海洋微生物利用综述

海洋微生物利用综述

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。

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。遗传多样性代表有机体种群之内和种群之间的遗传结构的变异。由于海洋微生物的生存环境与陆栖微生物迥异, 他们处在高盐、低温和高压的环境下,生存竞争特别激烈,所以产生了一些不同于陆地微生物的变异,具有很强的防御能力和识别能力,在遗传型上表现出特异性,这些遗传差别使得某些微生物能在局部环境中的特定条件下更加成功地生存和繁殖。

海洋微生物多样性是指所有海洋微生物种类、种内遗传变异和它们的生存环境的总称。自年等利用核酸序列的测序来研究微生物的进化问题以来,对微生物的多样性的研究进入了一个崭新的阶段。属于海洋微生物的有海洋病毒，海洋细菌和海洋真菌三大类。

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、专性活细胞内寄生的一类非细胞形态微生物。具有形态多样性和遗传多样性，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。

海洋细菌是指那些只能在海洋中生长和繁殖的细菌。至少在开始分离和初期培养时要求生长于海水培养基中；生长环境中需要氯或溴或其中之一元素存在；需生活于镁含量较高的环境中。大多数海洋细菌是兼性厌氧细菌，专性好氧细菌和专性厌氧细菌都比较少见。

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，包括海洋酵母菌和海洋霉菌。有木生真菌，附生藻类真菌，红树林真菌，海草真菌，寄生动物真菌等几种生态类型。

海洋中的各种微生物在生物地化循环中期了非常重要的作用。由于海洋环境的特性,物种间密切的生态关系,因此海洋微生物中相当普遍存在某些有特殊作用的生物活性物质,而且其活性一般大大超过陆栖微生物。海洋微生物的多样性为人类提供了种类繁多、分子结构新颖、化学组成复杂和生理活性特异的海洋天然产品,它是药物、保健食品和生物材料的巨大宝库。所以开发利用海洋微生物多样性具有重大的意义。

海洋区域环境复杂多变，高盐、高压、低温、低营养和无光照等特殊区域生态环境使海洋微生物在物种、基因组成和生态功能上具有多样性。从20世纪 80年代中期海洋技术迅速发展以来，世界各国和组织对海洋微生物资源的开发利用越来越重视，并投入大量的财力物力，分子生物学技术的迅速发展和计算机的广泛应用在客观上加速了海洋微生物多样性的研究，使其进入一个崭新的阶段。海洋微生物多样性是所有海洋微生物种类、种内遗传变异及其生存环境的总称，包括生活环境的多样性、生长繁殖速度的多样性、营养和代谢类型的多样性、生活方式的多样性、基因的多样性和微生物资源开发利用的多样性等。海洋微生物多样性自身的特点和当前研究的手段，决定了目前海洋微生物多样性的研究通

常集中于以下几个水平，即分类多样性、功能多样性、遗传多样性和系统发育多样性。

作为海洋微生物资源开发的前提，海洋微生物多样性的研究也得到了迅速发展，尤其是随着分子生物学技术的迅速发展和计算机的普遍应用，可以在不经培养的条件下研究海洋微生物的多样性，使海洋微生物多样性的研究进入了一个崭新的阶段。

2O世纪以来，人们一直采用分离培养的方法来研究海洋微生物的多样性，即将海洋微生物从环境中分离纯化，然后通过一般的生物化学性状或者特定的表现型来分析其多样性。然而，随着人们对海洋微生物研究的不断深入，发现这种方法并不能全面地反映海洋微生物多样性的现状，因为海洋中微生物往往集结在一起，一些微生物经常处于“活的非可培养状态”。

海洋微生物不仅能够为人类提供种类繁多、分手结构新颖、化学组成复杂和生理活性特异的海洋天然产品，是海洋药物、保健食品和生物材料的巨大宝库，而且在海洋生态环境保护、地球物质循环和能量转换等方面具有非常显著的作用，因而开发利用海洋微生物资源具有非常大的意义，也是海洋生物技术开发的重要内容。海洋微生物不仅普遍具有耐盐和液化琼脂的能力，而且具有特异的遗传和代谢特性，往往能产生不同于陆地来源的分子结构新颖独特的新型化合物，是研究开发海洋生物活性物质的重要资源，并且可以持续利用而不会导致海洋物种和海洋生态环境失衡。海洋微生物本身所具有的生长周期短、代谢易于调控、菌种易选育和可通过大规模发酵实现工业化等特点更加速了海洋生物活性物质研究开发的产业化步伐。

目前，海洋微生物天然活性物质的开发应用已取得了很多成果。且主要体现

在海洋药物的开发应用，例如已经从海洋细菌、放线菌、真菌等微生物体内分离到多种具有较强生物活性的物质，包括毒素、抗生素、不饱和脂肪酸、类胡萝卜素等，并着手于这些物质的工业化生产。但是，海洋微生物天然活性物质结构复杂多样，有效成分含量低和生产提取成本高等问题在一定程度上制约了海洋微生物天然活性物质生产的工业化进程和临床应用。可喜的是在各国政府对海洋微生物天然活性物质的开发进行投资的同时，许多医药保健企业(包括中国的企业)也投入大量资金进行研究开发，使海洋生物活性物质的开发进入了一个快速发展的阶段。今后对海洋微生物活性物质研究的重点将是：通过加深对海洋微生物尤其是非可培养细菌的生态分布规律及其多样性的了解，寻找新型化合物；确定活性物质的初级和次级代谢的遗传、营养和环境因素，作为开发新的和高级产品的基础；鉴定具有生物活性的化合物，并确定它们的作用机理和天然功能，为一系列新的和有选择的活性物质在医药和化工上的应用提供模型。

生物修复是治理海洋环境污染、海洋生态系统功能紊乱的一副防治结合良药，其实质就是利用海洋微生物的新陈代谢能力及基因的多样性，转化为无污染的终产物，重新进入生物地球化学循环的过程。海洋微生物具有分布广泛，数量众多，代谢类型多样和适应突变能力强等特点，是海洋污染环境生物修复的主体，任何存在污染物的地方都会出现相应的降解微生物，并存在着或强或弱的生物降解作用。目前，应用微生物降解原理治理海洋污染环境已取得了很大的成功，并得到了广泛的认可。它不仅经济安全，而且所处理过的污染物阈值低和残留少，具有良好的应用前景，正受到世界各国的普遍重视，其相关研究也十分活跃。预计随着研究水平的不断提高和范围不断扩大，一些更加有效和适应性更强的工程微生物将会诞生，并将产生更大的经济和社会效益。