1海洋微生物學(xué)概述課件

海洋微生物學(xué)王光玉海洋微生物學(xué)王光玉1教材：海洋微生物學(xué)，張曉華主編，中國(guó)海洋大學(xué)出版社，2007年12月，第一版參考文獻(xiàn)海洋生物學(xué)，相建海，2003.03，科學(xué)出版社海洋生物技術(shù)原理和應(yīng)用張士璀海洋出版社,1998,海洋生物技術(shù)新進(jìn)展,范曉張士璀,海洋出版社,1999第三屆海洋生物高技術(shù)論壇,2005.10,廈門全國(guó)海洋生物技術(shù)與海洋藥物學(xué)術(shù)會(huì)議論文集,2006.08,大連海洋微生物及其代謝產(chǎn)物,林永成,化學(xué)工業(yè)出版社,2003微生物生態(tài)學(xué),池振明,山東大學(xué)出版社,1999教材：海洋微生物學(xué)，張曉華主編，中國(guó)海洋大學(xué)出版社，20072什么是海洋微生物源生地（源生于海洋中的類群，源自陸生，適應(yīng)海洋）適應(yīng)性（適應(yīng)于海洋環(huán)境，有些陸地的耐鹽種類）來(lái)自（或分離自）海洋環(huán)境，其正常生長(zhǎng)需要海水，并可在寡營(yíng)養(yǎng)、低溫條件（也包括海洋中高壓、高溫、高鹽等極端環(huán)境）下長(zhǎng)期存活并能持續(xù)繁殖自帶的微生物均可稱為海洋微生物。陸地的耐鹽菌或廣鹽菌，稱為兼性海洋微生物什么是海洋微生物源生地（源生于海洋中的類群，源自陸生，適應(yīng)海31國(guó)內(nèi)外海洋微生物學(xué)發(fā)展概述1.1海洋微生物的發(fā)展方向海洋微生物學(xué)是開(kāi)始較早而發(fā)展較晚的學(xué)科，近幾十年來(lái)發(fā)展最快的新興學(xué)科之一。已逐漸成為海洋科學(xué)研究中多學(xué)科的重要交叉點(diǎn)。20世紀(jì)80年代：表型觀察為主C.E.Zobell(佐貝爾)：MarineMicrobiology(1946),其次是日本多賀信夫和蘇聯(lián)的克里斯。80年代主要轉(zhuǎn)入基因水平及分子生物學(xué)時(shí)期，尤其是分子生物學(xué)、遙感技術(shù)和深海探測(cè)技術(shù)。1國(guó)內(nèi)外海洋微生物學(xué)發(fā)展概述1.1海洋微生物的發(fā)展方向41.2海洋微生物發(fā)展的起始階段C.E.Zobell（1904-1988）在海洋微生物的采樣、培養(yǎng)、基本特征、分布規(guī)律等建立起了配套的基礎(chǔ)研究方法和基礎(chǔ)理論。發(fā)明了J-Z海水采樣瓶，至今仍應(yīng)用。經(jīng)過(guò)10年的每周5-6次的統(tǒng)計(jì)，得出“海洋異養(yǎng)菌的數(shù)量變化與海水中有機(jī)質(zhì)的濃度有關(guān)，與季節(jié)無(wú)關(guān)”。1.2海洋微生物發(fā)展的起始階段C.E.Zobell（1951.3國(guó)內(nèi)海洋微生物研究歷程1956年中國(guó)科學(xué)院海洋生物研究室（中國(guó)科學(xué)院海洋研究所前身）正式成立了海洋細(xì)菌組。到60年代中期，主要進(jìn)行了海洋調(diào)查及分類方面研究。1959年，薛廷躍、孫國(guó)玉等首次從青島近岸潮間帶底泥中分離出排流桿菌、氧化硫桿菌及脫氧硫桿菌。1960年，薛廷躍從膠州灣海水中獲得11株小珠菌，丹砂色小珠菌5株，StrainA一E，硫色小球菌2株，StrainA一B，檸檬色小球菌海洋變種、李氏小球菌海洋變種和純白色小球菌。1961年，陳世陽(yáng)等從青島近海分離獲得嗜鹽性自身固氮菌海洋變種。研究厭氧細(xì)菌分離，從膠州灣海泥中獲得厭氧光合細(xì)菌——纖細(xì)紅硫菌。1.3國(guó)內(nèi)海洋微生物研究歷程1956年中國(guó)科學(xué)院海洋生物6

70年代中期后10年左右的時(shí)間，著重開(kāi)展了環(huán)保及與藻類病害有關(guān)的研究工作。1979年丁美麗等在國(guó)內(nèi)首次報(bào)道有關(guān)石油烴降解菌生態(tài)研究結(jié)果，從膠州灣分離出300余株具有分解石油烴能力的微生物。1986年，陳騳經(jīng)調(diào)查膠州灣或海帶栽培區(qū)在異養(yǎng)菌中褐藻酸降解菌有相當(dāng)高的比例。1979年和1990年，陳騳等和丁美麗先后在海帶病害研究中發(fā)現(xiàn)海帶病爛與褐藻酸降解菌有關(guān)。

70年代中期后10年左右的時(shí)間，著重開(kāi)展了環(huán)保及與藻類病害7進(jìn)入80年代后，開(kāi)展養(yǎng)殖動(dòng)物病害研究，并繼續(xù)進(jìn)行有關(guān)環(huán)境保護(hù)工作。1983年，王文興等從青島太平角及即墨沿海養(yǎng)殖場(chǎng)水樣及泥樣中分離出一批菌株。錢振懦于1985年發(fā)現(xiàn)在青島近岸水生活著許多對(duì)污水細(xì)菌具有抑制作用的細(xì)菌，徐懷恕等于1989年發(fā)現(xiàn)在青島港鋼板樁上附著對(duì)鋼有腐蝕作用的氧化硫桿菌、排硫桿菌和脫氮桿菌。進(jìn)入80年代后，開(kāi)展養(yǎng)殖動(dòng)物病害研究，并繼續(xù)進(jìn)行有關(guān)環(huán)境保護(hù)81.4國(guó)外發(fā)展概況和趨勢(shì)美國(guó)、日本走在世界的前列，在海洋微生物技術(shù)方面已經(jīng)超過(guò)了美國(guó)。（1）分子遺傳學(xué)日本海洋與技術(shù)中心（JAMSTEC）在1998年5月-1997年7月完成了深海分離的嗜堿菌Bacillushaloduras全部基因測(cè)序工作，從中已經(jīng)分離出包括蛋白酶、纖維素酶、麥芽糖酶等多種耐堿的工業(yè)用酶。利用分子生物學(xué)克隆耐高溫、高壓的基因并研究表達(dá)機(jī)制，可利用到工業(yè)上的發(fā)酵生產(chǎn)。1.4國(guó)外發(fā)展概況和趨勢(shì)美國(guó)、日本走在世界的前列，在海洋9（2）生物有機(jī)化學(xué)和藥物學(xué)：海洋抗生素可以有效殺滅當(dāng)前已經(jīng)對(duì)陸地藥物產(chǎn)生抗性的細(xì)菌。大多是細(xì)菌或與海洋生物共生的細(xì)菌產(chǎn)生的。比如DHA和EPA，都是魚(yú)腸道內(nèi)的海洋細(xì)菌產(chǎn)生的。（3）水產(chǎn)養(yǎng)殖的應(yīng)用：利用免疫學(xué)和病理學(xué)方法進(jìn)行（4）環(huán)境的生物修復(fù)：以色列已經(jīng)從海洋細(xì)菌中分離出一種用于石油工業(yè)乳化劑的產(chǎn)品。很多海洋細(xì)菌可以在高濃度的苯類化合物中生長(zhǎng)。具有修復(fù)陸地污染的潛力。（5）生物膜與防腐劑等。細(xì)菌進(jìn)行的生物腐蝕引起艦船的損壞（6）生物材料和加工。（2）生物有機(jī)化學(xué)和藥物學(xué)：海洋抗生素可以有效殺滅當(dāng)前已經(jīng)對(duì)102海洋的基本情況根據(jù)海洋學(xué)調(diào)查的地形和海水深度不同，一般把海岸劃分為沿岸區(qū)和遠(yuǎn)海區(qū)（以海水深度200米為界）。沿岸區(qū)又分為濱海帶（高潮線到50米的海底）和淺海帶（水深在50-200米）。是海洋研究的重點(diǎn)之一濱海帶是海水漲潮和退潮活動(dòng)的地帶，所以又稱潮間帶。潮間帶的海底底質(zhì)主要分為巖石區(qū)、沙岸區(qū)和沙泥岸區(qū)。Estuarinezone（河口區(qū)）Continentshellandcontinentslope(大陸架斜坡和陡坡)2海洋的基本情況根據(jù)海洋學(xué)調(diào)查的地形和海水深度不同，一般11深海區(qū)按海水的深度分為euphoticzone(透光層，光和作用帶）0-200米bathyalzone(半深海區(qū)，微透光)、200-1500米abyssalzone（深海區(qū)、深淵區(qū)，黑暗）1500米-海底深海區(qū)按海水的深度分為121海洋微生物學(xué)概述課件133海洋環(huán)境的特點(diǎn)3.1貧營(yíng)養(yǎng)所有的元素盡管都有，尤其是微生物生長(zhǎng)所需要的N、P、Fe等元素，在1ppm以下。外洋，N、P等物質(zhì)循環(huán)到光合層需要幾千年。3.2低溫100米以下水溫為0-5℃。90%以上的水體為5℃以下的低溫環(huán)境。溫躍層（100-150米處，水溫突然降低到10°以下）3.3高壓海水深度每增加10米，壓力就增加一個(gè)大氣壓。3海洋環(huán)境的特點(diǎn)3.1貧營(yíng)養(yǎng)143.4黑暗海洋大部分為黑暗區(qū)，即使在透明度較好的外洋，1000米深處的光強(qiáng)度只有海平面的千分之一以下。3.5厭氧海洋大部分缺少氧氣，透光層比非透光層高出許多倍。水深1公里的阿拉伯海中，每升水的氧氣的含量不到1毫升。3.6滲透壓海洋的環(huán)境總起來(lái)說(shuō)比較穩(wěn)定，鹽份含量在3.3-3.7%，平均為3.5%（77.8%為NaCl），pH為8.3-8.5；整個(gè)海洋的溫差在35℃以內(nèi)。3.7紫外線UV-B的輻射能量雖然只占光能量的5％～7％，但對(duì)生物的危害性卻遠(yuǎn)較此比例高得多。例如，雖然UV-B只占太陽(yáng)輻能量到達(dá)地球表面的0.8％，但在海洋和水環(huán)境中UV-B對(duì)光化學(xué)效應(yīng)的貢獻(xiàn)卻占50％以上。3.4黑暗154.1海洋微生物的種類按其結(jié)構(gòu)、形態(tài)和組成可分為三類非細(xì)胞型：海洋病毒原核細(xì)胞型：海洋細(xì)菌和海洋放線菌真核細(xì)胞型：海洋霉菌和海洋酵母。研究意義：通過(guò)研究海洋微生物及其生命活動(dòng)規(guī)律，挖掘微生物資源、充分利用其有益的方面，從而發(fā)揮其在海洋養(yǎng)殖、海洋開(kāi)發(fā)利用和海洋環(huán)境保護(hù)中的作用。減少其在海洋養(yǎng)殖的病害和對(duì)海洋環(huán)境的危害等4海洋微生物的種類、大小與分布4.1海洋微生物的種類按其結(jié)構(gòu)、形態(tài)和組成可分為三類4海164.2海洋微生物的大小絕大多數(shù)海洋原核生物最大長(zhǎng)度小于0.6微米，許多種類小于0.3微米，體積小，但是SA/V的比值大，？有的比較大：費(fèi)氏刺骨魚(yú)菌80*600微米，納米比亞珍珠硫菌，750微米。超微型浮游生物0.01-0.2，病毒微微型浮游生物0.2-2，細(xì)菌、古菌、某些鞭毛蟲(chóng)微型浮游生物2-20，鞭毛蟲(chóng)，硅藻，甲藻小型浮游生物20-200，纖毛蟲(chóng)，硅藻，甲藻，其它藻類4.2海洋微生物的大小絕大多數(shù)海洋原核生物最大長(zhǎng)度小于0.17近海區(qū)比遠(yuǎn)海區(qū)富有營(yíng)養(yǎng)，營(yíng)養(yǎng)、溫度相對(duì)較高，因而有更多的植物、動(dòng)物、微生物生存，形成復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)，如海草形成的草地，藻類形成的森林等。透光區(qū)，硝酸鹽、磷酸鹽被植物吸收，死亡后殘?bào)w降至非透光區(qū)，被細(xì)菌分解，在上升流區(qū)營(yíng)養(yǎng)元素豐富，植物等發(fā)展旺盛。深海區(qū)的環(huán)境條件更為復(fù)雜，有高溫的煙囪狀環(huán)境區(qū)域，生活著極端的海洋微生物和希奇古怪的海洋生物。嗜酸、嗜堿、嗜冷、嗜熱等微生物或海洋生物都存在。海底淤泥中含有大量的厭氧性細(xì)菌和其他生物，其活動(dòng)使海底充滿硫化氫。4.3海洋微生物的分布近海區(qū)比遠(yuǎn)海區(qū)富有營(yíng)養(yǎng)，營(yíng)養(yǎng)、溫度相對(duì)較高，因而有更多的植物185海洋微生物的研究方法5.1培養(yǎng)計(jì)數(shù)（1）、MPN法；（2）、平板涂布5.2顯微計(jì)數(shù)（1）、熒光顯微鏡直接計(jì)數(shù)：1973年用落射熒光顯微鏡對(duì)細(xì)菌進(jìn)行計(jì)數(shù)。1977年應(yīng)用了吖啶橙(AO)對(duì)細(xì)菌進(jìn)行染色后過(guò)濾到用Irgalan溶液染黑的0.2μｍ核孔濾膜上，用熒光顯微鏡進(jìn)行計(jì)數(shù)。1980年P(guān)orter和Feig改進(jìn)對(duì)細(xì)菌的染色方法即用4，6-diamidino-2-phenylindole(DAPI)對(duì)細(xì)菌進(jìn)行染色。

5海洋微生物的研究方法5.1培養(yǎng)計(jì)數(shù)19（2）、免疫熒光顯微鏡法：原理：利用抗原和抗體相互作用的原理即熒光物質(zhì)與微生物細(xì)胞相互作用，顯微鏡下進(jìn)行熒光數(shù)量的測(cè)定就可。缺點(diǎn)：不太適合測(cè)定自然水樣中細(xì)菌的總數(shù)(含有多個(gè)細(xì)菌種群。（3）、流動(dòng)自動(dòng)分析技術(shù)電阻變化法：電阻變化法在測(cè)定顆粒大小的同時(shí)也測(cè)定對(duì)應(yīng)樣品體積內(nèi)顆粒的數(shù)量。缺點(diǎn)：顆粒的體積取代電解液的變化，從而導(dǎo)致電位差的變化，因此不能分清細(xì)菌和相等大小的顆粒。（2）、免疫熒光顯微鏡法：20（4）數(shù)字圖像分析法熒光顯微鏡上添加了CCD照相機(jī)和影像自動(dòng)分析系統(tǒng)缺點(diǎn)：受物鏡放大倍數(shù)的影響，只能測(cè)定較大的細(xì)菌細(xì)胞的數(shù)量，步驟繁瑣。（5）流式細(xì)胞儀測(cè)定法激光打在顆粒上，產(chǎn)生不同的散射光，可以發(fā)射出熒光。散射光和熒光通過(guò)光電倍增管和光電二極管采集，并將其光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)輸出，通過(guò)合適的軟件把它數(shù)字化并進(jìn)行分析。缺點(diǎn)：樣品的數(shù)目應(yīng)該在1000個(gè)/毫升以上。（4）數(shù)字圖像分析法216研究實(shí)例：深海微生物的研究目的：獲得有關(guān)的微生物或基因篩選、分離：稀釋混合涂布法、平板涂布等分子生物學(xué)手段：提總DNA(宏基因組)，進(jìn)行特異性的擴(kuò)增，研究海洋微生物的多樣性和分離篩選特殊的基因。進(jìn)而利用基因工程手段來(lái)研究其中的基因序列產(chǎn)生的蛋白質(zhì)等。6研究實(shí)例：深海微生物的研究22深海長(zhǎng)期以來(lái)一直被認(rèn)為是一片“荒蕪的沙漠”

1977年美國(guó)“阿爾文”號(hào)深潛器最早發(fā)現(xiàn)深海熱液區(qū),拉開(kāi)了深海生命體系研究的幃幕。深海生命系統(tǒng)的發(fā)現(xiàn)是20世紀(jì)自然科學(xué)界最重要和激動(dòng)人心的發(fā)現(xiàn)之一！深海長(zhǎng)期以來(lái)一直被認(rèn)為是一片“荒蕪的沙漠”深231海洋微生物學(xué)概述課件24深海有多種獨(dú)特的生命系統(tǒng)如熱液，冷泉生命系統(tǒng)，完全不同于陸地和淺海的生命體系。有助于回答關(guān)于生命起源等基礎(chǔ)生命科學(xué)問(wèn)題，是新的活性物質(zhì)的重要來(lái)源。劇變的溫度（高溫－低溫）、高壓、有毒物質(zhì)等極端環(huán)境。生物多樣性極其豐富：已發(fā)現(xiàn)500種左右的新物種，噴口物種的90％是噴口區(qū)特有物種。冷泉熱液深海有多種獨(dú)特的生命系統(tǒng)如熱液，冷泉生命系統(tǒng)，完全不同于陸地25深海生物圈研究依賴于技術(shù)的發(fā)展與學(xué)科交叉未培養(yǎng)微生物2004年國(guó)際十大科技進(jìn)展(SCIENCE)SCIENCE2006.2深海微生物培養(yǎng)Deepbath7億5千萬(wàn)日元活性物質(zhì)與極端酶深海環(huán)境對(duì)生命過(guò)程的影響深海生物圈研究依賴于技術(shù)的發(fā)展與學(xué)科交叉未培養(yǎng)微生物深海微生266.1ProtocolDeepseaSamplesTotalDNA

16SrDNA,MetagenomicsDNAextractionGeneticFingerprint-T-RFLP,DGGEGeneSequencesPhylogenyofMicrobialCommunityCloneLibraryGeneticDatabaseSpecificProbesFunctionScanningProbeDesign6.1ProtocolDeepseaSam27表1樣品采樣點(diǎn)描述樣品類型/采樣點(diǎn)溫度采樣日期采樣地點(diǎn)4143-1硫化物/316.8℃2005/8/26MothraDepth=2267m4136-1硫化物/29.2℃2005/8/19ClambedDepth=2181m表1樣品采樣點(diǎn)描述樣品類型/采樣點(diǎn)溫度采樣日期采樣地286.2化學(xué)成分組成的比較Fig1硫化物化學(xué)成分主要元素的組成結(jié)果：兩個(gè)位點(diǎn)的Fe，Cu含量變化明顯。4143的Cu含量是4136-1位點(diǎn)的3倍多，而Fe含量則較少。6.2化學(xué)成分組成的比較Fig1硫化物化學(xué)成分主要元素296.3微量元素比較4143位點(diǎn)微量元素含量較高6.3微量元素比較4143位點(diǎn)微量元素含量較高306.4兩個(gè)站點(diǎn)的微生物總數(shù)定量分析654321M654321Fig4thequantifcationofarchaeaandbacteria4136-14143-14136-14143-16.4兩個(gè)站點(diǎn)的微生物總數(shù)定量分析65431結(jié)果：1細(xì)菌含量相當(dāng)，都在108copies/g數(shù)量級(jí)，

2古菌含量卻變化比較大，4143-1位點(diǎn)古菌含量是106copies/g數(shù)量級(jí)，比另一位點(diǎn)高一個(gè)數(shù)量級(jí)。結(jié)果：1細(xì)菌含量相當(dāng)，都在108copies/g數(shù)量級(jí)，32Fig24143-1位點(diǎn)細(xì)菌系統(tǒng)發(fā)生樹(shù)結(jié)果：含量最為豐富的是屬于epsilon和gamma類群的proteobacteria。這些克隆子主要與硫氧化相關(guān)。同時(shí)獲得了一些不可培養(yǎng)的細(xì)菌克隆子Fig24143-1位點(diǎn)細(xì)菌系統(tǒng)發(fā)生樹(shù)結(jié)果：334143-1archaea系統(tǒng)發(fā)生樹(shù)，克隆子主要是與嗜熱熱和甲烷代謝相關(guān)的古菌克隆子。還有一些是不可培養(yǎng)的古菌4143-1archaea系統(tǒng)發(fā)生樹(shù)，34目前已完成熱液煙囪、煙囪蠕蟲(chóng)、多金屬結(jié)核區(qū)沉積物、珠江口沉積物、紅樹(shù)林等五種典型海洋環(huán)境大片段宏基因組文庫(kù)構(gòu)建。獲得了超過(guò)3萬(wàn)個(gè)Fosmid/Cosmid克隆子，平均外源片段插入長(zhǎng)度超過(guò)30kb。目前已完成熱液煙囪、煙囪蠕蟲(chóng)、多金屬結(jié)核區(qū)沉積物、珠江口沉積357我國(guó)海洋研究的機(jī)構(gòu)7.1開(kāi)發(fā)海洋的迫切性和必要性海洋的總面積超過(guò)3.6*108km2，占地球表面積的71%，平均深度為3800米。生物門類中的88%生活在海洋中。3*109噸魚(yú)、蝦、貝、藻3*1010人海洋捕撈大約8*107噸，海水養(yǎng)殖1.5*107噸。7我國(guó)海洋研究的機(jī)構(gòu)7.1開(kāi)發(fā)海洋的迫切性和必要性367.2海洋研究的大體介紹青島集中了全國(guó)大部分的海洋方面的科研力量。目前，國(guó)家海洋“973”計(jì)劃項(xiàng)目全國(guó)共有7個(gè)，其中6個(gè)項(xiàng)目的首席科學(xué)家在青島。其次是廣州、大連、上海、北京、天津、杭州、湛江等7.2海洋研究的大體介紹377.3相關(guān)的研究機(jī)構(gòu)http:國(guó)家海洋局及其下屬的各個(gè)研究所中國(guó)科學(xué)院海洋所（青島）。南海所國(guó)家農(nóng)業(yè)部的項(xiàng)目中國(guó)海洋大學(xué)、廈門大學(xué)、清華大學(xué)、湛江海洋大學(xué)、中山大學(xué)、山東大學(xué)、大連水產(chǎn)學(xué)院、上海水產(chǎn)大學(xué)等，以及其他院校的科研力量。國(guó)家海洋863計(jì)劃、海洋973項(xiàng)目、國(guó)家海洋局的項(xiàng)目、地方廳、局的項(xiàng)目7.3相關(guān)的研究機(jī)構(gòu)38海洋微生物學(xué)王光玉海洋微生物學(xué)王光玉39教材：海洋微生物學(xué)，張曉華主編，中國(guó)海洋大學(xué)出版社，2007年12月，第一版參考文獻(xiàn)海洋生物學(xué)，相建海，2003.03，科學(xué)出版社海洋生物技術(shù)原理和應(yīng)用張士璀海洋出版社,1998,海洋生物技術(shù)新進(jìn)展,范曉張士璀,海洋出版社,1999第三屆海洋生物高技術(shù)論壇,2005.10,廈門全國(guó)海洋生物技術(shù)與海洋藥物學(xué)術(shù)會(huì)議論文集,2006.08,大連海洋微生物及其代謝產(chǎn)物,林永成,化學(xué)工業(yè)出版社,2003微生物生態(tài)學(xué),池振明,山東大學(xué)出版社,1999教材：海洋微生物學(xué)，張曉華主編，中國(guó)海洋大學(xué)出版社，200740什么是海洋微生物源生地（源生于海洋中的類群，源自陸生，適應(yīng)海洋）適應(yīng)性（適應(yīng)于海洋環(huán)境，有些陸地的耐鹽種類）來(lái)自（或分離自）海洋環(huán)境，其正常生長(zhǎng)需要海水，并可在寡營(yíng)養(yǎng)、低溫條件（也包括海洋中高壓、高溫、高鹽等極端環(huán)境）下長(zhǎng)期存活并能持續(xù)繁殖自帶的微生物均可稱為海洋微生物。陸地的耐鹽菌或廣鹽菌，稱為兼性海洋微生物什么是海洋微生物源生地（源生于海洋中的類群，源自陸生，適應(yīng)海411國(guó)內(nèi)外海洋微生物學(xué)發(fā)展概述1.1海洋微生物的發(fā)展方向海洋微生物學(xué)是開(kāi)始較早而發(fā)展較晚的學(xué)科，近幾十年來(lái)發(fā)展最快的新興學(xué)科之一。已逐漸成為海洋科學(xué)研究中多學(xué)科的重要交叉點(diǎn)。20世紀(jì)80年代：表型觀察為主C.E.Zobell(佐貝爾)：MarineMicrobiology(1946),其次是日本多賀信夫和蘇聯(lián)的克里斯。80年代主要轉(zhuǎn)入基因水平及分子生物學(xué)時(shí)期，尤其是分子生物學(xué)、遙感技術(shù)和深海探測(cè)技術(shù)。1國(guó)內(nèi)外海洋微生物學(xué)發(fā)展概述1.1海洋微生物的發(fā)展方向421.2海洋微生物發(fā)展的起始階段C.E.Zobell（1904-1988）在海洋微生物的采樣、培養(yǎng)、基本特征、分布規(guī)律等建立起了配套的基礎(chǔ)研究方法和基礎(chǔ)理論。發(fā)明了J-Z海水采樣瓶，至今仍應(yīng)用。經(jīng)過(guò)10年的每周5-6次的統(tǒng)計(jì)，得出“海洋異養(yǎng)菌的數(shù)量變化與海水中有機(jī)質(zhì)的濃度有關(guān)，與季節(jié)無(wú)關(guān)”。1.2海洋微生物發(fā)展的起始階段C.E.Zobell（19431.3國(guó)內(nèi)海洋微生物研究歷程1956年中國(guó)科學(xué)院海洋生物研究室（中國(guó)科學(xué)院海洋研究所前身）正式成立了海洋細(xì)菌組。到60年代中期，主要進(jìn)行了海洋調(diào)查及分類方面研究。1959年，薛廷躍、孫國(guó)玉等首次從青島近岸潮間帶底泥中分離出排流桿菌、氧化硫桿菌及脫氧硫桿菌。1960年，薛廷躍從膠州灣海水中獲得11株小珠菌，丹砂色小珠菌5株，StrainA一E，硫色小球菌2株，StrainA一B，檸檬色小球菌海洋變種、李氏小球菌海洋變種和純白色小球菌。1961年，陳世陽(yáng)等從青島近海分離獲得嗜鹽性自身固氮菌海洋變種。研究厭氧細(xì)菌分離，從膠州灣海泥中獲得厭氧光合細(xì)菌——纖細(xì)紅硫菌。1.3國(guó)內(nèi)海洋微生物研究歷程1956年中國(guó)科學(xué)院海洋生物44

70年代中期后10年左右的時(shí)間，著重開(kāi)展了環(huán)保及與藻類病害有關(guān)的研究工作。1979年丁美麗等在國(guó)內(nèi)首次報(bào)道有關(guān)石油烴降解菌生態(tài)研究結(jié)果，從膠州灣分離出300余株具有分解石油烴能力的微生物。1986年，陳騳經(jīng)調(diào)查膠州灣或海帶栽培區(qū)在異養(yǎng)菌中褐藻酸降解菌有相當(dāng)高的比例。1979年和1990年，陳騳等和丁美麗先后在海帶病害研究中發(fā)現(xiàn)海帶病爛與褐藻酸降解菌有關(guān)。

70年代中期后10年左右的時(shí)間，著重開(kāi)展了環(huán)保及與藻類病害45進(jìn)入80年代后，開(kāi)展養(yǎng)殖動(dòng)物病害研究，并繼續(xù)進(jìn)行有關(guān)環(huán)境保護(hù)工作。1983年，王文興等從青島太平角及即墨沿海養(yǎng)殖場(chǎng)水樣及泥樣中分離出一批菌株。錢振懦于1985年發(fā)現(xiàn)在青島近岸水生活著許多對(duì)污水細(xì)菌具有抑制作用的細(xì)菌，徐懷恕等于1989年發(fā)現(xiàn)在青島港鋼板樁上附著對(duì)鋼有腐蝕作用的氧化硫桿菌、排硫桿菌和脫氮桿菌。進(jìn)入80年代后，開(kāi)展養(yǎng)殖動(dòng)物病害研究，并繼續(xù)進(jìn)行有關(guān)環(huán)境保護(hù)461.4國(guó)外發(fā)展概況和趨勢(shì)美國(guó)、日本走在世界的前列，在海洋微生物技術(shù)方面已經(jīng)超過(guò)了美國(guó)。（1）分子遺傳學(xué)日本海洋與技術(shù)中心（JAMSTEC）在1998年5月-1997年7月完成了深海分離的嗜堿菌Bacillushaloduras全部基因測(cè)序工作，從中已經(jīng)分離出包括蛋白酶、纖維素酶、麥芽糖酶等多種耐堿的工業(yè)用酶。利用分子生物學(xué)克隆耐高溫、高壓的基因并研究表達(dá)機(jī)制，可利用到工業(yè)上的發(fā)酵生產(chǎn)。1.4國(guó)外發(fā)展概況和趨勢(shì)美國(guó)、日本走在世界的前列，在海洋47（2）生物有機(jī)化學(xué)和藥物學(xué)：海洋抗生素可以有效殺滅當(dāng)前已經(jīng)對(duì)陸地藥物產(chǎn)生抗性的細(xì)菌。大多是細(xì)菌或與海洋生物共生的細(xì)菌產(chǎn)生的。比如DHA和EPA，都是魚(yú)腸道內(nèi)的海洋細(xì)菌產(chǎn)生的。（3）水產(chǎn)養(yǎng)殖的應(yīng)用：利用免疫學(xué)和病理學(xué)方法進(jìn)行（4）環(huán)境的生物修復(fù)：以色列已經(jīng)從海洋細(xì)菌中分離出一種用于石油工業(yè)乳化劑的產(chǎn)品。很多海洋細(xì)菌可以在高濃度的苯類化合物中生長(zhǎng)。具有修復(fù)陸地污染的潛力。（5）生物膜與防腐劑等。細(xì)菌進(jìn)行的生物腐蝕引起艦船的損壞（6）生物材料和加工。（2）生物有機(jī)化學(xué)和藥物學(xué)：海洋抗生素可以有效殺滅當(dāng)前已經(jīng)對(duì)482海洋的基本情況根據(jù)海洋學(xué)調(diào)查的地形和海水深度不同，一般把海岸劃分為沿岸區(qū)和遠(yuǎn)海區(qū)（以海水深度200米為界）。沿岸區(qū)又分為濱海帶（高潮線到50米的海底）和淺海帶（水深在50-200米）。是海洋研究的重點(diǎn)之一濱海帶是海水漲潮和退潮活動(dòng)的地帶，所以又稱潮間帶。潮間帶的海底底質(zhì)主要分為巖石區(qū)、沙岸區(qū)和沙泥岸區(qū)。Estuarinezone（河口區(qū)）Continentshellandcontinentslope(大陸架斜坡和陡坡)2海洋的基本情況根據(jù)海洋學(xué)調(diào)查的地形和海水深度不同，一般49深海區(qū)按海水的深度分為euphoticzone(透光層，光和作用帶）0-200米bathyalzone(半深海區(qū)，微透光)、200-1500米abyssalzone（深海區(qū)、深淵區(qū)，黑暗）1500米-海底深海區(qū)按海水的深度分為501海洋微生物學(xué)概述課件513海洋環(huán)境的特點(diǎn)3.1貧營(yíng)養(yǎng)所有的元素盡管都有，尤其是微生物生長(zhǎng)所需要的N、P、Fe等元素，在1ppm以下。外洋，N、P等物質(zhì)循環(huán)到光合層需要幾千年。3.2低溫100米以下水溫為0-5℃。90%以上的水體為5℃以下的低溫環(huán)境。溫躍層（100-150米處，水溫突然降低到10°以下）3.3高壓海水深度每增加10米，壓力就增加一個(gè)大氣壓。3海洋環(huán)境的特點(diǎn)3.1貧營(yíng)養(yǎng)523.4黑暗海洋大部分為黑暗區(qū)，即使在透明度較好的外洋，1000米深處的光強(qiáng)度只有海平面的千分之一以下。3.5厭氧海洋大部分缺少氧氣，透光層比非透光層高出許多倍。水深1公里的阿拉伯海中，每升水的氧氣的含量不到1毫升。3.6滲透壓海洋的環(huán)境總起來(lái)說(shuō)比較穩(wěn)定，鹽份含量在3.3-3.7%，平均為3.5%（77.8%為NaCl），pH為8.3-8.5；整個(gè)海洋的溫差在35℃以內(nèi)。3.7紫外線UV-B的輻射能量雖然只占光能量的5％～7％，但對(duì)生物的危害性卻遠(yuǎn)較此比例高得多。例如，雖然UV-B只占太陽(yáng)輻能量到達(dá)地球表面的0.8％，但在海洋和水環(huán)境中UV-B對(duì)光化學(xué)效應(yīng)的貢獻(xiàn)卻占50％以上。3.4黑暗534.1海洋微生物的種類按其結(jié)構(gòu)、形態(tài)和組成可分為三類非細(xì)胞型：海洋病毒原核細(xì)胞型：海洋細(xì)菌和海洋放線菌真核細(xì)胞型：海洋霉菌和海洋酵母。研究意義：通過(guò)研究海洋微生物及其生命活動(dòng)規(guī)律，挖掘微生物資源、充分利用其有益的方面，從而發(fā)揮其在海洋養(yǎng)殖、海洋開(kāi)發(fā)利用和海洋環(huán)境保護(hù)中的作用。減少其在海洋養(yǎng)殖的病害和對(duì)海洋環(huán)境的危害等4海洋微生物的種類、大小與分布4.1海洋微生物的種類按其結(jié)構(gòu)、形態(tài)和組成可分為三類4海544.2海洋微生物的大小絕大多數(shù)海洋原核生物最大長(zhǎng)度小于0.6微米，許多種類小于0.3微米，體積小，但是SA/V的比值大，？有的比較大：費(fèi)氏刺骨魚(yú)菌80*600微米，納米比亞珍珠硫菌，750微米。超微型浮游生物0.01-0.2，病毒微微型浮游生物0.2-2，細(xì)菌、古菌、某些鞭毛蟲(chóng)微型浮游生物2-20，鞭毛蟲(chóng)，硅藻，甲藻小型浮游生物20-200，纖毛蟲(chóng)，硅藻，甲藻，其它藻類4.2海洋微生物的大小絕大多數(shù)海洋原核生物最大長(zhǎng)度小于0.55近海區(qū)比遠(yuǎn)海區(qū)富有營(yíng)養(yǎng)，營(yíng)養(yǎng)、溫度相對(duì)較高，因而有更多的植物、動(dòng)物、微生物生存，形成復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)，如海草形成的草地，藻類形成的森林等。透光區(qū)，硝酸鹽、磷酸鹽被植物吸收，死亡后殘?bào)w降至非透光區(qū)，被細(xì)菌分解，在上升流區(qū)營(yíng)養(yǎng)元素豐富，植物等發(fā)展旺盛。深海區(qū)的環(huán)境條件更為復(fù)雜，有高溫的煙囪狀環(huán)境區(qū)域，生活著極端的海洋微生物和希奇古怪的海洋生物。嗜酸、嗜堿、嗜冷、嗜熱等微生物或海洋生物都存在。海底淤泥中含有大量的厭氧性細(xì)菌和其他生物，其活動(dòng)使海底充滿硫化氫。4.3海洋微生物的分布近海區(qū)比遠(yuǎn)海區(qū)富有營(yíng)養(yǎng)，營(yíng)養(yǎng)、溫度相對(duì)較高，因而有更多的植物565海洋微生物的研究方法5.1培養(yǎng)計(jì)數(shù)（1）、MPN法；（2）、平板涂布5.2顯微計(jì)數(shù)（1）、熒光顯微鏡直接計(jì)數(shù)：1973年用落射熒光顯微鏡對(duì)細(xì)菌進(jìn)行計(jì)數(shù)。1977年應(yīng)用了吖啶橙(AO)對(duì)細(xì)菌進(jìn)行染色后過(guò)濾到用Irgalan溶液染黑的0.2μｍ核孔濾膜上，用熒光顯微鏡進(jìn)行計(jì)數(shù)。1980年P(guān)orter和Feig改進(jìn)對(duì)細(xì)菌的染色方法即用4，6-diamidino-2-phenylindole(DAPI)對(duì)細(xì)菌進(jìn)行染色。

5海洋微生物的研究方法5.1培養(yǎng)計(jì)數(shù)57（2）、免疫熒光顯微鏡法：原理：利用抗原和抗體相互作用的原理即熒光物質(zhì)與微生物細(xì)胞相互作用，顯微鏡下進(jìn)行熒光數(shù)量的測(cè)定就可。缺點(diǎn)：不太適合測(cè)定自然水樣中細(xì)菌的總數(shù)(含有多個(gè)細(xì)菌種群。（3）、流動(dòng)自動(dòng)分析技術(shù)電阻變化法：電阻變化法在測(cè)定顆粒大小的同時(shí)也測(cè)定對(duì)應(yīng)樣品體積內(nèi)顆粒的數(shù)量。缺點(diǎn)：顆粒的體積取代電解液的變化，從而導(dǎo)致電位差的變化，因此不能分清細(xì)菌和相等大小的顆粒。（2）、免疫熒光顯微鏡法：58（4）數(shù)字圖像分析法熒光顯微鏡上添加了CCD照相機(jī)和影像自動(dòng)分析系統(tǒng)缺點(diǎn)：受物鏡放大倍數(shù)的影響，只能測(cè)定較大的細(xì)菌細(xì)胞的數(shù)量，步驟繁瑣。（5）流式細(xì)胞儀測(cè)定法激光打在顆粒上，產(chǎn)生不同的散射光，可以發(fā)射出熒光。散射光和熒光通過(guò)光電倍增管和光電二極管采集，并將其光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)輸出，通過(guò)合適的軟件把它數(shù)字化并進(jìn)行分析。缺點(diǎn)：樣品的數(shù)目應(yīng)該在1000個(gè)/毫升以上。（4）數(shù)字圖像分析法596研究實(shí)例：深海微生物的研究目的：獲得有關(guān)的微生物或基因篩選、分離：稀釋混合涂布法、平板涂布等分子生物學(xué)手段：提總DNA(宏基因組)，進(jìn)行特異性的擴(kuò)增，研究海洋微生物的多樣性和分離篩選特殊的基因。進(jìn)而利用基因工程手段來(lái)研究其中的基因序列產(chǎn)生的蛋白質(zhì)等。6研究實(shí)例：深海微生物的研究60深海長(zhǎng)期以來(lái)一直被認(rèn)為是一片“荒蕪的沙漠”

1977年美國(guó)“阿爾文”號(hào)深潛器最早發(fā)現(xiàn)深海熱液區(qū),拉開(kāi)了深海生命體系研究的幃幕。深海生命系統(tǒng)的發(fā)現(xiàn)是20世紀(jì)自然科學(xué)界最重要和激動(dòng)人心的發(fā)現(xiàn)之一！深海長(zhǎng)期以來(lái)一直被認(rèn)為是一片“荒蕪的沙漠”深611海洋微生物學(xué)概述課件62深海有多種獨(dú)特的生命系統(tǒng)如熱液，冷泉生命系統(tǒng)，完全不同于陸地和淺海的生命體系。有助于回答關(guān)于生命起源等基礎(chǔ)生命科學(xué)問(wèn)題，是新的活性物質(zhì)的重要來(lái)源。劇變的溫度（高溫－低溫）、高壓、有毒物質(zhì)等極端環(huán)境。生物多樣性極其豐富：已發(fā)現(xiàn)500種左右的新物種，噴口物種的90％是噴口區(qū)特有物種。冷泉熱液深海有多種獨(dú)特的生命系統(tǒng)如熱液，冷泉生命系統(tǒng)，完全不同于陸地63深海生物圈研究依賴于技術(shù)的發(fā)展與學(xué)科交叉未培養(yǎng)微生物2004年國(guó)際十大科技進(jìn)展(SCIENCE)SCIENCE2006.2深海微生物培養(yǎng)Deepbath7億5千萬(wàn)日元活性物質(zhì)與極端酶深海環(huán)境對(duì)生命過(guò)程的影響深海生物圈研究依賴于技術(shù)的發(fā)展與學(xué)科交叉未培養(yǎng)微生物深海微生646.1ProtocolDeepseaSamplesTotalDNA

16SrDNA,MetagenomicsDNAextractionGeneticFingerprint-T-RFLP,DGGEGeneSequencesPhylogenyofMicrobialCommunityCloneLibraryGeneticDatabaseSpecificProbesFunctionScanningProbeDesign6.1ProtocolDeepseaSam65表1樣品采樣點(diǎn)描述樣品類型/采樣點(diǎn)溫度采樣日期采樣地點(diǎn)4143-1硫化物/316.8℃2005/8/26MothraDepth=2267m4136-1硫化物/29.2℃2005/8/19ClambedDepth=2181m表1樣品采樣點(diǎn)描述