海洋微生物PPT精选文档

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1、1The Microbial World in the Sea第三章第三章 海洋微生物海洋微生物2Reference 海洋微生物学，鲍时翔，黄惠琴，中国海海洋微生物学，鲍时翔，黄惠琴，中国海洋大学出版社，洋大学出版社，2008 海洋微型生物生态学，焦念志，科学出版海洋微型生物生态学，焦念志，科学出版社，社，2006 蔡信之，黄君红蔡信之，黄君红 主编主编,微生物学（微生物学（3版），版），科学出版社，科学出版社，2011 微生物学（影印版），微生物学（影印版），Lansing M.Prescott，高等教育出版社，高等教育出版社，20023Outline 海洋微生物的分布海洋微生物的分布 海洋

2、微生物的主要类群及特性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在海洋环境中的作用 海洋微生物资源及利用海洋微生物资源及利用4 一、海洋微生物的分布一、海洋微生物的分布浅海带浅海带:藻类藻类;光合微生物光合微生物;细菌细菌深海带：深海带：200-6000M200-6000M深渊带深渊带:6000-11000M:6000-11000M：嗜特异生境微生物：嗜特异生境微生物 海洋生命最海洋生命最丰富的类群丰富的类群5二、海洋微生物的主要类群及其特性二、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

3、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、看肉眼看不见、看不清的微小生物不清的微小生物6 Virus（病毒）（病毒）Prokaryotes（原核生物）（原核生物）Fungi（真菌）（真菌）Protista（原生生物）（原生生物）Unicellular algae（微藻）（微藻）Protozoan（原生动物）（原生动物）个体微小个体微小 数量最多数量最多 功能强大功能强大 作用重要作用重要 海洋微生物的主要类群海洋微生物的主要类群海洋微生物达海洋微生物达0.1-2亿种亿种7烟草烟草花叶花叶病毒病毒噬菌体噬菌体腺病毒腺病毒疱疹病毒疱疹病毒2.1 Virus-nonc

4、elluar organism（病毒）（病毒）82.1.1 Characters(病毒特性）病毒特性）超显微，能通过细菌滤器超显微，能通过细菌滤器 仅含有一种类型核酸（仅含有一种类型核酸（DNA或或RNA）非细胞形态非细胞形态 活细胞内寄生活细胞内寄生 对抗生素不敏感，对干扰素敏感对抗生素不敏感，对干扰素敏感病毒（病毒（virus）：原始的、有生命特征的、能）：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。自我复制和严格细胞内寄生的非细胞生物。9 浮游病毒（浮游病毒（virioplankton）：在海洋中的）：在海洋中的含量及其丰富含量及其丰富 底栖病毒（底栖病毒（viriob

5、enthos）2.1.2 Virus in the sea（海洋病毒）（海洋病毒）Distribution in the sea（分布）近岸高，远岸低近岸高，远岸低 真光层较多，随深度增加逐渐减少，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接近海底的水层又有所回升10海洋浮游病毒（海洋浮游病毒（virioplankton）浮游生物群落：浮游病毒（浮游生物群落：浮游病毒（virioplankton）、浮游植物）、浮游植物（phytoplankton）、浮游动物（）、浮游动物（zooplankton）、浮游）、浮游细菌（细菌（bacterioplankton）浮游病毒包括噬菌体（浮游

6、病毒包括噬菌体（bacteriophage）、噬藻体）、噬藻体（cyanophage）和真核藻类病毒（）和真核藻类病毒（phycovirus）112.1.3 白斑综合症杆状病毒白斑综合症杆状病毒（WSSV）目前所知最大动物病毒目前所知最大动物病毒 1993年全国对虾养殖区爆年全国对虾养殖区爆发流行病害，损失数百亿元发流行病害，损失数百亿元 2000年，杨丰完成年，杨丰完成WSBV的全序列测定的全序列测定 基因组研究基因组研究-鲍时翔鲍时翔P228-230122.2 Prokaryotes（原核生物）（原核生物）Bacteria（海洋细菌）（海洋细菌）Actinomycetes（海洋放线菌）（海

7、洋放线菌）Cyanobateria （海洋蓝细菌）（海洋蓝细菌）Archaea (海洋古菌海洋古菌)132.2.1 Bacteria 伯杰细菌鉴定手册伯杰细菌鉴定手册（第八版）记载，约有（第八版）记载，约有180种细菌属于海洋细种细菌属于海洋细菌（国际上普遍采用的菌（国际上普遍采用的原核微生物分类系统）原核微生物分类系统）只能在海洋中生长和繁只能在海洋中生长和繁殖的细菌殖的细菌 大多数的海洋细菌无法大多数的海洋细菌无法分离和培养（不足分离和培养（不足1%）142.2.1.1 Physiological characters（海洋细菌的生理特性）（海洋细菌的生理特性）嗜盐性嗜盐性。海水中各种盐类

8、和微量元素都是其生长所必需的。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。最适盐度这是最普遍的特性。最适盐度2.4-4.0%嗜冷性嗜冷性。绝大多数具有低温生长的特性，就是在海底热泉附。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，也能在近生活的细菌，也能在0以下缓慢生长。以下缓慢生长。嗜压性嗜压性。深海中的压力，可高达。深海中的压力，可高达1100大气压，其中的细菌能大气压，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。在高压环境中保持生长代谢能力和酶系统的稳定性。低营养性低营养性。能适应深海营养物较稀少的环境。能适应深海营养物较稀少的环境。趋化性与附

9、着生长趋化性与附着生长。有的具有移动能力，能聚集于营养丰富。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。的界面上；有的专门附着在植物体表面生活。多形性多形性。有的菌株在培育中可以观察到多种形态，包括球形、。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。椭球形、大小不一的杆状或各种不规则形态的细胞。发光性发光性。少数属类具有发光特性。少数属类具有发光特性。152.2.1.2 Distribution in the sea（海洋细菌的分布）（海洋细菌的分布）海洋细菌存在明显的空间、时海洋细菌存在明显的空间、时间分布差异。间

10、分布差异。主要由于海水中可供细菌利用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。的有机质的分布不均引起的。深度分布差异深度分布差异 季节性分布差异季节性分布差异 区域性分布差异区域性分布差异 其它因素：盐度、叶绿素浓度、其它因素：盐度、叶绿素浓度、营养营养 近海区的细菌密度较远洋区大，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，底泥中的细菌度较深层水大，底泥中的细菌密度一般较海水中大，泥土底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质中的细菌密度一般高于沙土底质。底质。异养细

11、菌异养细菌在河口有在河口有高值分布高值分布162.2.1.3 Metabolism Types（细菌的代谢类型）（细菌的代谢类型）Autotrophic（自养）（自养）：利用无机物：利用无机物photoautotroph（光能自养）：光合色素（光能自养）：光合色素CO2/HCO3-chemoautotroph（化能自养）：（化能自养）：H2S,NH3,Fe2+,H2 Heterotrophic（异养）（异养）:有机物做供氢体有机物做供氢体photoheterotroph（光能异养）：（光能异养）：好氧不产氧光合异养菌（好氧不产氧光合异养菌（AAPB）-焦念志焦念志9章章Chemoheterot

12、roph（化能异养）：（化能异养）：saprobes（腐生菌）（腐生菌）parasotes（寄生菌）（寄生菌）17海洋异养细菌的海洋异养细菌的“二次生产二次生产”Pomery（1974）强调海洋细菌在生物链中）强调海洋细菌在生物链中的作用的作用微生物食物链微生物食物链 异养细菌在生态系统的生物地球化学循环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：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）作为分解者分解水体中大量存在的有机物，释放营养盐；物，释放营养盐；（2）吸收溶解有机物（）吸收溶解有机物（DOC），将之转化），将之转化为颗粒有机物向上传递，形成了

13、所谓的二为颗粒有机物向上传递，形成了所谓的二次生产。次生产。18微食物环（微食物环（Microbial loop）海区初级生产海区初级生产力的力的10-80%微食物环微食物环：异养细菌：异养细菌消耗直接来自于浮游消耗直接来自于浮游植物或间接来自于草植物或间接来自于草食动物的溶解有机物食动物的溶解有机物（DOM）并将其转化）并将其转化为颗粒有机物为颗粒有机物（POM），即细菌自），即细菌自身的生物量，后者又身的生物量，后者又被微捕食者（原生动被微捕食者（原生动物：鞭毛虫和纤毛虫）物：鞭毛虫和纤毛虫）所利用，转化为更大所利用，转化为更大的颗粒（几到几十微的颗粒（几到几十微米），最后进入经典米），最

14、后进入经典食物链。食物链。Azam（1983）19202.2.2 Actinomycetes（海洋放线菌）（海洋放线菌）介于细菌和真介于细菌和真菌之间的单细菌之间的单细胞原核生物胞原核生物 细胞结构和生细胞结构和生理特性与细菌理特性与细菌类似类似 具有菌丝体具有菌丝体21 生物活性物质生物活性物质抗生素：海洋药物开发抗生素：海洋药物开发 感染养殖动物感染养殖动物 在海洋生态系统物质循环中起重要作用在海洋生态系统物质循环中起重要作用222.2.3 Cyanobacteria（蓝细菌（蓝细菌/蓝藻）蓝藻）又名蓝藻或蓝绿藻又名蓝藻或蓝绿藻蓝藻门（蓝藻门（Cyanophyta）古老的物种种群古老的物种

15、种群先锋植物先锋植物 含有光合色素含有光合色素叶绿素叶绿素a，藻胆素，藻胆素232.2.4 Archaea（海洋古菌）（海洋古菌）发现于发现于20世纪世纪70年代年代 核酸序列同源性比较核酸序列同源性比较 生活在极端环境中生活在极端环境中嗜极微生物嗜极微生物（extremophiles）包括甲烷菌、嗜热菌、嗜盐菌、嗜酸菌等包括甲烷菌、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海洋浮游古菌对海洋氮循环和碳循环具有重要贡献要贡献24三域学说三域学说(Three domain theory)：1977年，年，Woese 核糖体小亚基核糖体小亚基（small subunit rR

16、NA）基因片段）基因片段进行测序并比较同源性进行测序并比较同源性基于基于16S/18S rRNA 基因序列分析的系统发育树基因序列分析的系统发育树 25核糖体小亚基核糖体小亚基 核糖体：生物体的核糖体：生物体的细胞器细胞器，是，是蛋白质合成的场所蛋白质合成的场所，通过通过mRNA与携带氨基酸的与携带氨基酸的tRNA的相互作用合成的相互作用合成蛋白质。由蛋白质。由大小亚基大小亚基组成。组成。26保守序列与进化保守序列与进化 保守序列（保守序列（Conserved Sequence）：指）：指DNA分子中的一个核苷酸片段或者蛋白质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

17、中的氨基酸片段，它们在进化过程中基本保持不变。保持不变。16s/18s rRNA 总总DNA提取提取 16s rDNA的的PCR扩增扩增 克隆测序克隆测序 数据比对数据比对27三域学说三域学说(Three domain theory)：1977年，年，Woese 核糖体小亚基核糖体小亚基（small subunit rRNA）基因片段）基因片段进行测序并比较同源性进行测序并比较同源性基于基于16S/18S rRNA 基因序列分析的系统发育树基因序列分析的系统发育树 28 古菌域（古菌域（Archaea）：嗜泉古菌界）：嗜泉古菌界（Crenarchaeota）、广域古菌界）、广域古菌界（Eury

18、archaeota）和初生古菌界）和初生古菌界（Korarchaeota）；）；细菌域（细菌域（Eubacteria）：细菌、放线菌、）：细菌、放线菌、蓝细菌和各种除古菌以外的其它原核生物；蓝细菌和各种除古菌以外的其它原核生物；真核生物域（真核生物域（Eukarya）：真菌、原生生）：真菌、原生生物、动物和植物。物、动物和植物。292.3 Fungi（海洋真菌）（海洋真菌）海洋真菌是一类具有海洋真菌是一类具有真核结构、能形成孢真核结构、能形成孢子、营腐生或寄生生子、营腐生或寄生生活的海洋生物。活的海洋生物。包括海洋酵母和海洋包括海洋酵母和海洋霉菌霉菌 参与海洋有机质的分参与海洋有机质的分解和无

19、机物的再生过解和无机物的再生过程，为海洋植物不断程，为海洋植物不断提供营养提供营养302.3.1 ecological characters类型类型数量数量种类种类分布分布生活方式生活方式作用作用木生真菌木生真菌最多最多子囊菌、子囊菌、半知菌半知菌温带、极低、温带、极低、浅海及深海浅海及深海腐生、寄生、腐生、寄生、共生共生强烈分解木强烈分解木材和其它纤材和其它纤维物质维物质寄生藻体真寄生藻体真菌菌约占约占1/3子囊菌、子囊菌、酵母菌酵母菌随藻类分布随藻类分布腐生、寄生、腐生、寄生、共生共生红树林真菌红树林真菌较多较多子囊菌、子囊菌、半知菌、半知菌、担子菌担子菌热带、亚热热带、亚热带、潮间带、带

20、、潮间带、盐泽地盐泽地腐生腐生分解红树叶分解红树叶片片海草真菌海草真菌较少较少子囊菌、子囊菌、半知菌半知菌分布广泛分布广泛腐生、寄生腐生、寄生低等海洋真低等海洋真菌，是重要菌，是重要的致病菌的致病菌寄生动物体寄生动物体真菌真菌较少较少子囊菌、子囊菌、半知菌半知菌分布广泛分布广泛腐生、寄生腐生、寄生海洋沉积物海洋沉积物真菌真菌较少较少分布广泛分布广泛海洋真菌的生态类型及分布海洋真菌的生态类型及分布31三、海洋微生物与三、海洋微生物与生物环境间的相互关系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、合争、捕食、共栖、

21、互利、寄生、偏害、合作等多种关系。作等多种关系。这些关系是在长期进化中形成和发展的，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。对增加生态系统的稳定性有重要意义。32四、海洋微生物在海洋环境四、海洋微生物在海洋环境中的作用中的作用 海洋微生物是海洋环境中的分解者和生产海洋微生物是海洋环境中的分解者和生产者者海洋食物链海洋食物链 参与海洋中物质转化和分解过程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、磷循环中的作用在海洋碳、氮、硫、磷循环中的作用有哪些有哪些分解者分解者哪些生哪些生产者？产者？3

22、3五、海洋微生物资源及利用五、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海洋微生物是海洋生物活性物质的重要来源重要来源 海洋微生物与海水养殖中的生态调海洋微生物与海水养殖中的生态调控控 海洋微生物在海洋污染环境生物修海洋微生物在海洋污染环境生物修复中的应用复中的应用344.1 海洋微生物是海洋生物活性物质海洋微生物是海洋生物活性物质的重要来源的重要来源 抗菌类化合物抗菌类化合物 抗肿瘤化合物抗肿瘤化合物 抗病毒化合物抗病毒化合物 抗压化合物抗压化合物 抗凝血化合物抗凝血化合物 酶酶细菌、放线菌、真细菌、放线菌、真菌、古菌菌、古菌河豚毒素（河豚毒素（TTX）、）、石房蛤毒素（石房蛤毒素

23、（STX）、）、海葵毒素海葵毒素354.2 海洋微生物与海水养殖海洋微生物与海水养殖中的生态调控中的生态调控 海水养殖生态平衡海水养殖生态平衡 自然生态环境中，微生物的多样性制约病自然生态环境中，微生物的多样性制约病原的发展原的发展 养殖系统中微生物多样性遭到破坏，诱发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某些病原菌异常增殖 养殖环境中滥用药物养殖环境中滥用药物364.3 海洋微生物在海洋污染环境生物海洋微生物在海洋污染环境生物修复中的应用修复中的应用 海洋污染物：石油、重金属、农药、有机海洋污染物：石油、重金属、农药、有机废物、生活污水等废物、生活污水等 自净能力自净能力 生

24、物修复（生物修复（bioremediation）：生物催化）：生物催化降解环境污染物，减少或最终消灭环境污降解环境污染物，减少或最终消灭环境污染物的受控或自发的过程。染物的受控或自发的过程。37海洋微生物对石油及其制品污染的生物修复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多个属的海洋细菌能直接降解一种或多种石油烃种石油烃假单孢菌属、黄杆菌属、棒假单孢菌属、黄杆菌属、棒杆菌属、弧菌属、无色杆菌属、微球菌属杆菌属、弧菌属、无色杆菌属、微球菌属 多环芳烃（多环芳烃（PAHs）有效降解菌有效降解菌38 工人正在向被石油污染的海滩喷洒营养液，促使工人正在向被石油污染

25、的海滩喷洒营养液，促使吃石油的细菌长起来。吃石油的细菌长起来。39思考题思考题 什么是三域学说？生物的五界、三域各是如何划什么是三域学说？生物的五界、三域各是如何划分的？有何联系？分的？有何联系？什么是病毒？有哪些特征？什么是病毒？有哪些特征？海洋中的原核生物主要有哪些种？各有何主要特海洋中的原核生物主要有哪些种？各有何主要特征？征？海洋细菌有哪些代谢类型？海洋细菌有哪些代谢类型？为什么把蓝绿藻称为为什么把蓝绿藻称为“先锋植物先锋植物”？海洋古菌在进化上有什么特殊地位？研究海洋古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？菌有何重要意义？海洋微生物对海洋环境有何重要作用？海洋微生物对海洋环境有何重要作用？