海洋微生物 第一節(jié)

1、第三章 海洋生物多樣性第一節(jié) 海洋微生物第二節(jié) 海洋植物第三節(jié) 海洋無脊椎動(dòng)物第四節(jié) 海洋脊椎動(dòng)物第五節(jié) 深海熱液噴口附近生物第六節(jié) 海洋生物多樣性及其保護(hù)微生物無處不在 每張紙幣帶細(xì)菌：約900萬個(gè)； 家居環(huán)境中微生物無處不在； 人體體表及體內(nèi)存在大量的微生物： 皮膚表面：平均10萬個(gè)細(xì)菌/平方厘米； 口腔：細(xì)菌種類超過500種； 腸道：微生物總量達(dá)100萬億， 糞便干重的1/3是細(xì)菌，每克糞便的細(xì)菌總數(shù)為：1000億個(gè)； 細(xì)菌數(shù)億/g土壤，土壤中的細(xì)菌總重量估計(jì)為：10034 10 12 噸；微生物食品抗生素基因工程菌肥抗藥性疾病、瘟疫微生物學(xué)的主要分支學(xué)科19世紀(jì)中期，分離出第一個(gè)海洋細(xì)

2、菌；1865年又分離出海洋奇異貝氏硫細(xì)菌。深海細(xì)菌的研究也于1884年開始。但在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，一直停留在描述、分類的水平上。1946年，美國(guó)C.E.佐貝爾以海洋細(xì)菌為主要內(nèi)容的海洋微生物學(xué)一書的問世，促使海洋微生物的研究進(jìn)入以生理、生態(tài)為基礎(chǔ)的階段。1959年以后，蘇聯(lián)學(xué)者A.E.克里斯連續(xù)出版了研究深海微生物的著作，提出微生物海洋學(xué)的研究設(shè)想。1961年國(guó)際海洋微生物學(xué)討論會(huì)的召開，標(biāo)志著以海洋細(xì)菌為主要內(nèi)容的海洋微生物學(xué)已成為獨(dú)立的學(xué)科。60年代以來，代表性的專著有美國(guó)學(xué)者E.J.F.伍德1965年出版的海洋微生物生態(tài)學(xué)，J.M.西伯斯1979年出版的海洋微生物等第一節(jié) 海洋微生物作 者

3、：鮑時(shí)翔 黃惠琴 編著 出 版 社：中國(guó)海洋大學(xué)出版社 一 海洋微生物概念、特性微生物 指那些肉眼看不到而需要借助顯微鏡觀察的微小生物，主要包括原核微生物(如細(xì)菌)、真核微生物(如真菌、藻類和原蟲)和無細(xì)胞生物(如病毒)三大類。 微生物體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，生長(zhǎng)迅速，適應(yīng)性強(qiáng)海洋微生物 以海洋水體為正常棲居環(huán)境的一切微生物 。 一 海洋微生物概念、特性特性：嗜鹽性嗜冷性嗜壓性低營(yíng)養(yǎng)性趨化性與附著生長(zhǎng)發(fā)光性嗜鹽性： 海洋細(xì)菌最普遍的特性。海水中含有各種鹽類和微量元素,如鈉是海洋細(xì)菌生長(zhǎng)所必需的,在輸送基物進(jìn)入細(xì)胞的過程中起著不可取代的作用。此外，鉀、鎂、鈣、磷、硫和其他微量元素也是某些海洋細(xì)菌生長(zhǎng)所

4、必需的。嗜冷性：某些中溫細(xì)菌，雖然其最適生長(zhǎng)溫度為20左右，但它也能在0下緩慢生長(zhǎng),這些細(xì)菌稱為耐低溫細(xì)菌。 那些在0或0以下生長(zhǎng)良好的細(xì)菌，稱為嗜冷細(xì)菌。 嗜冷細(xì)菌對(duì)熱反應(yīng)極為敏感，2025的中溫已足以阻礙其生長(zhǎng)與代謝,它們的細(xì)胞膜構(gòu)造具有適應(yīng)低溫的特點(diǎn),主要分布于極地、深海和高緯度的海洋中。 一 海洋微生物概念、特性特性：嗜鹽性嗜冷性嗜壓性低營(yíng)養(yǎng)性趨化性與附著生長(zhǎng)發(fā)光性 嗜壓性：海洋中水深每增加10米，靜水壓力便遞增1大氣壓。海洋最深處,靜水壓力可超過1000大氣壓；整個(gè)海洋約有一半水深超過3800米,靜水壓力為3801100大氣壓，這種壓力妨礙了淺海和陸源細(xì)菌在深海中的生長(zhǎng)。深海嗜壓細(xì)菌

5、具有適應(yīng)高壓而生長(zhǎng)代謝的能力，并能在高壓環(huán)境中保持酶系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 低營(yíng)養(yǎng)性：深海中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)較為稀少，某些浮游型的海洋細(xì)菌適應(yīng)于低濃度營(yíng)養(yǎng)的海水。因此，分離培養(yǎng)海洋細(xì)菌忌用營(yíng)養(yǎng)豐富的培養(yǎng)基。20世紀(jì)60年代以來，美國(guó)學(xué)者H.W.詹納施采用連續(xù)培養(yǎng)技術(shù)，在恒化器中研究海洋細(xì)菌對(duì)低營(yíng)養(yǎng)的反應(yīng)、對(duì)有機(jī)化合物的吸收與利用等，取得較接近于海洋中實(shí)際狀況的成果。 一 海洋微生物概念、特性趨化性與附著生長(zhǎng)：絕大多數(shù)海洋細(xì)菌都具有運(yùn)動(dòng)能力，某些細(xì)菌還具有沿著某種化合物的濃度梯度而移動(dòng)的能力，這一特點(diǎn)稱為趨化性。某些專門附著于海洋植物體表面而生活的細(xì)菌，稱為附生植表細(xì)菌。海洋細(xì)菌附著生長(zhǎng)的特性，對(duì)于海洋生物和非

6、生物固體表面膜的形成起著重要作用，如海洋物體表面污著生物的形成，就是在這個(gè)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的（海洋污著生物）。 發(fā)光性：海洋細(xì)菌的多態(tài)性特點(diǎn)也是常見的。在同一株細(xì)菌的純培養(yǎng)中，往往可觀察到多種形態(tài)的細(xì)胞。少數(shù)幾個(gè)海洋細(xì)菌屬還具有發(fā)光的特性，發(fā)光細(xì)菌通常可以從海水和新鮮的魚蝦體上分離到。二 海洋微生物類群1 海洋病毒1.1 定義 海洋環(huán)境中土著性、超顯微的、僅含有一種類型核酸、專性活細(xì)胞內(nèi)寄生的非細(xì)胞形態(tài)一類微生物1.2 種類、分布 絕大部分病毒體積極為微小, 通常在200 3 500 A 之間。 病毒是水體中最豐富的生物,在海水表層的數(shù)量高達(dá)1010 /L,隨深度增加而減少。 浮游植物是其重要的

7、宿主,病毒對(duì)浮游植物的群落結(jié)構(gòu)演替可能起著重要作用:病毒造成的藻細(xì)胞溶解可明顯導(dǎo)致微藻群落的消亡,且病毒作為藻種群二 海洋微生物類群2 海洋細(xì)菌2.1 定義： 生活在海洋中的、不含葉綠素和藻藍(lán)素的原核單細(xì)胞生物；個(gè)體直徑常在1微米以下，呈球狀、桿狀、螺旋狀和分枝絲狀的微生物；無真核、細(xì)胞壁堅(jiān)韌；能游動(dòng)的種以鞭毛運(yùn)動(dòng)。嚴(yán)格地說，海洋細(xì)菌是指那些只能在海洋中生長(zhǎng)與繁殖的細(xì)菌。是海洋微生物中分布最廣、數(shù)量最大的一類生物。二 海洋微生物類群2 海洋細(xì)菌基本特征： 在生長(zhǎng)初期或開始培養(yǎng)時(shí)要求生長(zhǎng)在海水培養(yǎng)基中； 生活環(huán)境中需要氯或溴其中之一元素存在； 需要生活在鎂含量較高的環(huán)境。二 海洋微生物類群2 海

8、洋細(xì)菌2.2 分布特點(diǎn)：近海區(qū)的細(xì)菌密度較遠(yuǎn)洋區(qū)大，尤以內(nèi)灣和河口區(qū)最大。每毫升近岸海水中一般可分離到102103個(gè)細(xì)菌菌落，有時(shí)超過105個(gè)；而在每毫升深海海水中，有時(shí)卻分離不出一個(gè)細(xì)菌菌落。 幾乎所有已知生理類群的細(xì)菌，都可在海洋環(huán)境中找到。 最常見的有：假單胞菌屬（Pseudomonas）、弧菌屬（Vibrio）、無色桿菌屬(Achromobacter)、黃桿菌屬（Flavobacterium）、螺菌屬(Spirillum)、微球菌屬（Micrococcus）、八疊球菌屬(Sarcina)、芽孢桿菌屬（Bacillus）、棒桿菌屬(Corynebacterium)、枝動(dòng)菌屬（Mycopl

9、ana）、諾卡氏菌屬(Nocardia)和鏈霉菌屬(Streptomyces)等十多個(gè)屬。 在海水中，革蘭氏陰性桿菌占優(yōu)勢(shì)；在遠(yuǎn)洋沉積物中,則革蘭氏陽性細(xì)菌居多；在大陸架沉積物中，芽孢桿菌屬最為常見。二 海洋微生物類群2 海洋細(xì)菌2.3 新陳代謝類型 根據(jù)不同的區(qū)分方式， 海洋細(xì)菌可以區(qū)分為： 自養(yǎng)和異養(yǎng)、 光能和化能、 好氧和厭氧、 寄生和腐生以及浮游和附著二 海洋微生物類群2 海洋細(xì)菌2.4 特性嗜鹽性： 最普遍特性嗜冷性： 耐冷細(xì)菌、嗜冷細(xì)菌嗜壓性：嗜壓細(xì)菌、耐壓細(xì)菌低營(yíng)養(yǎng)性：趨化性與附著生長(zhǎng) 二 海洋微生物類群1 海洋病毒2 海洋細(xì)菌3 海洋放細(xì)菌4 海洋藍(lán)細(xì)菌5 海洋真菌二 海洋微生

10、物類群3 海洋放細(xì)菌 放線菌菌體為單細(xì)胞，大多由分枝發(fā)達(dá)的菌絲組成，最簡(jiǎn)單的為桿狀或具原始菌絲。菌絲直徑與桿狀細(xì)菌差不多，大約1微米。細(xì)胞壁化學(xué)組成中亦含原核生物所特有的胞壁酸和二氨基庚二酸，不含幾丁質(zhì)或纖維素。革蘭氏染色陽性反應(yīng)，極少陰性。 海洋中的放線菌多半來自土壤或生存在漂浮海面的藻體上。存在耐鹽放線菌。 二 海洋微生物類群3 海洋放細(xì)菌 根據(jù)菌絲形態(tài)和功能可分為營(yíng)養(yǎng)菌絲、氣生絲和孢子絲三種。 A 營(yíng)養(yǎng)菌絲 又叫初級(jí)絲體或一級(jí)菌絲體，匍匐生長(zhǎng)于培養(yǎng)基內(nèi)，主要生理功能是吸收營(yíng)養(yǎng)物，故亦稱基內(nèi)菌絲。營(yíng)養(yǎng)菌絲一般無隔膜，即使有也非常少；直徑0.2-0.8微米，但長(zhǎng)度差別很大，短的小于100微米

11、，長(zhǎng)的可達(dá)600微米以上；B 氣生菌絲 又稱二級(jí)菌絲體。營(yíng)養(yǎng)菌絲體發(fā)育到一定時(shí)期，長(zhǎng)出培養(yǎng)基外并伸向空間的菌絲為氣生菌絲。C 孢子絲 當(dāng)氣生菌絲體發(fā)育到一定程度，其上分化出可形成孢子的菌絲即孢子絲，又名產(chǎn)孢絲或繁殖菌絲。孢子絲的形狀和在氣生菌絲上的排列方式，隨菌種而異。 二 海洋微生物類群4 海洋藍(lán)細(xì)菌:舊名藍(lán)藻或藍(lán)綠藻 一類進(jìn)化歷史悠久、革蘭氏染色陰性、無鞭毛、含葉綠素a（但不形成葉綠體）、能進(jìn)行產(chǎn)氧性光合作用的大型原核微生物。 藍(lán)細(xì)菌的細(xì)胞一般比細(xì)菌大，通常直徑為310m，最大的可達(dá)60m，如巨顫藍(lán)細(xì)菌。根據(jù)細(xì)胞形態(tài)差異，藍(lán)細(xì)菌可分為單細(xì)胞和絲狀體兩大類。 藍(lán)細(xì)菌是海洋生態(tài)系統(tǒng)和海洋初級(jí)生

12、產(chǎn)力的重要組成部分。 UVB可以破壞藍(lán)細(xì)菌的運(yùn)動(dòng)性和趨光性，可以影響許多其他的生理和生化過程，這將導(dǎo)致生產(chǎn)力的降低，發(fā)芽和分化的破壞。光合色素會(huì)被UVB漂白，光捕獲復(fù)合體的結(jié)構(gòu)受到影響，這些都會(huì)損壞光合作用。 二 海洋微生物類群5 海洋真菌 marine fungi生活在海 洋中的 能形成孢子且有真核結(jié)構(gòu)的微生物。大多數(shù)棲于某種基物而生活，少數(shù)自由生活，真菌在海洋中的分布主要取決于寄主的分布. 海洋真菌和海洋細(xì)菌都參加海洋有機(jī)物的分解和無機(jī)營(yíng)養(yǎng)物的再生過程，不斷為海洋植物提供有效營(yíng)養(yǎng)；但海洋真菌是海洋動(dòng)物的寄生菌和致病菌，有的能使海洋植物致病，甚至使港灣設(shè)施中的木質(zhì)結(jié)構(gòu)腐爛；某些海洋真菌能破壞

13、聚氨基甲酸酯等高分子合成材料。 二 海洋微生物類群5 海洋真菌 marine fungi依其棲生的習(xí)性，海洋真菌可分成5種基本的生態(tài)類型：木生真菌。在海洋水體中數(shù)量最多和分布最廣的高等真菌，營(yíng)腐生生活，善分解纖維素。在熱帶海域和淺海環(huán)境中分布更加廣泛。已知有子囊菌類76種，半知菌類29種，擔(dān)子菌類2種。寄生藻體真菌。約占海洋真菌種數(shù)的13，其中以子囊菌類居多。有腐生、寄生和共生等類型。紅樹林真菌。多半是腐生菌，其中子囊菌類23種，半知菌類17種，擔(dān)子菌類2種。海草真菌。數(shù)量很少，多棲居于葉部。寄生動(dòng)物體真菌。只限寄生在外骨骼和殼部處。三 海洋微生物在海洋生態(tài)系統(tǒng)中的作用（一）在海洋生態(tài)系統(tǒng)能流

14、中的作用 食物鏈與食物網(wǎng)（二）在海洋生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)中的作用 C、N、S、P等元素循環(huán)四 應(yīng)用意義（一）海洋微生物與生物活性物質(zhì) 1 海洋生物活性物質(zhì)初始來源大部分來自低等海洋生物及其共生微生物； 2許多海洋毒素如河豚毒素（TTX）、?？舅兀ˋp-A、Ap-B）、石房蛤毒素、Neosurugatoxin、Discodermide等的真正來源都是海洋微生物。目前已從海洋微生物如細(xì)菌、放線菌、真菌中分離出抗生素、抗病毒藥物、抗腫瘤藥物、酶類抑制劑。 3 活性藥物：如Curacin A，是國(guó)外的一個(gè)研究小組從加勒比海真菌Lyngbra majuscula中分得的一種具有潛力的抗有絲分裂和抗腫瘤劑。

15、臨床前實(shí)驗(yàn)表明，它對(duì)人肺瘤移植的小鼠有很高的抑制率。另一種抗生素天神霉素是從海泥的鏈霉菌S.tenjimariensis中分離得到的，具有強(qiáng)烈的抑制革蘭氏陽性細(xì)菌和陰性細(xì)菌的活性。 四 應(yīng)用意義（二）海洋微生物附著特性的應(yīng)用 海洋微生物附著在海洋中生物和非生物固體的表面，形成薄膜，為其他生物的附著造成條件，從而形成特定的附著生物區(qū)系。 四 應(yīng)用意義（三）海洋微生物與海洋污染治理 海洋微生物附著在海洋中生物和非生物固體的表面，形成薄膜，為其他生物的附著造成條件，從而形成特定的附著生物區(qū)系。 1 在海洋石油污染生物修復(fù)中的應(yīng)用 能夠降解石油的微生物達(dá)200多種，分屬于70多個(gè)屬，其中細(xì)菌約占40個(gè)屬，在海洋生態(tài)系統(tǒng)中占主導(dǎo)地位四 應(yīng)用意義（三）海洋微