Microbiology of Extreme Soils pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:

作者:Nautiyal, Chandra Shekhar 编

出品人:

页数:369

译者:

出版时间:

价格:$ 303.97

装帧:

isbn号码:9783540742302

丛书系列:

图书标签:

Microbiology
Extreme Environments
Soil Science
Microbial Ecology
Biogeochemistry
Arid Soils
Saline Soils
Polar Microbiology
Desert Microbiology
Permafrost Microbiology

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具体描述

This volume provides a comprehensive coverage of the principal extreme soil ecosystems of natural and anthropogenic origin. Extreme soils oppose chemical or physical limits to colonization by most soil organisms and present the microbiologist with exciting opportunities.Described here are a range of fascinating environments from permafrost to Martian soils. The book includes chapters on basic research in addition to applications in biotechnology and bioremediation.

极端土壤微生物学导言：地球的隐秘生物圈地球的土壤系统是一个极其复杂和动态的生物共同体，它不仅是陆地生态系统的基础，也是地球上生命多样性最丰富的栖息地之一。在这些广袤的土壤网络中，微生物扮演着至关重要的角色，驱动着碳、氮、磷等关键元素的全球循环，支撑着植物生长，并影响着气候变化。然而，传统的土壤科学研究往往聚焦于温带或热带的“适宜”环境。本书则将目光投向那些被认为是生命禁区的领域——极端土壤。极端土壤，顾名思义，是指那些具有极端物理化学性质的土壤环境。这些环境的共同特征是，它们对生命体的存活构成了极大的挑战，包括但不限于极端温度（极热或极寒）、极度酸性或碱性、高盐度、低水活度、高重金属污染、强氧化或还原条件，乃至极端的低营养级。这些环境并非地球的“例外”，而是广泛存在于全球各地，从南极冰盖下的冰冻层、干旱沙漠的盐碱地、火山喷发的矿渣区，到深海热液喷口附近的沉积物，乃至被人类工业活动严重污染的废弃地。第一部分：极端土壤的分类与特征本书首先系统地梳理了极端土壤的分类体系，并深入剖析了不同类型土壤所面临的主要环境胁迫。 1. 极端温度环境下的土壤（低温与高温）低温冻土（Permafrost Soils）：重点探讨了北极和高山地区的多年冻土。这些土壤常年处于冰冻状态，其微生物代谢活动极度缓慢。然而，随着全球气候变暖，冻土融化正释放出大量的古代碳源和潜在的温室气体，并对其中的微生物群落结构产生剧烈影响。研究内容包括低温适应机制（如抗冻蛋白的产生）以及微生物在解冻过程中的复苏与活性变化。高温土壤（Geothermal Soils）：涉及火山活动区域、温泉沉积物下方的土壤。这些土壤常年暴露于超过50°C甚至更高的温度下。本书详细介绍了嗜热菌和超嗜热菌如何利用特化的酶系统来维持细胞膜的完整性和蛋白质的功能，以及它们在地球早期生命演化模型中的意义。 2. 极端pH值环境下的土壤（酸性与碱性）极端酸性土壤（Acidic Soils）：主要存在于硫化物氧化矿床、酸雨影响区或富含泥炭的沼泽地。重点分析了硫酸盐还原菌和硫氧化菌在维持酸性环境（pH < 3）中的作用，以及微生物如何利用和降解重金属，如铝的毒性。极端碱性土壤（Alkaline Soils）：常见于干旱和半干旱地区的盐碱化土壤（Soda Soils）。这些土壤（pH > 9.5）导致磷酸盐和微量元素难以溶解，同时细胞膜的质子梯度难以维持。我们探讨了嗜碱性微生物如何通过钠离子泵和特殊的外膜结构来应对高pH值环境的挑战。 3. 极端水活度与盐度环境下的土壤干旱与盐渍土壤（Arid and Saline Soils）：在沙漠和海岸盐沼中，土壤水分和水活度极低，这不仅限制了微生物的生长，还造成高浓度的盐分胁迫。本书聚焦于耐盐生物（Halophiles）的渗透调节策略，如积累相容性溶质（甜菜碱、脯氨酸等），以及它们在稳定土壤结构和固氮过程中的独特贡献。 4. 重污染与毒性环境下的土壤重金属和有机污染物土壤：探讨了被砷、镉、铅、汞等重金属污染的土壤。微生物如何通过生物吸附、生物还原、生物挥发等机制解毒，以及这些机制在生物修复（Bioremediation）工程中的应用潜力。第二部分：极端土壤微生物的适应性机制极端土壤的生命体必须进化出非凡的生理和分子策略才能生存。本部分深入剖析了这些独特的适应性机制。 1. 膜生物学与渗透压调控细胞膜是微生物抵御外界极端环境的第一道防线。本书详细描述了极端微生物如何重塑其脂质组成——例如，在低温下增加不饱和脂肪酸以维持膜流动性；在高温下增加饱和脂肪酸或环烷烃以提高热稳定性；以及在盐渍土中如何通过合成兼容性溶质来平衡细胞内外的渗透压。 2. 酶的稳定性和功能极端环境对蛋白质结构提出了严峻的考验。我们分析了极端酶（Extremozymes）的分子结构特征，如更紧凑的折叠、更强的疏水核心、以及独特的表面电荷分布，这些特性赋予了它们在非生理条件下保持活性（如耐热、耐酸、耐高盐）的能力。这些酶在生物技术和工业催化中具有巨大的应用前景。 3. DNA保护与修复高辐射（如在某些贫瘠或冰冻的土壤中）和高氧化还原潜力对遗传物质构成直接威胁。研究表明，极端微生物进化出高效的DNA修复系统，以及特殊的DNA结合蛋白，用于保护基因组免受损伤，确保遗传信息的完整性。第三部分：极端土壤微生物的生态学功能与生物地球化学循环尽管环境极端，这些微生物群落仍然积极参与全球尺度的生物地球化学循环，并扮演着不可替代的角色。 1. 极端环境下的碳循环极端土壤，尤其是冻土，储存了大量的有机碳。极端微生物是该碳库的主要调控者。本书探讨了在低温和高盐条件下，微生物如何分解复杂的有机质（如木质素、纤维素），以及它们对甲烷（CH4）和二氧化碳（CO2）排放的贡献。 2. 氮的固定与转化在营养极度匮乏的土壤中，生物固氮成为维持生态系统生产力的关键。我们考察了那些能够在高盐或极酸条件下保持固氮活性的固氮菌，以及它们在养分输入中的作用。此外，硝化和反硝化过程在这些极端环境下的效率和驱动因子也得到了深入分析。 3. 矿物风化与生物地球化学驱动力微生物通过分泌有机酸或进行氧化还原反应，加速了土壤矿物的溶解和转化（生物风化）。这不仅释放了植物可利用的营养元素，也影响了土壤的物理结构，特别是重金属的生物地球化学行为。第四部分：极端土壤微生物的潜在应用价值对极端土壤微生物的研究不仅是基础科学的探索，更具有巨大的实际应用价值。生物技术与工业酶学：从极端土壤中分离出的耐受性强的酶，是洗涤剂、生物燃料生产、食品加工和生物制药领域理想的工业催化剂。生物修复与环境治理：利用极端微生物的代谢能力来降解或固定土壤中的污染物，如石油烃、农药残留和重金属，为受污染土地的生态恢复提供可持续的解决方案。生命起源研究：极端土壤被认为是模拟地球早期生命环境的天然实验室，为我们理解生命如何在恶劣的初始条件下起源和演化提供了宝贵的线索。结论《极端土壤微生物学》提供了一幅关于地球上生命韧性的宏大画卷。它挑战了传统上对生命“适宜”环境的界定，揭示了在最严酷的条件下，微生物如何通过精妙的分子适应和协同作用，建立起功能完整的生态系统。对这些隐秘生物圈的深入理解，不仅深化了我们对地球生命多样性的认知，也为应对气候变化、开发新型生物技术提供了新的视角和资源。