第二章 海洋微生物
第02章海洋药用生物第1节海洋微生物
产生抗菌物质。
• 所产生的抗菌物质包括2个部分：
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• 一部分是脂溶性的抗革蓝阳性细菌的物质；
• 一部分是水溶性的广谱的抗生素。
• 后者经分离、纯化和鉴定，是一种新型的氨基糖苷类抗生
素，称为丁醚苷菌素。 • 对许多能产生钝化酶的细菌，具有强的抑制作用。 • 过去报道，丁醚苷菌素是由环状芽孢杆菌产生的，而由海 洋微生物产生还是首次报道。
嗜盐性
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• 嗜盐性-海洋微生物最普遍的特点 • 真正的海洋微生物的生长必需海水 • 海水中富含各种无机盐类和微量元素 • 钠为海洋微生物生长与代谢所必需 • 钾、镁、钙、磷、硫或其他微量元素也是某些海洋微生 物生长所必需的
嗜冷性
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• 90％海洋环境的温度都在5℃以下，多数海洋微生物的生
长要求较低的温度，超过37℃就停止生长或死亡。
• 从所做的极有限的海洋菌株的分离、纯化和鉴定中，屡次
获得新种或新的亚种，说明海洋的确是微生物新种属的
“聚宝盆”。
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2.海洋是独特生态系统工程的微生物的生存繁衍地
• 海洋是地球上早期生命的诞生地，环境独特，包罗了高 压、低营养、低温、无光照，以及局部高温、高盐，等， 所谓生命极限的环境。 • 从海洋分离到许许多多能生存繁衍于独持生态系统的新 的嗜压微生物、嗜热微生物、嗜盐微生物、嗜碱微生物 等。
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• 这些微生物都具有在特定的极端环境条件下生存繁衍 的能力和与之相适应的生理机能，与常见的微生物很 不一样，大部分是前所未见的新种属。 • 这类微生物的分离研究刚刚起步，这类特殊生态系统 中的生物已经引起药物开发研究者的重视。
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• 从福建泉州湾海泥中分离到一株嗜碱的海洋链霉菌2B，
有强的耐盐能力，特别能在pH 10的培养基里生长并
[理学]第02章海洋药用生物第1节海洋微生物
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微生物分布
• 海洋调查时常发现某一水层中细菌数量剧增，这种微 区分布现象主要决定于海水中有机物质的分布状况。
• 赤潮之后往往伴随着细菌数量增长的高峰。 • 利用微生物分布状况，可以指示不同水团或温跃层界
面处有机物质积聚的特点，进而分析水团来源或转移 的规律。
• 某些真菌是热带红树林上的特殊菌群； • 某些藻类与菌类之间存在着密切的营养供需关系，称
为藻菌半共生关系。
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酵母菌
• 大洋海水中酵母菌密度为每升 5-10个； • 近岸海水中可达每升几百至几千个； • 海洋酵母菌主要分布于新鲜或腐烂的海洋动植物体上； • 海洋酵母菌多数来源于陆地； • 只有少数种被认为是海洋种。
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细菌
• 海水中的细菌以革兰氏阴性杆菌占优势，常见的有假单胞 菌属等10余个属。
• 海底沉积土中则以革兰氏阳性菌偏多。芽胞杆菌属是大陆 架沉积土中最常见的属。
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真菌
• 海洋真菌多集中分布于近岸海域的各种基底上，按其 栖住对象可分为寄生于动植物、附着生长于藻类和栖 住于木质或其他海洋基底上等类群；
海洋药物
第2章 海洋药用生物
第2章 海洋药用生物
第1节 海洋微生物 第2节 海洋微藻类 第3节 大型海藻类 第4节 海洋无脊椎动物类 第5节 海洋脊椎动物类 第6节 海洋中药
第1节 海洋微生物
1. 海洋微生物概述 2. 海洋微生物-- 新药开发的重要资源 3. 顶头孢霉菌--头孢菌素 思考题
1.海洋微生物概述
• 在营养较丰富的培养基上，有的细菌于第1次形成菌落后即 迅速死亡，有的则根本不能形成菌落。
• 海洋细菌在形成菌落过程中，自身代谢产物积聚过甚而中 毒致死。
海洋微生物
海洋微生物以海洋水体为正常栖居环境的一切微生物。
但由于学科传统及研究方法的不同,本文不介绍单细胞藻类,而只讨论细菌、真菌及噬菌体等狭义微生物学的对象。
海洋细菌是海洋生态系统中的重要环节。
作为分解者它促进了物质循环；在海洋沉积成岩及海底成油成气过程中，都起了重要作用。
还有一小部分化能自养菌则是深海生物群落中的生产者。
海洋细菌可以污损水工构筑物，在特定条件下其代谢产物如氨及硫化氢也可毒化养殖环境，从而造成养殖业的经济损失。
但海洋微生物的颉颃作用可以消灭陆源致病菌，它的巨大分解潜能几乎可以净化各种类型的污染，它还可能提供新抗生素以及其他生物资源，因而随着研究技术的进展，海洋微生物日益受到重视。
编辑本段【特性】与陆地相比，海洋环境以高盐、高压、低温和稀营养为特征。
海洋微生物长期适应复杂的海洋环境而生存，因而有其独具的特性。
嗜盐性海洋微生物最普遍的特点。
真正的海洋微生物的生长必需海水。
海水中富含各种无机盐类和微量元素。
钠为海洋微生物生长与代谢所必需此外,钾、镁、钙、磷、硫或其他微量元素也是某些海洋微生物生长所必需的。
嗜冷性大约90％海洋环境的温度都在5℃以下,绝大多数海洋微生物的生长要求较低的温度，一般温度超过37℃就停止生长或死亡。
那些能在0℃生长或其最适生长温度低于20℃的微生物称为嗜冷微生物。
嗜冷菌主要分布于极地、深海或高纬度的海域中。
其细胞膜构造具有适应低温的特点。
那种严格依赖低温才能生存的嗜冷菌对热反应极为敏感，即使中温就足以阻碍其生长与代谢。
嗜压性海洋中静水压力因水深而异，水深每增加10米,静水压力递增1个标准大气压。
海洋最深处的静水压力可超过1000大气压。
深海水域是一个广阔的生态系统,约56％以上的海洋环境处在100～1100大气压的压力之中，嗜压性是深海微生物独有的特性。
来源于浅海的微生物一般只能忍耐较低的压力，而深海的嗜压细菌则具有在高压环境下生长的能力，能在高压环境中保持其酶系统的稳定性。
海洋微生物的分类及培养
海洋微生物的分类及培养地球上约有80%的物种栖息在海水中，其中微生物种类超过百万种，但已经研究和鉴定过的微生物不到总量的5%。
由于海洋环境的特殊性，海洋微生物具有独特的代谢方式，产生许多特殊结构和生理功能的活性物质。
与海洋动植物相比，海洋微生物具有生长周期短、代谢易于控制、菌种可选育的优势，因此可通过大规模发酵实现工业化生产，其开发更具有自然资源的可持续利用性。
在研究早期，Macleod提出将微生物对Na+的生长需要作为海洋物种的限定，虽然这一定义仍被引用，但是部分海洋微生物在进化过程中具有适应陆地（低Na+）环境的潜力。
目前，一般认为分离自海洋环境，正常生长需要海水，并可在低营养、低温条件下生长的微生物可视为严格的海洋微生物，而有些分离自海洋的微生物，其生长不一定需要海水，但可产生不同于陆生微生物的代谢物如含溴、碘的化合物，或拥有某些特殊的生理生化性质如盐耐受性，也被视为海洋微生物[1]。
海洋微生物种类繁多，据统计有200万~2亿种。
可系统的分为病毒、古菌、细菌和真核生物[2、3]。
(1) 古菌是原核微生物的分支，与细菌在形态分化及生化特性上均有区别。
（2）革兰氏阳性菌包括常见的放线菌。
此外，还可分为极端细菌（嗜冷、嗜热、嗜碱、嗜压等）、非极端细菌、放线菌、真菌等。
海洋微生物生存在海水和海泥中，在培养之前需要将其从生存环境中分离。
所有用于分离陆生微生物的方法几乎都可用于海洋微生物的分离。
但是有些海洋微生物的分离需要特殊条件，如需含有海水的培养基和调节水压；深海微生物需在高的静水压下从深海中分离等[4]。
由于海洋极其复杂的营养背景和物理条件在目前的技术条件下大多数海洋微生物都无法在实验室培养，目前只有不足5%的海洋微生物可以培养鉴定，从中发现的活性物质只占总数的1%[5]。
一般是将冷冻保存的菌种接种在斜面培养基上，恒温培养，在培养过程中可以选择静置或使用摇床。
发酵培养基一般包括：葡萄糖、蛋白胨、酵母粉、人工海水及营养成分（如马铃薯浸汁、牛肉浸膏等）。
海洋微生物演示课件
海洋微生物的探索
05
与研究
海洋微生物的发现与研究历程
海洋微生物的发现
早在17世纪，科学家们就开始了 对海洋的探索，并逐渐发现了海
洋中存在着大量的微生物。
研究历程
随着科学技术的发展，海洋微生 物的研究逐渐深入，涉及领域包
括生物学、化学、地质学等。
里程碑事件
例如，1889年德国科学家赫尔曼 ·施密特的《海洋微小生物》一书 的出版，标志着海洋微生物学的
氮循环
总结词
阐述海洋微生物在氮循环中的关键作用，如固氮作用、硝化作用和反硝化作用等。
详细描述
海洋微生物在氮循环中扮演着重要的角色。其中，固氮细菌能够将大气中的氮气转化为氨，为其他生物提供氮素 营养。硝化细菌则可以将氨氧化为硝酸盐，这个过程被称为硝化作用。反硝化细菌则可以将硝酸盐还原为氮气， 释放到大气中，这个过程被称为反硝化作用。这些过程都离不开海洋微生物的参与和作用。
分类
根据其形态、生理和生态特征， 海洋微生物可分为三大类，即细 菌、古菌和真核生物。
海洋微生物的多样性
01
02
03
种类繁多
海洋中存在着数以万计的 微生物种类，其中许多尚 未被发现和描述。
适应性强
海洋微生物具有广泛的适 应性，能够在高盐、高压 、低温等极端环境下生存 。
生物地理学特征
不同海域的微生物群落结 构和组成存在差异，反映 了生物地理学特征。
海洋微生物演示课件
汇报人： 202X-12-29
contents
目录
• 海洋微生物概述 • 海洋微生物的生存环境 • 海洋微生物的生物地球化学循环 • 海洋微生物的利用与保护 • 海洋微生物的探索与研究
海洋微生物概述
海洋微生物
环境保护与治理
海洋微生物在降解污染物、净 化海水等方面具有巨大潜力， 可用于环境保护和治理。
拓展生物技术应用
海洋微生物基因资源丰富，可 用于基因工程、细胞工程等生 物技术领域，推动生物技术的
发展和应用。
02 海洋微生物的多 样性
海洋细菌
革兰氏阴性菌
如弧菌属（Vibrio）和假单胞菌属（ Pseudomonas），广泛分布于海水 和沉积物中，参与有机物的分解和循 环。
开发高效、环保的洗涤剂。
海洋微生物在环保领域的应用
生物修复
利用海洋微生物对污染物的降解作用，进行环境生物修复，如石 油污染、重金属污染等治理。
废水处理
海洋微生物可用于废水处理系统中的生物降解过程，提高废水处理 效率并降低处理成本。
温室气体减排
通过培养能够吸收和转化温室气体的海洋微生物，减少大气中温室 气体的含量，从而减缓全球气候变暖的趋势。
、异养作用等。
生态作用重要
海洋微生物在海洋生态系统的 物质循环和能量流动中发挥着
重要作用。
海洋微生物的研究意义
揭示生命起源与演化
海洋微生物是研究生命起源与 演化的重要材料，有助于揭示
生命的本质和演化规律。
开发新资源
海洋微生物能够产生多种生物 活性物质，是新药开发、工业 酶制剂和新型生物材料的重要 来源。
05 海洋微生物与环 境的关系
海洋微生物对环境的适应与响应
温度适应
海洋微生物通过调节细胞膜成分、产生热休克蛋 白等方式，适应不同温度环境。
盐度适应
通过调节细胞内外渗透压平衡，以及合成特定的 有机物来应对高盐环境。
酸碱度适应
通过调节细胞质pH值、产生酸碱平衡蛋白等方式 ，适应不同酸碱度环境。
海洋微生物
谢谢观看
利用综述
利用综述
海洋是生命的发源地，其生物多样性远远超过陆生生物。海洋生物包括海洋动物、海洋植物和海洋微生物。 海洋约占地球表面积的7l%，是一个开放、多变、复杂的生态系统。正是海洋特殊的物理、化学因素的复杂性， 造就了生命活动的复杂性，物种资源、基因功能和生态功能上的生物多样性。海洋中生物资源极为丰富，生物活 性物质种类繁多，并且正在为人类提供着大量的食品，多种材料和原料，具有可再生的特点。已引起世界各国的 重视，具有巨大开发潜力。
嗜压性
海洋中静水压力因水深而异，水深每增加10米，静水压力递增1个标准大气压。海洋最深处的静水压力可超 过1000大气压。深海水域是一个广阔的生态系统,约56%以上的海洋环境处在100～1100大气压的压力之中，嗜压 性是深海微生物独有的特性。来源于浅海的微生物一般只能忍耐较低的压力，而深海的嗜压细菌则具有在高压环 境下生长的能力，能在高压环境中保持其酶系统的稳定性。研究嗜压微生物的生理特性必需借助高压培养器来维 持特定的压力。那种严格依赖高压而存活的深海嗜压细菌，由于研究手段的限制迄今尚难于获得纯培养菌株。根 据自动接种培养装置在深海实地实验获得的微生物生理活动资料判断，在深海底部微生物分解各种有机物质的过 程是相当缓慢的。
海水中的营养物质虽然稀薄，但海洋环境中各种固体表面或不同性质的界面上吸附积聚着较丰富的营养物。 绝大多数海洋细菌都具有运动能力。其中某些细菌还具有沿着某种化合物浓度梯度移动的能力，这一特点称为趋 化性。某些专门附着于海洋植物体表而生长的细菌称为植物附生细菌。海洋微生物附着在海洋中生物和非生物固 体的表面，形成薄膜，为其他生物的附着造成条件，从而形成特定的附着生物区系。
海洋微生物的特性
海洋微生物的特性与陆地相比，海洋环境以高盐、高压、低温和稀营养为特征。
海洋微生物长期适应复杂的海洋环境而生存，因而有其独具的特性。
嗜盐性海洋微生物最普遍的特点。
真正的海洋微生物的生长必需海水。
海水中富含各种无机盐类和微量元素。
钠为海洋微生物生长与代谢所必需，此外，钾、镁、钙、磷、硫或其他微量元素也是某些海洋微生物生长所必需的。
嗜冷性大约90%海洋环境的温度都在5℃以下，绝大多数海洋微生物的生长要求较低的温度，一般温度超过37℃就停止生长或死亡。
那些能在0℃生长或其最适生长温度低于20℃的微生物称为嗜冷微生物。
嗜冷菌主要分布于极地、深海或高纬度的海域中，其细胞膜构造具有适应低温的特点。
那种严格依赖低温才能生存的嗜冷菌对热反应极为敏感，中温就足以阻碍其生长与代谢。
嗜压性海洋中静水压力因水深而异，水深每增加10米，静水压力递增1个标准大气压。
海洋最深处的静水压力可超过1000大气压。
深海水域是一个广阔的生态系统,约56%以上的海洋环境处在100～1100大气压的压力之中，嗜压性是深海微生物独有的特性。
来源于浅海的微生物一般只能忍耐较低的压力，而深海的嗜压细菌则具有在高压环境下生长的能力，能在高压环境中保持其酶系统的稳定性。
研究嗜压微生物的生理特性必需借助高压培养器来维持特定的压力。
那种严格依赖高压而存活的深海嗜压细菌，由于研究手段的限制迄今尚难于获得纯培养菌株。
根据自动接种培养装置在深海实地实验获得的微生物生理活动资料判断，在深海底部微生物分解各种有机物质的过程是相当缓慢的。
低营养性海水中营养物质比较稀薄，部分海洋细菌要求在营养贫乏的培养基上生长。
在一般营养较丰富的培养基上，有的细菌于第一次形成菌落后即迅速死亡，有的则根本不能形成菌落。
这类海洋细菌在形成菌落过程中因其自身代谢产物积聚过甚而中毒致死。
这种现象说明常规的平板法并不是一种最理想的分离海洋微生物方法。
趋化性与附着生长海水中的营养物质虽然稀薄，但海洋环境中各种固体表面或不同性质的界面上吸附、积聚着较丰富的营养物。
第02章海洋药用生物第5节
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小黄鱼 Pseudosciaena polyactis • 黄花鱼、小鲜
鲈形目石首鱼科
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小黄鱼
• 分布在我国黄渤海和东海；
鲈形目石首鱼科
• 主要产地在江苏、浙江、福建、山东沿海； • 我国主要经济鱼类，其肉质鲜嫩，营养丰富，是优质食 用鱼，也是婴幼儿及病后体虚者的滋补和食疗佳品。
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大黄鱼 Pseudosciaena crocea
鲈形目石首鱼科
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黄鱼、大王鱼、大鲜、大黄花鱼、桂花黄鱼。
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大黄鱼
鲈形目石首鱼科
• 亚热带性鱼类，生活在近海60m以内沿岸浅海的中上层。 • 我国主要海产经济鱼类，肉质鲜嫩； • 除供鲜食外还可加工制成风味和特色的水产品。 • 具有药用价值，其耳石具清热作用，鳔有润肺健脾、补气 活血之功能。
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鲸鲨 Rhincodon typus
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须鲨目鲸鲨科
• 体长10m，最大个体长20m，重15 T，鱼类之冠； • 肉可食；皮可制革；鳍加工成鱼翅；肝提取鱼肝油；骨、内 脏制鱼粉。
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鲸鲨的药用
【来 源】 为鲸鲨科动物鲸鲨的翅； 【功 效】 补益气血、补肺益肾； 【性味归经】 辛、甘、咸，温。 入脾、肺、肾三经。 【主 治】 治虚劳、气血两虚、短气不足息、动即喘促、自 汗盗汗、形瘦骨立、头晕耳鸣、腰腿酸楚 ---
日本七鳃鳗
• 肉食性鱼类；
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• 寄生：吸盘附在其它鱼体上，角 质齿锉破鱼体，吸食其血与肉， 有时被吸食之鱼最后只剩骨架； • 自由：以浮游动物为食； • 仔鳗期以腐植碎片和丝状藻类为 食。生殖时期的成鱼停止摄食。
软骨鱼类
• 软骨鱼类主要特征 • 主要药用类群： • 须鲨目：鲸鲨 • 真鲨目：灰星鲨、其它几种真鲨 • 鲭鲨目：姥鲨 • 六鳃鲨目：扁头哈那鲨 • 锯鳐目：尖齿锯鳐 • 鲼形目：赤魟、几种魟、蝠鲼
海洋微生物 科普书
海洋微生物科普书【原创实用版】目录1.海洋微生物的概述2.海洋微生物的重要性3.海洋微生物的种类4.海洋微生物的生存环境5.海洋微生物的科研价值6.海洋微生物的科普书推荐正文海洋微生物是指生活在海洋中的微生物，包括细菌、病毒、藻类、原生动物等。
它们在海洋生态系统中扮演着重要的角色，是海洋生物链的重要组成部分。
海洋微生物的重要性体现在多个方面。
首先，它们是海洋生态系统中的初级生产者，通过光合作用将阳光能转化为化学能，为整个生态系统提供能量。
其次，海洋微生物可以分解有机物质，净化水质，维持海洋生态系统的稳定。
最后，海洋微生物还具有重要的科研价值，可以用于研究海洋生态系统、生物多样性、气候变化等重大科学问题。
海洋微生物的种类繁多，包括细菌、病毒、藻类、原生动物等。
其中，细菌是最为常见的海洋微生物，它们在海洋中的数量庞大，种类繁多，有些细菌可以分解有机物质，有些细菌则可以进行光合作用。
病毒也是海洋微生物中的一种，它们寄生在海洋生物体内，对海洋生态系统有着重要的影响。
藻类和原生动物也是海洋微生物的重要组成部分，它们在海洋中的数量和种类也非常丰富。
海洋微生物的生存环境主要包括海水、海底沉积物、海洋生物体内等。
其中，海水是海洋微生物最主要的生存环境，它们可以在海水中自由游动，寻找食物和生存空间。
海底沉积物也是海洋微生物的重要生存环境，它们可以在沉积物中寻找有机物质，进行分解和生长。
海洋生物体内也是海洋微生物的生存环境之一，一些微生物可以寄生在海洋生物体内，获取养分和生存空间。
海洋微生物的科研价值主要体现在以下几个方面。
首先，海洋微生物可以用于研究海洋生态系统，了解海洋生态系统的结构和功能。
其次，海洋微生物可以用于研究生物多样性，了解海洋生物种类的多样性和分布规律。
最后，海洋微生物还可以用于研究气候变化，了解海洋微生物在气候变化中的作用和影响。
对于对海洋微生物感兴趣的读者，这里推荐几本海洋微生物的科普书。
首先是《海洋微生物学》，这本书详细介绍了海洋微生物的分类、结构、生理生态学等方面的内容。
海洋微生物
海洋微生物是生活在海洋中的微小生物的总称，包括细菌、古菌、真菌、原生生物、微藻和病毒等。
它们是海洋生态系统的重要组成部分，对海洋生物地球化学循环和海洋生态系统功能起着至关重要的作用。
本文将简要介绍海洋微生物的分类、分布、功能及其在海洋生态系统中的作用。
一、海洋微生物的分类与分布1.分类海洋微生物的分类主要依据其形态、生理生化特征、遗传信息等进行。
根据细胞结构，海洋微生物可分为原核生物和真核生物两大类。
原核生物包括细菌和古菌，真核生物包括真菌、原生生物和微藻。
病毒也是海洋微生物的重要组成部分，但它们的分类地位尚存在争议。
2.分布海洋微生物广泛分布于全球海洋各个角落，包括沿海、开阔大洋、深海等环境。
在不同深度、温度、盐度等条件下，海洋微生物的种群结构和生物量存在显著差异。
例如，在表层海水中，微藻和细菌的生物量较高，而在深海环境中，古菌和细菌的生物量占主导地位。
二、海洋微生物的功能1.生物地球化学循环海洋微生物在海洋生物地球化学循环中发挥着关键作用。
它们参与碳、氮、磷、硫等元素的循环过程，如硝化作用、反硝化作用、固氮作用、硫氧化作用等。
这些过程对全球气候变化具有重要影响，如海洋微生物固定的碳约占全球初级生产力的50%。
2.生态系统功能海洋微生物是海洋生态系统中的基础生物，为海洋生物提供能量和营养物质。
它们参与食物网的构建，为浮游动物、底栖生物等提供食物来源。
同时，海洋微生物还能降解有机污染物，净化海洋环境。
3.生物活性物质生产海洋微生物能产生丰富的生物活性物质，如抗生素、酶、色素等。
这些物质在医药、农业、环保等领域具有广泛的应用前景。
近年来，随着基因组学和代谢组学技术的发展，海洋微生物资源的开发和利用逐渐成为研究热点。
三、海洋微生物在海洋生态系统中的作用1.初级生产者海洋微生物中的微藻和蓝细菌等光合作用微生物是海洋生态系统中的初级生产者。
它们通过光合作用将太阳能转化为化学能，为海洋生物提供能量和营养物质。
海洋微生物的分离与鉴定研究
海洋微生物的分离与鉴定研究第一章：引言海洋微生物是海洋生态系统中最丰富多样的生命形态之一。
它们在海洋生态系统中扮演着重要的角色，例如维持海洋生态平衡和参与有机物分解循环等。
近年来，随着现代分子生物学和生物技术的发展，对海洋微生物的分离和鉴定研究也取得了显著进展。
本文将对海洋微生物的分离和鉴定研究进行介绍和讨论。
第二章：海洋微生物的分离方法海洋微生物的分离方法主要包括传统分离和现代分离两种方式。
传统分离方法是基于微生物生理学和生态学的研究原理，利用不同菌株的生长条件、生长速率和生理代谢差异等特征进行筛选和分离。
常见的传统分离方法包括表层沉淀、筛选培养基和微生物计数等。
现代分离方法则利用现代分子生物学技术和高通量筛选平台，对微生物进行高通量分离、筛选和鉴定。
常见的现代分离方法包括共培养方法、PCR扩增和转录组技术等。
第三章：海洋微生物的鉴定方法海洋微生物的鉴定主要基于其形态、生理代谢和分子生物学特征。
传统鉴定方法主要基于微生物生理学和生物化学的研究原理，包括形态学鉴定、生化鉴定和药敏试验等。
现代鉴定方法则利用分子生物学技术对微生物进行鉴定，包括16S rRNA序列分析、rpoB基因序列分析和比较基因组学分析等。
第四章：海洋微生物的应用研究海洋微生物的应用研究包括医药、食品、能源、环境等多个领域。
以医药领域为例，海洋微生物是重要的天然药物来源，如海洋真菌产生的头孢菌素和海洋细菌生产的抗生素等。
在食品领域，海洋微生物也具有重要的应用前景，例如海洋藻类可以提取富含蛋白质和营养物质的食品材料。
此外，海洋微生物还可以被用作生产能源、处理废水等环境保护领域。
第五章：海洋微生物的前景与展望随着现代分子生物学和生物技术的不断发展，海洋微生物的分离和鉴定技术也将得到不断提高和完善。
未来，海洋微生物在多个领域的应用前景将继续扩大，为人类的生活健康和环境保护等方面作出更大的贡献。
同时，我们也需要更深入地了解海洋微生物在海洋生态系统中的作用和意义，保护海洋生态系统，维护自然生态平衡。
海洋微生物
2. 遗传多样性
• 生存环境独特、与陆地微生物有很大差 异，遗传上表现出丰富的多样性
高光适应型：Chl b2/a2值低，生长需高光 照，能利用还原态氮，有机磷和正磷酸 低光适应型： Chl b2/a2值高，能利用还原 态氮、硝态氮，正磷酸
3. 代谢途径及产物多样性
• 极端环境造就了海洋微生物代谢途径的多样性， 可产生多种结构新颖，活性多样的化合物和特殊 的酶
（一） 古菌
1. 古菌的细胞壁
• 一般都有细胞壁，但化学成分差异很大，没有真 正的肽聚糖，由多糖（假肽聚糖）、糖蛋白或蛋 白质构成
• 类型
① 假肽聚糖细胞壁 甲烷杆菌属
② 独特多糖细胞壁 甲烷八叠球菌
③ 硫酸化多糖细胞壁 盐球菌属
④ 糖蛋白细胞壁
盐杆菌属
⑤ 蛋白质细胞壁
少数产甲烷菌
2. 古菌的细胞膜
度的Na+维持细胞壁蛋白亚单位间的结合和细胞壁的 完整性 • 细胞膜
含紫膜，紫膜的主要成分是一种以紫色的视黄醛为 辅基的细菌视紫红质，它既起一个质子泵的作用，同 时又起排盐作用，可为嗜盐菌在高盐环境下建立跨膜 的Na+电化学梯度，并由此而完成一系列的生理生化 功能。 • 嗜盐酶
肽链中酸性氨基酸比例很高，在蛋白表面形成负电 屏蔽，使酶在高盐环境下稳定，具催化活性
底栖细菌病毒丰度变化
第三节 海洋嗜极微生物
嗜极微生物：栖息在极端环境中的微生物，包括嗜 热微生物，嗜冷微生物，嗜盐微生物， 嗜碱微生物，嗜酸微生物，嗜压微生物
最低生长温度：-5~10ºC 极端：-30ºC 最适生长温度：20~40ºC 最高生长温度：一般80~95ºC，极端100300ºC
5
一、 嗜热微生物
第二章 海洋微生物
海洋微生物
第一章绪论一、海洋微生物的定义海洋微生物（marine microbe）以海洋水体为正常栖居环境的一切微生物。
自八十年代起海洋生物技术蓬勃发展，“向海洋要药物”是新世纪海洋生物技术提出的口号。
海洋微生物的研究起步较晚，但在最近几年也受到了普遍重视。
二、海洋环境的特征(1) 海洋占地球表面积的71% —资源丰富；(2) 海洋平均深度：4000m ——高压，低温(3) 主要离子：Na+，Cl-，Ca2+，K+，SO42- ——高盐(4) 营养匮乏（N，P，Fe）——稀营养1 . 远海环境（1）栖居着浮游（自由泳动）微生物（2）地球上最大的环境（3）一般有大空间规模的环境变化（温度、光度等）2 . 深海环境（1）沉积物表面（2）提供了附加的表面积（3）提供小生境的多样性，使得有小空间规模的环境变化3 . 海洋雪(marine snow)（1）海洋雪定义：生存或死亡的有机体被黏多糖（微生物和浮游植物分泌的胞外产物）粘在一起形成的大的聚集体。
（2）海洋雪的形成①黏多糖形成纤丝②纤丝凝结形成透明结构③透明结构不断碰撞形成更大的颗粒，即海洋雪。
（3）海洋雪的特点①海洋雪的产量随光合作用强度和洋流季节性地波动，春天更大一些。
② 80%的初级生产者分泌黏多糖③海洋雪的沉降速率是16-25m/d，沉降过程中颗粒不断增加。
④提供养料给深海生物。
三、海洋生物的特征（1）多样性（2）复杂性（3）特殊性四、陆栖微生物的研究拥有辉煌的历史微生物活性代谢物是药物的丰富源泉：自19世纪60年代首先从微生物中发现了青霉素以来，人们陆续从陆栖微生物中寻找到抗生素类药物、化疗药阿霉素、免疫抑制药环孢霉素A等120多种重要的临床使用药物。
五、陆栖微生物研究陷入了困境（1）陆栖微生物中发现新代谢产物的速率明显降低，重复发现率极高。
（2）传染性病菌对传统抗生素的抗药性正在迅速发展。
目前，约12种重要的病菌已有抗药性，寻找活性物质新源成为当务之急。
海洋微生物
一、实验题目:从海洋微生物中提取产抗生素菌株二、实验背景：海洋微生物包括海洋细菌、海洋真菌和海洋放线菌，其种类约为陆生微生物的20倍以上，海洋微生物其特殊的生存环境（高盐、高压、低温、低光照和寡营养），从而可合成一些结构新颖的抗生素，这是陆地微生物所不具备的。
从海洋微生物中筛选新抗生素，实际上是由陆地资源发掘向整个自然界的延伸，开发海洋微生物资源的意义是重大的，表现在几个方面：（1）海洋丰富的微生物资源为新药发现提供了多样的物种基础，它的开发将使人类进一步认识自然。
（2）新抗生素由于结构与作用机制可能有别于陆生来源的抗生素，将极大的克服目前的抗药性，同时为新药的合成提供新的“母核”。
（3）微生物易于培养、发酵，可无限再生而无需过度开发野生资源。
三、实验思路：四、实验步骤：五、实验原理已知海洋微生物其特殊的生存环境（高盐、高压、低温、低光照和寡营养），从而可合成一些结构新颖的抗生素，抗生素可以抑制周围微生物的生长。
若把这些微生物臵于含有供试菌的琼脂平板上，则其周围会形成一个圆形的不长菌的透明区域，即透明圈。
这样就可以选择不同类型的微生物做供试菌，来寻找能抑制该类微生物生长的抗生素产生菌。
本次实验采用的是纸片扩散法，其原理为：纸片中的药物向纸片周围扩散时形成递减的浓度梯度，纸片周围的实验菌生长若受到抑制，就会形成抑菌透明圈，透明圈越大、越透明，说明实验菌对该药物越敏感，反之，则不敏感。
实验时，在固体培养基表面均匀涂布实验菌后，将滤纸片平整的贴在平板表面。
取适量待测样品加到滤纸中央，培养一定时间后测量透明圈直径。
该方法具有直观、快速的优点，在化合物分离纯化过程中还可以用来进行活性成分的追踪。
六、实验过程（一）所用器皿的洗涤1、刷洗、烘干：先用自来水洗刷至无污物，再选用大小合适的毛刷蘸取去污粉刷洗，用自来水冲洗干净后再用蒸馏水洗2-3次，然后烘干。
2、泡酸、清洗：烘干后泡入酸液，24h后取出，立即用自来水冲洗，无色后用自来水冲洗12遍，后用三蒸水清洗三遍。
海洋微生物--非常全
于感受态，从而摄取重组DNA的水平方向的基因转移过程。 其方法有CaC12法和电穿孔法。
CaC12法即用高浓度的Ca2+诱导细胞使其成为能摄取外源DNA 的感 受状态，该方法自建立以来已广泛用于以大肠杆菌为受体的重组质粒 的转化，但该方法转化效率不高。
海洋微生物来源的天然产物化合物具有高度的化学多 样性(结构类型包括生物碱、聚酮、萜类、大环内脂、肽 类、脂肪酸、酰胺等)和生物活性多样性(包括抗病毒、抗 菌、抗炎、抗肿瘤等多种活性)。
特性
与陆地相比，海洋环境以高盐、高压、低温和稀营养为 特征。海洋微生物长期适应复杂的海洋环境而生存，因而有 其独具的特性。
1、海洋微生物难培养的原因
1.4 生长缓慢的微生物被忽视 当把微生物从原始的生态环境中突然转入人为的环境时
，适合生长的微生物占据优势地位,它们对营养成分的大量摄 取使生长缓慢的微生物得不到充足的营养而生长受到限制。 在培养基平板上，一个菌落中细胞的数目至少为105个才能用 肉眼观察到，而那些生长速度较慢、其生长达不到高密度的 细菌种类，在培养基上用肉眼是看不到菌落的，从而导致这 些微生物的生长不被发觉，表现为“不可培养”。
宏基因组学( metagenomics)是一种以环境样品中的微生物群体 基因组为研究对象，以功能基因筛选和测序分析为研究手段，以微生 物多样性、种群结构、进化关系、功能活性、相互协作关系及与环境 之间的关系等为研究目的的新的微生物研究方法，也称为微生物环境 基因组学、元基因组学或生态基因组学。
宏基因组学技术流程
宏基因组技术在开发未 培养微生物中的应用
1998年，ARIDA Pharmaceuticals公司的科学家Handelsman等首次 提出宏基因组(the genomes of the total micro biota found in nature)的概念。宏基因组是指某一特定的环境中全部微生物（可培 养的和未培养）基因的总和。
海洋生物学 第二章 海洋微生物(2007) (2)
二十面对称壳体：蛋白质亚基围绕具立方对
称的正多面体的角或边排列，进而形成一个封闭 的蛋白质的鞘。因二十面体容积为最大，能包装 更多的病毒核酸，所以病毒壳体多取二十面体对 称结构。
病毒的壳体为二十面体对称，大部分动物病毒和 少数植物病毒呈球状病毒颗粒。各种病毒的衣壳 亚基数目不一，排列方式不同，因而使电镜下的 近球状病毒的外形变化多端。
亚病毒（subviruses） 不具有完整的病毒结构的 一类病毒称之为亚病毒，包括类病毒、卫星 RNA、朊病毒。
病毒的形态
病毒的形状同其壳体的基本结构有着紧密 的联系。病毒的壳体有三种结构类型，与 之相对应，病毒颗粒的形状大致可分为下 列三种类型：
螺旋对称壳体：蛋白质亚基沿中心轴呈
螺旋状排列，形成高度有序、对称的稳定 结构。 螺旋对称的壳体形成直杆状、弯曲杆状和 线状等杆状病毒颗粒。
病毒的进化
退化性起源学说：认为病毒是细胞内寄生
物的退化形式。这种细胞内寄生的产生原因可能 是由于微生物对某种不能穿过细胞膜的代谢发生 了严重依赖。
退化性起源学说可以把病毒的起源解释为两个阶 段：首先，寄生物在细胞内产生独立复制的DNA 质粒，然后，编码寄生物亚细胞结构单位的基因 发生突变，形成病毒的衣壳蛋白。随着进化的发 生，新获得的可在细胞间转移的特性被进一步选 择下来。
第二章 海洋微生物
什么是海洋微生物？
海洋微生物是在海洋环境中能够生 长繁殖、形体微小，单细胞的或个 体结构较为简单的多细胞的、甚至 没有细胞结构的一群低等生物。通 常要借助光学显微镜或电子显微镜 放大才能观察到。
海洋微生物
非细胞型 原核细胞型 真核细胞型
海洋病毒
海洋细菌 海洋放线菌
海洋酵母菌 海洋霉菌
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2、光合细菌
（1）不产氧的光合细菌 紫硫细菌、紫色非硫细菌、玫瑰杆菌、赤杆菌、绿硫 杆菌， 色素：菌绿素、类胡萝卜素 （2）产氧的光合细菌---蓝细菌 鱼腥藻、微囊藻、螺旋藻、 束毛蓝细菌（具有固氮能力）、 原绿球蓝细菌 为海洋食物链提供15-40%的碳源 聚球蓝细菌
4. 化能自养菌
（1） 硝化细菌：亚硝化单胞菌属、亚硝化球菌属、硝化杆 菌属、硝化球菌属、氨氧化菌、亚硝酸还原菌。 （2）硫氧化性化能自养菌：硫杆菌属、贝氏硫菌属、发硫 菌属、珍珠硫菌属等
我国对海洋古菌的研究
极端嗜盐古菌和嗜热细菌的分子遗传学及 生物工程的研究
（3）氢氧化性细菌： 变形杆菌、产碱杆菌等 可异养生长，也可自养生长 （4）好氧性嗜甲烷菌 甲基营养菌、甲基单胞菌、 甲基杆菌等
最大的原核生物之一（100-300um)
4、弧菌：研究最多的海洋细菌 2005年，《伯杰氏系统细菌学手册》第 二版，63种。 • 病原性海洋弧菌：
感染人类：霍乱弧菌、副溶 血弧菌、创伤弧菌 感染海洋动物：溶藻胶弧菌、 鳗弧菌、溶珊弧菌、哈维 氏弧菌、牙鲆肠弧菌、霍 乱弧菌、副溶血弧菌、病 海鱼弧菌、杀鲑弧菌、杀 扇贝弧菌、徐氏弧菌、帕 希尼氏弧菌等等。
热球菌属、火球菌属、 （最适80度以上，最高106度）
（3）嗜热的硫酸盐还原菌 和铁氧化菌
古球状菌属: 83度,硫酸盐还原为H2S 铁球状菌属: 进行铁氧化和硝酸盐还原
（4）极端嗜盐菌
生活于盐湖、死海、盐场 盐红菌属、盐杆菌属、 盐球菌属、盐几何菌属 等20个属
• Aharon Oren 是以色列耶路撒冷大学教授， 是国际著名的海洋生物和嗜盐微生物研究 专家 。是FEMS Microbiology Letters 的主 编和ISJEM的编委。
4. 在海洋中的比例
5.重要的海洋细菌类群介绍：
1. 海洋中丰度最高的细菌类群—SAR11群
远洋杆菌属(Pelagibacter)，目前仅包括遍在远洋 杆菌(Pelagibacter ubique)一个种，可能是地球上数量 最多的细菌。早在1990年，就已在马尾藻海中得到属于 α-变形菌的rRNA序列，此后在全世界各海区被广泛发现 且有很高丰度，被称作SAR11群。
对虾病毒
1974年发现第一种对虾病毒以来，目前已报道的对虾病 毒有8个科19种。 对虾白斑综合症病毒(white spot syndrome virus, WSSV)
在世界上率先完成对虾白斑杆状病毒（WSBV）的全 基因组序列，破译WSBV遗传密码。这一成果被评为 “1999年中国十大基础科学研究新闻”、“2000年 度中国十大科技进展”新闻。这是世界上第一个被破 解的海洋动物病毒的基因结构，为人类认识海洋环境 病毒的特性及作用机理提供了首例模型，为控制海洋 病毒奠定了基础。
在棘鱼消化道共生
“胎生”
还未获纯培养
8、极端嗜热菌
产液菌（化能自养，最高生长温度：95度）、 热袍菌（化能异养，最适生长温度：55-95度）
进化地位 分布 生态作用
9、放线菌
目前能分离到的海洋放线菌有： 灰色放线菌（Actinomyces grisus）、球孢放线菌（A. globisporus）、海洋诺卡氏菌（Nocardica marina）、 大西洋诺卡氏菌（N. atlantica）、 海分枝杆菌 （Mycobacterium marinum）、 嗜盐小单胞菌 （Micromonospora halophytica）等。 特征：产生多种活性物质，特别是抗生素。 有些是水产养殖动物的致病菌。 在海洋物质循环中起重要作用。
发光弧菌：密度感应（quorum sensing, QM)与发光控制
5、趋磁细菌（Magenetotactic bacteria) 胞内含有 Fe3O4 或Fe3S4 组成的磁小体。
6、假单胞菌、假交替单胞菌、交替单胞菌和希 瓦氏菌
在海洋中广泛分布的异养菌，在有机物的分解中发挥重要作 用。
7、海洋最大细菌—费氏刺骨鱼菌（600μm× 80 μm)
我国对海洋细菌的研究
上海交通大学 肖湘：深海嗜冷嗜压细菌 李志勇：海绵共生细菌 山东大学 张玉忠：海洋与极地细菌酶学、生物化学、环境适应机制。 国家海洋局第三研究所 邵宗泽：海洋污染物的微生物降解 陈新华：海水养殖动物病原微生物及免疫 中国海洋大学 张晓华：海水养殖动物病原弧菌 池振明：海洋微生物 中科院海洋研究所 孙犁：海水养殖动物病原微生物 国家极地研究中心 陈波：极地微生物
P. ubique has the smallest number of genes (1354 open reading frames) for any free-living organism.
SAR11类群在海洋中分布广泛，丰度 最高，它们肯定在海洋生态系统中发 挥着重要的生态作用，那么它们的生 态作用是什么？
4、与其它海洋生物的关系
海洋病毒侵染各种海洋生物。
50-60％的海洋异养细菌死亡是由海洋噬菌体裂解引起的。 海洋病毒的感染致病给水产养殖业造成巨大损失。国际 兽医局（OIE）列出的水产动物必须申报的16种鱼类疾病中 病毒病占10种，列出的8种甲壳类疾病中病毒病占7种。
5、海洋病毒的生态作用： 海洋病毒是海洋生态系统的重要成员，在 维持海洋生态平衡中发挥了重要作用。
第二节 海洋细菌
1、定义与特征 海洋细菌是指那些只能在海洋中生长和繁殖的细 菌。 海洋细菌具有三个基本特征： （1）至少在开始分离和初期培养时要求生长于 海水培养基中； （2）生长环境中需要氯或溴或其中之一元素存 在； （3）需生活于镁含量较高的环境中。
海洋中所有的细菌门
2. 新陈代谢类型
自养细菌：光能自养，化能自养
SAR11 类群的分类地位
遍在远洋杆菌(Pelagibacter ubique)---目前发现的最 小的营自由生活的细菌
直到2002年，才由Rappé等人通过高通量培养的方法分离得到首批纯菌株，并 被命名为Pelagibacter ubique 。2005年，其基因组序列被报道。
长度0.37 - 0.89 µm，直径0.12 - 0.20 µm
第二章 海洋微生物
什么是海洋微生物
来自（或分离自）海洋环境，其正常生长需要 海水，并可在寡营养、低温条件（或高压、高温、 高盐等极端环境）下长期存活并能持续繁殖子代 的微生物均可称为海洋微生物。 陆生的一些耐盐菌，在淡水和海水中均可生长， 则称为兼性海洋微生物。
海洋微生物多样性
真菌
第一节 海洋病毒
徐洵 院士 国家海洋局 第三研究所
创建了中国第一个海洋基因工程实验室。徐洵院 士创建的海洋生物基因工程实验室是国家海洋局的重 点实验室，现已更名为“国家海洋局海洋生物遗传资 源重点实验室” 。
章晓波 教授
浙江大学
1. 动物抗病毒免疫的分子机理 以海洋无脊椎动物（对虾）、 哺乳动物等为材料，研究小G蛋白 在调控细胞吞噬中的作用；研究 细胞凋亡在抗病毒免疫中的作用 机理；研究非编码小RNA在细胞 吞噬、细胞凋亡中的调控作用， 对肿瘤发生与肿瘤免疫的影响。 2. 深海热液口嗜热微生物-噬菌体的 相互作用 在高温条件下，细菌抵抗噬菌 体侵染的信号途径；高温噬菌体 裂解相关点实验室（厦门大学）副主任
研究方向：海洋微型生物生态 学科专长：海洋微型生物学与分子生态学、海洋
生态学、流式细胞学、海洋资源与环境学
Jiasong Fang Assistant Professor Hawaii Pacific University
Research Interests： use molecular and isotopic signatures to study current topics in biogeochemistry, environmental geochemistry, chemical oceanography, microbial ecology,
1、 定义： 海洋病毒是海洋环境中土著性的、超显微 的、仅含有一种类型核酸（DNA或RNA）、 专性活细胞内寄生的一类非细胞形态微生物。 在海水中的密度高达106～109个/ml海水。 但目前只知道感染海洋生物的极少部分病毒。
2、种类： 具有形态多样性和遗传多样性。
3、分布： 在海洋中的分布规律为： （1）水平分布为近岸密度高，远岸密度底； 垂直分布为随海水深度增加逐渐减少，在 接近海底的水层中密度又增大。 （2）海洋病毒在海水中的含量呈动态变化 （3）海洋病毒在海水中的密度高达106～109 个/ml海水。 （4）海洋病毒是海洋中丰度最高的生物群体， 总量是海洋细菌的5-25倍。
2. 泉生古菌门Crenarchaeota
最初发现于陆地温泉，海底热液喷口，但最近发现，海洋 中到处都有泉古菌成员存在，包括南极海水、海冰、深海水 体，化能自养或化能异养。
（1）极端嗜热泉生古菌—脱硫 球菌目 分布于浅海和深海热液区 热网菌、延胡索酸火叶菌 （最耐热的之一，最高：113 度）、火球菌、热棒菌、海生 葡萄嗜热菌（最大古菌，1-15 μm）。
Nanoarchaeum equitans cannot synthesize most nucleotides, amino acids, lipids, and cofactors. Nanoarchaeum has many DNA repair enzymes, as well as everything necessary to carry out DNA replication, transcription, and translation. The organism's ability to produce its own ATP is also in question. Nanoarchaeum lacks the ability to metabolize hydrogen and sulfur for energy, as many thermophiles do. It does have five subunits of an ATP synthase as well as pathways for oxidative deamination. The genome and proteome composition of N. equitans are marked with the signatures of dual adaptation – one to high temperature and the other to obligatory parasitism (or symbiosis).