desulfurococcales)属于优势类群。采用纯培养的方法,从美国内达华州温泉和中国福建永泰温泉分离得到100多株嗜热细菌。从中筛选得到产纤维素酶和半纤维酶的嗜热细菌并进行了16SrDNA鉴定。LY7和LY8是产纤维素酶的嗜热细菌,菌株LY7属于脂环酸芽孢杆菌属(Alicyclobacillus sp.);菌株LY8属于土芽孢杆菌属(Geobacillus sp.)生长范围在40～70℃之间,最适温度65℃=LY-1、LY-2、LY-3和LY-4是产半纤维素酶的嗜热菌,属于土芽孢杆菌属(Geobacillus sp.),生长范围在40～70℃之间,最适温度55℃。在许多微生物降解纤维素过程中,p-葡萄糖苷酶是限速酶,若p-葡萄糖苷酶酶活低,会导致纤维二糖的累积从而抑制内切葡聚糖和外切葡聚糖酶活,影响整个纤维素降解进程。为了大量获得p-葡萄糖苷酶并研究热稳定p-葡萄糖苷酶的性质,从温泉嗜热细菌(Geobacillus sp. LY8中克隆了热稳定的p-葡萄糖苷酶基因。从氨基酸序列分析,该酶属于糖苷水解酶类第一家族。将Geobacillus sp. LY8的p-葡萄糖苷酶基因与pGEX-4T-2连接,转化大肠杆菌构建了重组菌,进行了p-葡萄糖苷酶的高效表达。重组β-葡萄糖苷酶在大肠杆菌中以可溶的形式在细胞周质大量表达。纯化了重组p-葡萄糖苷酶,并对其酶学性质进行了研究。研究表明：(1)重组p-葡萄糖苷酶的最适反应温度为65℃,反应温度的范围非常广泛：30—90℃均能发挥良好的酶活性,且在90℃仍有良好的酶活力。在55—75℃下处理120min,仍有很好的酶活力,有良好的温度耐受性。说明该重组p-葡萄糖苷酶是一种优良的高温酶。(2)pH范围广：pH4-pH8范围内均表现出良好的酶活性。(3)具有很强的抗抑制剂和去污剂的能力。因此,该重组β-葡萄糖苷酶是一种优良的高温酶,在中温、高温(特别是高温),以及酸性和中性pH条件下,均能发挥良好的酶活性,具有很大的应用潜力。真菌是纤维素降解的主要微生物。本研究采用纯培养的方法从温泉中分离得到21株产纤维素酶的嗜热真菌。对其中8株进行18S rDNA鉴定,C1与WJM-4-WG属于芽枝霉属(Cladosporium sp.)。W3W、CC-1、C2F1和C2F2属于曲霉属(Aspergillus sp.)。CC-8属于毛孢酵母属(Trichosporon sp.)。WJM-l-G的ITS序列与已知序列的相似性很低,可能是新种。对纤维素酶活较高的菌株CC-1、CC-8以及WJM-4-WG,研究了温度、pH、碳源、氮源、摇床转速、接种量、装液量等对嗜热真菌产内切葡聚糖酶、外切葡聚糖酶以及β—葡萄糖苷酶的影响。成功克隆了Aspergillus sp.CC-1的外切葡聚糖酶基因(1713bp),该酶属于糖苷水解酶类第六家族。该酶的克隆为将来构建工程菌进行外切葡聚糖酶的表达和嗜热酶的结构和功能的研究奠定了基础。