海洋古菌的研究方法与进展【文献综述】

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1、毕业设计文献综述生物科学海洋古菌的研究方法与进展[摘要]海洋古菌是海洋生态系统的重要组成部分。通过对研究海洋古菌多样性的研究，有助于人们更深入地了解海洋。本文主要介绍了海洋微生物特别是海洋古菌及其研究进展与意义，并列举了当今科学界对海洋古菌及海洋微生物生态学研究方法，尤其是分子生物学方法所发挥的巨大作用。同时，还对今后该领域的发展前景进行展望。[关键词]海洋古菌；研究方法；分子生物学；展望前言海洋是一个巨大的生态系统，多样的微生物是构成海洋生态系统的基本元素。海洋微生物数量多，分布广，在整个生态系统中扮演着重要角色。21世纪人类社会面临“人口剧增

2、、资源匮乏、环境恶化”三大问题的严峻挑战，随着陆地资源的日趋减少，开发海洋，向海洋索取资源，尤其是海洋微生物资源越来越受到人们关注[1]。海洋又是十分独特的生态环境，包罗了高盐、高压、低温（尤其是深海）、低光照、寡营养等特点，还有无光照以及局部高温的极端环境。来自海洋的微生物大部分都是适应了极端环境的极端微生物。据估计海洋微生物可达0.1～2亿种。已发现的类群主要包括：病毒、古菌、细菌、放线菌、酵母菌及真菌等。海洋微生物的物种多样性决定了其代谢产物多样性，海洋环境是新型生物活性物质的源泉[2]。古菌是目前生物地球化学研究的热点之一，其不仅能在高温

3、、强酸、碱性条件、高盐度、缺氧等极端条件下存在，而且能在普通海洋环境中存活。其含量巨大，在全球的生物地球化学作用中正扮演重要角色。该领域研究对阐明生命运动的基本规律，揭示生命起源和物种进化，生物圈与地圈环境的相互作用具有重要意义[3]。海洋古菌是海洋微生物生态系统的重要组成部分，由于其所生存的极端环境，所以对其研究有极其重要的现实意义。1.海洋古菌及研究进展1．1海洋古菌主要生境特征5海洋面积占地球表面积的70%以上，因此海洋是一个巨大的生态系统，海洋中的各种微生物是构成海洋生态系统的基本元素，而海洋沉积物是海洋历史的见证，在漫长的地质年代里，由

4、河流和大气输入海洋的物质以及人类活动中落入海底的东西，这些物质包括软泥沙、灰尘、动植物的遗骸、宇宙尘埃等[4]。海底沉积物中蕴藏着巨大的生物量，是地球上微生物分布最为丰富的地区，其含量可能占全球生物量1/10～1/3，甚至达到原核生物量的65%[5]。研究表明古菌在海洋中的垂直分布规律是随着水深的增加，古菌含量增加，尤其是海底沉积物环境中，古菌的丰度明显增强。与陆地环境相比较，海洋沉积物处于海面以下几十米至数百名甚至数千米的环境，隐含着很多特殊的地址生态环境如深水底流、海底火山、海沟以及洋壳运动等[6]，因此海洋沉积物具有黑暗、低温、高压、高盐等

5、特征；海洋沉积物主要由尘埃、动植物遗骸等物质组成，因此又具有营养缺乏的特点[7]。1．2海洋古菌多样性海洋是一个极其复杂的生态系统，为了适应这种独特的海洋环境，在长期的进化过程中，微生物在五中类型、代谢类型、功能基因组成以及生态功能上形成了多样性。随着分子生物学和PCR技术的发展及其在系统进化分析上的广泛应用，使得海洋微生物的鉴定与分类也快速发展[7]。古菌可为Euryarchaeota和Crenarchaeota两个界，共五大类：甲烷型古菌(MethanogenicArchaeobacteria)、硫酸盐还原型古菌(Archaeobacteri

6、aSulfateReducers)、极端嗜热型古菌(ExtremelyHalophilicArchaeobacteria)、无细胞壁型古菌(CellWalllessArchaeobacteria)、极端嗜热型硫代谢菌(ExtremelyThermophSilicMetabolizers)，8个目、12个科[7,8]。1．3海洋古菌作用古菌可能是地球早期恶劣环境下惟一能生存的生物，它对研究生命起源有重要意义。在遗传信息的传递方面（如DNA复制、转录、翻译等）它们与真核生物相似；而在中央代谢（如产能）方面它们则与细菌相近。虽然现在还不知道古菌第一次在

7、地球上出现的具体时间，但是科学家们认为古菌在进化史上介于细菌和真核生物之间。对古菌的进化史研究为人们推测生命的起源进化问题开辟了一个新的领域[3,6]。5古菌生活在多样的生态环境中，在地球元素，如碳、氮和硫的循环中起着重要作用。某些古菌参与了氮循环的很多步骤，这包括硝化作用和反硝化作用。最近发现一些古菌在土壤的氨的氧化中起着关键作用，它们把氨氧化成亚硝酸盐，亚硝酸盐再被其他微生物作用生成可被植物吸收的硝酸盐。某些古菌参与了硫的循环，它们通过氧化岩石中的硫化物，使硫元素释放出来，这些硫元素可被其它有机体吸收，进入生物圈循环。在碳的循环中，产甲烷古菌

8、是极为重要的甲烷生产者。在海洋沉积物、沼泽、污水处理厂等厌氧环境下，该类古菌可以将有机物降解为甲烷。因此，这类古菌在全球温室效应中起着重