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海洋微生物

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第一章绪论

一、海洋微生物的定义

海洋微生物(marine microbe)以海洋水体为正常栖居环境的一切微生物。

自八十年代起海洋生物技术蓬勃发展,“向海洋要药物”是新世纪海洋生物技术提出的口号。海洋微生物的研究起步较晚,但在最近几年也受到了普遍重视。

二、海洋环境的特征

(1) 海洋占地球表面积的71% —资源丰富;(2) 海洋平均深度:4000m ——高压,低温

(3) 主要离子:Na+,Cl-,Ca2+,K+,SO42- ——高盐

(4) 营养匮乏(N,P,Fe)——稀营养

1 . 远海环境

(1)栖居着浮游(自由泳动)微生物(2)地球上最大的环境(3)一般有大空间规模的环境变化(温度、光度等)

2 . 深海环境

(1)沉积物表面(2)提供了附加的表面积(3)提供小生境的多样性,使得有小空间规模的环境变化

3 . 海洋雪(marine snow)

(1)海洋雪定义:生存或死亡的有机体被黏多糖(微生物和浮游植物分泌的胞外产物)粘在一起形成的大的聚集体。

(2)海洋雪的形成

①黏多糖形成纤丝②纤丝凝结形成透明结构③透明结构不断碰撞形成更大的颗粒,即海洋雪。

(3)海洋雪的特点

①海洋雪的产量随光合作用强度和洋流季节性地波动,春天更大一些。② 80%的初级生产者分泌黏多糖③海洋雪的沉降速率是16-25m/d,沉降过程中颗粒不断增加。④提供养料给深海生物。

三、海洋生物的特征

(1)多样性(2)复杂性(3)特殊性

四、陆栖微生物的研究拥有辉煌的历史

微生物活性代谢物是药物的丰富源泉:

自19世纪60年代首先从微生物中发现了青霉素以来,人们陆续从陆栖微生物中寻找到抗生素类药物、化疗药阿霉素、免疫抑制药环孢霉素A等120多种重要的临床使用药物。

五、陆栖微生物研究陷入了困境

(1)陆栖微生物中发现新代谢产物的速率明显降低,重复发现率极高。(2)传染性病菌对传统抗生素的抗药性正在迅速发展。目前,约12种重要的病菌已有抗药性,寻找活性物质新源成为当务之急。

六、海洋无脊椎动物研究面临的问题

二十多年以来,海洋天然产物的研究主要致力于海洋无脊椎动物的代谢物。海洋无脊椎动物的研究不可避免这样一个现实:(1)从海洋无脊椎动物里获取大量可靠的、最重要的是可更新的资源非常困难

(2)从海洋无脊椎动物获得的化合物结构复杂,无法进行有商业价值的化学合成

七、海洋微生物是寻找生物活性物质的丰富源泉

势优1:海洋微生物大多为陆栖微生物的变种,可以利用现有的许多商业化发酵工艺进行分离和培养,这使海洋微生物成一种可控制的资源,避免了海洋无脊椎动物研究中的资源问题。

优势2:生存环境的的特异性,使海洋微生物在物种、基因组成和生态功能上表现出多样性和特异性,相应产生一些特殊的活性代谢物质。因此从海洋微生物中发现新化合物的概率将比陆栖微生物要大的多。

优势3:

海洋微生物研究技术取得重大突破:

(1)分离培养技术:采用稀释培养法使分离率大大提高

(2)采用新的分子生物学技术进行鉴定,利用基因(16SrRNA)法解决分类学的难题。

八、海洋微生物的重要意义

1.海洋微生物中发现了有重要价值的代谢产物

⑴从海洋细菌中分离到含溴量高达70%的抗生素。

⑵从海洋放线菌分离到罕见的含硼化合物(aplasmonhodide)抗菌素,能抑制革兰氏阳性菌。

如:头孢菌素C,大环交脂,生物碱等

2.海洋动物中的活性物质的真正来源是海洋微生物

如:河豚毒素、海葵毒素等

研究培养繁殖这些微生物,能够大量提取珍贵的活性物质。

3.海洋微生物研究有益于海产养殖业的发展

如:虾卵的表面细菌能够产生保护虾卵的3-吲跺啉二酮;

者哩鱼身上表面发现一种放线菌streptomyces sp ,产生两种奇特的肽类,能选择性抗革兰阳性菌。

4.海洋微生物能产很多新的生化产品

如:热稳定的耐盐的酶,细菌视紫红质以及生物塑料等。此外,也可利用海洋微生物处理海洋环境污染。

九、海洋微生物的最新研究动态

1 . 海底捞“金”

2004年4月,美国的塞莱拉(Celera)遗传信息公司对外宣称,他们在百慕大群岛附近的马尾藻海中,发现了1800多种新的海洋微生物,以及121万余种科学界所从未见过的新基因。这一发现被《科学》杂志评选为2004年科学十大突破之一。

(1)海底捞“金”瞄准海洋微生物

不依赖于传统的培养技术,直接从样品中提取DNA(基因16S rRNA法)

(3)海底捞“金”的基因资源全部“充公”

文特尔宣布,所有新发现的基因组序列都将成为公共领域资料,这是对公有数据库是一个大大的补充,而文特尔本人的目标是“为地球所有微生物的基因组编写家谱”。

2 . 海洋微生物拥有的最完美基因

美国科学家最近研究发现,一种被称为Pelagibacter ubique的海洋微生物拥有地球上所有生物中最完美的基因。这种微生物的基因组由1354个基因组成,如此小的数量只有最原始的微生物才拥有。我们可以比较一下:人的基因组由约30000个基因组成。然而,不同与其它发达生物体的是,科学家们在这种微生物体内没有发现任何一个闲置的和重复的基因。

3 . 国内动态

国家海洋局第三海洋研究所的海洋生物遗传资源重点实验室科研人员,从近200株海洋微生物中筛选得到3株具有一定抗艾滋病毒活性菌株。经中国医学科学院医药生物技术研究所体外抗HIV-1型病毒的测试确定,从它们的发酵液中分离得到的粗提物,能抑制HIV-1病毒引起的CEM细胞融合特征性病变和病毒在CEM细胞内的复制。

4. 微生物活性物质筛选的新途径—宏基因组克隆

直接提取特定环境中的总DNA,克隆到可培养的宿主细胞中,从所获得的重组克隆子中筛选活性物质和相关基因,显示了其在挖掘和利用那些未能培养微生物的基因资源筛选新生物活性的潜在能力。

十、从海洋微生物的研究中得到以下几点启示

1、寻找新的细菌培养基和培养方法,因为传统的培养基------酵母提取液和蛋白胨并不适合海洋微生物的生长;尤其是要研究影响海洋微生物生长代谢的特殊营养因子和培养条件,这是大规模开发海洋微生物资源所必须解决的前提。

2. 研究海洋特有微生物,如共生菌或深海细菌,因为细菌对海洋的适应性越强,产生新化合物的概率越大;这些细菌即使并非海洋特有物种,为了适应环境,也会产生新颖的次生代谢物。

3. 全面进行海洋微生物的生态学和多样性研究,采用PCR技术、16srRNA与16srDNA序列同源性的比较和宏基因组文库的构建及筛选,不经培养研究海洋微生物的多样性已经取得了很大进展。但是海洋微生物多样性的全面调查有待于进行。

总结

(1)研究海洋微生物活性物质,能发现结构新颖的化合物,丰富和发展有机化学理论以及生命科学基础研究。

(2)研究海洋微生物活性物质,能找到新的强效抗菌素和抗病毒活性新药。这一领域的研究在理论上和维护人类健康方面都有重

大意义。

第二章海洋与海洋生物间的相互关系

第一节海洋概论

一、导论

(一)基本知识

地球的面积: 5.1×108Km2 ;海洋的面积: 3.62 ×108Km2

平均深度:3800m ;最大深度:11034m 。海洋体积:13.7 ×108Km3

(二)海与洋的区别

海:海是洋的边缘部分,隶属各大洋,以海峡或岛屿与洋相通或相隔,面积较小,约占海洋总面积的11%;离大陆近,深度较浅,一般在2000m 以内;水文状况受大陆影响,各种环境因子变化剧烈,并有明显的季节变化;沉积物多为陆相沉积

洋:是地球上连续咸水水体的主体部分,面积辽阔,远离大陆;水体深,一般在2000m 以上;具有独立的潮波系统和潮流系统;

水文状况不受或很少受到大陆的影响,相对比较稳定;沉积物多为海相沉积

1、最大的海是位于太平洋的珊瑚海(Coral Sea),面积为4.79×106Km2。

2、最小的海是马尔马拉(Marmara),面积为1.1 ×104Km2 。

(三)海的分类

根据所处位置,可以分为:

边缘海、陆间海、内陆海、海湾、海峡等。

边缘海:靠近大陆边缘的海,它以岛屿、群岛或半岛与大洋相隔。黄海、东海和南海。

内陆海:深入大陆的海成为内陆海。渤海、波斯湾、红海、黑海和波罗的海。

二、海水特性及其对海洋生物生活的意义

1、海水中的溶解物质

2、海水的热学特性:热容量、蒸发潜能、比热容和热导率都是海水的热力学特性。

海水热容量和蒸发潜热很大,因此具有相当高的组织温度大幅度突发性变化的能力。导热性很小,热量向周围扩散很慢,水域温度比较稳定。海洋为其中生物的生存及生命活动提供了一个相对稳定的温度环境条件。

3、海水为微碱性缓冲溶液

4、海水的密度:海水的密度是温度、盐度、压力的函数,通常是随温度的升高而减小,随盐度和压力的增加而增大。海水密度大,

重力效应对海水中生物的影响较小,不需要坚强的骨骼系统。

5、海水的黏性:其实质是海水对流动的阻力,通常随温度升高而变小,随盐度增加而变大。

6、海水的表面张力随温度和盐度的升高而增大。海蜘蛛依靠表面张力生活在海洋表面。

五、海洋环境的划分

(一)海洋三大环境梯度

1、从赤道到两极的纬度梯度

主要表现为赤道向两极的太阳辐射强度逐渐减弱,季节差异逐渐增大,每日光照持续时间不同,从而直接影响光合作用的季节差异和不同纬度海区的温跃层模式。

2、从海面到深海海底的深度梯度

主要由于光照只能透入海洋的表层(最多不超过200m),其下方只有微弱的光或是无光世界。温度也有明显的垂直变化,底层温度很低且较恒定,压力也随深度而不断增加,有机食物在深层很稀少。

3、从沿岸到开阔大洋的水平梯度

从沿海向外延伸到开阔大洋的梯度主要涉及深度、营养物含量和海水混合作用的变化,也包括其他环境因素(如温度、盐度)的波动呈现从沿岸向外洋减弱的变化。

(二)海洋环境的划分

水层环境:从海水的表层到大洋的最大深度,即覆盖于海底之上的全部海域。

水底环境:包括所有海底以及高潮时海浪所能冲击到的全部区域。

水层环境

水平方向划分

近海带(neritic):又称沿岸区和近岸区。

大洋区(oceanic):又称远洋区,占世界海洋的大部分。

近海带与大洋区在水层垂直方向的界限通常是在200m等深线处。此处一般是大陆架的边缘,同时大体上相当于水层环境中真光带和无光带的界限。

1、近海带特点:

(1)盐度变化幅度较大,一般盐度低于大洋;(2)环境的理化因素具有季节性和突然性的变化;(3)由于受大陆径流的影响,营养元素和有机物质丰富;(4)生物种类和生物量大,生物多为广温性和广盐性;(5)是许多经济生物的产卵场、索饵场和栖息地。

2、大洋区环境特点

(1)空间广阔,垂直幅度大;(2)透明度大,呈现深蓝色;(3)化学成分稳定,盐度较高,营养成分较低;(4)生物种类和生物密度低;(5)理化性质在空间和时间上的变化不大。

3、大洋区分层

上层(epipelagic zone):0~200m,亦称有光带。

中层(mesopelagic zone):200~1000m,有光透入但满足不了浮游植物光合作用需求。

深层(bathypelagic zone):1000~4000m。

深渊层(abyssopelagic zone):4000~6000m。

超深渊层(hadal pelagic zone):6000m以下。

深层和深渊层统称无光带,或称黑暗带。

水底环境

1、水底环境划分

潮上带(supratidal zone):高潮线以上。

潮间带(intertidal zone):有潮汐现象和受潮汐影响的区域。

潮下带(sub-tidal zone):潮间带下限至水深200m。

深海带(bathyal zone):水深200至1000~4000m。

深渊带(abyssal zone):深海带以下至6000m。

超深渊带(hadal zone):深渊带以下。

2、深海海底的环境特点

光线极微弱或完全无光;部分海底温度终年很低(-1~5℃),无季节变化,但在热液喷口的海底水温变化急剧;海水很少垂直循环,仅微弱的水平流动;没有光合作用植物生长,但有化能合成细菌作为生产者,因此生活着不少种类的底栖生物。

第二节海洋环境因素及其与海洋生物之间的相互关系

广义的概念:是指某一特定生物体或生物群体以外的空间,以及直接或间接影响该生物体或生物群体的一切事物的总和。

在生物科学中的概念:环境是指生物栖息地,以及直接或间接影响生物生存和发展的各种因素。

在环境科学中的概念:人类是主体,环境是指围绕着人群的空间以及其中可以直接或间接影响人类生活和发展的各种因素的总和。

(一)生态因子与海洋生物间的相互关系

1、生态因子定义

环境中对生物生长、发育、生殖、行为和分布有直接或间接影响的环境要素。包括温度、湿度、食物、氧气、二氧化碳和其他相关生物等。

2、生态因子作用的一般特征

(1)综合作用(2)主导因子作用(3)直接作用和间接作用(4)阶段性作用

(5)不可替代性和补偿作用

3、生态因子的限制性作用

限制因子(limiting factors):任何一种生态因子只要接近或超过生物的忍受范围,就会成为该物种的限制因子。

利比希最小因子定律(Liebig’s Law of Minimum):当一种植物对某一营养物质所能利用的量已接近其所需量的最小值时,该营养物质就必然会对该植物的生长和繁殖起限制作用并成为限制因子。

谢福德耐受定律(Shelford ’s Law of Tolerance):生物的存在与繁殖,要依赖于某种综合环境因子的存在,只要其中一项因子的量或质不足或过多,超过某种生物的耐性极限或生态幅,则使该物种不能生存,甚至灭绝。

生态幅:每一个种对环境因子适应范围的大小,决定于各个种的遗传特性。

4、生态因子的生态作用

生态因子分为:1非生物因子(abiotic factor):也称理化因子,海洋环境的非生物因子包括光照、温度、盐度、海流、各种溶解气体和悬浮物质等;2、生物因子(biotic factor)

非生物生态因子:A、太阳辐射(solar radiation) B、温度 C、盐度 D、波浪、海流和潮汐 E、溶解盐类、溶解气体 F、海水中有机物

A、太阳辐射

a、概念:太阳辐射,即光照是海洋环境中最重要的生态因素之一,它直接影响海洋中有机物质的生产。太阳辐射是海水中热量的主要来源,不仅对海洋生物生活有重要影响,对地球上的生命活动都具有直接或间接的重要作用。

太阳辐射在海水中不同深度的光照强度:ID和I0分别表示在深度D处和海面的光强;K是平均消光系数或称衰减系数;e为自然对数的底;D是深度。

饱和光强:在低光照条件下,光合作用速率与光强成正比关系。随着光强的继续增加,光合作用速率逐渐达到最大值,这种光强称饱和光强,用IK表示,即光合作用速率不再随光强增加而上升。如果光强继续增加,光合作用会因光照过度而受到抑制,光合作用速率将下降。

b、光照与海洋植物的垂直分布

生活在浅海的植物由沿岸浅海向下依次为绿藻、褐藻和红藻。成带分布的原因:植物对光照强度适应的结果;植物对水中光照性质适应的结果。藻类对光照的调节适应:增加光合作用的辅助色素和增加叶绿素的数量(浓度)以增加吸收光谱的中间部分。

c、光照与海洋动物的垂直分布

光照条件的地理差异,可以改变浮游动物的分布水层。

浮游动物的垂直分布季节变化。

某些种类的不同世代的个体分布于不同的水层。

生活史的不同时期分布于不同水层。

海洋动物的昼夜垂直移动现象。

“最适光强”假说:浮游动物停留在最适光强区,当光照超过其最适光强时,动物表现为负的向光性;低于最适光强时,表现

d、光质的生态作用

不同光质对植物的光合作用、色素形成、向光性、形态建成影响不同。光合作用的光谱范围只是可见光区。

可见光对动物生殖、体色、迁徙、生长、发育都有影响;不可见光对生物的影响也有多方面。

不可见光对生物的影响

昆虫对紫外光有趋光现象,草履虫则为避光反应。

紫外光致死作用:波长360nm开始杀菌:波长340-240nm可使细菌、真菌、线虫卵及病毒停止活动;波长200-300nm杀菌力强,能杀灭空气、水面及物体表面的微生物。

紫外光杀生物的机理

细胞对光波的吸收谱线有一个规律,在250~270nm的紫外线有最大的吸收,被吸收的紫外线实际上作用于细胞遗传物质即DNA,它起到一种光化作用,紫外光子的能量被DNA中的碱基对吸收,使DNA分子中相邻的嘧啶形成嘧啶二聚体,抑制DNA复制与转录等功能。使细菌当即死亡或不能繁殖后代,达到杀菌的目的。

e、太阳辐射与海洋动物的体色

海洋动物的体色也表现出对光照的适应性。主要表现在动物体色于生活背景的一致性和在光照条件或生活(环境)背景改变时动物的变色现象。

B、温度

a、海水温度的水平和垂直分布

在开阔大洋表面混合层下,从200~300m至1000m处,温度下降迅速,这一水层被称为永久温跃层(permanent thermocline)。

永久温跃层与表层较暖的低密度水和底层冷的高密度水之间的水密度变化是一致的,这一海水密度迅速变化的层,被称为密度跃层(pycnocline)。

它作为一个屏障影响着水的垂直循环,同时还影响着对海洋生物产生作用的某些化学物质的垂直分布。温度和密度的急剧变化对海洋动物的垂直移动也有限制作用。

季节跃层(seasonal thermocline):温带气候的夏季,在风力弱而太阳辐射强时,没有湍流混合使热量向下方移动,在近表层水中形成了热分层。

最高温度(maximum temperature):生物生命的温度上限。群绝育蛋白质康凝固能力,或酵素的耐热性能。

最适温度(optium temperature):广义得知生物能正常生活的温度范围,狭义的则指生命活动最旺盛时的温度,这很可能是一个较狭小的温度范围。

最低温度( minimum temperature):及生物生命活动的温度下限,在此温度以下,生命即死亡。

b、温度与代谢的作用

通常,在适温范围内代谢作用是随温度的增高而加强。

温度系数(temperature coefficient, Q10):体温每升高10 ℃时新陈代谢速率的变化。

Q10=Tb时的代谢速率/( Tb -10 ℃)时的代谢速率

生物学上Q10的一般介于2~3之间。

c、温度与海洋动物生殖

每一种动物都有一个明显的生殖季节。通常情况下,温带海洋动物主要生殖期是在春季,有时也会延续至夏季。

通常,在一定范围内温度高即会加速发育过程,而且发育速度的加快与温度的升高成正比。

生物学零度(biological zero):生物进行生长发育的最低温度(即发育界限)以下的温度。有效积温法则:胚胎发育所必需的总热量基本上是一个常数,称为热常数,即指发育期的平均水温与发育所经过的天数或时数的乘积是一个常数。

K=N(T-C)

K为热常数,即完成某一发育阶段所需的总热量;N为发育历期,即完成某一发育阶段所需天数;T为发育的平均温度;C为生物学零度。

d、温度与海洋动物个体大小及寿命

生活在冷水中的生物个体常比生活在暖水的同类生物的个体大。变温动物的寿命在低温条件下通常较长。

e、温度与海洋生物体内钙质的积累

在高温下,钙在动植物体内的积累量远比低温时多。

e、温度与海洋动物形态结构

鱼类的尾椎骨的数目和鳍条数目在冷水中明显增加,身体也增大。低温环境动物体表附属器官缩小。

C、盐度

a、盐度定义:盐度是海水总含盐量的度量单位,当碳酸盐全部转化为氧化物,溴和碘已为氯取代,所有有机物均已完全氧化时,1kg海水中所含全部可溶性无机物的总质量(g),或简单地定义为溶解于1kg海水中的无机盐总质量(g)。

b、海洋盐度分布

大洋表层水盐度变化不大(32~37),平均为35。纬度20~30海区较高。温带和两极海洋及热带海区的赤道带盐度较低。

原因不同:赤道带盐度较低,是由于大量降雨和风速减弱的缘故;两极海水盐度较低是因为低温蒸发弱和极地的融冰。

“Marcet原则”(海水组成恒定性规律):尽管大洋海水的盐度是可变的,但其主要组份的含量比例却几乎是恒定的,不受生物和化学反应的显著影响,此即所谓“Marcet原则”,或称海水组成恒定性规律。

半咸水或咸淡水:是海水和淡水混合而盐度下降的海水,称为半咸水或咸淡水。

浅海区盐度较大洋的低,且波动范围也较大(27~30);半封闭海区(如波罗的海)盐度则低于25;

河口区受淡水影响更为明显,盐度变化更大(0~30)。

超盐水:盐度超过40的海区的海水(如红海、热带近岸泻湖)称为超盐水。

c、盐度对海洋生物的影响

(a)盐度与海洋动物个体大小

(b)盐度与海洋生物的渗透压

变渗透压动物(poikilosmotic animals):渗透压调节适应不完全,与外界环境是等渗压或接近等渗透压,大多数海洋无脊椎动物。

等渗透压动物(homoiosmotic animals):又称渗压调变生物,能够保持与环境不同的渗透压,可以高于环境或低于环境,并具有正常的渗透压调节机能,所有海洋硬骨鱼类。

(c)盐度与海洋生物的分布

狭盐性生物:对盐度变化很敏感,只能生活在盐度稳定的环境中。深海和大洋中的生物,是典型的狭盐性生物。

广盐性生物:对于海水盐度的变化有很大的适应性,能忍受海水盐度的剧烈变化,沿海和河口地区的生物以及洄游性动物都属于广盐性生物。例如弹涂鱼能生活在淡水中,也能生活在海水中,这是它们长期适应不同盐度环境的结果。

D、波浪、海流和潮汐

海水在水平方向的流动有海流和潮流两种。

海流:在一年中,其流向几乎是恒定的,流速流量则可以随季节变化。

潮流:其流速、流向在一天中有周期性改变。

a、海流分类

海流按温度特征可分为寒流和暖流。

寒流:指水温低于流经海区水温的海流,通常是从高纬度流向低纬度(如千岛寒流),寒流一般低温低盐,透明度较小。

暖流:指水温高于流经海区水温的海流,通常是从低纬度流向高纬度如(黑潮暖流),暖流一般高温高盐,透明度也较大。

b、海流的生态作用

(a)海流对海洋生物最直接的影响是在于海流散播和维持生物群的作用。

暖流可将南方喜热带性动物带到较高纬度海区。寒流则可将北方喜冷性动物带到较低纬度海区。海流也有助于某些鱼类完成“被动洄游”。海流将浅水区内的底栖动物的浮游性的卵和幼体带到很远但又适宜栖息的地方,在变态后就定居下来,扩大了底栖动物的分布范围。在某些封闭海区,依靠海流的作用,从外地输入幼体来维持其独立的生物群。

例如,在北大西洋的藻海中,微弱的反气旋型环境流形成一个半永久性的闭合系统,这里堆积了随着海流漂流而来的大量岸边固着植物的马尾藻,形成一个特殊的生物群。

(b)海流与海洋生物生产力的关系主要表现在海水的辐散或辐聚与海洋表层浮游植物所需营养盐类能否得到补充有关。

表层的无机营养盐类(硝酸盐、磷酸盐等)含量很低,而这些营养盐却在深层大量积累。因此,凡是有海水涌升的海区,表层营养盐很丰富,浮游植物繁殖茂盛,浮游动物和鱼类等消费者也可获得丰盛的食物。

海洋中几个强大的暖流和寒流交汇的海区,多形成世界上良好的渔场。如太平洋的北海道渔场、大西洋的纽芬兰渔场和北海渔场。在中国海,台湾暖流和不同性质水系(如沿岸水、冷水团等)的交汇面,也都有良好的渔场,如烟威渔场和舟山渔场等。

E、溶解盐类和溶解气体

a 、溶解盐类

磷和氮等盐类的含量少,再加上植物的利用和动植物代谢作用的影响经常有显著变化,这类元素成为生殖元素。

海水中的溶解盐类中,只有N和P对海洋生物常有限制作用。磷在天然水中的含量很低,相对数量比氮少,因此,磷是浮游植

一般认为,铁、氮和磷同为浮游植物生长(特别是叶绿素形成)所必需的元素。过去认为铁可能是浮游植物生长的限制因素之一。实际上,由于浮游植物身体表面吸附有相当数量铁的化合物,而一般浮游植物利用少量铁的能力很强,加以铁的作用与氮和磷有关联,铁的相对量往往超过所需量。所以,铁在自然水域中不一定有限制作用。

影响海水中溶解气体含量的主要因素:各种气体在水中的溶解度不同;温度与盐度的影响,通常是温度和盐度越低,溶解氧越高;

与生物的活动有关(光合作用、呼吸作用、分解作用)。

b、溶解气体

(a)溶解氧

海水中溶解氧质量浓度约为0~8.5 mg/L,生物对海水氧含量有非常重要的作用。

溶解氧的来源:大气中的氧气可大量地溶入表层海水;绿色植物进行光合作用所放出的游离氧逸出。

溶解氧在不同水层的浓度:表层海水中溶解氧浓度最高。通常处于相应的大气压和海水温度条件下的饱和状态。在浮游植物大量繁殖的海区,水中溶解氧出现暂时的过饱和现象,饱和度可达100%~140%。

透光层下方缺乏光合作用的氧气补充,溶解氧的含量逐渐下降。超过1000m深的水层,氧含量并不随深度的增加而连续下降,而是在最小值后又开始上升。

(b)二氧化碳、pH和氧化还原电势差

二氧化碳是植物光合作用的原料,实验证明:在光照强度增大的同时,增加二氧化碳可以使植物光合作用的速率加快,否则,虽然光照强度增大,而光合作用的速率反而会逐渐减弱。

天然水体的pH最为稳定。大洋表层pH在8.1~8.3之间,深海接近7.5,在某些停滞的海盆底层pH可能接近于7。几乎所有的生物都是狭酸碱性的,能够忍受pH的范围一般在6~8.5之间。

氧化还原电势差(oxidation reduction potential):是海洋环境的特性之一,代表化学系统氧化另一化学系统之能力,是以其与氢极电势差来表示。因为与pH有关,所以一般须注明pH。

氧化还原关系:强度:以电势差表示;容量:即氧化还原系统之容量或能力。

F、海水中有机物

海水有机物的主要来源是海洋生物的代谢产物、分解物、残渣和碎屑等。陆地所有生物活动所产生的有机物也可通过大气或河流进入海洋。

根据存在形态,海洋中有机物可划分为三类:溶解性有机物(DOM)、颗粒性有机物(POM)和挥发性有机物(VOM)。

溶解有机物的作用:

溶解有机物作为浮游植物营养物质来源;

溶解有机物作为“生长因素”或称“辅助生长因素”,如,维生素B1(硫胺素)、维生素B12 (钴胺素);

溶解有机物作为抑制生长因素,抗生素、抑制藻类生长物质、藻类大量繁殖对动物的排斥和有机物的螯合作用。

(二)海洋沉积物与海洋生物间的相互关系

1、海洋沉积物的来源及其类型

海洋沉积物是通过物理的、化学的和生物沉积作用过程所形成的海底沉积物的总称。

(1)海洋沉积物来源:来自陆地岩石风化和剥蚀所形成的砂、粉沙和黏土;生物作用和化学作用所形成的各种沉积物;火山碎屑;海洋裂谷溢发来自地幔内部的物质;宇宙尘埃等。

(2)海洋沉积物的类型:

A、按深度划分:近岸沉积物(0~200m);深海沉积物(1000~4000m);深渊沉积物(4000~6000m)和超深渊沉积物(6000m至深海海底)。

B、大陆边缘沉积,陆隆沉积或“等深线流沉积” ,深海沉积

C、根据颗粒直径大小以及组成成分数量比例划分

2、海洋沉积物与海洋底栖动物的分布

海洋基质为营底栖生活的动物提供了栖息生存和发展空间。另外也避免捕食者的威胁和环境突然变化提供一种有效的保护。

趋触性或向趋性:海洋底栖生物在不同基质环境中的生存与发展是其在长期进化过程中对外界各种环境条件适应的结果,这一现象被称为趋触性或向趋性。

负趋触性:底栖生物对特殊基质的排斥现象。

3、海洋沉积物与海洋底栖动物的生命活动

海洋底栖动物的生命活动使沉积物中的有机质得以不断循环。底栖生物的生活遗迹成为研究海洋变迁等演变的依据,对认识和鉴定古代底栖动物、寻找演化线索和促进古生态学的发展都有重要意义。

海蚯蚓吞食沉积物摄取有机质,然后将沉积物排出体外,一年中就可将1900t沉积物从底层又运至表层。

4、海洋沉积物与海洋底栖生物多样性的关系

关于海洋沉积物与多样性之间关系的分析研究较少,但这一研究对进一步分析探讨海洋底栖动物与其环境间的关系以及评价海洋环境质量及其变化具有重要意义。

5、海洋沉积物与底栖生物群落

A、底栖生物群落组成结构及其演替与沉积作用的相互关系

组成种类及其丰度和生物量是生物群落组成结构的主要特点之一,其变化可以反映出底栖生物群落组成结构的演替过程和序列。

B、海底-水层耦合

1992年Ott提出水层和海底系统之间的耦合。主要论述海水水域中有机碎屑不断的下沉到海底的过程以及作为底表和底内动物食物来源的意义。重点论述了海底底表和底内动物摄食过程与沉积作用和沉积物结构间的相互影响。

第三章海洋细菌

一、海洋细菌的3个基本特征

(1)在开始分离和初期培养时要求生长于海水培养基中。

(2)生长环境中需要氯或溴其中之一元素存在。

(3)需要生活于镁含量较高的环境。

二、海洋细菌的种类组成

(1) 最常见的有:假单胞菌属、弧菌属、无色杆菌属、黄杆菌属、螺菌属等。

(2) 在海水中,革兰氏阴性杆菌占优势,90%以上;在远洋沉积物中革兰氏阳性杆菌居多。

(3) 在海水中芽孢杆菌少见,在沉积物常见;球菌种类在海水中少见;能游动的杆菌和弧菌在海洋细菌中占优势。

三、海洋细菌的分布

海洋细菌种类数量分布与海洋环境密切相关。

1. 平面分布特点

沿岸地区营养盐丰富,数量较多;离岸距离增大,细菌密度呈递减趋势;内湾和河口细菌密度最大。

2. 垂直分布特点

随着深度增加密度减少,但至水底泥界面处又有所回升。

四、海洋细菌的生活特性

生活在近岸海域和远洋水上层中的海洋细菌的生理生态特性与陆生细菌相似,但生活在深海的细菌,因深海环境的特点具有高盐、高压、低温和低营养等特点。

1. 嗜盐性

海水的显著特征是含有相当稳定的高浓度盐分,含有各种盐类和微量元素,因此嗜盐性是海洋细菌最普遍的特性。

2. 嗜冷性

海水90%以上水体的温度在5℃以下,绝大多数海洋细菌都具有在低温下生长的特性。

耐冷细菌:最适生长温度为20 ℃左右,在0~5 ℃下缓慢生长。

嗜冷细菌:最适生长温度不高于15 ℃左右,在0 ℃附近能够生长繁殖,最高温度不超过20 ℃。

3. 适压性

水深每增加10m ,静水压力增加1Kg/cm2,一般深海的水深超过大洋平均深度,深海海底要承受约380~1100 Kg/cm2的压力。

深海嗜压细菌具有适应高压并继续生长代谢的能力,能在高压环境中保持酶系统的稳定性。

4. 低营养性

总的来说,海水总是处于寡营养状态,其中营养物质较为稀少,有机碳平均水平相当低,某些浮游型海洋细菌适应于低浓度营养的海水,因此分离培养海洋细菌忌用营养丰富的培养基。

5. 趋化性与附着生长

绝大多数海洋细菌都具有运动能力,某些细菌具有沿着某种化合物的浓度梯度而移动的特性。

海水营养物质稀少,但海洋中各种固体表面和不同界面上却吸附积聚相对丰富的营养物质,许多细菌具有黏附到表面生长繁殖的特性。

6. 发光性

少数几个海洋细菌属具有发光的特性,如:发光杆菌属和射光杆菌属。

发光机理

①“荧光素酶说”

②“发光素学”

五、海洋细菌的分离和培养

1. 分离样品的处理

①沿岸、近海区域的样品,采用稀释涂布分离,即:将样品采用无菌海水进行一系列的稀释,再吸取一定量某几个稀释度的菌液涂布于培养基后分离。

②远海或深海的样品,由于异养细菌密度小,在培养前需将样品中的微生物浓缩到超滤膜上,再进行分离培养。

2. 分离培养基

⑴一般采用海水配制分离培养基

人工海水:artificial seawater(ASW)

人工海水的配方

NaCl :24.477g MgCl2.6H2O:4.981g

Na2SO4:3.917g CaCl2.H2O:1.102g

KCl:0.664g NaHCO3:0.192g

KBr :0.096g H3BO3:0.026g

SrCl2:0.024g NaF:0.039g

蒸馏水:1000ml

(为了避免沉淀,上述各成分需分别溶解)

⑵为了避免海洋酵母,霉菌的干扰,往往在培养基中加入抑制这类微生物的抗生素或化学试剂。

⑶常用海洋好气性异养细菌分离的培养有:Zobell 2216E 培养基。

Zobell 2216E 培养基

蛋白胨:5g,酵母膏:1g,磷酸高铁:0.1g,琼脂:20g,陈海水:1000ml,pH7.6

六、海洋细菌间及与其它海洋生物的关系

概括地的讲:

竞争

捕食

共生:共栖

互生:原始合作、互利、偏害

1. 海洋细菌间及与其他海洋微生物的关系

①互利

海洋细菌所产生的维生素有利于海洋真菌的生长。

海洋光合细菌

硫酸盐2

硫酸盐还原菌

②拮抗

多种海洋细菌能够产生抗菌物质,抑制其他敏感细菌(如假单胞菌、弧菌、病原真菌、放线菌)。

海洋细菌可被海洋病毒寄生裂解,也可分泌胞外酶抵御病毒的侵染。

③附生、寄生

大量细菌附生在蓝细菌表面生长。

一种类似蛭弧菌的海洋细菌寄生在与海绵共生的蓝细菌细胞壁同细胞膜之间。

2. 海洋细菌间及与海洋植物的关系

①协同生长

藻类在生长过程中释放许多脂、肽、糖、维生素等,细菌能够利用这些有机物生长繁殖。细菌摄取的有机物经代谢后以矿物或其他形式为藻类提供必需的生长因子。

某些藻类处于无菌条件下,不能正常生长。

②拮抗

藻类能够产生抗生素类物质抑制细菌生长,细菌也可以通过直接或间接作用抑制藻类生长,甚至裂解藻细胞。

细菌与藻类竞争无机营养,如磷等。

③捕食

海洋细菌可被异养藻类(如夜光藻)所摄食,相互间形成捕食关系。

此外,许多能利用各种多糖的细菌常是海藻体表的重要菌群,对藻菌关系的研究具有重要意义。

3. 海洋细菌间及与海洋动物的关系

①互利共生

附生于海洋动物体表的细菌能够有效地利用宿主所释放的营养物质;

某些鱼类被细菌附生后游泳速度获得提高。

某些海洋动物利用其发光器官内发光细菌所发出的光用于捕食活动。

②竞争

某些海洋动物能进行渗透营养与细菌竞争溶解有机物;海洋细菌通过释放拮抗物质与海洋动物进行空间竞争。

此外,海洋动物消化道中细菌能够释放胞外酶分解动物吞噬,难以消化的有机物如:几丁质等。

七、海洋放线菌

以形成丰富次级代谢产物著称的放线菌(也有称为高G+C含量的革兰阳性细菌),也存在于海洋环境,并具有一定的分布特点和分布规律:

①近海、沿岸的浅海海域中发现的放线菌主要是链霉菌(Streptomyces)、小单抱菌(Micromonospora)、诺卡菌(Nocardia)、红球菌(Rhodococcus)、分支杆菌( Mycobacterium);

②远海、深海的放线菌则主要是高温放线菌(Thermoacti-nomyces)、游动放线菌(Actinoplanetes)、戈登菌(Gordonia)等,一般在海洋沉积物中容易找到其踪影。

此外,海洋放线菌的分离与海洋细菌相似。

海洋蓝细菌

一、分类地位和特征

蓝细菌又名蓝藻或蓝绿藻,属于原核生物,是最大的一群光合自养原核生物,包含丝状或单细胞细菌约150属,1500种。

许多蓝细菌在进行有氧光合作用的同时,具有固氮的能力。

蓝细菌又名蓝藻或蓝绿藻,属于原核生物,是最大的一群光合自养原核生物,包含丝状或单细胞细菌约150属,1500种。

如:蓝细菌与海绵共生,颤藻以内共生体的形式存在海绵的细胞内,并可以产生氯化环缩二氨酸。

某些海洋蓝细菌是组成海洋地衣的种类;与硅藻共生的蓝细菌,由于有固氮作用,可增加硅藻的营养供应。

1. 细胞形态

单细胞无分支或有分支,串生或链丝状。细胞由肽聚糖包围,细胞壁外面再包有胶质或纤丝的鞘。

2. 生殖方式

单细胞蓝细菌:二分裂,复分裂或释放出外生孢子

丝状蓝细菌:丝状体断裂或自顶端释放出游动的称为段殖体的短链细胞。

3. 光合作用装置

细胞质内的片层状类囊体,光合色素为叶绿素α和藻胆蛋白(phycobili protein)。

藻胆蛋白(PBP)是所有蓝细菌的重要光能捕获色素,也只有PBP吸收的光波长对光合作用产氧有效。

蓝细菌种类很多,按照蓝细菌的生活状态,可分为两大类:

①特殊环境中的底栖类群(如可附着生长的类群)。

②浮游类群(可自由生活的类群,主要是单细胞形式)如:铜绿微囊藻,水华鱼腥藻、红海束毛藻。

三、分布

1. 岩石型浅滩

在岩石型浅滩的基质表面和内部都有种类丰富的蓝细菌,主要有石囊属,眉藻属及各种颤藻蓝细菌科。

2. 沙质浅滩

蓝细菌与硅藻形成的藻垫,蓝细菌是沙滩上群体的主要类型是表面藻垫。

3. 盐沼地带与红树林区

部分蓝细菌普遍存在与海边盐沼地区,有颤藻、鞘丝藻、席藻及微鞘藻属。

4. 潮下带地区

主要有较大的鞘丝菌,一些附生蓝细菌如

皮果藻属和一些居住在岩石内的蓝细菌不能直接用肉眼观察到。

四、环境因素对蓝细菌分布的影响

1. 附着基质的影响

暴露的沙滩环境,蓝细菌群体在松软多孔的岩石如沙石中分布量较大,但因沙浪的冲刷,表面的蓝细菌很难定植。

在硬质岩石如花岗石表面蓝细菌则与真菌共生(地衣)。

2. 脱水的影响

通常随着空气中暴露的程度的增加,即随着脱水程度的增加,蓝细菌种群的数目会下降。

3. 温度的影响

高纬度地区生活的类群必须能耐受周期性的冰冻;

热带地区的暗色无孔岩石是蓝细菌经受的最高温度。

4. 光照的影响

5. 盐度

很多蓝细菌的生长需要提高Na+的浓度,当Na+浓度低于0.47%,则生长量会减少。

6. 污染的影响

很多资料认为有机物的污染会增加海洋底栖蓝细菌的数量。

五、海洋蓝细菌的分离与培养

蓝细菌在细菌生长的基质中形成大量胶状基质鞘,因此常常难以获得不混杂有异养菌的培养物。

但是蓝细菌的抗紫外线能力强于大多数异养生物,可利用此特性分离蓝细菌。

蓝细菌分离培养方法很多方面与其他微藻相似,将在以后介绍。

海洋原绿藻

1976年Lewin报道了一种蓝绿藻,为原核生物,但不含藻胆色素,含有叶绿素a和叶绿素b,其类囊体结构与绿色植物的叶绿体相似,具有重大的进化意义。

目前已知有三种类型:原绿藻、原绿球藻、原绿丝藻。

原绿球藻是目前研究较为深入的原绿球藻属原绿藻。

一、原绿藻具有以下5个特征

(1)原绿球藻细胞较小(培养中细胞直径为0.5 -0.7um),是已发现的最小的光合生物,其大小接近产氧光合生物的最小尺寸。但这种生物广泛分布于南纬40°~北纬40°之间的区域,并且在水深100 - 200m的水层中均高密度存在,很可能是地球上数量最大的光合生物。

(2) 原绿球藻具有叶绿素a (Chla )与叶绿素b (Chlb )的二乙烯化衍生物Chla2与Chlb2 0在有些菌株中还含有少量的藻红素,尽管其光合作用器官在结构上与高等植物、绿藻的光合作用器官不同,但其功能相同。

(3) 在大西洋、太平洋的亚热带寡营养海域中,原绿球藻的分布超出了透光层的界限。自然环境中的原绿球藻具有奇特的光积累来适应水下这种光照极弱的环境。

(4)原绿球藻在寡营养海域中的水面层中分裂周期为1d,由于这些环境营梦养缺乏,此原绿藻很可能具有独特的营养需求。(5)在实验室分离物以及自然群体中均发现原绿球藻具有相当多的多样性,誉为何环境条件引起原绿球藻发生这么大的变化,目

二、海洋原绿球藻分离与培养

原绿球藻的分离一般采用双层0.6um孔径滤膜过滤后,再用无菌培养液富集的方法分离,也有采用流式细胞计分群的方法直接从自然水体中分离。

三、流式细胞计

流式细胞计(Flow Cytometry, FCM):

是对细胞进行自动分析和分选的装置。它可以快速测量、存贮、显示悬浮在液体中的分散细胞的一系列重要的生物物理、生物化学方面的特征参量,并可以根据预选的参量范围把指定的细胞亚群从中分选出来。

流式细胞计:

流动室和

液流系统

激光源和

光学系统

流式细胞计的基本结构流式细胞计主要由四部分组成。它们是:流动室和液流系统;激光源和光学系统;光电管和检测系统;计算机和分析系统。

第五章:微生物法防除赤潮灾害的若干思考

赤潮:有害赤潮也称有害藻华,是当今全球海洋的一大灾害。

定义:在一定的环境条件下,海水中某些浮游植物、原生动物或细菌在短时间内突发性增殖或高度聚集而引起的一种生态异常,并造成危害的现象。

赤潮的发生机制

有害赤潮发生的内因是存在有害赤潮生物。

我国海域辽阔,物种丰富,通过对中国近海赤潮生物调查资料及有关文献综合统计,分布于中国沿海的赤潮生物有148种,(其中43种曾引发过赤潮)分别隶属甲藻20个属70个种。

最主要的赤潮生物为夜光藻Noctiluca scintillans,微型原甲藻Prorocentrum minimum,海洋原甲藻P.mians,塔玛亚历山大藻lexandrium tamarensis,多纹膝沟藻Gonyaulax polyedra,中肋骨条藻Skeletonema costatum,红色中缢虫mesodinium rubrum,红色束毛藻Trichodesmium sp.,和海洋卡盾藻Chattonella marina。

在我国引发过赤潮的43种赤潮生物中,有毒种类有链状亚历山大藻Alexandrium catenella,多环旋沟藻Cocholdinium polykrikoides,链状裸甲藻Gymnodinium catenatum,米镏金裸甲藻Gymnodinium catenatum,红裸甲藻Gymnodinium sanguineum,金黄不沟藻Gyrodinium aureolum,波罗的海原甲藻Prorocentrum balticum,褐胞藻Phaeicystis pouchieti和海洋卡盾藻Chattonella marina等28种。

有些赤潮生物特别是甲藻,往往发展成能适应不同环境、并与其他生物成功进行生存竞争的一系列适应策略,如通过垂直迁移优先争夺阳光或营养盐;能在不良环境中形成孢囊沉积于底泥中,一旦环境适宜,可大量萌发形成古优势的营养细胞群。如在我国长江口以南沿海的调查中,发现了22种活的有害赤潮孢囊。

有害赤潮发生的外因是具备合适的环境条件。

赤潮的形成需要合适的条件,各种环境因子包括物理(温度、光照和海流等)、化学(氮、磷等营养盐和微量元素铁、锰和维生素等)、生物(摄食与捕食、种间的相互作用等)和气候(降雨、温室效应和厄多尼诺现象)等方面都可能触发、影响赤潮的发生及其时空分布。

赤潮近来频发的原因中,一般认为最重要的是人类活动带来的影响如海洋环境污染,尤其是海域的富营养化。随着经济发展,工农业废水和生活污水排放量不断增加,沿海富营养化加剧,为赤潮的发生提供了物质条件。然而,富养化并不等同于赤潮,赤潮的发生机制非常复杂,包括了其他物理、化学、生物和气候等各方面的作用及相互作用。

每一类赤潮藻种与环境因子的相互关系又各不相同,有其自身的特点,所以赤潮发生机制的研究目前已成为各国科学家研究的热点。

6、赤潮的危害

6.1 危害海产养殖业及渔业资源

6.2破坏正常的海洋生态系统

★赤潮发生时,由于少数赤潮藻的暴发性异常增殖造成海水PH值升高,粘稠度增大,使赤潮藻之外的浮游生物衰减,破坏原有的生态系统结构与功能。

★赤潮衰败时,大量藻细胞分解消耗大量氧气,造成海域大面积缺氧,甚至无氧。同时,藻体分解时又会产生大量有害气体(如H2S、NH3、CH4等)和毒素,使海水变色,变臭,造成海洋环境严重恶化。

6.3影响海上娱乐和滨海旅游业

★在我国,1991年主办亚运会前不久,北戴河海域的夜光藻赤潮几乎使帆船等比赛不能举行。

★在美国,由于赤潮的发生,每年在佛罗里达西海岸对旅游业就造成1,500万到2,000万美元的经济损失。

6.4威胁人群的健康:世界已知的60多种赤潮生物可产生6类致毒的赤潮毒素(麻痹性贝毒PSP;神经性贝毒NSP;腹泻性贝毒DSP;失忆性贝毒ASP;西茄毒素CFP;蓝藻毒素CTP),引起人类中毒死亡事件历年都有发生,近年有增多的趋势。

7、赤潮问题的新动向、新特点

近年来赤潮发生频繁,为害日烈。赤潮这一海洋灾害已同沙尘暴一样成为危害社会经济、人群健康的环境问题。

赤潮的发生在近年来有上升的趋势。其频度、面积、持续的时间、危害的程度、种类组成等等都显示出一种增多、高、加剧的趋势。

7.1赤潮事件增多

7.2赤潮的范围不断扩大

7.3 赤潮持续的时间增长

7.4 赤潮种类增多

始于春季,3月至6月是赤潮的高发期,而在东海则于7、8月赤潮高发,在北部沿海则是8月至10月赤潮频发。

不过近年赤潮发生日益呈现一种全年式的状况,如南海在8月、9月,甚至12月都有赤潮。99年广东绕平8月发生棕囊藻赤潮,2000年8、9月在大亚湾,大鹏湾发生斯氏藻赤潮。

7.6 我国沿海的赤潮藻类

统计自50年代至今已发生的赤潮种类,不外乎主要是4类藻类,即甲藻、硅藻、定鞭藻及针胞藻类。有的海区也有发生蓝藻赤潮或裸藻赤潮的情形。

甲藻的赤潮最常发生,最为有害。硅藻赤潮最为普遍。定鞭藻类(Heptoph-yceae)的球形棕囊藻(Phaeocystis globosa)赤潮很为特别。针胞藻类(Raphidoplupceae)赤潮在我国南北海域都有报告。

8、赤潮研究的国际概况

★全球规模的赤潮研究,从宏观上大尺度研究赤潮危害的扩大与全球变化的关系,特别是受气候变化的影响所发生的赤潮。

★区域性的赤潮研究,分析赤潮种群大规模地理扩展的特征以及影响赤潮动力学过程的因素,研究光温效应、摄食压力和生物防治等。

★实验室水平的赤潮机理与模型研究,赤潮藻的细胞生物学及生理学特征研究,如赤潮藻生长的营养需求的研究和产毒生理生态等。

★人类活动对赤潮发生的影响的研究,如富营养化(工农业废水,生活污水,养殖废水,土壤流失等)造成的赤潮,赤潮生物的地理扩散与新种类的引入。

★赤潮种源一甲藻孢囊的研究,以及藻毒素的研究。如其类型来源(是内源一内寄生细菌,或外源),转移途径,致毒效应,检测,毒效与生物积累等。

—加拿大对赤潮毒素的研究处于国际领先地位;

—日本对赤潮藻的分类水平居于世界前列;

—西班牙对赤潮的发生机理有较深入的发现;

—美国则在赤潮藻的分子水平研究上有较突出的结果。

10、当今世界赤潮研究的空白和热点

有毒有害赤潮生物的种间界定,特别是一些地理亚种和变型的快速识别手段的确立与分类系统的建立。

◆有毒赤潮生物的种群生物学与遗传学,特别是产毒的内在机制与表达。

◆有害赤潮生物的营养动力学与污染生态学。

◆有毒赤潮藻与海洋其它生物尤其是海洋细菌间的生态关系。

◆有毒赤潮藻的毒素生物合成与生态毒理学,如对毒素的影响剂量、危害评价、数据库、行病学记录等。

◆有毒赤潮藻的毒素病理学与药理学。

◆赤潮藻毒素、贝毒素的分离、提纯与快速分析方法的确立。

◆数学模型的建立。

◆减灾策略(如监测、预报、防治与海产品监管等)

赤潮与微生物

海洋环境中分布着种类繁多、数量庞大的微生物,因其个体的

极端微小性,种群结构的多样性,生理、生化类型的多样性,

生态功能的多样性和遗传特征的多样性,因而在海洋生物地球

化学过程中起着多重的极其重要的生物学作用。

●在海洋生态系统中,它们既是食物链中的生产者,又是有机物

质(包括毒性物质)的有效的分解者和转化者,还是物质、能

量的贮存者。在物质循环、能量运动、元素转化、生态平衡以

及环境净化等方面担当着非常重要的角色。

●同时它们当中的某些种类还是促使海域富营养化、赤潮发生的

间接或直接的诱因和某些水产养殖动物爆发性流行病的病原体。

新近的一些研究又表明,有些海洋微生物是有毒有害赤潮藻的

有效抑制者并具有毒素降解潜力。

●显然,微生物的这些生理生态学特点,尤其是藻--菌关系问题,

需要彻底查明。

个体小,比表面积大;吸收多,转化快;生长旺,繁殖速;适应性强,易变异;种类多,分布广。

?目前对赤潮的防治,主要是采取化学方法。化学方法防治虽可迅速有效的控制赤潮,但所施用的化学药剂给海洋带来了新的污染。因此,越来越多的人将目光投向了生物防治技术。

?关于生物防治有人建议投放食植性海洋动物如贝类以预防或清除赤潮,但有毒赤潮的毒素也可能因此而富集在食物链中并产生令人担忧的后果。

?而利用微生物如细菌的抑藻作用及其对赤潮毒素的有效降解作用,使海洋环境保持长期的可靠的生态平衡,从而达到防治赤潮的目的,就可以避免这些缺陷,这也是细菌防治独特的优越性。

关于“以菌治藻”研究的动态

1.微生物对赤潮发生的促进作用

为赤潮生物提供营养盐及所必需的生理活性物质

★在海洋环境中,尤其在底层,硝化细菌通过硝化作用使氨态氮转化为硝态氮,供浮游生物利用;在混合层中,细菌通过氨化作用产生的氨态氮是再生生产力的重要物质基础。

★细菌还为藻类的生长提供无机磷,磷在很多海区是浮游植物生长的限制因子,磷的主要来源是靠细菌活动使磷酸盐再生。

★海水受污染后所含的有机质及动植物残骸等,经细菌分解后所产生的维生素类物质和微量有机成分(嘌呤、嘧啶等核酸成分,酵母的自消化物等特殊有机物),可以促进浮游植物繁殖。

氮、磷是影响赤潮生物繁殖的重要营养元素,赤潮发生的一个很重要的原因是水体富营养化,水体中氮、磷元素的含量过高。

★细菌还在其他元素的生物地球化学循环中起着重要作用,一定浓度的铁、锰元素对某些赤潮藻类的生长均有不同程度的促进作用,这表明微量元素中铁、锰是触发赤潮发生的重要因子。细菌可把三价铁还原为易溶性的二价铁,为藻类的生长提供必需的铁元素。★细菌还可以合成藻类必需的生理活性物质如维生素B-12,它在藻类的生理生活中起着极其重要的作用。

藻-菌共生关系

细胞外共生

★ Riquelme CE和Ishida Y(1989)研究了海水细菌和微型藻类的相互作用,他们发现,在海水发生硅藻Asterionella glacialis 赤潮期间,细菌优势种群为假单胞菌Pseudomonas 022,且细菌量与叶绿素浓度之间存在着正相关关系。实验室研究发现,A.glcialis 的生长在外加Pseudomonas 022时受到显著促进。

★进一步研究发现Pseudomonas 022分泌的一类糖蛋白是促进A.glcialis生长的物质。而细菌Pseudomonas 022的生长也受到A.glcialis产生的细胞外有机碳主要是溶解态氨基酸的促进。

细胞内共生

★细菌既可存在于藻细胞核中,也可存在于细胞质和细胞器。Silva(1982) 认为,内生细菌和藻细胞之间保持平衡关系的生长速率维持了二者之间的共存。Silva和Franca(1985)发现甲藻染色体中的DNA纤丝似乎通过围绕于细菌周围的电子透明区域与细菌表面相联系,它们之间可能存在着遗传信息的交换。

★他们发现在甲藻的指数生长期内,细菌主要限于细胞核内,进入稳定期后,核内的细菌更加丰富,生长似乎不受外界环境的影响,并可通过类似于反胞饮的过程离开细胞核游移到细胞质中形成一批由核被膜包围的细菌。然后,其中一些在细胞质中被消化掉,另外一些在细胞分裂时进入周围的培养基中。

★内生细菌在一些有毒藻类的毒素产生中起着一定的作用。目前,人们对内生细菌只是有了初步了解,对很多现象如共存方式、维持机制、内生意义、产毒机制等,还需进一步研究。

2、微生物在赤潮消亡中的作用

细菌对赤潮消亡的作用

细菌对藻类的抑制作用有较强的种属特异性。如Fukami K.等(1992) 研究细菌的抑藻作用时发现,黄杆菌Flavobacterium sp.对裸甲藻Gymodinium nagasakiense具有强烈的抑制和杀灭作用,而对Chattonella, Heterosigina akashiwo和骨条藻Skeletonema costatum均无效。这表明该细菌对Gymodinium nagaskiense的杀灭作用是专一的。

食菌蛭弧菌对赤潮消亡的作用

★蛭弧菌的分布自被发现后的大量研究表明它广泛分布于近海洋环境,是以海洋微型生物为寄主的寄生菌,对水环境中的微型生物寄主具有“高速碰撞、高速钻孔、高产量胞壁酸形成”等生物学特性。

★由于它们生活在宿主细胞的周质空间,可确保营养小环境稳定,使它具有生态学优势,又因为它可“吃掉”有害宿主细胞而具有很大应用潜力。

★研究表明蛭弧菌也可进入藻细胞内而溶藻。厦门大学赤潮研究组也曾对其在近岸海水环境中的生态分布及对寄主裂解的多样性、有效性作过研究报道。

病毒对赤潮消亡的作用

★在海洋环境中存在着大量病毒,其生物特点是:①非细胞性。②极端的微小性。③专性的寄生性,其对赤潮消长起着重要作用。★Bratbak(1993)等研究表明:病毒在由海洋藻类Emiliania hualyi引起的赤潮消亡过程中起着重要作用,他们在溶解细胞内和周围环境发现游离态病毒颗粒和病毒类似颗粒的存在,同时,赤潮在消退过程中伴随着病毒数量的增多。

★Nagasaki等也从日本Nomi海湾分离到一种病毒,这种病毒能够感染赤潮引发种Heterosigma akashiwo,该病毒颗粒可以感染并裂解两株H.akashiwo, 该病毒对H.akashiwo具有较高的特异性,不会导致Chattonella antiqua, C.verruculosa, Fibrocapsa japonica等15种其它种类的浮游植物细胞裂解。而且,三株从日本Hiroshima湾分离到的Heterosigma akashiwo具有对该病毒的抗性,表明这种病毒并非种特异性而是具有株特异性。

微生物与藻毒形成的关系

1、藻类毒素和相应的产毒藻类(见表)

2. 甲藻内共生细菌产毒之说

★早在1982年,Silva就提出了甲藻内共生细菌产毒的假说,并对甲藻内共生细菌进行了研究,但一直没有确切的细菌产毒证据。★直到1987年,Kodama实验组才首次从一株高毒的A.tamarense中分离到一株产毒细菌。它可以在独立培养的条件下产生麻痹性贝毒毒素。对这株细菌的生理生化研究表明,这株细菌是Moraxella属,其产毒量在磷元素缺乏条件下升高,这同培养的产毒藻在磷缺乏条件下产毒量增加相类似。在此之后,该实验组又从其它地区的产毒藻中分离出了产毒细菌。

★Doucette等应用生物化学和分子生物学技术研究了分离出的细菌,

发现它们所产生的毒素组成相对稳定,毒素含量在磷缺乏条件下上升,并且与作为能源的有机物有关。

★这些证据表明,与产毒甲藻共存的细菌中有的可以产生麻痹性贝毒。但到目前为止,只有Kodama实验组成功分离出了产毒细菌。3、细菌同赤潮毒素形成的关系

?甲藻本身是否可以产生毒素呢?研究表明,在培养条件一致时,甲藻的毒素组成是相对稳定的,也就是说不同种甲藻,甚至在不同的地理区系中分离出的不同品系,其毒素的组成可能存在差别,而这种差别可以保持稳定。

?对具有不同毒素组成的甲藻株进行交叉有性生殖实验的结果表明,毒素组成的遗传符合1:1孟德尔分离,这表明毒素的组成是伴随染色体稳定遗传的。

?毒素组成与有毒藻本身遗传物质密切相关,由此证实毒素组成是由有毒藻本身的酶决定的。目前已分离出多种毒素合成相关酶。?从已有的结果来看,麻痹性贝毒究竟是由甲藻本身产生还是由甲藻的共生细菌产生尚不清楚。但是可以得出这样的结论:细菌可以产生麻痹性贝毒,麻痹性贝毒毒素组成与有毒藻的基因有关,可以稳定遗传。

?细菌是否对赤潮毒素的产生有促进或抑制作用,其作用机理及效应如何,目前的研究还相对较少。

海洋抑藻基因的高效筛选及其在赤潮调控中的应用

--创新性

--前瞻性

--带动性

针对赤潮灾害发生的新态势、新特点,采用抑藻基因调控赤潮的新思路,瞄准“以菌治藻”的目标,利用宏基因组学技术开发源于海洋微生物的抑藻基因,从环境样品中提取宏基因组,构建宏基因组文库,筛选出抑藻活性克隆,构建抑藻菌;

进而探讨抑藻菌同赤潮藻生长和产毒之间的生态关系;并进行有效抑藻菌的生物化学、分子生物学研究,查明抑藻基因抑藻生长的机理和过程并优化其抑藻作用的环境条件;

而后建立抑藻菌抑藻作用的模型,提出有害赤潮的微生物法调控技术;为海洋抑藻基因的开发利用、有害赤潮的微生物防治、海洋资源环境和人类健康的保护提供理论和实践依据。

在运用以菌治藻同时需要考虑以下因素:

★首先是杀藻作用与细菌的种属特异性有关,在以菌治藻中,菌种的选择对防治效果而言是关键所在,对不同的藻类引发的赤潮,要采用不同的细菌,要选择抑藻效果强烈且专一性高的菌种,这样才能在有效抑藻的同时避免给鱼类等水生生物造成不良影响。★其次是投放细菌的数量要恰到好处,必须要达到阈值才能收到预期的杀藻效果。

★再者是细菌投放的时间,在赤潮发生和演替的过程中,自然菌群的组成也发生着巨大的变化,对赤潮藻也有着不同的作用。要定期监测海洋中主要菌的组成与变化,适时投放适量的菌剂或菌粉以达到防治效果。

★最后是要注意海水的营养盐程度,诸多研究表明,细菌的杀藻作用与水环境营养物浓度有密切关系。有些细菌的抑藻作用是通过与藻类进行营养竞争来实现的。因此,在营养很贫乏的海域就不能采用这种方法。

微生物在海洋中的作用

论微生物在海洋中的作用 作者:周浩王璐 中文摘要: 21世纪人类社会面临“人口剧增、资源匮乏、环境恶化”三大问题的严峻挑战,随着陆地资源的日趋减少,开发海洋,向海洋索取资源,尤其是海洋微生物资源越来越受到人们关注。本文将从海洋微生物多样性、海洋药物及保健功能的生物活性物质、海洋极端酶、海洋微生物在消除海洋污染物等方面给予介绍。 中文关键词: 海洋微生物资源生物药物资源 前言 洋中生活许许多多各种各样的微生物,它们是以单细胞或以群体形式存在,能独立生活的生物,包括病毒、细菌、真菌、单细胞藻类及原生动物等等。但按狭意所指仅为病毒、细菌和真菌等。目前研究较多的是细菌。微生物体积大多非常微,需在显微镜下才能看见。如海洋微生物,它的直经大多仅为几个微米到零点几个微米。海洋微生物种类繁多,数量颇大。如胶州湾每毫升海水中生活着几百个,多至几千万个细菌。它们对我们生活及工农业生产有着极为密切的关系。 浩瀚的海洋是地球上生命的摇篮,它覆盖着地球表面积海水总体积占地球总水量的70%,海洋中生物资源极为丰富,生物活性物质种类繁多,已引起世界各国的重视,仅在过去10年中有近5000种新的海洋天然产物被发现。大多数都分离自海洋微生物,且许多是陆地生物所没有的,显示出巨大开发潜力,因此,海洋微生物资源研究已成为海洋资源研究的重要内容之一。 正文 1海洋微生物的生物多样性 海洋是一个十分独特的生态环境,包罗了高盐、高压、低温、尤其是深海低光照、寡营养等特点,还有无光照以及局部高温的极端环境,来自海洋的微生物大部分都是适应了极端环境的极端微生物,据估计海洋微生物可达0.1~2亿种,已发现的类群主要包括病毒、古菌细菌、粘细菌、微藻、真菌,海洋微生物的物种多样性决定了其代谢产物多样性,海洋环境是新型生物活性物质的源泉 2海洋微生物药物资源

具抗肿瘤活性的海洋微生物菌株的初步筛选

第21卷 第1期台 湾 海 峡 Vol.21, No.1 2002年2月J OU RNAL O F OC EANO GRA P H Y IN TAI WAN S TRAI T Feb.,2002 具抗肿瘤活性的海洋微生物菌株的初步筛选Ξ 李 根1,陈瑞川2,林 昱1 (1.国家海洋局第三海洋研究所海洋生物工程重点实验室,福建厦门 361005; 2.厦门大学抗癌中心,福建厦门 361005) 摘要:本研究采用M TT法对海洋放线菌、细菌、霉菌及极地和大洋细菌进行细胞毒活 性物质的筛选,结果有10%放线菌及一株极地细菌具有细胞毒活性.此外利用DNA 修复特性在 E.coli343/591和 E.coli343/636之间的差异性,对前面筛得的菌株进 行DNA损伤的筛选,结果得到两株活性菌株.采用荧光染色观察得到3株具有诱导 肿瘤细胞凋亡的菌株,这些具抗肿瘤活性的菌株可供进一步研究. 关键词:M TT分析法;DDR T法;细胞毒活性物质;细胞凋亡 中图分类号:Q7 文献标识码:A 文章编号:100028160(2002)0120018205 近年来,国内外在海洋生物抗肿瘤活性物质筛选和研究上已取得了初步的成果.NCI每年筛选的3万个新的抗肿瘤化合物中,约有5%来自海洋生物;业已证实,约10%的海洋动物提取物有抗P388白血病细胞及K B细胞活性,3.5%的海洋植物提取物有抗肿瘤活性或细胞毒活性[1].这些化合物绝大多数具有独特的化学结构和明显的抗癌、抗病毒作用,主要包括生物碱、多肽及蛋白质、萜类、大环内酯类、多糖类、脂类等,其作用机理亦呈多样性,有以影响DNA、RNA、蛋白质为主的,也有以干扰有丝分裂或诱导细胞内信息分子的改变为主的,通常这些活性物质作用浓度甚微,而且毒副作用较低[2]. 目前,国内外寻找海洋药物的研究对象主要是海藻和海洋动物,据报道,到目前为止已成功地分离到5000多种具有生物活性的海洋天然产物,但由于其含量低,生物量有限,分离提取的生产成本较高,使得许多研究成果的应用推广受到限制.因此,人们把注意力转向海洋微生物的培养与发酵技术以及其代谢产物的研究上.由于海洋微生物所处的海洋环境是十分独特的,海洋微生物是产生新的生物活性物质极好来源之一.同时海洋微生物的特点是繁殖快、易培养等,可以结合现代发酵工程技术,使之工业化生产,降低海洋药物的生产成本[3].本文以M TT法、DDR T法及荧光染色法对从极地、大洋、近海大量分离得到的放线菌、细菌和霉菌进行抗肿瘤活性物质的筛选. 1 材料与方法 1.1 细胞株及试验菌株 Ξ收稿日期:2001210217 基金项目:由科技部基础性工作项目《海洋药源生物种质资源和基因库的构建》和国家海洋局海洋生物工程重点实验室研究课题资助(No HY9903) 作者简介:李根(1978~),男,在读硕士研究生.

海洋微生物学作业

海洋微生物抗肿瘤活性物质 姓名: 班级:学号: 摘要:海洋多变复杂的环境导致了海洋微生物的多样性。海洋微生物因其具有产生新型生物活性产物的巨大潜力,已受到全世界海洋研究人员的重视。近年来,从海洋微生物中已分离到许多结构新颖的抗肿瘤活性物质。其中有的已进入临床试验,显示了良好的研究开发前景。 Abstract: The changeable and complex environment of the ocean leads to diversity of marine microorganism. Marine microorganisms have been proved to be potential in producing novel bioactive substances. Marine-derived microorganisms are rich sources of bioactive compounds and thus they receive extensive attention from marine researchers. In recent years many new structurally-unique anti-tumor compounds have been isolated from marine-derived microorganisms, and some of them have been in clinical trials and showed better development prospects. 关键词:海洋微生物抗肿瘤活性物质筛选方法研究模型 Key words: marine-derived microorganisms; antitumor; bioactive substance; Method of screener; research model; 一、海洋微生物 1.海洋微生物研究意义 海洋环境的特殊性(高压、高盐、低温、低光照、寡营养等)使海洋微生物具有丰富的生物多样性、独特的代谢方式和很强的再生、防御和识别能力。海洋微生物能产生一些结构新颖、活性特异的次级代谢产物以适应周围极端的生存环境。近几年,已有近万种新的海洋天然产物被发现,这些海洋天然产物具有抗癌、消炎、抗氧化、免疫调节等活性,已成为当今世界药物研发的热点,有的药物已进入临床实验阶段或已进入临床,并取得了丰硕的成果。 2.抗肿瘤活性物质 肿瘤是现代社会威胁人类健康的重要疾病。多年来,各国学者致力于寻取新型、高效、低毒的抗肿瘤化合物。对海洋微生物次级代谢产物中具有抗肿瘤活性的有关研究表明,醚类、大环内酷类、菇类、含氮杂环类、肤类、酞胺类及醌类化合物均具有良好的抗肿瘤活性。 二、海洋抗肿瘤活性物质的分类(450) 1.海洋放线菌的抗肿瘤活性物质(150) 海洋放线菌的生活环境十分特殊,如高盐、高压、低营养、低温等。在这些生命的极限环境,海洋放线菌已发展出独特的代谢方式,同时提供了产生独特的生物活性物质的潜力。例如,中国海洋大学药物与食品研究所、军事医学科学院毒物药物研究所的科研人员对海洋放线菌S1001发酵产物进行了分离和研究,并用理化手段综合分析了其中的抗肿瘤活性成分,取得了较为满意的结果。近年来,研究者从海洋放线菌中分离出的主要抗肿瘤活性物质,见表1。

海洋病原微生物知识点

1、病原微生物 少数微生物具有致病性,能引起人和动、植物的病害,这些微生物称为病原微生物。 2、正常菌群及其生理学作用 正常人的体表和同外界相通的腔道黏膜都寄居着不同种类和数量的微生物。当人体免疫功能正常时,这些微生物对宿主无害,有些对人还有利,称为正常微生物群。其中以细菌为主,故通称为正常菌群。 生理学作用: 生物拮抗作用,即作为生理屏障阻止外来病菌的侵入。 营养作用,即参与机体的物质代谢、营养物质的转化与合成。 免疫作用,即作为抗原既促进免疫器官的发育,又可刺激免疫应答。 抗衰老作用,产生抗氧化损伤的生物酶,保护组织细胞免受损害。 抗肿瘤作用,通过将某些致癌物质转化为无害物质或通过激活巨噬细胞发挥免疫功能抑制肿瘤。 3、菌群失调 在应用抗生素治疗感染性疾病的过程中,宿主某部位正常菌群中各种菌种间的比例发生较大幅度变化而产生的病症 4、二重感染 在抗菌药物治疗原感染性疾病过程中,发生了另一种新致病菌引起的感染。 5、致病性(病原性) 细菌能引起感染的能力称为致病性或病原性 6、与侵袭力有关的菌体物质 主要包括黏附素、荚膜、侵袭素、侵袭性酶类和细菌生物被膜等。 7、生物被膜 是细菌附着在有生命或无生命的材料表面后,由细菌及其分泌的胞外多聚物(主要是胞外多糖)共同组成的呈膜状的细菌群体。 8、内、外毒素的区别 区别要点外毒素内毒素 来源革兰阳性菌与部分革兰阴性菌革兰阴性菌 编码基因质粒、前噬菌体或染色体基因染色体基因 存在部分从活菌分泌出,少数菌崩解后释出细胞壁组分,菌裂解后释出 化学成分蛋白质脂多糖 稳定性60~80℃,30分钟破坏160℃,2~4小时破坏 毒性作用强,对组织器官有选择性毒害效较弱,各菌的毒性效应大致相同,引起 应,引起特殊的临床表现,发热、白细 胞增多、微循环障碍、休克、DIC等 抗原性强,刺激机体产生抗毒素;甲醛液 处理脱毒形成类毒素弱,刺激机体产生的中和抗体作用弱甲醛液不能脱毒形成类毒素 9、感染类型分为哪几类 一、隐性感染;二、潜伏感染;三、显性感染;四、不感染。 10、隐性感染、显性感染、急性感染、慢性感染、局部感染、全身感染的概念 隐性感染,当机体的抗感染免疫力较强,或侵入的病菌数量不多、毒力较弱,感染后对机体损害较轻,不出现或出现不明显的临床症状。

微生物与发酵工程

微生物与发酵工程 13101002 朱梦雪发酵工程是生物工程的重要组成部分,也是现代微生物学的核心内容;任何产品的发酵生产都必须通过微生物发酵或细胞扩大培养才能实现。因此,微生物与发酵是紧紧联系在一起的。微生物发酵工程是加快发酵工程研究成果转化为生产力,取得最佳效益的重要手段。微生物科学工作者应不失时机地积极而科学地运用这种手段为社会社会主义市场经济服务。 根据文献的调查,微生物的发酵工程主要应用于以下几点: 首先是在农业生产上,巴西全国土壤生物研究中心的研究人员发现一种新固氮菌,即固氮醋杆菌(Aeetobaeterdiazotrophyeus)。这是人类发现的第一个有固氮能力的醋杆菌,生活在甘蔗根部,具有很强的抗酸性。由于它的高效固氮能力,可使甘蔗年产量提高2倍(由60吨/公顷提高到180吨/公顷)。在固氮菌的研究方面,我国作物茎瘤固氮根瘤菌的高效固氮活性,以及小麦、玉米、陆生水稻固氮根瘤菌研究取得重要进展;英国诺丁汉大学一个研究小组也获得田著根瘤菌进入小麦、水稻、玉米和油菜等非豆科植物侧根中形成小根瘤,且有固氮作用的类似结果。今年拟在埃及、印度、墨西哥分别进行小麦、水稻、玉米的田间试验。这些非豆科专性共生固氮菌尚处在试验研究阶段。而我国联合固氮微生物早已产业化生产,其产品推广应用于农业生产实践,获得了增产的效果。近又发现一些新的联合固氮菌如产酸克氏杆菌、植皮克氏杆菌(Klebsiellaplantieola)等,为扩大联合固

氮菌AIJ新品种的研制做出了新贡献。 其次是在生物材料方面。有很多生物材料都是应用微生物发酵来生产的。我了解到的有生物可降塑料、建筑用生物材料和壳聚糖材料。 生物可降解塑料:微生物合成塑料物质:加拿大蒙特利尔生物技 术研究所以甲醇为原料利用从土壤中选育的嗜甲基细菌生产聚件轻 基丁酸(PHB),在我国,武汉大学生物工程研究中心用圆褐固氮菌发酵生产PHB;中国科学院微生物研究所用真养产碱杆菌生产PHB,在培养基中累积的量达细胞干重的63%(W/W);山东大学微生物研究所用该菌生产PHB的研究取得类似结果。 建筑用生物材料:某些微生物及其代谢产物如橡胶物质、弹力纤维、高分子多糖等作为混凝土添加剂,制造富有弹性的牢固的生物混凝土材料是有可能的,提供生物建筑材料的另一种可能性是某些微生物—蓝细菌或微型藻类,它们有分泌石灰石(碳酸钙)能力。 多用途的壳聚糖材料:壳聚糖又叫脱乙酞基多糖,用途极其广泛,几乎各个行业都用得着它。从微生物发酵生产,如真菌细胞壁含几丁质成分20%一22%,毛霉细胞壁中几丁质含量高达30写一40%,利用黑曲霉或其他真菌来生产壳聚糖是完全可能的。 还有就是利用微生物发酵生产两类重要有机酸这里着重介绍两 类重要有机酸,都有可能通过微生物发酵途径索取。 衣康酸(itaconicac记)进人规模生产:衣康酸又称甲叉丁二酸,系一种不饱和的二梭酸,用途广、需求量大,它是制造合成树脂、合成纤维、塑料、橡胶、表面活性剂、去垢剂、润滑油添加剂等的原料,

环境工程微生物

名词解释: 病毒:没有细胞结构,专性寄生在活的敏感宿主体内的超微小生物. 芽孢:某些细菌在它的生活史中的某个阶段或某些细菌在它遇到外界不良环境时,在其细胞内形成一个内生孢子叫芽孢. 菌落:由一个细菌繁殖起来的,由无数细菌组成具有一定形态特征的细菌集团. 原生动物:动物中最原始.最低等.结构最简单的单细胞生物. 酶的活性中心:指在酶的活性部位,是酶蛋白分子中直接参与和底物结合,并与酶的催化作用直接有关的部位. 培养基:根据各种微生物对营养的需要,包括水.碳源.能源.氮源.无机盐及生长因子等按一定比例配制而成的,用以培养微生物的基质. 选择培养基:根据某微生物的特殊营养要求或对各种化学物质敏感程度的差异而设计.配制的培养基. 鉴别培养基:几种细菌由于对培养基中某一成分的分解能力不同,其菌落通过指示剂显示出不同的颜色而被区分开来,起这种鉴别和区分不同细菌作用的培养基叫鉴别培养基. 加富培养基:由于样品中细菌数量少,或是对营养要求比较苛刻不易培养出来,故用特别的物质或成分促使微生物快速生长,这种用特别物质或成分配制而成的培养基叫加富培养基. 底物水平磷酸化:底物的氧化与磷酸化反应相耦合并生成ATP. 氧化磷酸化:微生物在好氧呼吸和无氧呼吸时,通过电子传递体系产生A TP的过程. 发酵:指在无外在电子受体时,底物脱氢后产生的还原力[H]不经呼吸链传递而直接交给某一内源性中间产物接受,以实现底物水平磷酸化产能的一类生物氧化反应. 分批培养:将一定量的微生物接种在一个封闭的.盛有一定体积液体培养基的容器内,保持一定的温度.PH和溶解氧量,微生物在其中生长繁殖,结果出现微生物的数量,达到高峰后又由多变少,甚至死亡的变化规律. 细菌的生长曲线:以细菌个数或细菌数的对数或细菌的干重为纵坐标,以培养时间为横坐标,连接坐标系上各点成一条曲线. 驯化:在工业废水生物处理中,用含有某些污染物的工业废水筛选.培养来自处理其他废水的菌种,使它们适应该种工业废水,并产生高效降解其中污染物能力的方法. 基因突变:微生物的DNA被某种因素引起碱基的缺失.置换或插入,改变了基因内部原有的碱基排列顺序,从而引起其后代表现型的改变.

海洋微生物利用综述

海洋微生物利用综述 海洋是生命的发源地,其生物多样性远远超过陆生生物。海洋生物包括海洋动物、海洋植物和海洋微生物。海洋约占地球表面积的7l%,是一个开放、多变、复杂的生态系统。正是海洋特殊的物理、化学因素的复杂性,造就了生命活动的复杂性,物种资源、基因功能和生态功能上的生物多样性。海洋中生物资源极为丰富,生物活性物质种类繁多,并且正在为人类提供着大量的食品,多种材料和原料,具有可再生的特点。已引起世界各国的重视,具有巨大开发潜力。 海洋微生物来自(或分离自)海洋环境,其正常生长需要海水,并可在寡营养、低温条件(或高压、高温、高盐等极端环境)下长期存活并能持续繁殖子代的微生物均可称为海洋微生物。遗传多样性代表有机体种群之内和种群之间的遗传结构的变异。由于海洋微生物的生存环境与陆栖微生物迥异, 他们处在高盐、低温和高压的环境下,生存竞争特别激烈,所以产生了一些不同于陆地微生物的变异,具有很强的防御能力和识别能力,在遗传型上表现出特异性,这些遗传差别使得某些微生物能在局部环境中的特定条件下更加成功地生存和繁殖。 海洋微生物多样性是指所有海洋微生物种类、种内遗传变异和它们的生存环境的总称。自年等利用核酸序列的测序来研究微生物的进化问题以来,对微生物的多样性的研究进入了一个崭新的阶段。属于海洋微生物的有海洋病毒,海洋细菌和海洋真菌三大类。 海洋病毒是海洋环境中土著性的、超显微的、仅含有一种类型核酸、专性活细胞内寄生的一类非细胞形态微生物。具有形态多样性和遗传多样性,侵染各种海洋生物。50-60%的海洋异养细菌死亡是由海洋噬菌体裂解引起的。海洋病毒的感染致病给水产养殖业造成巨大损失。

海洋微生物学

1、在人类的肠道中存在一个丰富的生态系统,这是一个数量惊人和种类繁多的微生物,大约有10个微生物,包括400多种重要的细菌,有100多个物种组成。 2、定居在肠道里的微生物为人类提供了许多好处,它们帮助人类消化食物、防御病原体、获得营养,调节脂肪含量,甚至还促进肠上皮细胞的更新。第一篇关于微生物功能的文章起因于来自两个不相关的,健康人的排泄物的基因组分析。参与新陈代谢的许多基因在人类肠微生物组中是富足的,例如那些参与异质、多糖和氨基酸等物质的新陈代谢的基因。下面我将从3个方面讲解肠道微生物的功能(对异质物质和毒素的代谢、人类外在体型的调节、作为疾病的病因) 3、肠道微生物对外来物质的代谢是至关重要的,大多数的药物被看做是外来的物质。与生物除污是类似的,这些微生物可以使有害的物质降解解毒。 4、通过上千年的选择,使得人类和微生物之间拥有一个有益的酶系统,一个例子就是共同的新陈代谢。其能产生两种影响。Good 和bad。 5、早期研究,人类可以通过肠中的微生物进行划分,因为这些微生物受到不同生活习惯、生理等条件的影响。而在这些不同的影响因素中,饮食是主要的影响因素。我们摄取食物的不同改变了肠道中的微生物,然后改变了人类的外在体型。

6、进行动物研究来看待肥胖。在胖老鼠体内的微生物从食物中获取能量的能力更强,因此导致了肥胖积累。微生物代谢难以消化的多糖,将其变为短链脂肪酸,这些短链脂肪酸很容易被吸收并作为脂质储存在寄主脂肪组织中。 与瘦人相比较,在胖人的体内,拟杆菌所占的比列小。当给肥胖的人提供低卡路里的食物时,这个比率将要改变,并且他们的体重将减轻2-6%。这些发现显示,肠道微生物在肥胖中起着重要的作用。 7、ppt上 8、Hooper等将微生物与寄主的关系分为互利共生、同食共生及致病3种。互利共生就是微生物寄宿在寄主内,双方都不会危害对方,且双方受益。同食共生就是在共生中不损及对方,但是也没有明显的有益作用。共生微生物的生态失衡会使寄主致病,即使在没有外来传染性微生物侵入的条件下,共生微生物的生态失衡也会引发寄主发生炎性肠病。 寄主与肠道微生物之间的共生关系经过几十亿年的协同进化,使得平衡向互利共生移动,在正常的情况下寄主与肠道微生物之间处于一种互利共生的状态。 9、肠道微生物影响寄主的健康情况。肠道微生物在免疫系统的发育和发展中起着重要的作用,其可能产生不利的影响引起免疫失调。肠易激综合症也许是最好的例子。肠易激综合征是。。。。。 10、研究表明,在患者的体内,微生物的组成发生了变化。微生物多样性的改变会产生如下几个结果。。。。。。

四微生物与发酵工程能力测试题样本

四微生物与发酵工程能力测试题 考纲要求: ( 1) 微生物的类群 细菌、病毒的结构和繁殖 ( 2) 微生物的营养 微生物需要的营养物质及功能; 培养基的配制原则; 培养基的种类( 3) 微生物的代谢 微生物的代谢产物; 微生物代谢的调节; 微生物代谢的人工控制 ( 4) 微生物的生长 微生物群体的生长规律; 影响微生物生长的环境因素 ( 5) 发酵工程简介 应用发酵工程的生产实例; 发酵工程的概念和内容; 发酵工程的应用 一、选择题: ( 每个小题只有一个正确选项) 1.控制细菌合成抗生素的基因、控制放线菌主要性状的基因、控制病毒抗原特异性的基因依次在( ) ①拟核大型环状DNA上②质粒上③细胞染色体上④衣壳内的核酸上 A.①③④ B.①②④ C.②①③ D.②①④2、 3月24日是世界结核病防治日。下列关于结核杆菌的描述正确的是: ( ) A.高倍镜下可观察到该菌的遗传物质分布于细胞核内 B.该菌是好氧菌, 其生命活动所需要能量主要由线粒体提供 C.该菌感染机体后能快速繁殖, 表明其可抵抗溶酶体的消化降解

D.该菌的蛋白质在核糖体合成、内质网加工后由高尔基体分泌运输到相应部位 3、下列哪项是禽流感病毒和”SARS”病毒的共同特征( ) A.基本组成物质都有蛋白质和核酸 B.体内仅有核糖体一种细胞器 C.都能独立地进行各种生命活动 D.同时具备DNA和RNA两种核酸, 变异频率高 4、下列有关微生物营养物质的叙述中, 正确的是( ) A.同一种物质不可能既作碳源又作氮源 B.凡是碳源都能提供能量C.除水以外的无机物仅提供无机盐 D.无机氮源也可提供能量 5、要从多种细菌中分离某种细菌, 培养基要用 ( ) A.加入青霉素的培养基 B.加入高浓度食盐的培养基 C.固体培养基 D.液体培养基 6、用蔗糖、奶粉和经蛋白酶水解后的玉米胚芽液, 经过乳酸菌发酵可生产新型酸奶, 下列相关叙述错误的是( ) A.蔗糖消耗量与乳酸生成量呈正相关 B.酸奶出现明显气泡说明有杂菌污染 C.应选择处于对数期的乳酸菌接种 D.只有奶粉为乳酸菌发酵提供氮源 7、下列所述环境条件下的微生物, 能正常生长繁殖的是( ) A.在缺乏生长素的无氮培养基中的圆褐固氮菌 B.在人体表皮擦伤部位的破伤风杆菌 C.在新配制的植物矿质营养液中的酵母菌

海洋微生物的特性

海洋微生物的特性 与陆地相比,海洋环境以高盐、高压、低温和稀营养为特征。海洋微生物长期适应复杂的海洋环境而生存,因而有其独具的特性。 嗜盐性 海洋微生物最普遍的特点。真正的海洋微生物的生长必需海水。海水中富含各种无机盐类和微量元素。钠为海洋微生物生长与代谢所必需,此外,钾、镁、钙、磷、硫或其他微量元素也是某些海洋微生物生长所必需的。 嗜冷性 大约90%海洋环境的温度都在5℃以下,绝大多数海洋微生物的生长要求较低的温度,一般温度超过37℃就停止生长或死亡。那些能在0℃生长或其最适生长温度低于20℃的微生物称为嗜冷微生物。嗜冷菌主要分布于极地、深海或高纬度的海域中,其细胞膜构造具有适应低温的特点。那种严格依赖低温才能生存的嗜冷菌对热反应极为敏感,中温就足以阻碍其生长与代谢。

嗜压性 海洋中静水压力因水深而异,水深每增加10米,静水压力递增1个标准大气压。海洋最深处的静水压力可超过1000大气压。深海水域是一个广阔的生态系统,约56%以上的海洋环境处在100~1100大气压的压力之中,嗜压性是深海微生物独有的特性。来源于浅海的微生物一般只能忍耐较低的压力,而深海的嗜压细菌则具有在高压环境下生长的能力,能在高压环境中保持其酶系统的稳定性。研究嗜压微生物的生理特性必需借助高压培养器来维持特定的压力。那种严格依赖高压而存活的深海嗜压细菌,由于研究手段的限制迄今尚难于获得纯培养菌株。根据自动接种培养装置在深海实地实验获得的微生物生理活动资料判断,在深海底部微生物分解各种有机物质的过程是相当缓慢的。 低营养性 海水中营养物质比较稀薄,部分海洋细菌要求在营养贫乏的培养基上生长。在一般营养较丰富的培养基上,有的细菌于第一次形成菌落后即迅速死亡,有的则根本不能形成菌落。这类海洋细菌在形成菌落过程中因其自身代谢产物积聚过甚而中毒致死。这种现象说明常规的平板法并不是一种最理想的分离海洋微生物方法。 趋化性与附着生长 海水中的营养物质虽然稀薄,但海洋环境中各种固体表

海洋微生物活性产物及研究方法_倪志华

海洋微生物活性产物及研究方法 倪志华 1,2 ,张玉明1,刘龙1 ,马 玻3   (1.河北大学生命科学学院,河北保定071002;2.河北省生物工程技术中心,河北保定071002;3.河北大学医学部基础医学教研室,河北保定071000) 摘要 海洋多变复杂的环境导致了海洋微生物的多样性。近年来,在对海洋微生物的研究中发现了许多独特的生物活性物质。通过对这些生物活性物质的提取、药理研究,为新药的开发和各种疑难疾病的治愈提供了新的希望。就海洋微生物活性物质的几种重要生物活性,如抗肿瘤、抗菌、酶及酶抑制剂活性分别进行概述,同时概括了海洋微生物活性物质的研究方法以及存在的问题。关键词 海洋微生物;活性物质;代谢产物;筛选方法中图分类号 Q93 文献标识码 A 文章编号 0517-6611(2009)07-02839-03Bioactiv e P ro ducts and R esearch Methods o f Marine Microorg anis m N I Zhi -hua et al (College of Life Sciences ,Hebei University ,B aodin g ,Hebei 071002) A bstract The en viron ment of sea is chan geable and complex ,which causes the diversity of marine microorgan is m .In recent years ,many un iq ue bioactive m aterials were found in the researches of marine m icroorganis m .The extraction an d ph armacology of these bioactive m aterials were studied ,whic h provid e ne w hop e for the d evelop ment of new medicines and the cure of d ifferent diseas es .S everal kin ds of im portant b ioactivity of active materials from marine mi -croorganism were introduced ,such as an ti -tu mor ,antibacterial ,enzyme an d enz ym e inhibitor activit y .And the research methods an d existing problems of ac -tive materials from m arine microorganism were su mm arized .Key w ords Marine microorganism ; B ioactive m aterials ;Metab olite ;Method of screening 作者简介 倪志华(1979-),女,河北唐山人,讲师,从事生物化学与 分子生物学研究。 收稿日期 2008-12-10 海洋是生命的起源地,不仅占地球表面积的71%,而且包含着地球80%的生物资源。海洋环境的多样性和特殊性共同造就了海洋生物种类的多样性和特殊性,其中,海洋微生物种类就多达100万种以上,而目前所研究和鉴定过的海洋微生物还占不到总量的5% [1] ,已发现的活性物质只占总 数的1%[2] 。经过大量研究得出,从海洋微生物中发现的生 物活性物质包括胺及酰胺类、吲哚生物碱类、乙酰配基类、环肽类及聚丙酸酯类,其生物活性包括抗菌、抗肿瘤、抗微生物、抗病毒、酶及酶的抑制活性等[3] 。海洋微生物作为活性物质的新来源,正日益被海洋研究工作者、化学研究工作者以及生物医药工作者所重视。1 海洋微生物代谢产生的重要生物活性 1.1 抗肿瘤活性 海洋微生物的代谢产物有多种活性,其中以抗肿瘤活性最为重要。近年来,科研人员对来自海洋细菌、海洋真菌、海洋放线菌的抗肿瘤活性物质作了较多研究。从海洋微生物中筛选的抗肿瘤活性物质的种类包括含氮类、内酯类、酮类、醌类、多糖类[4];按其来源又可分为海洋细菌的抗肿瘤活性物质、海洋放线菌的抗肿瘤活性物质及海洋真菌的抗肿瘤活性物质。 1.1.1 海洋细菌的抗肿瘤活性物质。海洋中常见的细菌主要属于以下几个系统类群:变形细菌(Prote obacte ria )类群、革兰氏阳性细菌类群、噬纤维菌属-黄杆菌(C ytophaga -Flav obacte rium )类群、浮霉状菌(Plancto my ce tale s )/衣原体类群、疣微菌(Ve r ruc o mic ro biales )类群等。海洋细菌是海洋微生物抗肿瘤活性物质的一个重要来源,主要集中在假单胞菌属、弧菌属(Vibrio )、微球菌属、芽孢杆菌属、肠杆菌属(En -te rubac re rium )、交替单孢菌属(Alte romonas )、链霉菌属、钦氏菌属、黄杆菌属和小单孢菌属(M ic r omonos pora )。 1966年,Burkholder 第1次从海洋细菌———假单胞菌中分离得到具抗癌作用的硝吡咯菌素(Pyrolintrin )。此后对海 洋细菌的研究一直较少,直到20世纪末,人们才对海洋细菌的筛选、培养及代谢产物的研究重视起来,以期从中得到新的特效抗癌药物。日本冈见分离到一株黄杆菌属的海洋细菌代谢产生杂多糖Mar inac ta n ,能够增强免疫功能和抑制动物移植肿瘤,并成为化疗药物治疗肿瘤的佐剂[5] 。Custa fson 等从海洋细菌中分离到大环内酯类化合物Macr o -la ctins ,它由24元内酯环、吡喃型葡萄糖和一个开链的酸构成,其中macr ola ctin A 组分是一种配糖体母体,具有抗肿瘤、抗病毒、抗菌等功能[3]。与海洋生物共生或寄生的很多海洋细菌也是抗肿瘤药物的重要来源。海绵体内的微生物最多可占其体重的70%,海绵能产生多种抗菌、抗肿瘤活性成分,从而引起国内外对于海绵生物活性成分研究的热潮。海绵中存在着复杂的微生物群落,海绵中的抗癌物质是由海绵中共生共栖的细菌所产生的,从这些细菌中可以分离出抗白血病、抗鼻咽癌的活性成分。Canedo 等从加勒比海海鞘(Ecte inasc idia turbinata )及土耳其海岸Polyc itonide 属海鞘中分离到2株土壤杆菌,并从脂溶性代谢产物中分离得到2个有显著抗肿瘤活性的生物碱类化合物Sesba nimide A 和C ,对肿瘤细胞L1210的I C 50达0.8μg /L 。 1.1.2 海洋放线菌的抗肿瘤活性物质。海洋放线菌主要包括链霉菌属(Stre pto myc ete s )、小单孢菌属(Mic ro monosp ora )、红球菌(Rhodoc oc c us )、诺卡氏菌(N oc ardia )以及游动放线菌(Ac tinoplanete s )等稀有属种。海洋放线菌主要分布在海底沉积物、海洋生物表面以及游离于海水中。海洋放线菌的生活环境十分特殊,如高盐度、高压、低营养、低温等。在这些所谓生命的极限环境中,海洋放线菌已发展出独特的代谢方式,同时也提供了产生独特的生物活性物质的潜力。 中国海洋大学药物与食品研究所、军事医学科学院毒物药物研究所的科研人员对海洋放线菌S1001发酵产物进行了分离和研究,并用理化手段综合分析了其中的抗肿瘤活性成分,取得了较为满意的结果[6]。有报道称,从我国台湾海峡采集的海洋植物、动物的表面、表皮和内部分离得到多株放线菌,其中有20.60%的放线菌对肿瘤细胞P388有细胞毒 安徽农业科学,J ou rn al of An hui Agri .Sci .2009,37(7):2839-2841,2850 责任编辑 金琼琼 责任校对 卢瑶

专题四微生物与发酵工程

专题四微生物与发酵工程 一、选择题 1、细菌培养过程中分别采用了高压蒸气、酒精、火焰灼烧等几种不同的处理方法,这些方法可依次用于杀灭哪些部位的杂菌 () A、接种环、手、培养基 B、高压锅、手、接种环 C、培养基、手、接种环 D、接种环、手、培养基 2、下列关于发酵工程的说法,错误的是 () A、发酵工程的产品是指微生物的代谢产物和菌体本身 B、可通过人工诱变选育新品种 C、培养基、发酵设备和菌种必须经过严格的灭菌 D、环境条件的变化,不仅会影响菌种的生长繁殖,而且会影响菌体代谢产物的形 成 3、下列措施中能把微生物生长的调整期缩短的是 () A、接种多种细菌 B、增加培养基的量 C、加大接种的量 D、选用孢子接种 4、下列有关微生物营养物质的叙述中,正确的是 () A、是碳源的物质不可能同时是氮源 B、凡是碳源都能提供能量 C、有些含氮的无机盐可以是生长因子 D、有些无机氮源也能提供能量 5、科学家通过对黄色短杆菌进行诱变处理,选育了不能合成高丝氨酸脱氢酶的菌种, 从而达到了让黄色短杆菌大量积累赖氨酸的目的,这种人工控制的方法实质上利用了以下哪种调节方式? () A、酶合成的调节 B、酶活性的调节 C、二者都有 D、二者都无 6、关于微生物代谢调节说法正确的是 () A、乳糖诱导大肠杆菌合成分解乳糖的酶属于酶活性的调节 B、酶活性调节是一种快速、精细的调节方式

C、酶合成调节与酶活性调节不是同时存在的 D、微生物的代谢产物与酶结合不会改变酶的结构 7、在培养酵母菌时,培养基中加入什么样的特殊物质,以保证抑制其他杂菌的繁殖() A、生长因子 B、食盐 C、高浓度蔗糖溶液 D、青霉素 8、分离提纯是制取发酵产品不可缺少的阶段,产品不同,分离提纯的方法不同,对 产品的代谢产物常采用的提取方法是 () ①蒸馏②萃取③过滤④离子交换⑤沉淀 A、①③⑤ B、①②④ C、①②③ D、③④⑤ 9、下列有关发酵罐中谷氨酸发酵的叙述中,正确的是 () A、发酵中不断通入纯氧气 B、搅拌的目的只是使空气形成细小气泡,增加培养基中的溶氧量 C、冷却水可使酶的活性下降 D、若培养条件不当就不能得到所需产品 10、发酵工程中培育优良品种的方法有多种,其中能定向培育新品种的方法是() ①人工诱变②基因移植③细胞杂交 A、① B、①② C、②③ D、①②③ 11、人们常用大肠杆菌作为判断自来水是否被粪便污染的指示菌,我国规定1000mL 自来水中的大肠杆菌数不得超过 () A、1个 B、3个 C、5个 D、10个 12、下面的资料表明在各种培养基中细菌的生长(S、C、M为简单培养基,U、V、X、Y、Z代表加入培养基的不同物质),问细菌不能合成哪一种物质?(“+”表示生长良好,“-”表示生长不好)

微生物治理海洋污染

微生物治理海洋污染 陶攀峰 (南师大生科院09120424) 内容摘要: 海洋环境污染问题日益成为全球关注的重要问题,关于海洋污染的治理近年来也有着突飞猛进的发展。特别是利用微生物为主体的生物修复在治理海洋中有毒有害污染物的作用日显重要。阐述了生物修复技术发展的基础、微生物降解作用,强调了生物修复在治理海洋污染环境中应用的重要性,介绍了近年来以新思路、新方法、及海洋微生物的特殊功能与特点对海洋环境中的主要污染物:石油、农药、赤潮灾害与毒素以及病原性微生物等修复作用的新成果。 关键词:生物修复微生物海洋污染 一、生物修复技术发展及其必要性 近年来,随着大量非生物有机化合物合成的生产使用及资源的开发利用,进入环境中的有害污染物越来越多,在环境中长期存在且难以降解。由于这些污染物的潜在毒性、诱导性及生物累积效应,引起各国研究学者的极大重视,极大地促进了生物修复技术的发展和应用。生物修复,指生物尤其是微生物催化降解环境污染物,减少或最终消除环境污染的受控或自发过程[1]。生物修复的基础是自然界中微生物对污染物的生物代谢作用。由于自然的生物修复过程一般较慢,难以实际推广应用,因此一般指的是在人为促进条件下的生物修复。与其它物理、化学治理方法相比,如填埋、燃烧等,对于污染物仅是稀释、聚集或不同环境中的迁移作用;化学方法易造成二次污染,而在生物修复作用下污染物转化为稳定的、无毒的终产物如水、CO2、简单的醇或酸及微生物自身的生物量,最终从环境中消失[2] 目前,生物修复已成为一种新的可靠的环保技术。 条条江河归大海,海洋承纳了各式各样的污染物。陆地及淡水水域的污染物质绝大部分可以在海洋中发现。由于其面积广、自净能力强,一直被视为天然的“垃圾箱”。海洋微生物由于数量大、种类多、特异性和适应性强、分布广、世代时间短、比表面积大、在水体自净、污染物生物降解中起着决定性的作用。然而,随着近年来我国沿海地区工、农业和海洋养殖业的迅速发展以及人口的骤增,大量人工合成的污染物的不合理排放,海上石油的开发等,造成了海洋环境污染的危机,局部海域污染尤其严重,如赤潮发生频率的增加、石油污染、农药的非点源污染加剧等,损害了海洋环境生态系统,威胁到人类的生命健康,当前海洋污染环境治理已势在必行。 微生物降解即用微生物把有机物质转化成为简单无机物的现象。自然界中各种生物的排泄物及死体经微生物的分解作用转化为简单无机物。微生物降解作用使得生命元素的循环往复成为可能,使各种复杂的有机化合物得到降解,从而保持生态系统的良性循环。 二、海洋污染的生物修复 (1) 柴油污染的生物修复 柴油是烃类一大污染源,尤其是沿海城乡经济迅速发展地区。柴油作为海上大小船只的主要能源,其溢油所造成环境污染,已成为滨海、河口开发利用亟待解决的重大问题之一。对此,我们率先在国内开展此研究。研究在实验室条件进行,降解微生物,取自九龙江河口红树林土壤。结果表明:红树林下土壤微生物比无红树林的土壤微生物有更高效和更快速降解柴

海洋微生物

海洋微生物的多样性研究及其应用进展 摘要: 海洋微生物是海洋中一种重要的生物资源, 海洋微生物的多样性的深入研究将有助于微生物资源更好的开发和利用。本文介绍了海洋微生物多样性方面的研究及其应用进展。包括不同海洋生境微生物多样性的研究、海洋药物及保健功能的生物活性物质、海洋微生物在环境污染治理等方面。 关键词: 海洋微生物, 微生物多样性, 应用 我们人类生存在一个被海洋覆盖的星球, 海洋占地球总面积的71%, 大部分都在海洋之中。海洋中的微生物包括细菌、真菌、放线菌及病毒等, 提供地球近一半的初级生产力, 影响气候变化[2], 参与物质和能量循环, 并且为现代工业生产提供了重要的药物资源和酶资源[4]。开展海洋微生物多样性的研究,有助于我们深入了解其在整个海洋生态系统中的功能与作用,并对开发与应用微生物资源有着重要意义。 1 海洋微生物多样性海洋微生物多样性是指所有海洋微生物种类、种内遗传变异和它们的生存环境的总称[6]。海洋微生物和海洋环境有着密切的关系, 影响着其他海洋生物的生长, 参与海洋生态循环, 对海洋生态系统的稳定有着重要的作用。 1.1 海洋微生物的生态功能 海洋微生物种类丰富、数量庞大, 并且具有复杂而重要的生态功能。微生物时时刻刻参与着海洋物质分解和转化的全过程。自人类开发利用海洋以来,竞争性的捕捞和航海活动、大工业兴起带来的污染以及海洋养殖场的无限扩大,使海洋生态系统的动态平衡遭受严重破坏。而微生物能参与降解各种海洋污染物或毒物,这有助于海水的自净化和保持海洋生态系统的稳定。郑天凌等[14]研究发现微生物对赤潮藻的生长有重要的影响, 微生物多样性对于赤潮的调控有不可忽视的作用[15]。这些研究成果为开展赤潮的微生物防治奠定了理论基础。海洋中的微生物多数是分解者,也有一部分是生产者,因而具有双重的重要性。海洋微生物还对海洋其他生物的生存代谢有重要的作用。不同微生物群落结构有所差异, 其所起作用也不尽相同。海显然对于海洋微生物物种多样性、基因多样性和生态功能的深化研究有利于海洋资源的开发, 是众多研究学者感兴趣的方向所在[16?17]。在广阔的海洋中, 微生物的资源丰富, 我们可以从海洋环境中获得大量微生物菌株,并将其功能应用到实践生活中去。 1.2 不同海洋生境微生物多样性的研究 海洋生境指海洋生物的个体、种群或群落生活地域的环境, 根据其特征大致可以分为: 近海、远海及极地生境。海洋微生物在不同的海洋生境具有各自不同的特征及功能, 根据不同的海洋生境对海洋微生物进行研究, 对于海洋微生物的开发和利用有重要的意义。 1.2.1 近海海洋微生物多样性研究: 近海是距离陆地比较近的海域。由于人类活动的影响, 海水会受到有机物的污染, 海洋微生物因此获得了大量的营养物质, 近海海洋微生物的密度较大洋大,大量的微生物资源值得人们去研究和开发。海海洋中有大量的微生物资源可以作为潜在的药物来源, 蓝细菌和放线菌所分泌的大量化合物是治疗肿瘤和传染病良好的选择。Bai 等[22]从厦门近海分离出一株能高效杀灭产毒塔玛亚历山大藻的放线菌BS01, 研究表明海洋放线菌是潜在的抑杀藻微生物, 对于有毒赤潮藻的调控有重要作用。对近海海洋微生物多样性的研究有利于我们了解微生物群落结构,有助于功能微生物的发现和微生物资源的 开发。 1.2.2 深海微生物多样性研究: 深海通常指1 000 m 以下的海洋, 占到海洋总面积的3/4。深海及深海沉积物中的微生物生存面临高压、低温、黑暗及低营养水平等几个主要极端环境[23],这种恶劣的环境使得深海中的生物量比较少, 微生物占深海生物的大部分, 极端的环境也阻止了人们研究的步伐。不过近年来随着科学技术的进步,人们对于深海微生物的研究正在逐步展开。1989年Bartlett 等[24]首次在深海细菌中发现与静水压力相关的基因。Nakasone 等[26]通过对深海细菌DSS12在不同压力下, 压力调控启动子的上游顺式作用元件的研究, 发现在不同压力下不同的DNA 结合因子能够识别压力调控元件的上游区域。深海有很多功能独特的微生物, 深海微生物资源的开发与利用可望创造出巨大的价值。Hong 等[27]对赤道太平洋深海海底沉积物中的氨氧化细菌多样性进行研究, 研究表明主要的氨氧化细菌都在低温海域, 但是在西太平 洋暖池附近的氨氧化细菌形成了独特的分支,通过qPCR 技术研究表明每克沉积物中氨氧化还原酶的含量在 3.98×103?1.17×104拷贝数的范围内。结果说明该独特分支的存在正是对特殊栖息环境以及氮素还原现象的适应。 1.2.3 极地微生物多样性研究: 极地包括南极和北极, 常年被冰雪所覆盖, 自然条件恶劣, 生物难以生存。但是极地环境有大量的微生物存在,人们对极地的开发利用受很多因素的制约, 对于极地微生物的了解还非常有限。近年来随着先进航海技术及采样工具的应用, 人们对极地环境的研究也取得一定成果。Murray 等[28]研究结果表明极地海洋微生物在海洋生态环境及生态系统功能发挥中起着重要的作用, 海洋细菌的群落组成显示着海冰融化与浮游植物的生长周期, 通过对极地海洋环境微生物的多样性进行研究, 发现Polaribacter irgensii 及γ-Proteobacteria 在极地海洋微生物群落中处于优势地位, 并且发现这些微生物具有独特的功能使得它们能够在高纬度且寒冷的极地环境生存。Zeng 等[29]对白令海北部海域浮游细菌进行研究, 通过对不同采样深度的样品进行分析, 发现不同的站位细菌群落结构差别较大; 研究还表明放线菌 是白令海区域最主要的细菌菌群, 与其他已知的极地细菌群落结构有较大差别。在分离的细菌中有81%表现出胞外蛋白水解酶活性, 这说明极地环境的细菌不仅丰度高且生态功能多样, 能够应用于资源的开发与 应用。此外,邹扬等[31]还对白令海表层沉积物样品进行多样性分析, 结果表明细菌群落结构多样, 有主要10 个类群, 该研究对于北冰洋地区细菌多样性有了深切的了解。 2。海洋环境的特异性而造成的海洋微生物的多样性和特异性,于是海洋资源的利用也多样性。随着人类社会的发展,自然环境的不断变化,海洋微生物资源的进一步开发和利用将在提高人们生活质量,改善人类生存环境等方面发挥越来越重要的作用。 2.1海洋微生物在保健方面的应用 海洋微生物除具有抗菌、抗肿瘤活性外,还具有其他多种药理活性。以DHA和EPA为 代表的高不饱和脂肪酸(PUFA)具有抗血栓、降血脂和舒张血管等功能,DHA更是在保护视 力、增强智力、健脑和降低胆固醇等方面发挥重要的作用[32]。海洋微生物富含高不饱和脂肪酸的主要是微藻中的金藻、甲藻、隐藻和硅藻,以及真菌中的破囊壶菌和裂殖壶菌。 利用微生物生产DHA在国内还是一个崭新的领域,国外有数家公司已经进行了工业化生产,如美国的Martek 公司利用Crypthecodini-um异养培养生产DHA,产量达到1.2 g/(L·d-1),藻体生物量达到40 g/L的高密度[33]。多种微藻中富含花生四烯酸、亚油酸、亚麻酸、胡萝卜素和类胡萝卜素等,他们都具有一定的预防和治疗心

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