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海洋微生物學王光玉海洋微生物學王光玉1教材:海洋微生物學,張曉華主編,中國海洋大學出版社,2007年12月,第一版參考文獻海洋生物學,相建海,2003.03,科學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,廈門全國海洋生物技術(shù)與海洋藥物學術(shù)會議論文集,2006.08,大連海洋微生物及其代謝產(chǎn)物,林永成,化學工業(yè)出版社,2003微生物生態(tài)學,池振明,山東大學出版社,1999教材:海洋微生物學,張曉華主編,中國海洋大學出版社,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國內(nèi)外海洋微生物學發(fā)展概述1.1海洋微生物的發(fā)展方向海洋微生物學是開始較早而發(fā)展較晚的學科,近幾十年來發(fā)展最快的新興學科之一。已逐漸成為海洋科學研究中多學科的重要交叉點。20世紀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時期,尤其是分子生物學、遙感技術(shù)和深海探測技術(shù)。1國內(nèi)外海洋微生物學發(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10年的每周5-6次的統(tǒng)計,得出“海洋異養(yǎng)菌的數(shù)量變化與海水中有機質(zhì)的濃度有關(guān),與季節(jié)無關(guān)”。1.2海洋微生物發(fā)展的起始階段C.E.Zobell(1951.3國內(nèi)海洋微生物研究歷程1956年中國科學院海洋生物研究室(中國科學院海洋研究所前身)正式成立了海洋細菌組。到60年代中期,主要進行了海洋調(diào)查及分類方面研究。1959年,薛廷躍、孫國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。研究厭氧細菌分離,從膠州灣海泥中獲得厭氧光合細菌——纖細紅硫菌。1.3國內(nèi)海洋微生物研究歷程1956年中國科學院海洋生物6
70年代中期后10年左右的時間,著重開展了環(huán)保及與藻類病害有關(guān)的研究工作。1979年丁美麗等在國內(nèi)首次報道有關(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年左右的時間,著重開展了環(huán)保及與藻類病害7進入80年代后,開展養(yǎng)殖動物病害研究,并繼續(xù)進行有關(guān)環(huán)境保護工作。1983年,王文興等從青島太平角及即墨沿海養(yǎng)殖場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污水細菌具有抑制作用的細菌,徐懷恕等于1989年發(fā)現(xiàn)在青島港鋼板樁上附著對鋼有腐蝕作用的氧化硫桿菌、排硫桿菌和脫氮桿菌。進入80年代后,開展養(yǎng)殖動物病害研究,并繼續(xù)進行有關(guān)環(huán)境保護81.4國外發(fā)展概況和趨勢美國、日本走在世界的前列,在海洋微生物技術(shù)方面已經(jīng)超過了美國。(1)分子遺傳學日本海洋與技術(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。利用分子生物學克隆耐高溫、高壓的基因并研究表達機制,可利用到工業(yè)上的發(fā)酵生產(chǎn)。1.4國外發(fā)展概況和趨勢美國、日本走在世界的前列,在海洋9(2)生物有機化學和藥物學:海洋抗生素可以有效殺滅當前已經(jīng)對陸地藥物產(chǎn)生抗性的細菌。大多是細菌或與海洋生物共生的細菌產(chǎn)生的。比如DHA和EPA,都是魚腸道內(nèi)的海洋細菌產(chǎn)生的。(3)水產(chǎn)養(yǎng)殖的應(yīng)用:利用免疫學和病理學方法進行(4)環(huán)境的生物修復:以色列已經(jīng)從海洋細菌中分離出一種用于石油工業(yè)乳化劑的產(chǎn)品。很多海洋細菌可以在高濃度的苯類化合物中生長。具有修復陸地污染的潛力。(5)生物膜與防腐劑等。細菌進行的生物腐蝕引起艦船的損壞(6)生物材料和加工。(2)生物有機化學和藥物學:海洋抗生素可以有效殺滅當前已經(jīng)對102海洋的基本情況根據(jù)海洋學調(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)。是海洋研究的重點之一濱海帶是海水漲潮和退潮活動的地帶,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海洋微生物學概述課件133海洋環(huán)境的特點3.1貧營養(yǎng)所有的元素盡管都有,尤其是微生物生長所需要的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,壓力就增加一個大氣壓。3海洋環(huán)境的特點3.1貧營養(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)境總起來說比較穩(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%,但對生物的危害性卻遠較此比例高得多。例如,雖然UV-B只占太陽輻能量到達地球表面的0.8%,但在海洋和水環(huán)境中UV-B對光化學效應(yīng)的貢獻卻占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胞型:海洋病毒原核細胞型:海洋細菌和海洋放線菌真核細胞型:海洋霉菌和海洋酵母。研究意義:通過研究海洋微生物及其生命活動規(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、海洋開發(fā)利用和海洋環(huán)境保護中的作用。減少其在海洋養(yǎng)殖的病害和對海洋環(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:費氏刺骨魚菌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,細菌、古菌、某些鞭毛蟲微型浮游生物2-20,鞭毛蟲,硅藻,甲藻小型浮游生物20-200,纖毛蟲,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度小于0.17近海區(qū)比遠海區(qū)富有營養(yǎng),營養(yǎng)、溫度相對較高,因而有更多的植物、動物、微生物生存,形成復雜的生態(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,死亡后殘體降至非透光區(qū),被細菌分解,在上升流區(qū)營養(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菌和其他生物,其活動使海底充滿硫化氫。4.3海洋微生物的分布近海區(qū)比遠海區(qū)富有營養(yǎng),營養(yǎng)、溫度相對較高,因而有更多的植物185海洋微生物的研究方法5.1培養(yǎng)計數(shù)(1)、MPN法;(2)、平板涂布5.2顯微計數(shù)(1)、熒光顯微鏡直接計數(shù):1973年用落射熒光顯微鏡對細菌進行計數(shù)。1977年應(yīng)用了吖啶橙(AO)對細菌進行染色后過濾到用Irgalan溶液染黑的0.2μm核孔濾膜上,用熒光顯微鏡進行計數(shù)。1980年P(guān)orter和Feig改進對細菌的染色方法即用4,6-diamidino-2-phenylindole(DAPI)對細菌進行染色。
5海洋微生物的研究方法5.1培養(yǎng)計數(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)與微生物細胞相互作用,顯微鏡下進行熒光數(shù)量的測定就可。缺點:不太適合測定自然水樣中細菌的總數(shù)(含有多個細菌種群。(3)、流動自動分析技術(shù)電阻變化法:電阻變化法在測定顆粒大小的同時也測定對應(yīng)樣品體積內(nèi)顆粒的數(shù)量。缺點:顆粒的體積取代電解液的變化,從而導致電位差的變化,因此不能分清細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照相機和影像自動分析系統(tǒng)缺點:受物鏡放大倍數(shù)的影響,只能測定較大的細菌細胞的數(shù)量,步驟繁瑣。(5)流式細胞儀測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。散射光和熒光通過光電倍增管和光電二極管采集,并將其光信號轉(zhuǎn)化為電信號輸出,通過合適的軟件把它數(shù)字化并進行分析。缺點:樣品的數(shù)目應(yīng)該在1000個/毫升以上。(4)數(shù)字圖像分析法216研究實例: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手段:提總DNA(宏基因組),進行特異性的擴增,研究海洋微生物的多樣性和分離篩選特殊的基因。進而利用基因工程手段來研究其中的基因序列產(chǎn)生的蛋白質(zhì)等。6研究實例:深海微生物的研究22深海長期以來一直被認為是一片“荒蕪的沙漠”
1977年美國“阿爾文”號深潛器最早發(fā)現(xiàn)深海熱液區(qū),拉開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世紀自然科學界最重要和激動人心的發(fā)現(xiàn)之一!深海長期以來一直被認為是一片“荒蕪的沙漠”深231海洋微生物學概述課件24深海有多種獨特的生命系統(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)生命科學問題,是新的活性物質(zhì)的重要來源。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)展與學科交叉未培養(yǎng)微生物2004年國際十大科技進展(SCIENCE)SCIENCE2006.2深海微生物培養(yǎng)Deepbath7億5千萬日元活性物質(zhì)與極端酶深海環(huán)境對生命過程的影響深海生物圈研究依賴于技術(shù)的發(fā)展與學科交叉未培養(yǎng)微生物深海微生266.1ProtocolDeepseaSamplesTotalDNA
16SrDNA,MetagenomicsDNAextractionGeneticFingerprint-T-RFLP,DGGEGeneSequencesPhylogenyofMicrobialCommunityCloneLibraryGeneticDatabaseSpecificProbesFunctionScanningProbeDesign6.1ProtocolDeepseaSam27表1樣品采樣點描述樣品類型/采樣點溫度采樣日期采樣地點4143-1硫化物/316.8℃2005/8/26MothraDepth=2267m4136-1硫化物/29.2℃2005/8/19ClambedDepth=2181m表1樣品采樣點描述樣品類型/采樣點溫度采樣日期采樣地286.2化學成分組成的比較Fig1硫化物化學成分主要元素的組成結(jié)果:兩個位點的Fe,Cu含量變化明顯。4143的Cu含量是4136-1位點的3倍多,而Fe含量則較少。6.2化學成分組成的比較Fig1硫化物化學成分主要元素296.3微量元素比較4143位點微量元素含量較高6.3微量元素比較4143位點微量元素含量較高306.4兩個站點的微生物總數(shù)定量分析654321M654321Fig4thequantifcationofarchaeaandbacteria4136-14143-14136-14143-16.4兩個站點的微生物總數(shù)定量分析65431結(jié)果:1細菌含量相當,都在108copies/g數(shù)量級,
2古菌含量卻變化比較大,4143-1位點古菌含量是106copies/g數(shù)量級,比另一位點高一個數(shù)量級。結(jié)果:1細菌含量相當,都在108copies/g數(shù)量級,32Fig24143-1位點細菌系統(tǒng)發(fā)生樹結(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)。同時獲得了一些不可培養(yǎng)的細菌克隆子Fig24143-1位點細菌系統(tǒng)發(fā)生樹結(jié)果:334143-1archaea系統(tǒng)發(fā)生樹,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,34目前已完成熱液煙囪、煙囪蠕蟲、多金屬結(jié)核區(qū)沉積物、珠江口沉積物、紅樹林等五種典型海洋環(huán)境大片段宏基因組文庫構(gòu)建。獲得了超過3萬個Fosmid/Cosmid克隆子,平均外源片段插入長度超過30kb。目前已完成熱液煙囪、煙囪蠕蟲、多金屬結(jié)核區(qū)沉積物、珠江口沉積357我國海洋研究的機構(gòu)7.1開發(fā)海洋的迫切性和必要性海洋的總面積超過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、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我國海洋研究的機構(gòu)7.1開發(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大部分的海洋方面的科研力量。目前,國家海洋“973”計劃項目全國共有7個,其中6個項目的首席科學家在青島。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)的研究機構(gòu)http:國家海洋局及其下屬的各個研究所中國科學院海洋所(青島)。南海所國家農(nóng)業(yè)部的項目中國海洋大學、廈門大學、清華大學、湛江海洋大學、中山大學、山東大學、大連水產(chǎn)學院、上海水產(chǎn)大學等,以及其他院校的科研力量。國家海洋863計劃、海洋973項目、國家海洋局的項目、地方廳、局的項目7.3相關(guān)的研究機構(gòu)38海洋微生物學王光玉海洋微生物學王光玉39教材:海洋微生物學,張曉華主編,中國海洋大學出版社,2007年12月,第一版參考文獻海洋生物學,相建海,2003.03,科學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,廈門全國海洋生物技術(shù)與海洋藥物學術(shù)會議論文集,2006.08,大連海洋微生物及其代謝產(chǎn)物,林永成,化學工業(yè)出版社,2003微生物生態(tài)學,池振明,山東大學出版社,1999教材:海洋微生物學,張曉華主編,中國海洋大學出版社,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國內(nèi)外海洋微生物學發(fā)展概述1.1海洋微生物的發(fā)展方向海洋微生物學是開始較早而發(fā)展較晚的學科,近幾十年來發(fā)展最快的新興學科之一。已逐漸成為海洋科學研究中多學科的重要交叉點。20世紀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時期,尤其是分子生物學、遙感技術(shù)和深海探測技術(shù)。1國內(nèi)外海洋微生物學發(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10年的每周5-6次的統(tǒng)計,得出“海洋異養(yǎng)菌的數(shù)量變化與海水中有機質(zhì)的濃度有關(guān),與季節(jié)無關(guān)”。1.2海洋微生物發(fā)展的起始階段C.E.Zobell(19431.3國內(nèi)海洋微生物研究歷程1956年中國科學院海洋生物研究室(中國科學院海洋研究所前身)正式成立了海洋細菌組。到60年代中期,主要進行了海洋調(diào)查及分類方面研究。1959年,薛廷躍、孫國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。研究厭氧細菌分離,從膠州灣海泥中獲得厭氧光合細菌——纖細紅硫菌。1.3國內(nèi)海洋微生物研究歷程1956年中國科學院海洋生物44
70年代中期后10年左右的時間,著重開展了環(huán)保及與藻類病害有關(guān)的研究工作。1979年丁美麗等在國內(nèi)首次報道有關(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年左右的時間,著重開展了環(huán)保及與藻類病害45進入80年代后,開展養(yǎng)殖動物病害研究,并繼續(xù)進行有關(guān)環(huán)境保護工作。1983年,王文興等從青島太平角及即墨沿海養(yǎng)殖場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污水細菌具有抑制作用的細菌,徐懷恕等于1989年發(fā)現(xiàn)在青島港鋼板樁上附著對鋼有腐蝕作用的氧化硫桿菌、排硫桿菌和脫氮桿菌。進入80年代后,開展養(yǎng)殖動物病害研究,并繼續(xù)進行有關(guān)環(huán)境保護461.4國外發(fā)展概況和趨勢美國、日本走在世界的前列,在海洋微生物技術(shù)方面已經(jīng)超過了美國。(1)分子遺傳學日本海洋與技術(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。利用分子生物學克隆耐高溫、高壓的基因并研究表達機制,可利用到工業(yè)上的發(fā)酵生產(chǎn)。1.4國外發(fā)展概況和趨勢美國、日本走在世界的前列,在海洋47(2)生物有機化學和藥物學:海洋抗生素可以有效殺滅當前已經(jīng)對陸地藥物產(chǎn)生抗性的細菌。大多是細菌或與海洋生物共生的細菌產(chǎn)生的。比如DHA和EPA,都是魚腸道內(nèi)的海洋細菌產(chǎn)生的。(3)水產(chǎn)養(yǎng)殖的應(yīng)用:利用免疫學和病理學方法進行(4)環(huán)境的生物修復:以色列已經(jīng)從海洋細菌中分離出一種用于石油工業(yè)乳化劑的產(chǎn)品。很多海洋細菌可以在高濃度的苯類化合物中生長。具有修復陸地污染的潛力。(5)生物膜與防腐劑等。細菌進行的生物腐蝕引起艦船的損壞(6)生物材料和加工。(2)生物有機化學和藥物學:海洋抗生素可以有效殺滅當前已經(jīng)對482海洋的基本情況根據(jù)海洋學調(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)。是海洋研究的重點之一濱海帶是海水漲潮和退潮活動的地帶,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海洋微生物學概述課件513海洋環(huán)境的特點3.1貧營養(yǎng)所有的元素盡管都有,尤其是微生物生長所需要的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,壓力就增加一個大氣壓。3海洋環(huán)境的特點3.1貧營養(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)境總起來說比較穩(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%,但對生物的危害性卻遠較此比例高得多。例如,雖然UV-B只占太陽輻能量到達地球表面的0.8%,但在海洋和水環(huán)境中UV-B對光化學效應(yīng)的貢獻卻占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胞型:海洋病毒原核細胞型:海洋細菌和海洋放線菌真核細胞型:海洋霉菌和海洋酵母。研究意義:通過研究海洋微生物及其生命活動規(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、海洋開發(fā)利用和海洋環(huán)境保護中的作用。減少其在海洋養(yǎng)殖的病害和對海洋環(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:費氏刺骨魚菌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,細菌、古菌、某些鞭毛蟲微型浮游生物2-20,鞭毛蟲,硅藻,甲藻小型浮游生物20-200,纖毛蟲,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度小于0.55近海區(qū)比遠海區(qū)富有營養(yǎng),營養(yǎng)、溫度相對較高,因而有更多的植物、動物、微生物生存,形成復雜的生態(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,死亡后殘體降至非透光區(qū),被細菌分解,在上升流區(qū)營養(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菌和其他生物,其活動使海底充滿硫化氫。4.3海洋微生物的分布近海區(qū)比遠海區(qū)富有營養(yǎng),營養(yǎng)、溫度相對較高,因而有更多的植物565海洋微生物的研究方法5.1培養(yǎng)計數(shù)(1)、MPN法;(2)、平板涂布5.2顯微計數(shù)(1)、熒光顯微鏡直接計數(shù):1973年用落射熒光顯微鏡對細菌進行計數(shù)。1977年應(yīng)用了吖啶橙(AO)對細菌進行染色后過濾到用Irgalan溶液染黑的0.2μm核孔濾膜上,用熒光顯微鏡進行計數(shù)。1980年P(guān)orter和Feig改進對細菌的染色方法即用4,6-diamidino-2-phenylindole(DAPI)對細菌進行染色。
5海洋微生物的研究方法5.1培養(yǎng)計數(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)與微生物細胞相互作用,顯微鏡下進行熒光數(shù)量的測定就可。缺點:不太適合測定自然水樣中細菌的總數(shù)(含有多個細菌種群。(3)、流動自動分析技術(shù)電阻變化法:電阻變化法在測定顆粒大小的同時也測定對應(yīng)樣品體積內(nèi)顆粒的數(shù)量。缺點:顆粒的體積取代電解液的變化,從而導致電位差的變化,因此不能分清細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照相機和影像自動分析系統(tǒng)缺點:受物鏡放大倍數(shù)的影響,只能測定較大的細菌細胞的數(shù)量,步驟繁瑣。(5)流式細胞儀測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。散射光和熒光通過光電倍增管和光電二極管采集,并將其光信號轉(zhuǎn)化為電信號輸出,通過合適的軟件把它數(shù)字化并進行分析。缺點:樣品的數(shù)目應(yīng)該在1000個/毫升以上。(4)數(shù)字圖像分析法596研究實例: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手段:提總DNA(宏基因組),進行特異性的擴增,研究海洋微生物的多樣性和分離篩選特殊的基因。進而利用基因工程手段來研究其中的基因序列產(chǎn)生的蛋白質(zhì)等。6研究實例:深海微生物的研究60深海長期以來一直被認為是一片“荒蕪的沙漠”
1977年美國“阿爾文”號深潛器最早發(fā)現(xiàn)深海熱液區(qū),拉開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世紀自然科學界最重要和激動人心的發(fā)現(xiàn)之一!深海長期以來一直被認為是一片“荒蕪的沙漠”深611海洋微生物學概述課件62深海有多種獨特的生命系統(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)生命科學問題,是新的活性物質(zhì)的重要來源。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)展與學科交叉未培養(yǎng)微生物2004年國際十大科技進展(SCIENCE)SCIENCE2006.2深海微生物培養(yǎng)Deepbath7億5千萬日元活性物質(zhì)與極端酶深海環(huán)境對生命過程的影響深海生物圈研究依賴于技術(shù)的發(fā)展與學科交叉未培養(yǎng)微生物深海微生646.1ProtocolDeepseaSamplesTotalDNA
16SrDNA,MetagenomicsDNAextractionGeneticFingerprint-T-RFLP,DGGEGeneSequencesPhylogenyofMicrobialCommunityCloneLibraryGeneticDatabaseSpecificProbesFunctionScanningProbeDesign6.1ProtocolDeepseaSam65表1樣品采樣點描述樣品類型/采樣點溫度采樣日期采樣地點4143-1硫化物/316.8℃2005/8/26MothraDepth=2267m4136-1硫化物/29.2℃2005/8/19ClambedDepth=2181m表1樣品采樣點描述
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