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。English abstract：
The 21st century human society faces;the population sharp increase, the resources deficiently, the environment worsens; three major prob lem stern challenges, reduces day by day along with the land resource s, the development sea, to the sea claim resources, the sea microorga nism resources more and more receives the people to pay attention in particular.This article from the sea microorganism multiplicity, the sea medicine and the health care function biological activity materia l, the sea extreme enzyme, the sea microorganism in aspects and so on elimination sea pollutant will give the introduction.
中文关键词：
海洋微生物资源生物药物资源
English Key word:
Sea microorganism;resources;The biological medicine resources sea
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
海洋放线菌中活性物质研究报道的最多，现已从海水，海底泥，海鱼胃内容物，柳珊瑚表面含有河豚毒素的叉珊藻、毒蟹、河豚、毛颚动物等的体内或体表等各种采自海洋的样品中分离到的细菌、放线菌可产生多种生物活性物质，包括抗氨基糖苷类耐药菌株的新氨基糖苷类抗生素，对绿脓杆菌和一些耐药性革兰氏阴性菌具有较强的活性，抗菌谱广，毒性低的抗菌物质和肌醇胺霉素；寡霉素的羟衍生物，肠菌素的脱氧衍生物以及两种全新的细菌化合物辛内酰亚胺和八氢内酰亚胺、亚酮乳酰胺、大环内酰亚胺、喹唑啉哈利凯等具有抗病毒或抗肿瘤活性的物质，一种具有增强免疫活性，促进体液免疫和细胞免疫，能抑制多种动物移植肿瘤的杂多糖，与化疗药物在抗肿瘤方面有协同作用，已用于临床，海洋真菌的次级代谢产物具有生物活性，包括小分子内酯化合物、真菌毒素，对中枢神经系统有抑制活性的新物质：十二醇、不饱和烃、酸、酯可抑制植物和人的真菌病菌作用于真菌细胞壁合成新靶位的脂肽类抗生素，微藻中某些甲藻能形成不寻常结构类型的多醚类抗生素，螺旋藻富含蛋白质、维生素、矿物质、必需氨基酸和必需脂肪酸的含量也很丰富具有降低血液中的胆固醇含量，防癌抗癌，增强肠道
乳酸菌群，降低重金属和药物的毒性以及放射防护等诸多方面的潜在药用价值，除了海洋微生物的直接产物外，海洋微生物产生的具有药理功能的先导生物活性物质，我国第一个抗艾滋病一类新药就是从海洋提取分离后经分子修饰后而得到的，目前该药已经完成临床前药学和药效学实验，批准进入临床研究阶段。
3海洋微生物极端酶资源
海洋微生物所处环境具有很大的特殊性，可开发出很多新的极端酶、嗜冷菌能产生很多种在低温下才显示高效的酶，已被提取出来的嗜冷酶有：淀粉酶、磷酸丙糖异构酶蛋白酶、脂肪酶、胶原酶、嗜冷碱性蛋白酶在工业洗涤剂，保持食品营养和风味起着重要作用，从嗜热微生物中已筛选到多种热稳定性的酶，如淀粉酶、蛋白酶、葡萄糖苷酶木聚糖酶、磷酸烯醇丙酮酸激酶及、聚合酶、这些酶具有良好热稳定性，新发现一种耐高温菌如烈火球菌，中获得一种聚合酶，称之为taq聚合酶，在100C下能有效发挥酶功能反应，此酶有可能取代第一个进入商业化
的taq聚合酶，在聚合酶链反应，技术方面发挥重要作用，以上深海嗜压微生物是嗜压酶重要来源，高压增加了酶活性和热稳定性，且使酶具有良好的立体专一性，在高温和高压下，底物溶解度增加，溶剂黏度减少，提高了物质的传输速率和速率，决定了嗜热嗜压酶在化学工业上有着良好应用前景，嗜酸酶和嗜碱酶，如淀粉酶蛋白酶、脂肪酶，许多碱性酶已应用于医药等方面，碱性蛋白酶也已应用于洗涤剂工业从高温、高压、高酸的火山口附近环境中获得嗜酸微生物产生的酶，作为食品添加剂可帮助食物在胃内高酸性环境中进行消化，嗜盐微生物内在高盐浓度下保持稳定性的海藻嗜盐氧化酶，具有耐有机溶媒的嗜盐酶在化学工业的化合物合成，石油工业的原油精炼及污水处理等方面的应用翻开了新的一页
4 海洋微生物生态作用
4.1 在海洋生态系中的作用：海洋经历着剧烈的变动而又不断地保持着动态平衡,始终富有生命力和生产力,海洋微生物在其中起着重要的作用。当海洋生态系的动态平衡遭受某种破坏时，海洋微生物以其敏感的适应能力和极快的繁殖速度，迅速形成异常微生物区系，积极参与氧化、还原活动，调整和促进新动态平衡的形成和发展。
4.2 在海洋氮循环中的作用：海洋氮循环的基本途径与陆地相仿,至今尚未从海洋中直接分离得到根瘤菌，但通过定量PCR方法发现地中海腐殖泥中有大量放射型根瘤菌(Rhizobium radiobacter)。固氮菌可以从海洋中分离到，硝化细菌多集中分布于海洋沉积物中。在海水中，硝酸盐的含量随着靠近海底沉积物的距离而逐渐增加，因此硝化作用在大陆架和近岸海域较为明显，海洋中的硝酸盐主要是通过这一途径产生。反硝化作用在有机物来源丰富、溶解氧浓度低的内湾和河口海域较为强烈，反硝化细菌在一定条件下影响海洋中可利用状态的氮。
4.3 在海洋硫循环中的作用：某些异养细菌分解含硫蛋白类物质时产生硫化氢；在有机物丰富的浅海嫌气水域，硫酸盐还原细菌还原硫酸盐时，也产生大量硫化氢，污染大片海湾与滩涂。这些硫化氢可由各种硫细菌逐步氧化，最终形成硫酸盐。
4.4 在海洋磷循环中的作用：细菌分解海洋动植物残体，并释放出可供植物利用的无机态磷酸盐。磷也是海洋微生物繁殖和分解有机物过程所必需的因子。
4.5 在海洋食物链中的作用：海洋微生物多数是分解者，有一部分是生产者，因而具有双重性，参与海洋物质分解和转化的全过程。在嫌气条件下，有机物质分解的最终产物是甲烷和硫化氢等;在多氧条件下,有机物质的分
解是不完全的。在海洋中，分解有机物的代表性菌群是随着被作用有机物的类别而不同的：分解有机含氮化合物者，分别有液化明胶、消化鱼蛋白、蛋白胨多肽、氨基酸、含硫蛋白以及分解尿素等细菌；分解碳水化合物者，分别有分解各种糖类、淀粉、纤维素、琼胶、褐藻酸以及甲壳素等细菌。另有降解烃类化合物以及利用芳香化合物（如酚等）的细菌。海洋微生物分解有机物质的终极产物，如氨、硝酸盐、磷酸盐以及二氧化碳等，都直接或间接地为海洋植物提供营养。可见，它们在海洋无机营养再生过程中起着重要的作用。海洋微生物自身增殖的生物量，也为海洋原生动物、浮游动物以及底栖动物等提供直接的营养。除异养细菌外，某些海洋微生物具有光合作用的能力。另一类海洋化能自养的细菌，从氧化氨、硝酸盐、甲烷、分子氢和硫化氢等中，取得能量而增殖。如在海底热泉的特殊生态
系中，硫磺细菌是利用硫化氢作为能源而进行有机碳的初级生产。由于深海是非光合作用区，其生物区系的构成有其独特性，因此细菌在深海生态系食物链中的作用，已引起重视。
在海洋动物植物体表和动物消化道内，存在着特异的微生物区系，如孤菌等是海洋动物消化道中常见的细菌；分解甲壳素的细菌也能在肉食性动物消化道中发现；利用各种多糖类的细菌常是海藻体表的重要菌群，如褐藻酸降解菌是海带上的优势菌群。细菌的中间代谢产物，如抗菌素、氨基酸、维生素和毒素等，是促进或限制某种海洋生物生存和生长的因素。某些浮游生物与细菌之间存在着相互依存的营养关系，如细菌为浮游植物提供必需的维生素等营养物质，浮游植物分泌乙醇酸等物质为某些细菌提供能源和碳源。
5海洋污染物的处理
海洋微生物是海洋生态系统的重要成员，参与海洋中物质循环，在消除海洋污染物质，海洋自净中起着重要作用，称为“海洋清洁工”，已发现200多种能氧化一种或多种水体污染物的微生物，某些霉菌和放线菌去除无机氰化物效率可达到90%以上，分解酚类化合物的能力一般都在95%以上，利用微生物复合制剂对石油污染区改良，经过处理，共添加微生物复合细菌13.3KG，石油污染区域的，指标下降了，海洋光合细菌还能应用于鱼虾等水产养殖的赤潮毒害，过滤器和细菌池的过滤方法来除去鱼的残饵和粪便，总之，海洋中污染物质几乎都能被微生物分解，如果采用生物技术对自然海洋微生物进行基因改造，获得高效菌株，将大大提高污染物的清除效率。
结论
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，海洋微生物对改善人类生存环境等方面发挥越来越重要的作用。
注:文章中的个别字符不会打,用相似的代替,望王老师谅解.
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
微生物在农业中的应用 （课程论文） 姓名：艾孜提艾力?阿卜力克木 班级：农学091班 学号：093131112 2012-5-14
微生物农业中的应用 人类在农业生产中对微生物资源的利用已经有四五千年的历史, 如酿酒、制醋等。近代, 随着现代生物技术的不断进步, 微生物作为一种重要的资源, 由于其生长周期短, 易于大规模培养等优点, 已经被运用于农业生产的方方面面, 随之出现了被称为“白色农业”的微生物产业化的工业型新农业。我国是一个传统的农业大国, 在农业现代化进程中, 对农业微生物资源的开发利用尤为重要。近年来, 以微生物饲料、微生物肥料、微生物农药、微生物食品、微生物能源等为代表的新型农业生产技术的研究和开发利用取得了长足进步。 1微生物饲料 能够用于微生物饲料的生产及调制的微生物, 主要有细菌、酵母菌、担子菌及部分单细胞藻类微生物等。其主要产品是: 单细胞蛋白(SC P ) , 发酵饲料, 微生物添加剂, 酶制剂, 赖氨酸等。乳酸菌广泛用作微生物饲料添加剂及饲料发酵剂, 它是动物肠道内寄生的一类正常有益菌, 在动物肠道内和饲料中, 乳酸本身既是营养物质, 又有抑制其他致病性微生物和腐败微生物的作用。SC P 不但蛋白质含量丰富, 而且还含有脂肪、糖、核酸、维生素和无机元素, 因此是一种具有较高价值的多功能食品或饲料, 在饲料生产中, 主要由微型藻类及一些富含蛋白质的微生物产生。但是由于SCP 核酸含量较高, 核酸在畜体内消化后形成尿酸, 而家畜无尿酸酶, 尿酸不能分解, 随血液循环在家畜的关节处沉淀或结晶, 引起痛风症或风湿性关节炎。为此应发展脱核酸技术, 生产脱核酸SCP , 未脱核酸
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。
微生物在农业中的作用 微生物在农业生产上的应用主要有这几个方面：①有机肥的腐熟；②生物固氮作用；③土壤中难溶的矿物态磷、硫的转化作用；④生物农药等。 一、人粪尿、厩肥等都是很好的有机肥，这些肥料在施用之前都必须经堆积腐熟后才可使用，否则，会因为有机肥发酵发热而烧坏作物。有机肥腐熟过程就是微生物分解有机物，同时产热的一个过程。有机肥在堆制之初，由于富含有机养料而导致大量微生物生长，在微生物生长的同时，有机物被分解，这时产生了大量的热，导致堆积的有机肥温度上升，在高温和一些耐热的微生物共同作用下，堆积肥中的一些难分解的有机物如纤维素、半纤维素和果胶质等也开始分解，并在堆肥中形成了腐殖质，之后，堆积的肥料开始降温，在这过程中继续有许多有机质被分解，新的腐殖质被形成，最后，堆积的有机肥完全腐熟，而成主要以腐殖质为主的稍加降解就能为植物直接利用的有机肥了。 二、生物固氮，这在土壤中的许多微生物中都有这种功能。在农业生产中我们可以有意识地选用固氮能力强的菌种接种到植物上或施用到大田中去，即所谓的菌肥或增产菌。 寄生于豆科植物根部的根瘤菌就是一种很好的固氮菌。这种细菌在土壤中自由生活并不能固氮，但当它侵入到豆科植物的根部结瘤后即具有从大气中固氮的能力。 把根瘤菌接种到植物根部，结瘤后，植物即能依此而固氮，从而节约了化肥，提高了作物的产量，这种方法已得到大面积应用。 我国在建国初期，即在华北地区推广应用花生根瘤菌接种剂，接着又在东北地区推广应用大豆根瘤菌剂，在长江流域使用紫云英、苜蓿和苕子等的根瘤菌剂。目前根瘤菌接种剂已在全国各地广泛使用，成为栽培豆科植物中一项重要的农业技术。 在国外，许多科学家利用细胞融合技术或基因技术，使一些树木或作物获得固氮机制。如在新西兰，科学家将自养固氮菌融合到松树的外生菌根原生质体中，培养200天后使松树具有固氮作用，除根瘤菌有固氮作用外，光合细菌中的红螺菌和蓝细菌也能进行固氮。其中固氮的蓝细菌是提供氮肥来源的一类重要的生物，目前，已在许多国家水稻中试养蓝细菌，促进水稻增产获得成功。在印度，曾有广泛的田间试验，结果表明，在完全不施化肥的情况下，使用蓝细菌后，可使每公顷土壤增加氮素约20～30公斤，稻谷增产10％～15％。近年来，在我国湖北省也大面积放养蓝细菌获得成功。 三、地球的岩石中含磷量很高，但多数磷都以难溶性的磷酸盐形式存在，这些不能为植物所利用。而土壤中含有的一些细菌如氧化硫硫杆菌、磷细菌等可以通过产酸或直接转化磷盐存在的形式而成为植物可利用的成分。因而在农业生产上，我们可以培养这类细菌，然而把它们放养到缺磷肥的土壤中去，通过这类微生物的转化，即可使该土壤成为富含磷肥的地块而使作物高产。 四、人们为了防治病虫害，获得粮食高产而广泛使用农药，据统计，目前世界上生产和使用农药的多达1300多种，其中主要是化学农药。过去化学农药在植保工作中一直占主导地位。但是，由于化学农药对所有生物都有毒害作用，有些化学农药在土壤中很难降解，如六
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。
微生物在工业或农业等行业的作用 摘要 微生物与人类的生产、生活和生存息息相关。有很多食品（如酱油、醋、味精、酒、酸奶、奶酪、蘑菇）、工业品（如皮革、纺织、石化）、药品（如抗生素、疫苗、维生素、生态农药）是依赖于微生物制造的；微生物在矿产探测与开采、废物处理（如水净化、沼气发酵）等各种领域中也发挥重要作用。微生物是自然界唯一认知的固氮者（如大豆根瘤菌）与动植物残体降解者（如纤维素的降解），同时位于常见生物链的首末两端，从而完成碳、氮、硫、磷等生物质在大循环中的衔接。若没有微生物，众多生物就失去必需的营养来源、植物的纤维质残体就无法分解而无限堆积，就没有自然界当前的繁荣与秩序或人类的产生与维续。此外，微生物对地球上气候的变化也起着重要作用。许多微生物直接参与了温室气体的排放或者吸收，而也有很多微生物可以成为未来的生物燃料。 微生物是指用肉眼看不见的生物，通常包括细菌、真菌和部分原生动物。它们在工农业生产、日常生活和科学研究中都有十分广泛的作用。 微生物在工业生产中的应用 工业包括重工业和轻工业两大门类，轻工业生产中的很大一部分就是微生物生产，还有一部分虽不能算微生物生产，但也有微生物的参与。 微生物在发酵工业上的应用 发酵工业是轻工业中重要的一个行业。发酵工程又叫微生物工程。对微生物进行生物工程改造，包括基因工程技术、转基因生物技术、合成生物学技术等，以及工业化应用微生物发酵生产的工程等。发酵是微生物特有的作用，在几千年前就被人类认识了，并且用来制造酒、面包。微生物工程，是大规模发酵生产工艺的总称，就是利用微生物发酵作用，通过现代工程技术手段来生产有用物质，或者把微生物直接应用于生物反应器的技术。它是在发酵工艺基础上吸收基因工程、细胞工程和酶工程以及其他技术的成果而形成的。 发酵工程跟化学工业、医药、食品、能源、环境保护和农牧业等许多领域关系密切，对它的开发有很大的经济效益。ＤＮＡ重组技术和生物反应器装有固定化酶的容器，能进行生物化学合成，是生物工程中的两大支柱。从工业规模生产这一点看，生物反应器尤其重要。因为只有通过微生物发酵，才能形成新的产业。
微生物在农业领域的应用 自20世纪7O年代以来，微生物科学技术在中国农业中得到了普遍推广和应用。在农业生产中，中国研制出多种微生物制剂，以防治园林和蔬菜病虫害，改善作物品质：在农业环保中，中国利用微生物处理水污染，化学农药污染，固体废弃物以及利用微生物生产沼气，有效改善了农村环境，节约了能源。农业微生物资源的开发利用对促进农业生产的变革具有明显的现实意义和深远的历史意义，其必将成为世界各国政府和科技部门研究的重点。 农业微生物基因工程研究现状与前景概述 众所周知，微生物和农业的关系十分密切．索有“微生物大本营”之称的土壤中，微生物扮演质循环的主要角色，有着不可替代的作用．它们分解动植物的残体废物而将其转化成为腐殖质，促进土壤良好结构的形成．许多土壤微生物可固定空气中的氮素和转化各类有机物，不断为植物提供可有效利用的碳、氮、磷、钾、硫等各类营养元素．自然界还广泛存在昆虫的病原微生物和植物病菌的拮抗微生物，它们可用于植物病虫害的防治而部分替代化学农药．另外，通过微生物繁殖和发酵能生产有机酸、氨基酸、生长激素、抗生素、各类酶制剂等多种产品，可分别用作饲料添加剂、食品添加剂和农药等，应用日益广泛．然而地球上的农业微生物资源虽然极为丰富，人类对其利用也有久远的历史．但是，传统常规的微生物技术主要是筛选各类天然微生物菌株并加以利用，不仅效率低、周期妊、成本高，而且选出的菌株通常还存在种种缺陷和不足，因而使其广泛应用受到限制．基因工程技术能够迅速实现遗传物质在不同生物种之间的转移，因而已经农业微生物遗传改良的主要手段．对野生型菌株进行遗传改良，可以提高相关功能基因的表达量、延长表达时问、产生新的优良性能．固氮菌重组后的固氮效率可以大幅提高；一些具有杀虫和防病作用的菌株通过基因工程改造后，毒力效价提高，效力变得迅速和持久，防治对象范围扩大，应用更加广泛．有的土壤微生物具有降解化学工业污染物的能力，但当环境中污染物成分比较复杂时往往难以发挥作用，通过改造后这一缺陷就可克服．面对人口剧增、耕地锐减、资源枯竭、环境恶化等重大社会、经济问题的严峻挑战，农业微生物基因基因工程技术的进一步研究开发将成为实现农业可持续发展的有效途径．目前农业微生物基因工程已发展成为现代生物技术中最为活跃，最具创新性的前沿领域之一，并且取得了不少重大的进展． 微生物农药。微生物农药是指非化学合成、具有杀虫防病作用的微生物制剂，如微生物杀虫剂、杀菌剂、农用抗生素等．这一类微生物包括杀虫防病的细菌、病毒和真菌。微生物农药是利用微生物菌体或其代谢产物来防治植物病虫害的一种生物制剂，它是通过从自然界采集患病体，进行分类筛选病原体或病菌拮抗微生物，经人工培养、收集、提取而制成的。这些病原体和拮抗物及其产物为昆虫吞食、动植物接触感染后，由于微生物自身活动产生毒素，导致昆虫新陈代谢受阻，组织器官受到破坏，有害植物病毒细胞死亡，从而达到消灭病虫害的目的。 微生物激素微生物激素是一种植物生长调节剂，一般以极低的浓度促进植物细胞的发育，使植物茎杆伸长，叶面增大，刺激果实生，或者促进作物提前抽穗开花，提早成熟，也能打破种子休眠激素作用机理是在植物体内促进或抑制酶类、糖类合成，诱导植物细胞发育，达到促进增长的效果。现在使用普遍的有五大类植物激素：赤霉索、生长索、细胞分裂素、脱落酸、乙烯。其中，前三种为促进型激索，后两种为抑制型激素。激素生产一般用阎体发酵或r[业发酵进行。
微生物资源在农业中的应用(2012-04-22 20:51:29)转载▼标签：杂谈分类：作业~之类的 摘要：以科技为先导转变农业结构和机制是农业现代化必经之路，特别是生物技术在农业中的重要作用不可小视。生物技术包含分支繁多，其中的微生物工程及酶工程是最主要的分支之一，在农业应用中极为广泛，如微生物肥料、微生物饲料、微生物农药在农业生态中都有应用，并且仍有巨大的开发价值。 关键词：微生物肥料；微生物饲料；微生物农药；生态农业 The Factor of Microorganism Resource in Our Agriculture Abstract:Science and technology is the most important factor to change the structure and mechanism of our agriculture,particularly biotechnology.Among lots of branches,microbial engineering and enzyme engineering are outstanding and spread in sort of agricultural field. Key word:microbiological fertilizer；microbiological forage；microbiological pesticide；fermentation ecological agriculture “我国要进行一次新的农业科技革命”，这是江泽民总书记于1996年9月26日果断做出的英明决策[1]。我国农村人口众多，可耕地面积相对较少，农业机械化程度不高，农产品深加工能力弱，农产品市场狭窄等方面的不足和困难给国家造成了沉重的负担。令人欣喜的是，生物技术等高新技术的发展使我国农业生产发生了巨大变化，令农民看到了转机。 在生物技术众多领域中，微生物（酶）工程技术是农业技术革新中的最主要力量之一[1]。我国拥有世界10%的生物资源，据不完全统计其中微生物种类有3万种[2]，意味着我国的微生物工程和酶工程研究具有很大的发展潜力。 1微生物肥料 微生物肥料是指一类含有活微生物的特定制品，应用于农业生产中，作物能够获得特定的肥料效应，在这种效应的产生中，制品中活微生物起关键作用。微生物肥料作为一种新型肥料，施入土壤后，通过特定菌株的快速繁殖，能固定大气中的氮素，释放土壤中固定态的磷、钾元素，使得环境的养分潜力得以充分发挥并为作物生长营造一个良好的土壤微生物环境，在减少化肥用量、降低环境污染、提高农作物品质等方面具有重要意义。尤其是集固氮、解磷解钾和作物生长刺激素于一身的复合微生物肥料的研发在农业可持续发展中有举足轻重的作用。 1.1微生物肥料的作用 1.1.1微生物在自然生态系统中的作用 微生物作为自然生态系统的基本组分，履行着主要分解者的作用，推动着自然界养分元素的生物化学循环过程，是大自然中元素的平衡者。 1.1.2 微生物对土壤肥力的特殊作用 在土壤—植物生态系统中，微生物对土壤肥力的作用至关重要。微生物一方面分解有机物质形成腐殖质并释放出养分，另一方面又转化土壤碳素和固定无机营养元素。土壤微生物对于系统中的养分循环和植物有效性主要有两方面的作用：一是微生物自身含有一定数量的C、N、P、S等，可看成一个有效养分的储备库；二是土壤微生物通过其新陈代谢推动着这些元素的转化与活动。 1.1.3 刺激和调控作物生长 许多用作微生物肥料生产的微生物种类在生长繁殖过程中产生对植物有益的代谢产物，如生长素、吲哚乙酸、维生素、氨基酸，能够刺激和调节作物生长，使植物生长健壮，营养状况改善，进而有增产效果。 1.1.4 减少或降低植物病（虫）害 研究证明，多种微生物可以诱导植物的过氧化物酶、苯甲氨酸解氨酶、脂氧合酶、葡聚糖酶等参与植物防御反应，利于防病抗病。有的微生物种类还能产生抗菌素类物质，有的则是由
农业微生物学作业题参考答案 作业题一参考答案 一、名词解释（20分） 生长曲线：在分批培养中，以细胞数目的对数值作纵坐标，以培养时间作横坐标，就可以画出一条有规律的曲线，这就是微生物的典型生长曲线。 氨化作用：就是微生物将有机氮化物转化成氨的过程。 培养基：培养基是一种人工配制的、适合微生物生长繁殖或产生代谢产物的营养基质 拮抗作用：由某种微生物的生长而引起的其他条件改变抑制或杀死他种生物的现象。 菌落：微生物在固体培养基上局限一处大量繁殖，形成肉眼可见的群体，即称为菌落。 朊病毒：朊病毒在电子显微镜下呈杆状颗粒、直径26nm，长100～200nm(一般为125～150nm)。 生物固氮：生物固氮是指分子氮通过固氮微生物固氮酶系的催化而形成氨的过程。 衣原体：衣原体是一类在真核细胞内营专性能量寄生的小型革兰氏阴性原核生物。 根瘤：是根瘤细菌与豆科植物的共生在植物根部共生发育形成的特殊结构。 互生作用：一种微生物的生命活动可以创造或改善另一种微生物生活条件，彼此促进生长。 二、填空（20分） 1. 细菌的基本形态有球状、杆状、螺旋状 2. 放线菌的菌丝有营养菌丝、气生菌丝、孢子丝 3. 霉菌的无性孢子有节孢子、胞囊孢子、分生孢子、厚垣孢子 4. 微生物的呼吸类型有有氧呼吸、无氧呼吸、兼性呼吸 5. 地衣是蓝细菌和真菌的共生体。 6. 常用的微生物杀虫剂包括细菌、真菌、病毒 7. 根据固氮微生物与高等植物间关系，可以把固氮作用分为自生、共生、联合 三、简答题（30分） 1、举例说明微生物多样性和环境适应性及其用于农业生产中的实例 五个共性对人类来说是既有利又有弊的。我们学习微生物学的目的在于能兴利除弊、趋利避害。人类利用微生物(还可包括单细胞化的动、植物)的潜力是无穷的。通过本课程的学习，要使自己努力达到能在细胞、分子和群体水平上认识微生物的生命活动规律，并设法联系生产实际，为进一步开发、利用或改善有益微生物，控制、消灭或改造有害微生物打好坚实的基础。 2.简述温度对微生物的影响 ⑴低温对微生物的影响 大多数微生物对低温具有很强的抵抗力，当微生物所处环境的温度降低到生长最低温度以下时，微生物的新陈代谢活动逐渐降低，最后处以停滞状态，但微生物仍能维持较长的生命，当温度恢复到该微生物最适生长温度时，又开始正常的生长繁殖。所以可以采用低温保藏菌种，用冷藏方法保藏食品，以期限制其中的微生物活力，防止腐败。 ⑵高温对微生物的影响 高温可以死微生物，主要是由于它使微生物的蛋白质和核酸等重要生物高分子发生变性、破坏。所以可以采用高温进行灭菌和消毒。 3.简述革兰氏染色方法及其机理 革兰氏阳性细菌由于细胞壁较厚、肽聚糖含量较高和其分子交联度较紧密，在用乙醇洗脱时，肽聚糖网孔会因脱水而明显收缩，再加上它基本上不含类脂，故乙醇处理不能在壁上溶出缝隙，因此，结晶紫与碘复合物仍能牢牢阻留在其细胞壁内，使其呈现紫色。反之，革兰氏阴性细菌因其壁薄、肽聚糖含量低和交联松散，故遇乙醇后，肽聚糖网孔不易收缩，加上它的类脂含量高，所以当乙醇把类脂溶解后，在细胞壁上就会出现较大的缝隙，这样，结晶紫与碘的复合物就极易被溶出细胞壁，因此，通过乙醇脱色后，细胞又呈无色。这时，再经番红等红色染料进行复染，就使革兰氏阴性细菌出现红色，而革兰氏阳性菌则仍呈紫色。 四、论述题（30分） 1.论述氮素循环途径及微生物在氮素循环中的作用
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。
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。。。。。。
微生物与农业生产 虽然，单细胞蛋白可以为我们解决一些蛋白质的不足，但地球要养活50多亿人口和几百几千亿的畜禽主要还要依靠农业生产。怎样提高粮食单产，怎样防治粮食病害的问题，早已摆在人们面前，多年来人们作过各种尝试，走过许多弯路，回过头来还是把目光投到了微生物这个神通广大的生命家族上来。 前面我们已谈到微生物在土壤物质转化中的作用及微生物与植物间存在着的极为密切的关系。事实上，微生物与农业生产密不可分。 任何植物都必须依土壤为基地，从土壤中汲取养分。而土壤形成的本身，及土壤熟化的过程都主要是微生物的作用。微生物分解土壤中植物所不能直接利用的有机质，形成腐殖质，改善了土壤结构，增加了植物可吸收利用的养分。同时，土壤中一些固氮的微生物把大气中游离态的 n2固定到菌体中或土壤里供植物利用，这样大大改善土壤肥力。另外，土壤中的微生物由于存在着拮抗作用，而产生了许多抗生物质，这些物质可以抑制和杀灭有害微生物，从而使作物生长的更好，使产量大大提高。 积肥、沤粪、翻土压青等有意识地创造有机肥料腐熟条件是人在农业生产中控制微生物的生命活动的规律的生产技术，这些技术很早就被古代劳动人民所接受，公元前一世纪的《汜胜之书》中就指出，肥田要熟粪；同时，该书也提出了瓜与小豆间作，即与豆类作物间作，利用豆科植物的共生性固氮作用来改善植物营养条件，可见古人也已知共生固氮的作用了。而公元五世纪，贾思勰所著的《齐民要术》更反复强调了相类似的观点。 微生物在农业生产上的应用主要有这几个方面：①有机肥的腐熟；②生物固氮作用；③土壤中难溶的矿物态磷、硫的转化作用；④生物农药等。 人粪尿、厩肥等都是很好的有机肥，这些肥料在施用之前都必须经堆积腐熟后才可使用，否则，会因为有机肥发酵发热而烧坏作物。有机肥腐熟过程就是微生物分解有机物，同时产热的一个过程。有机肥在堆制之初，由于富含有机养料而导致大量微生物生长，在微生物生长的同时，有机物被分解，这时产生了大量的热，导致堆积的有机肥温度上升，在高温和一些耐热的微生物共同作用下，堆积肥中的一些难分解的有机物如纤维素、半纤维素和果胶质等也开始分解，并在堆肥中形成了腐殖质，之后，堆积的肥料开始降温，在这过程中继续有许多有机质被分解，新的腐殖质被形成，最后，堆积的有机肥完全腐熟，而成主要以腐殖质为主的稍加降解就能为植物直接利用的有机肥了。 生物固氮，这在土壤中的许多微生物中都有这种功能。在农业生产中我们可以有意识地选用固氮能力强的菌种接种到植物上或施用到大田中去，即所谓的菌肥或增产菌。 寄生于豆科植物根部的根瘤菌就是一种很好的固氮菌。这种细菌在土壤中自由生活并不能固氮，但当它侵入到豆科植物的根部结瘤后即具有从大气中固氮的能力。 把根瘤菌接种到植物根部，结瘤后，植物即能依此而固氮，从而节约了化肥，提高了作物的产量，这种方法已得到大面积应用。 我国在建国初期，即在华北地区推广应用花生根瘤菌接种剂，接着又在东北地区推广应
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 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
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