冰川微生物的研究

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1、曇皖；化曇化工曇院修号：10910030315冰川微生物的研究化学化工学院109100]8315刘婷婷摘要：通过対陆地冰川微生物的研究，目前人们已认识到微生物是与整个生态系统密切相关的，它受到坏境因素的影响。因此，通过学科间的交叉，利用微生物手段(包扌舌新兴的生物学技术)来研究环境变化对生态系统的影响，可能将有利于从一新的视角去理解过去气候变化对生态系统的影响。关键词：冰川微生物气候变化环境嗜冷微生物一、冰川微生物的研究20世纪70年代就开始了对南极陆地和冰湖中的微生物调查研究，早期的工作主要限于对微生物种类数量及分布区的研究；90年代以来对南极陆地微生物的研究依然受到科学家

2、的关注。Perriss和Parry调查研究了南极洲东部Vestfold山中被冰雪覆盖的大小湖泊微牛.物分布情况。发现盐度、温度、和光照的差异，各湖泊中不同类型的微生物的分布及数量有较大差异，而且冰湖环境屮微生物多样性远低于海洋微生物的多样性。Broady和Weinstein在南极LaGoree山脉冰川边缘海拔1600~2000m的地方采集土壤与沉积物样品，从中分离出2种地衣，6种蓝细菌，1种硅藻，10绿藻和2种丝状真菌。南极大陆的真菌(如Penecillimsp.)的來源为风媒或人类活动。南极大陆可分为海岸区和内陆区，海岸区土壤为较为温和的低温环境，水分含量高，土壤类型多，由

3、于企鹅，海豹等动物的活动以及地衣、藻类的生长使海岸区土壤富含有机物。相比之下，内陆区土壤干燥，缺少水分，微生物的数量相对要少，冰川和冰湖环境温度极低，营养贫瘠。在这种环境屮,藻类成为其他真菌的营养来源，因此藻类的活动对其他微生物的分布起到重要的作用。在南极有一些高盐度的低温湖泊，其中有很多低温微生物，如Donjuan湖(・3~・24摄氏度)生存着芽范杆菌，微球菌，棒杆菌，酵母菌。丹麦的Willerslev等利用分子生物学技术直接对2000年前和4000年前的冰心(北格林兰的HansTausen冰帽)样品进行18SrDNA的扩增(PCR),利用扩增结果来研究微生物的多样性，他们

4、通过扩增产物得到120个克隆分属于57个分类群(归于真菌，植物，藻类和原虫)。Priscu等对Vostok冰芯样品的16SrDNA直接扩增表明该样品屮的微生物多样性较低。Christener等利用常规的分离技术以及分子生物学直接从冰芯中抽取DNA,进行16SrDNA扩增研究微生物的多样性。其屮，在冰川内的一些内陆还有一些嗜冷微生物，在如此艰苦的环境下，它们却还能够正常生活。二、嗜冷微生物对嗜冷微生物的生理适应有很多十分有意义的观点(Ingram,1965;lnnis,1975;Herbert,1986;Russell,1990,1992)o嗜冷细菌在长期的生长过程中,逐渐形成

5、了一系列适应低温的机制，这些机制包括营养物质，这些机制包括营养物质的吸收和转运，DNA的合成，蛋白质的合成，合成代谢和分解代谢的正常进行、细胞的分裂等。20世纪50-60年代的研究工作，企图用确切的生长速率u值來定量的相同的嗜冷微生物。但有研究表明，与嗜温微生物相比，嗜冷微生物有比较低的u值(lngrahamz1986)撚而用细菌(Hanusetal.,1958)或酵母(Shaw,1967)进行的研究还不能进行那样的观点，也没有弄清楚嗜冷微生物或嗜温微生物和生长温度范围Z间的相互关系。实际上是在0摄氏度或接近0摄氏度的吋候，许多嗜冷细菌在丰富的营养液培养基中的代吋只有仅几个小

6、吋，这与嗜温微生物是相当的。嗜冷菌的显著特征Z—就是他比嗜温细菌的代谢速率要低。随着温度的降低，嗜冷菌生长速率降低较慢，由于嗜冷酶在高于20摄氏度吋会失活,这是其必须低温生活的一个因素，当环境温度超过最高生长温度时，有些嗜冷菌的细胞溶解并随之死亡。(一)脂肪酸的改变膜脂对温度改变最重要的热响应是改变脂肪酰基组分，这己经被大量而广泛的研究资料所证明，因为他们的变化很容易用汽液相层析测出来(Russell,1984)o随着生长温度的变化膜脂头部基团组成发生的变化通常是非常小的。再生长出温度降低时，与膜脂的脂肪酰基有关的变化有以下一种或几种：1.增加不饱和度；2.降低平均链长度；3

7、.增加甲基分支；4.增加前异构分支与异构分支的比率。(二)生理合成机寒冷的环境(特别是陆地的)是受热不规则变化所支配的，因此，嗜冷微生物要这样的生态地区成为成功个竞争者，就必须在生理上能够适应。关于膜脂成分的适应，脂酰基组分和比率的改变，都是与温度改变的生物合成机制相关的。好氧的去饱和与短期的变化有关,而其他的如厌氧去饱和，链长和分支等是较长期的(Russell,1984)O通过研究生物合成机制，可以了解这些区别。随着温度的降低，有两种途径可以能够增加不饱和度，厌氧细菌使用所谓的厌氧途径,提供脂肪酸合成