海洋生物學(xué)海洋環(huán)境中的微生物課件

1、第九章海洋環(huán)境中的微生物17.2一、海洋微生物來自（或分離自）海洋環(huán)境，其正常生長需要海水，并可在寡營養(yǎng)、低溫條件（也包括在海洋中高壓、高溫、高鹽等極端環(huán)境）下長期存活并能持續(xù)繁殖子代的微生物均可稱為海洋微生物。3陸生的一些耐鹽菌或有些廣鹽的種類，在淡水和海水中均可生長，則稱為兼性海洋微生物。4二、海洋微生物的主要特征海洋微生物雖然與陸生類群有很多共性，但由于海洋環(huán)境的特殊以及復(fù)雜多變，海洋細(xì)菌具有異于尋常的適應(yīng)性與多變性。5（一）形態(tài)結(jié)構(gòu)特征形態(tài)多樣，難以簡單用基本三態(tài)概括。1.形態(tài)最早研究認(rèn)為，海洋中球菌數(shù)目少，絕大多數(shù)是桿菌，約20%是螺旋形。垂直分層調(diào)查表明，無論表層水或深海水域具有大

2、量球菌存在。螺菌具有加大表面積，有利于營養(yǎng)物質(zhì)吸收代謝，以適應(yīng)寡營養(yǎng)環(huán)境。62.結(jié)構(gòu)特征海洋細(xì)菌多為G-細(xì)菌。海洋中產(chǎn)休眠芽孢的種類較少。 大多數(shù)海洋細(xì)菌具有活潑運(yùn)動(dòng)性。 海洋中約95%，土壤中不足50%。VBNC可能是海洋細(xì)菌的主要抗逆休眠體存在形式。具鞭毛種類約75%85%7（二）生理特征1.溫度耐受力通常遠(yuǎn)洋菌最適生長溫度18-22； 陸緣及海洋生物病原菌25-28； 陸生菌30-37堆肥中細(xì)菌42-45許多海洋細(xì)菌能夠在0-4下緩慢生長，甚至-5也有生長。 大多數(shù)海洋細(xì)菌對(duì)熱敏感，不適于30以上生長。一般認(rèn)為生物溫度范圍（人除外），-23-100冰島溫泉（98）藻類法國塞納河分離嗜熱脂

3、肪芽孢桿菌70黃石公園棲熱菌79日本伊豆半島溫泉棲熱菌85海底熱液口 120海水中可正常生長的微生物海洋真光層水域中半數(shù)以上的細(xì)菌產(chǎn)生色素；深海水域產(chǎn)色素細(xì)菌很少。常見顏色為黃色、橙黃色、棕色、紅色或淺紅色、綠色、深藍(lán)色、黑色等；色素主要為光合色素和保護(hù)色素；除光合細(xì)菌外，常見的產(chǎn)色素細(xì)菌有：黃桿菌屬、假交替單胞菌屬、假單胞菌屬、交替單胞菌屬、弧菌屬等。2.色素的產(chǎn)生101112131415161718192021海洋微生物的基本特征就是需要海水環(huán)境才能生長。鈉離子是海洋細(xì)菌生長所必需的，但不是唯一成分。 多數(shù) 鹽度30 即可生長良好極端嗜鹽菌鹽度150-300可在死海中生長河口、紅樹林適宜于

4、15-20鹽度海水培養(yǎng)3.對(duì)鹽度的需求絕大多數(shù)海洋環(huán)境分離出來的是兼性厭氧菌。 表層水域存在少數(shù)專性好氧菌；深?；蚝５纵^多專性厭氧菌；海洋趨磁細(xì)菌，大多屬于“微好氧菌”，多數(shù)在好氧與厭氧環(huán)境中不生長，盡在微氧條件下生長。4.對(duì)氧的需求海洋中很多微生物種類屬于混合營養(yǎng)型。 一些自養(yǎng)菌也能營異養(yǎng)生活； 一些異養(yǎng)菌也兼有自養(yǎng)型；有些蛭弧菌可營異養(yǎng)腐生，卻多以“吃”細(xì)菌為生。5.營養(yǎng)類型的多樣性發(fā)光現(xiàn)象并非海洋細(xì)菌的普遍特性，但已知的發(fā)光菌絕大多數(shù)是從海水或海洋生物體表分離出來的。6.發(fā)光現(xiàn)象附著性幾乎是海洋細(xì)菌的普遍特性。 細(xì)胞外多具一層分泌的粘多糖，利于其固著； 有些種類利用鞭毛及側(cè)生菌毛進(jìn)行附著

5、。附著性與共棲性是相互關(guān)聯(lián)的 大型海洋生物表面普遍存在附生菌；海洋動(dòng)物體內(nèi)存在共生菌。7.附著性與互生或共生現(xiàn)象27（三）培養(yǎng)特征1.生長緩慢、代時(shí)較長，平板上出現(xiàn)菌落相對(duì)較小。平板菌落計(jì)數(shù)法陸生菌2-5天，最多7天；海洋細(xì)菌5-7天，大洋水樣甚至10-15天。2.分純難多具粘附性，菌體容易黏著在一起產(chǎn)生聚集現(xiàn)象。3.培養(yǎng)難人工培養(yǎng)基是依據(jù)微生物原生態(tài)環(huán)境因素及生長條件而設(shè)計(jì)的；ZoBell 2216E基礎(chǔ)培養(yǎng)基適于多數(shù)常見、適應(yīng)性強(qiáng)的海洋異養(yǎng)菌；大洋中細(xì)菌，生活在寡營養(yǎng)環(huán)境，長期處于“半饑餓”狀態(tài)，直接接種至營養(yǎng)豐富的培養(yǎng)基，生長會(huì)受到抑制。4.保存難有些細(xì)菌在4下還會(huì)繼續(xù)生長代謝；許多海洋

6、細(xì)菌10以下會(huì)形成VBNC狀態(tài)的休眠體，常規(guī)方法無法使其繁殖；超低溫法保存是可靠的有效措施。三、海洋微生物的棲息環(huán)境1.水體和海雪(marine snow)近岸海區(qū)淺海區(qū)大洋海水遠(yuǎn)洋區(qū)； 真光層 中間帶 深海帶 深淵帶 超深淵帶 深海海溝水體均存在微生物海水很容易被看成是浮游生物和營養(yǎng)成分均勻分布的同質(zhì)流體。大量證據(jù)表明，生物和有機(jī)質(zhì)顆粒周圍的營養(yǎng)物質(zhì)分布具有微格局的多相性（microscale heterogeneity）3334海雪（marine snow），指海水中下降的顆粒有機(jī)物。由無機(jī)顆粒的聚集體、浮游生物細(xì)胞、死的浮游生物碎片以及浮游動(dòng)物排泄物組成，通過浮游植物或細(xì)菌釋放的聚合物粘

7、附在一起。直徑多在0.5至幾個(gè)微米，平靜水面能增大到幾厘米；核心經(jīng)常為海鞘廢棄的“住室”、水華結(jié)束時(shí)死亡的硅藻等35將一定比例的光合作用產(chǎn)物從表層運(yùn)到深水層及海底的一種主要方法；聚集物中包含有活性細(xì)菌和以細(xì)菌為食的原生動(dòng)物； 微生物數(shù)量108-109/mL，為海水中的100-10000倍顆粒物在下降時(shí)，有機(jī)質(zhì)會(huì)被微生物降解； 微生物有氧呼吸產(chǎn)生無氧條件，各種需氧和厭氧微生物占據(jù)海雪顆粒中不同的小生境。 海雪顆粒由于擴(kuò)散作用或水平對(duì)流而散布時(shí)，會(huì)留下一些營養(yǎng)碎屑的尾跡，可以作為化學(xué)信號(hào)吸引小型浮游動(dòng)物。 大量的有機(jī)碳在下降過程中，就能再循環(huán)，一些達(dá)到海底后可被底棲動(dòng)物利用或形成沉積物。2.沉積物

8、3.固體表面4.生物體表面375.海冰（sea ice）海水結(jié)冰時(shí)，會(huì)形成純水的晶格，將鹽從結(jié)晶中排出。海冰為微生物提供了不同的微小生境。 鹽度、溫度、營養(yǎng)物質(zhì)、光投射各不相同。38396.熱液口和冷泉熱液系統(tǒng)周圍的溫度和營養(yǎng)梯度為懸浮于周圍水域、沉積物及附著在煙霧顆粒表面的微生物提供了多樣性的棲息環(huán)境。其中許多是嗜熱細(xì)菌和古菌；熱液口附近含大量化能自養(yǎng)菌。4041海底區(qū)域，其中硫化氫、甲烷和其它碳?xì)浠衔镆毫靼l(fā)生滲漏的地方，往往以“鹽水池”的形式出現(xiàn)，成為冷泉。冷并不意味著溫度低，甚至比周圍海水高一點(diǎn)。高濃度的硫化物和甲烷等支持大量的微生物群體。42四、海洋環(huán)境中的活的非可培養(yǎng)(VBNC)狀

9、態(tài)細(xì)菌VBNC，指某些細(xì)菌處于不良環(huán)境下，其整個(gè)細(xì)胞?？s小成球形，用常規(guī)培養(yǎng)法在常規(guī)條件下培養(yǎng)時(shí)不能使其繁殖，但仍具有代謝活性。這時(shí)細(xì)菌細(xì)胞呈休眠狀態(tài)，是細(xì)菌的一種特殊存活形式。五、海洋微生物的采樣技術(shù)（一）水樣的采集如何在特定海區(qū)的特定深度采集到不受外接污染的水樣和海底沉積物樣品？理想的海洋微生物檢樣應(yīng)該只含有現(xiàn)場(chǎng)的微生物，因此必須應(yīng)用無菌操作，并盡量防止采樣器械和采樣操作中所帶入的污染。金屬對(duì)微生物有殺傷作用，因此不應(yīng)該用金屬來制造直接盛取水樣的容器。44佐貝爾采水器45顛倒式采水器46尼斯金采水器477.2Rossete 采水器48（二）泥樣的采集目前還很少有微生物所專用的采泥器，在采集泥樣