海洋微生物

TheMicrobialWorldintheSea第三章海洋微生物Reference•海洋微生物学，鲍时翔，黄惠琴，中国海洋大学出版社，2008•海洋微型生物生态学，焦念志，科学出版社，2006•蔡信之，黄君红主编,微生物学（3版），科学出版社，2011•微生物学（影印版），LansingM.Prescott，高等教育出版社，2002Outline海洋微生物的分布海洋微生物的主要类群及特性海洋微生物与生物环境间的相互关系海洋微生物在海洋环境中的作用海洋微生物资源及利用一、海洋微生物的分布浅海带:藻类;光合微生物;细菌深海带：200-6000M深渊带:6000-11000M：嗜特异生境微生物海洋生命最丰富的类群二、海洋微生物的主要类群及其特性什么是微生物？所有形体微小、单细胞或个体结构较为简单的多细胞，甚至无细胞结构的低等生物的总称。肉眼看不见、看不清的微小生物•Virus（病毒）•Prokaryotes（原核生物）•Fungi（真菌）•Protista（原生生物）Unicellularalgae（微藻）Protozoan（原生动物）个体微小数量最多功能强大作用重要海洋微生物的主要类群海洋微生物达0.1-2亿种烟草花叶病毒噬菌体腺病毒疱疹病毒2.1Virus-noncelluarorganism（病毒）2.1.1Characters(病毒特性）•超显微，能通过细菌滤器•仅含有一种类型核酸（DNA或RNA）•非细胞形态•活细胞内寄生•对抗生素不敏感，对干扰素敏感病毒（virus）：原始的、有生命特征的、能自我复制和严格细胞内寄生的非细胞生物。•浮游病毒（virioplankton）：在海洋中的含量及其丰富•底栖病毒（viriobenthos）2.1.2Virusinthesea（海洋病毒）Distributioninthesea（分布）•近岸高，远岸低•真光层较多，随深度增加逐渐减少，接近海底的水层又有所回升海洋浮游病毒（virioplankton）•浮游生物群落：浮游病毒（virioplankton）、浮游植物（phytoplankton）、浮游动物（zooplankton）、浮游细菌（bacterioplankton）•浮游病毒包括噬菌体（bacteriophage）、噬藻体（cyanophage）和真核藻类病毒（phycovirus）2.1.3白斑综合症杆状病毒（WSSV）•目前所知最大动物病毒•1993年全国对虾养殖区爆发流行病害，损失数百亿元•2000年，杨丰完成WSBV的全序列测定•基因组研究-鲍时翔P228-2302.2Prokaryotes（原核生物）•Bacteria（海洋细菌）•Actinomycetes（海洋放线菌）•Cyanobateria（海洋蓝细菌）•Archaea(海洋古菌)2.2.1Bacteria•《伯杰细菌鉴定手册》（第八版）记载，约有180种细菌属于海洋细菌（国际上普遍采用的原核微生物分类系统）•只能在海洋中生长和繁殖的细菌•大多数的海洋细菌无法分离和培养（不足1%）2.2.1.1Physiologicalcharacters（海洋细菌的生理特性）•嗜盐性。海水中各种盐类和微量元素都是其生长所必需的。这是最普遍的特性。最适盐度2.4-4.0%•嗜冷性。绝大多数具有低温生长的特性，就是在海底热泉附近生活的细菌，也能在0℃以下缓慢生长。•嗜压性。深海中的压力，可高达1100大气压，其中的细菌能在高压环境中保持生长代谢能力和酶系统的稳定性。•低营养性。能适应深海营养物较稀少的环境。•趋化性与附着生长。有的具有移动能力，能聚集于营养丰富的界面上；有的专门附着在植物体表面生活。•多形性。有的菌株在培育中可以观察到多种形态，包括球形、椭球形、大小不一的杆状或各种不规则形态的细胞。•发光性。少数属类具有发光特性。2.2.1.2Distributioninthesea（海洋细菌的分布）海洋细菌存在明显的空间、时间分布差异。主要由于海水中可供细菌利用的有机质的分布不均引起的。深度分布差异季节性分布差异区域性分布差异其它因素：盐度、叶绿素浓度、营养近海区的细菌密度较远洋区大，尤以内湾和河口区最大。表层海水和水底泥界面处的细菌密度较深层水大，底泥中的细菌密度一般较海水中大，泥土底质中的细菌密度一般高于沙土底质。异养细菌在河口有高值分布2.2.1.3MetabolismTypes（细菌的代谢类型）•Autotrophic（自养）：利用无机物photoautotroph（光能自养）：光合色素CO2/HCO3-chemoautotroph（化能自养）：H2S,NH3,Fe2+,H2•Heterotrophic（异养）:有机物做供氢体photoheterotroph（光能异养）：好氧不产氧光合异养菌（AAPB）-焦念志9章Chemoheterotroph（化能异养）：saprobes（腐生菌）parasotes（寄生菌）海洋异养细菌的“二次生产”•Pomery（1974）强调海洋细菌在生物链中的作用——微生物食物链•异养细菌在生态系统的生物地球化学循环和能量流动中具有重要意义：（1）作为分解者分解水体中大量存在的有机物，释放营养盐；（2）吸收溶解有机物（DOC），将之转化为颗粒有机物向上传递，形成了所谓的二次生产。微食物环（Microbialloop）海区初级生产力的10-80%微食物环：异养细菌消耗直接来自于浮游植物或间接来自于草食动物的溶解有机物（DOM）并将其转化为颗粒有机物（POM），即细菌自身的生物量，后者又被微捕食者（原生动物：鞭毛虫和纤毛虫）所利用，转化为更大的颗粒（几到几十微米），最后进入经典食物链。Azam（1983）2.2.2Actinomycetes（海洋放线菌）•介于细菌和真菌之间的单细胞原核生物•细胞结构和生理特性与细菌类似•具有菌丝体•生物活性物质——抗生素：海洋药物开发•感染养殖动物•在海洋生态系统物质循环中起重要作用2.2.3Cyanobacteria（蓝细菌/蓝藻）•又名蓝藻或蓝绿藻蓝藻门（Cyanophyta）•古老的物种种群——先锋植物•含有光合色素——叶绿素a，藻胆素2.2.4Archaea（海洋古菌）•发现于20世纪70年代•核酸序列同源性比较•生活在极端环境中——嗜极微生物（extremophiles）•包括甲烷菌、嗜热菌、嗜盐菌、嗜酸菌等•海洋浮游古菌对海洋氮循环和碳循环具有重要贡献三域学说(Threedomaintheory)：1977年，Woese•核糖体小亚基（smallsubunitrRNA）基因片段进行测序并比较同源性基于16S/18SrRNA基因序列分析的系统发育树核糖体小亚基•核糖体：生物体的细胞器，是蛋白质合成的场所，通过mRNA与携带氨基酸的tRNA的相互作用合成蛋白质。由大小亚基组成。保守序列与进化•保守序列（ConservedSequence）：指DNA分子中的一个核苷酸片段或者蛋白质中的氨基酸片段，它们在进化过程中基本保持不变。•16s/18srRNA•总DNA提取•16srDNA的PCR扩增•克隆测序•数据比对三域学说(Threedomaintheory)：1977年，Woese•核糖体小亚基（smallsubunitrRNA）基因片段进行测序并比较同源性基于16S/18SrRNA基因序列分析的系统发育树•古菌域（Archaea）：嗜泉古菌界（Crenarchaeota）、广域古菌界（Euryarchaeota）和初生古菌界（Korarchaeota）；•细菌域（Eubacteria）：细菌、放线菌、蓝细菌和各种除古菌以外的其它原核生物；•真核生物域（Eukarya）：真菌、原生生物、动物和植物。2.3Fungi（海洋真菌）•海洋真菌是一类具有真核结构、能形成孢子、营腐生或寄生生活的海洋生物。•包括海洋酵母和海洋霉菌•参与海洋有机质的分解和无机物的再生过程，为海洋植物不断提供营养2.3.1ecologicalcharacters类型数量种类分布生活方式作用木生真菌最多子囊菌、半知菌温带、极低、浅海及深海腐生、寄生、共生强烈分解木材和其它纤维物质寄生藻体真菌约占1/3子囊菌、酵母菌随藻类分布腐生、寄生、共生红树林真菌较多子囊菌、半知菌、担子菌热带、亚热带、潮间带、盐泽地腐生分解红树叶片海草真菌较少子囊菌、半知菌分布广泛腐生、寄生低等海洋真菌，是重要的致病菌寄生动物体真菌较少子囊菌、半知菌分布广泛腐生、寄生海洋沉积物真菌较少分布广泛海洋真菌的生态类型及分布三、海洋微生物与生物环境间的相互关系•海洋微生物间及同其它海洋生物间包括竞争、捕食、共栖、互利、寄生、偏害、合作等多种关系。•这些关系是在长期进化中形成和发展的，对增加生态系统的稳定性有重要意义。四、海洋微生物在海洋环境中的作用•海洋微生物是海洋环境中的分解者和生产者——海洋食物链•参与海洋中物质转化和分解过程•海洋微生物是海洋中各元素循环的联系者——在海洋碳、氮、硫、磷循环中的作用有哪些分解者哪些生产者？五、海洋微生物资源及利用•海洋微生物是海洋生物活性物质的重要来源•海洋微生物与海水养殖中的生态调控•海洋微生物在海洋污染环境生物修复中的应用4.1海洋微生物是海洋生物活性物质的重要来源•抗菌类化合物•抗肿瘤化合物•抗病毒化合物•抗压化合物•抗凝血化合物•酶细菌、放线菌、真菌、古菌河豚毒素（TTX）、石房蛤毒素（STX）、海葵毒素4.2海洋微生物与海水养殖中的生态调控•海水养殖生态平衡•自然生态环境中，微生物的多样性制约病原的发展•养殖系统中微生物多样性遭到破坏，诱发某些病原菌异常增殖•养殖环境中滥用药物4.3海洋微生物在海洋污染环境生物修复中的应用•海洋污染物：石油、重金属、农药、有机废物、生活污水等•自净能力•生物修复（bioremediation）：生物催化降解环境污染物，减少或最终消灭环境污染物的受控或自发的过程。海洋微生物对石油及其制品污染的生物修复•40多个属的海洋细菌能直接降解一种或多种石油烃——假单孢菌属、黄杆菌属、棒杆菌属、弧菌属、无色杆菌属、微球菌属•多环芳烃（PAHs）——有效降解菌工人正在向被石油污染的海滩喷洒营养液，促使吃石油的细菌长起来。思考题•什么是三域学说？生物的五界、三域各是如何划分的？有何联系？•什么是病毒？有哪些特征？•海洋中的原核生物主要有哪些种？各有何主要特征？•海洋细菌有哪些代谢类型？•为什么把蓝绿藻称为“先锋植物”？•海洋古菌在进化上有什么特殊地位？研究海洋古菌有何重要意义？•海洋微生物对海洋环境有何重要作用？