南极普里兹湾深海沉积物微生物低温酶的筛选、基因克隆表达及性质分析

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1、菌形态、脂肪酸组成等方面证明它们属于新的种。Miller等【8】在南极土壤中分离到一株嗜碱嗜冷的细菌，研究了它的基本细菌学性质。Mauro等【9】则研究了南极附近海域沉积物中的酶活性，细菌分布和无机物组成之间的关系。Bernhard等【10】认为甜和13．Proteobacteria细菌控制着南极湖泊雪层的氨基酸的释放。南极微生物研究的另一个热点是细菌对南极地区各种污染的反应。George等【¨1研究了南极受污染海边的细菌随季节变化的趋势和生物降解的规律。Baranieeki等112】从南极土壤中分离到属于Sphingomonassp的菌株，可以降解多种有机化合

2、物。Delille【¨l研究了南极被石油残留物污染的土壤中细菌的类群和它们对污染物的反应。分子生物学手段也广泛应用在南极微生物学的研究中。Mark等【14】对利用系统发育手段对南极海冰细菌，古细菌进行了亚群水平上的调查。Evelynel”】等研究了McMurdo站附近湖泊中可培养和不可培养原核生物，进行了初步的生态分析。1．1．4南极普里兹湾生态环境研究进展南极地区在研究全球变化中具有突出的地位。此区中的大气、冰、海洋和生物通过生物地化循环、深层大洋环流、大气环流、能量的输运同地球的其他地方发生着联系，从而影响着整个地区系统。同时，极地地区又对全球气候变化起到“

3、放大器”的作用，而且，它是地球上唯一未被人类活动大量影响的地区。因此，南极地区生态学研究越来越受到人们的关注。普里兹湾呈西南一东北走向，是南大洋中深深嵌入南极大陆的一片水域。它的南面是与兰姆伯特大冰川相联接的艾默里冰架，北临印度洋，是南极大陆的第三大海湾。开口的最东端位于70。S，76。E左右，靠近四女士浅滩，最西端位于680S，690E附近，靠近福拉姆浅滩【16．171。除了威德尔海和罗斯海以外，在伸入南极大陆的其它各海湾当中，它是面积最大的一片，受南极大陆的影响很大。普里兹湾内的水深较浅，约400-1000m。普里兹湾位于东南极，与西南极相比，东南极的陆地向

4、北更加突出，许多地方(例如恩德比地)都在南极圈以北·因此在东南极图1．生物的生存温度限制附近的南大洋受南极大陆的影响更甚。8酶1The”‘m5“rviretempemn”ofbioIol2y自从Deacon(1937)根据英国皇家研究船“发现号”的资料对南大洋水团和海流分布给出了经典性的描述以来，海洋学家对普里兹湾及其附近海域的考察工作进行着不懈的努力。由于普里兹湾特定的“瓶颈”式的地理环境和海底地形特点，湾内及其相邻的陆架水和冬季水对严冬的“记忆”，能够长久保持着高盐、低温、大密度的特点而少变。这种不稳定状态使得普里兹湾被认为对南极底层水(AABW)的形成有贡

5、献【181。因此近年来，普里兹湾及其邻近洋区物理海洋学的研究引起了更多人的关注。同时，由于碳循环和全球气候变化的紧密联系，海洋碳循环已成为各国海洋科学研究的热点之一。海洋浮游植物通过光合作用固定C02以及海洋垂直碳同量生物泵机制的关键过程，同时作为海洋生态系食物网的基本环节，它又是维系南大洋特有的以磷虾为重要角色的海洋生态系统的物质基础。因此研究普里兹湾及其邻近海域浮游植物生物量和生产力及溶解有机碳是普里兹湾生态研究的另一个热点。1．2极端生物和极端酶极端生物(extremophiles)是指在极端自然环境(extremenaturalenvironments)

6、下生存的生物，这些极端环境包括恒定的低温、高温、高压、强碱、强酸、干燥、辐射、高盐浓度等(表1)。在极端环境中，普通生物不能生存，而极端生物却生长良好，甚至赖以为生。从分类角度看，极端生物的成员包括细菌、古菌(archaea)和真核生物。所有的超高温生物(hyperthermophiles)不是古菌就是细菌，而真核生物常见于嗜冷生物(psychrophiles)、嗜酸生物(acidophiles)、嗜碱生物(alkophiles)、嗜压生物(baro／piezophiles)、嗜旱生物(xerophiles)、嗜盐生物(halophiles)(这些生物分别在相应

7、的环境中旺盛生长，http：／／www．astrobiology．com)。极端生物中的微生物就是极端微生物，可见于热泉、火山区、深海、极地等几乎所有的极端环境。人们认识极端微生物已经有几十年了，对它们的研究正日益加强。这主要是由于极端微生物通过漫长的自然演化丽拥有了能维持其在极端环境下生存的特殊生理功能和遗传功能。这些特殊功能不仅吸引了研究者的重视，更激发了工业界对其应用潜力的兴趣。比如，古菌的细胞膜脂化学性能极度稳定，有人认为可以据此开发出新的药物递送方式【19l；嗜盐古菌分泌的胞外多聚物可能作为环保塑料的原料120]；产甲烷古菌可望充当清洁能源的制造者等1

8、211。不过，工业界更期