范文一：深海微生物的研究进展叶德赞2”

深海微生物的研究进展叶德赞2”

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X 巧 3

微 生 学 通 年 物 报

*

深 生 物 究 进

海 微 的 研 展

, 2

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叶 魏 文

赵 昌 会 德 赞 铃 ’

3

门 大 学 生 学 学 院 厦 门 6 1

厦 命 科 00 5 、

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国 局 海 生 物 源 重 点 室 国 洋 局 三 洋 所 门 6 1

家 海 洋 洋 遗 传 资 实 验 家 海 第 海 研 究 厦 、

:

摘 要 生 态 的 度 绍 了 深 海 生 物 的 来 源 生 相 方 法 展 望

从 学 角 介 微 营 养 物 多 样 性 及 关 研 究 并 。

深 海 生 源 的 开 发

微 物 资 前 景

, , , ,

:

关 词 深 生 营 源 生 物 多 法

键 海 微 物 养 来 样 性 研 究 方一

: : :

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, , 。

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于 以 下 区 面 于

深 海 一 般 指 的 是 位 海 洋 深 度 的 域 占 地 球 积 的 一 半 相

对 陆

, , ,

的 生 的 比 乏 生 的 生 活 不 活 面 到

地 境 海 洋 营 养 较 贫 微 物 命 动 跃 但 从 海 洋 表

, , ,

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的 海 沟 生 的 在 甚 至 底 泥 的 深 生 的 深 都 有 微 物 存 在 海 软 oo 处 都 存 在 微 物 , , 。 、 、

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口

生 活 万 的 生 川 温 火 山

命 动 它 们 约 有 00 年 活 史 在 永 久 低 除 外 高 压 黑 、 , ,

的 环 里 生 源 主 要 生 生 活 深

暗 寡 营 养 深 海 境 却 存 在 着 极 为 丰 富 的 物 资 为 微 物 在

,

生 必 的 调 和 开 的 生 活

海 的 微 物 然 有 其 特 殊 代 谢 控 机 制 代 谢 产 物 它 们 是 发

新 物 性 物 质

。

重 要 源

的 资

1

深 海 微 生 物 的 营 养 来 源

、 ,

生 生 量 巨 的 生 及 泥 生

深 海 境 中 存 着 种 类 繁 多 数 大 微 物 动 物 仅 海 底 软 中 原 核 物

。

’

〔 〕

1 1

。

的 量 总 的 八 到 /3 的 用

生 物 估 计 占 地 球 生 物 量 之 多 深 海 没 有 直 接 光 合 作 来 提 供

, ,

生 态 的 为 生 的 生

有 机 物 质 传 统 海 洋 学 观 点 认 洋 底 物 群 落 的 营 养 由 海 洋 真 光 层 初 级

。 , , ,

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%

生 海 生 以 上 吸 收 有

者 产 研 究 发 现 洋 真 光 层 产 的 有 机 质 99 在 00 被 矿 化 或 仅

, 。

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〔 〕

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以 的 达 是 生 态 源

且 难 降 解 物 质 到 深 海 它 却 维 持 深 海 系 统 的 基 本 营 养

泉

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97 国 重 点 基 础 究 专 项 费 助 项 目 8 5 家 研 经 资 No 04

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中 国 矿 究 开 发 开 发 助 项 目 3 大 洋 产 研 协 会 资 Y1 05? 一一

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收 00 期 X2 3 X 巧 33 生

年 微 物 学 通 报 、 、

一 系 的 活 及 的

这 些 沉 降 物 由 列 不 同 大 小 的 死 浮 游 植 物 浮 游 动 物 及

它 们 的 排 泄 物 组, , , ,

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于 下 sn

成 通 常 大 在 水 看 起 来 就 像 雪 花 被 称 为 海 雪 它 的 数 量

ow

。 ,

了 生 少 和 生 生

决 定 深 海 物 的 多 活 性 沉 降 的 海 雪 给 深 海 微 物 带 来 绝 好 的 长 机 会 它 们

,

D

N A

间 强 生 的 而

在 短 的 时 里 加 及 蛋 白 质 的 合 成 且 微 物 生 物 量 随 沉 降 物 的 季 节 性 变 化

。 , ,

生 的 以 己

变 动 微 物 产 生 水 解 酶 将 大 颗 粒 物 质 降 解 成 小 分 子 物 质 维 持 自 的 代 谢 活 动

,

海 生 比 的 以 的 生 的 生

这 表 明 深 微 物 表 层 更 为 有 效 地 利 用 难 降 解 有 机 物 质 深 海 微 物 长

。

可 比 围 的 和 环 要

受 营 养 来 源 的 影 响 很 能 周 高 压 低 温 境 的 影 响 大

,

生 态 细 可 用

2 0 世 纪 70 年 代 后 期 发 现 海 底 热 液 系 统 人 们 证 实 深 海 的 化 能 自 养 菌 利

, 。

上 底 生 另

地 壳 涌 的 矿 物 质 扮 演 初 级 生 产 者 的 功 能 成 为 洋 物 类 群 的 一 类 食 物 来 源 化

,

生 主 于 区 区 的

能 自 养 微 物 要 存 在 热 液 与 冷 泉 如 太 平 洋 东 部 加 拉 帕 哥 峡 谷 深 海 热 液

斯

, ,

2

区 近 的 贝 长

附 栖 息 着 大 量 管 状 蠕 虫 及 双 壳 类 有 许 多 管 状 蠕 虫 达 米 多 其 中 的 营 养

。

由 明 区 的

物 质 化 能 自 养 细 菌 如 硫 氧 化 细 菌 等 提 供 用 放 射 性 碳 标 记 证 热 液 化 能 合

, 。

区 生 的 主 区

成 非 常 活 跃 无 机 化 能 自 养 菌 是 热 液 的 物 类 群 要 营 养

物 质 冷 泉 也 存 在 着

, ,

的 生 区 的 生 十 两 区 的 生 于

丰 富 多 样 物 它 与 热 液 物 量 分 相 近 且 个 域 微 物 都 依 赖

对 硫

。 , 、

的 总 区 生

化 物 氧 化 为 能 源 之 深 海 域 中 的 微 物 利 用 海 洋 真 光 层

的 沉 降 物 海 底 上 升

。

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CO

的 环 的

矿 物 质 及 境 中 作 为 它 们 的 营 养 物 质 2

深 生

海 物 的 多 样 性

微

, , , ,

山 和 运 山

深 海 拥 有 深 水 底 流 诸 多 火 海 沟 地 壳 动 火 喷 发 等 它 隐

含 着 各 种 各

, 。

1

生 已 的

样 特 殊 的 环 境 在 这 些 特 殊 环 境 中 生 存 着 丰 富 的 微 物

类 群 如 表 发 现 深 海

、 、 、 、 。

:

生 主 要 细

微 物 类 群 包 括 病 毒 古 菌 菌 放 线 菌 酵 母 菌 及 真 菌 等

1 [’1

深 中 分 生 物

表 海 的 部 微

环 法 选 结 果

境 方 筛

,

西 门 主 菌

大 洋 包 括 深 海 未 培 养 古 菌 泉 古 菌 等 要 类 , ,

CFB

底 表 层 细 少 种 的

北 冰 洋 海 未 培 养 菌 较 类 古 菌 一 ,

,

,

极 深 海 海 未 培 细 变 形 广 门 南 水 养 菌 菌 门 古 菌

大 西 海 区 以 菌 属

洋 深 培 养 盐 单 胞 为 主

、 、

口

火 山 属 发 属 贝 日 阿 氏 属 海 底 培 养 硫 杆 菌 硫 菌 托 菌 等 一

区 未 广 门 1 1 W

南 极 深 海 培 养 古 菌 类 群 , 一 一

。 :

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以 未 培 基 础 于 1 6 基 因 列 细 中 的 噬 纤 属 属 拟 属

培 养 或 养 为 依 赖 rR 序 分 析 菌 分 类 维 菌 黄 杆 菌 杆 菌

, 、

3

和 主 甲

深 海 中 古 菌 的 种 类 数 量 都 很 多 要 包 括 嗜 盐 古 菌 嗜 热 酸 古 菌 及 产 烷 古 菌

。 ,

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马 里 1 0 的

大 类 群 Ta ka mi 等 通 过 平 板 培 养 法 从 亚 纳 海 沟 97 深 海 底 沉 积 物 中 分 离

, 、 ,

1

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了

到 数 千 个 微 生 物 菌 株 包 括 放 线 菌 真 菌 及 极 端 菌 等 用 rD 测 定 出 2 8 株 细

, 、 、 、 、 、 , ,

已

菌 其 中 有 嗜 压 嗜 盐 嗜 酸 嗜 碱 嗜 冷 嗜 热 等 有 的 基 因 序 列 经 测 定 但 对

、 。

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又

其 嗜 压 嗜 冷 及 嗜 热 等 机 制 还 在 研 究 中 如 肠 ng 对 深 海

嗜 压 菌 的 细 菌 系 统 发 育一 一 、 - r o e o a e e a a , o o a e e r

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分 析 表 它 们 分 变 形 菌 纲 中 的 ,、 、 , y

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枷 ell rit sP 属 尚 归 的

C o ell 个 及 未 明 确 类 还 有 人 在 深 海 沉 sP. sP.

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纲 细 和 的 兰 氏 阳 ag 积 物 中 发 现 变 形 菌 中 的 菌 含 量 较 低 革 性 菌 等 uk

, 、 ,

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等 从 印 度 洋 ha 海 沟 深 处 的 沉 积 物 中 进 行 真 菌 细 菌 分

离 培 养 发 现 从2 33 洲 巧 3

生 物 通 年

微 学 报

, 、

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深 可 1 0

底 质 表 层 到 处 都 分 离 到 真 菌 各 层 次 沉 积 物 中 细 菌 真

菌 的 丰 度 分 为

、 , ,

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2030 69 9 C U 胡 l l us 底 干 重 主 要 嗜 do 和

质 其 中 真 菌 包 括 一 些 未 、 、

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的 ga 中 ho do ho do 鉴 定 不 产 抱 子 真 菌 ha 等 从 深 海 分 离 到

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Kl 属 的 细

等 酵 母 菌 我 们 研 究 组 也 从 热 带 太 平 洋 的 底 质 中 分 离

到 菌 放 线

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、 , ,

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即 鉴 定 工 于 重 菌 酵 母 菌 及 霉 菌 5 0 多 株 将 完 成 菌 种 作 有 关 信 息 将

发 布 我 们 点 实

。 , ,

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gr rg

室 网 cn 可 以 预 生 验 站 见 随 着 研 究 深 人 深 海 微 物 的 多 样 性 的 内 容

~ 。

势 必 更 加 丰 富 3

深 生

海 微 物 的 研 究 方 法、 。

3 1

法 用 于 生 和 生 主 要

培 养 培 养 法 适 微 物 计 数 菌 株 分 离 特 殊 理 类 群 的 鉴 别 有 平

、 、 。 ,

法 绝 至

板 培 养 超 滤 膜 萌 发 法 灭 培 养 及 高 压 培 养 法 等 其 中 平 板 培 养 较 常 用 今 在

, ,

生 要 用 法 上 置

微 物 的 研 究 中 仍 起 着 重 作 超 滤 膜 萌 发 是 将 样 品 过 滤 到 滤 膜 并 将 滤 膜

, 。

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于 上 出 生 灭 nc on cu

营 养 琼 脂 培 养 基 培 养 可 研 究 长 的 微 物 菌 落 等 绝 培 养 E x

, ,

品 的 态 然 用 灭 后

也 称 寡 营 养 盐 培 养 这 种 方 法 是 将 样 稀 释 到 几 乎 无 菌

状 后 采 样 处 菌

, , 。

主 要 用 于 品 的 生

的 海 水 培 养 研 究 微 生 物 的 特 性 它 从 原 样 中 获 取 最 多 种 类 微 物 最

, 。

近 了 的

兴 起 的 高 压 分 离 培 养 为 分 离 到 新 的 菌 种 提 供 广 阔 前 景,

3 2

光 法 用 于 生 的 通 测

荧 显 微 镜 直 接 计 数 它 研 究 环 境 中 微 物 丰 度 过 定 细 胞 的 大 小

, , 。

19

而 生 量 生 要 的

求 得 其 体 积 进 换 算 成 细 菌 含 碳 物 为 态 学 提 供 必 信 息 77 年

, ,

o e e n e o r a n e a n

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H b b A d O I 嗯 al

用 进 然 后 用

等 运 叮 咙 橙 行 细 菌 染 色 过 滤 到 染r ;

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的 孔 已 品 1 9 的

黑 核 滤 膜 上 有 成 计 数 8 0 年 Po rte Fe 改 进 对 细 菌 染 色

方

, , 一 , ,

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用 比 这

法 采 染 色 与 染 色 法 相 种 方 法 受 一

, , , , -

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比 一 用 en l

荧 光 染 料 干 扰 较 小 背 景 更 清 晰 染 色 效 果 更 加 专 还 有

’ 。 ,

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S R ld Si er ki

I 后 ac 显 上 加

及 染 色 病 毒 或 细 菌 进 人 8 0 年 代 期 等 在 荧 光 微 镜 Go

, 、 ,

CCD

了 照 运 用 细

相 机 设 计 影 像 自 动 分 析 系 统 微 机 自 动 计 算 分 析 胞 的

大 小 使 得 分

。 ,

目 室 和 用 法 限 比

析 速 度 大 大 提 高 前 实 验 中 测 定 细 菌 大 小 丰 度 常 该 方

其 受 仪 器 制 较

, 。

1

9

已 国 91 的 调 国

小 成 为 我 年 颁 布 海 洋 查 规 范 的 家 标 准, 3 3

式 细 法 细 一 可 区 可

流 胞 仪 分 析 流 式 胞 仪 就 是 种 别 不 同 微 粒 及 细 胞 并 对

细 胞 进

。

的 纪 引 生 的

行 多 参 数 分 析 及 计 数 仪 器 2 0 世 90 年 代 末 流 式 细 胞 仪 人 到 微 物 学 研 究 领 域

, 、 , 、

主 要 于 量 的 生 如 的 藻 及

中 用 原 位 快 速 的 定 分 析 不 同 单 细 胞 微 物 水 体 中 微 细 菌

, 。

还 可 以 生

病 毒 等 研 究 微 物 的 代 谢 活 动 等.

、

:

3 3 1

及 用 型

测 定 微 藻 的 丰 度 种 类 代 谢 应 流 式 细 胞 仪 对 某 些 藻 类 快 速 的 进 行 超 微

、 、 。 、 、

区 一 蓝

生 物 类 群 分 数 量 测 定 细 胞 周 期 分 析 等 般 是 根 据 微 藻 细 胞 的 叶 绿 素 藻 素

, 、

的 长 差 异 测 不 组 和

藻 红 素 等 色 素 自 发 或 激 发 荧 光 的 波 同 步 检 大 小 同 藻

类 的 数 量 成

, 。 、 、

D A

N

比 还 可 配 子

各 组 分 的 例 此 外 追 踪 形 成 过 程 染 色 或 蛋 白 质 荧 光 标

记 抗 体 特

,

n

ei F DA

Fl re sc di et

乙 ac 细

殊 功 能 探 针 如 荧 光 素 二 酸 酩 uo 等 标 记 与 流 式 胞 仪 结

合

ate

。

的

进 一 步 提 高 人 们 对 微 藻 的 动 力 学 及 多 样 性 等 认 识. ,

:

3 3 2

的 的 主 显

测 定 病 毒 的 丰 度 及 种 类 培 养 法 测 病 毒 数 量 需 特 定 寄

微 技 术 如 扫

,

显 时 而 细 生 速 而 描 微 镜 不 仅 耗 且 不 易 操 作 流 式 胞 仪 在 线 检 测 微 物

包 括 病 毒 不 仅 快20 3 33

生

06 年 微 物 学 通 报 , 一 、 一 、

T 1 Y Y 1

O T o o O Pi 不 员 的 上 co

且 受 同 操 作 人 影 响 很 小 加 新 一 代 荧 光 标 记 物

, 。

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B

S Y R G re ee en 的 了

Gr 及 等 出 现 使 得 流 式 细 胞 仪 在 病 毒 的 研 究 中 显 出

优 势.

:

3 3 3

生 的 测

测 细 菌 的 丰 度 及 研 究 其 长 速 度 与 核 酸 含 量 关 系 等 流

式 细 胞 仪 单 细 胞 细

,

’

“ :

仁 〕

G as ol

生 生 细

菌 的 长 速 度 也 有 独 到 之 处 等 发 现 长 快 的 微 生 物 胞 往

往 是 高 核 酸

, 。

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细 生 绝

gh 胞 且 在 微 物 群 落 中 占 大 部 分 等 用 流 式 细

-

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了 酸 和

胞 仪 研 究 高 核 低 核 酸 细 胞 的 细 胞 特 异 性 一 ,

v

s e e e a e v o a s s s e e e a e

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p i i i A i m p i i i y B A A fi CS b fi S H N

ty 细

及 生 物 量 特 异 性 发 现 胞

, ,

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B S A N A

明 显 于 的 生 比 可

的 总 是 高 细 胞 细 胞 长 较 慢 鉴 定 这 类 微 生 物 能 更 有 意

, 。

生

义 它 将 为 研 究 深 海 难 培 养 的 微 物 提 供 重 要 参 考 价 值?

: u o r e s e e n e e n s u z a o n

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3 3 4 Fl h b d

生

研 究 微 物 的 多 样 性 应 用 荧 光 原 位 杂 交

, ,

S H S H

FI 的 FI 只 的 生 于

研 究 环 境 中 微 生 物 多 样 性 但 能 研 究 群 落 中 主 要 微 物 类 群 对

, 。

的 生 于 弱 而 用 已

某 些 特 殊 微 物 常 由 荧 光 标 记 太 无 法 荧 光 显 微 镜 检 测 流 式 细 胞 仪 广

, 、

用 于 于

泛 的 定 量 分 析 为 生 物 群 落 中 的 不 同 细 胞 类 群 它 依 赖 细 胞 的 不 同 散 射 光 自 发

, ,

N A

的 可 生

荧 光 及 荧 光 染 料 结 合 rR 探 针 荧 光 原 位 杂 交 技 术 鉴 定 出 微 物 的 复 杂 类 群 中

, ,

的 可 态 征

不 同 种 类 也 根 据 不 同 细 胞 的 形 学 及 生 理 学 特 的 差 异 将 其 分 类 收 集 并 进 一

, , 。

以 的 生 的

步 分 析 提 供 特 定 生 化 信 息 它 将 在 深 海 微 物 领 域 中 有 广 阔 应 用 前 景,

D A

3 4 N

子 生 物 法 面 主 于

分 学 方 该 法 在 深 海 方 要 用 研 究 微 生 物 的 多 样 性 特 别 是

, ,

“ ”

了 生 了

原 位 提 取 技 术 建 立 之 后 发 现 大 量 未 培 养 微 物 的 存 在 极 大 的 丰 富 深 海 微

。 ,

D

N A

生 了

物 的 多 样 性 另 外 通 过 定 量 分 析 深 海 微 生 物 多 样 性 与

丰 度 研 究 相 结 合 扩 展 。

生 态

分 子 学 的 研 究 内 容. ,

:

3 4 1

整 因 可 的

核 酸 杂 交 技 术 核 酸 杂 交 技 术 是 包 括 个 基 组 的 重 组 测

核 昔 酸 序 列 相

。 一 , 一 。

D A N

DN A N A DN A 源

似 程 度 用 杂 交 法 判 断 同 一 种 或 两 种 间 关 系 用 rR 杂 交

测 同 性

, ,

M

可 细 可

如 核 酸 杂 交 技 术 与 最 或 然 胞 数 法 结 合 估 计 序 列 相 似

度 划 分 特 定 分

PN

, ,

以 可 近 的 属 照 生 的 上 可 生

类 单 元 能 相 种 为 参 将 微 物 分 类 到 种 水 平 研 究 深 海 微

物 的

。

多 样 性.

、 、 、 一 -

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R P P R R T

3 4 2 P C P CR CR C P CR R 及 相 关 技 术 主 要 有 嵌 套 式 扩 增 竞 争 性 一 、 一 一 ,

e c

ti m P P R P

al C C CR

列 可 用 于

竞 争 性 及 微 阵 分 析 等 测 定 基 因 种 类 及

R

RT RT

。 一 ,

c

P

P CR CR

的 了 生 因

物 种 分 子 鉴 定 等 如 实 时 结 合 及 相 关 技 术 在 分 析 微 物

基 表 达

RT

、 、 、 。

面 的 生 的

方 具 有 十 分 灵 敏 快 速 简 便 高 通 量 优 点 这 些 将 是 我 们

研 究 微 物 关 键 技

, 。

术 也 必 将 是 我 们 打 开 深 海 未 知 微 生 物 世 界 的 金 钥

匙.

、

:

D

3 4 3 DN A R AP 于 主 要

基 多 态 性 的 技 术 有 随 机 扩 增 多 态 变 性 梯 度 凝 胶 电 泳

, , 。

D

G G E

可 于 生

法 用 分 析 混 合 微 物 群 系 中 微 生 物 的 多 样 性 不 同 菌 株 间 的 亲 缘 关 系.

:

3 4 4

测 即 用 列 发 生 已

核 酸 探 针 检 技 术 与 特 定 核 昔 酸 序 特 异 性 互 补 的 知 核 酸 片 段 作

。 , -

D A 16 P

N 5 N A c R

品 列 文 立

为 探 针 标 记 来 分 析 样 中 的 特 定 序 如 通 过 rD 克 隆 库 的 建

“ ”

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R

测

分 析 与 序 列 定 对 西 太 平 洋 暖 池 沉 积 物 中 的 细 菌 类 群

及 其 与 环 境 的 关 系 进 行 LP

, ,

‘ ‘

, s ,

〔 ] [ 」

3

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了 av en ch ag 了 生 分 析 等 从 永 冻 的 海 底 沉 积 物 中 分 离 得 到 5 3 株 微 物

通 过。

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1 D A es

65 N D ta l 主 ea sP

斑 点 杂 交 发 现 它 们 大 部 分 是 与 硫 循 环 有 关 的 细 菌 要

是 如 . 、 、

:

5 DN A

3 4

主 的 限 切 图

分 子 流 行 病 学 技 术 要 有 制 性 内 酶 消 化 质 粒 指 纹 谱 分

析

范文二：深海微生物极端酶的研究进展

研究综述 REV IEWS 深海微生物极端酶的研究进

展

The progress of research on bioactive enzymes of extremophiles

from deep sea

1 ,2 2李升康, 王玉桥

(1 . 汕头大学 理学院生物系 , 广东 汕头 515063 ; 2. 国家海洋局 海洋生物遗传资源重点实验室 , 福建 厦门

)361005

() 中图分类号 : Q55 文献标识码 : A 文章编号 : 100023096 20090520098205

[ 14 ] 21 世纪是海洋的世纪 ,海洋生物资源的开发和 Roberto 等研究了深海沉积物中细菌和病毒的丰 利用已成为世界各海洋大国竞争的焦点之一 ,其中 度与分布状况 ,发现了病毒丰度和分布在深海沉积 基因资源的争夺更是焦点中的重点 。抢占国际海洋 物中和在水体中不同 ,在深海沉积物中细菌数量多 生物基因资源研究的制高点刻不容缓 ,因此海洋生 于病毒。

物基因资源的保护和利用就显得更加紧迫 。研究海 1 极端高温酶 洋生物基因组及其功能 ,能深层次地探究海洋生命

的奥秘 ;发掘海洋生物基因 ,有利于保护海洋生物资 源 。深海环境是一个低温 ,高压 ,贫营养的暗环境。 深海微生物种类繁多 , 是一个宝贵的资源库 。 在我作为能够在这种环境生长繁殖的极端微生物 ,显示 国由于对深海微生物资源的研究起步较晚 ,而 且由了在其开发和应用方面的巨大潜力 。而在这些应用 于条件和技术的限制 , 能够分离培养的种类较 少, 这 方面, 最突出的便是极端酶的发现及其应用 。 大大限制了对深海微生物的开发利用 。目前 对深海深海热液区是深海中具有独特的极端环境 ,热

( ) 微生物的开发利用基本上处于应用研究阶 段 ,主要液口高温 250 , 400 ?、酸性 、富含矿质及还原物 集中在生物活性代谢产物和新酶开发两个 [ 1 , 2 ] 质 。自从 1977 年发现第一个热液区 、并首次从中发 方面。现古细菌以来 ,已在热液区发现 300 多种新物种 ,尤 在深海微生物的分离培养方面 ,已分离鉴定出 其是微生物资源丰富 ,热液区嗜热微生物已成为研 嗜压 、嗜碱 、嗜酸 、嗜盐 、嗜冷 、嗜热等极端微生物 ,已 经[ 3 , 4 ] 究热点 。我国在近两年来也逐步加大了海洋生物研 获得其中几株极端微生物的全基因组序列,对 这

究和开发的力度 ,但对深海热液区的生物学研究仍 些极端微生物的嗜压 、嗜碱 、嗜酸 、嗜盐 、嗜冷 、嗜 热等

是空白 。迄今为止 ,在深海热液区发现了 50 多个新 适应机制的研究还在进行中 。日本 、美国 、欧洲 等国都属 、160 多个新种的古菌和细菌 ,最近在太平洋中脊 启动了极端微生物的研究计划 。日本 Deep Star 计划热液口发现了一株可在 121 ?下生长的古菌 ,这是目 (每年斥资 300 万美元 ,采集太平洋不同深 度300 ,10 [ 15 ] 前为止已知的地球上生命耐受的最高温度。现代 ) 897 m的各种深海沉积物 ,进行细菌的 分离培养,获得 理论和环境证据证明嗜热微生物是地球上形成的第 很多菌株 , 包括多株深海沉积物中的 嗜压菌和耐压菌一类生命形式 [ 5,8 ] ,因此热液区的嗜热微生物对于生命 。科学家们调查了深海的火山 口生境中的微生起源的认识具有重要意义 。深海热液区的微生物在 物群落 ,发现了高浓度的化能异养 菌 ,研究表明这些极端环境下 ,形成了独特的组织结构 、酶系统及代谢 [ 9 ] 氧化硫细菌是火山口附近生物群 的初始生产者; 机制 ,探讨这些微生物的适应性机理 ,对认识生物的 对海底沉积物和火山口的细菌进 行了分离培养和多生理活动 、应激反应等方面具有重要的科学意义 。热 [ 10 ] ( 样性研究。在深海沉积物中发 现了放线菌 A cti ) nom ycetes、A l p ha 亚群和 Gamma 亚群 Proteobacteria [ 11 ] 以及低 GC 含量的革兰氏阳性 菌,对其中的放线收稿日期 : 2008212226 ;修回日期: 2009 202226 [ 12 ] 菌进行了种类及其生物转化活 性的调查研究。()基金项目: 国家大洋开发协会项目D Y7000M202 [ 13 ] () 作者简介: 李升康 19752,男 ,湖北恩施人 ,博士 ,副教授 ,主要从事 海Nold 等研究表明 Beta 亚群 Proteobacteria 是海底

洋微生物研究工作 , 电话: 0754 282902081 , E2mail : eslsk002 @hot2 mail. 沉积物微生物中的主要菌群 。 com

研究综述 REV IEWS

液区微生物处于食物链底部 ,比其它任何生物更能 自身适应高温环境。 嗜热酶和超嗜热酶相对来说是忍受高温 ,嗜热微生物耐高温的特点 ,可用于获得遗 人们最了解其三

传工程上的热稳定酶 。 维结构的两类酶 ,高温谷氨酸脱氢酶和柠檬酸合成

(近年来 ,感染嗜热微生物的高温病毒 高温嗜菌 酶的结构的研究表明了离子相互作用在嗜热酶中的

[ 16 ] [ 18 ] ) 体引起越来越多的科研工作者的关注。因为 ,高 重要性。在这两种酶系中 ,嗜热酶在离子偶联的 温嗜菌体可以作为一种模式系统来研究海洋微生物 数量和程度上都胜过中温酶 ,而且柠檬酸合成酶嗜 的生物化学及分子生物学特性 ,而且它们还影响生 热酶还包括亚单位的相互作用和羧基端氨基酸残基 物地球化学和生态系统进化过程 ,包括营养循环 、生 的作用 。但是 ,高温稳定性和离子相互作用的正比关 物分类 、生物种群结构 、遗传转换 、生物进化等 。高 系并不是普遍存在的。和嗜热古细菌 Py rococcus f 温嗜菌体的研究不仅可以丰富和发展对生命形式的 uriosus 相比 , 从嗜热细菌 T hermotoga m aritim a 中认识 ,而且在研究 、开发热稳定的工业用高温酶以及 分离的谷氨酸脱氢酶则有较少的离子偶联和较强 的

[ 19 ] 分子生物学工具酶等 ,有着广泛的应用前景 。迄今 疏水相互作用。这可能是细菌和古细菌在耐热 机为止 ,国际上有关高温嗜菌体的研究尚处于开始阶 制上的差异造成的 。至今还没有一个普遍的机理 可段 ,有关这方面的研究主要集中在嗜热古菌方面 ,噬 以解释蛋白质的耐热性 ,而且 ,目前大部分的研究 都菌体本身可作为独立的复制单元 ,用做克隆或表达 是定性的 ,有关嗜热酶稳定性结构因素的定量研 究载体。 还很少 。深海极端嗜热菌 Methanococcus j annas2

嗜热微生物高温酶的极端性质超出了传统酶催 chii 产生的蛋白酶的最适催化温度为 116 ?, 130 ?

[ 20 ] 化功能的临界范围 ,而现代工业加工过程正是极端 下仍有 活 性 , 是 目 前 已 知 最 大 耐 受 温 度 的 高 温 酶。酶作用的范围 ,极端酶无疑会给众多的应用领域增 耐热的蛋白酶 , 而且该酶酶活性和热稳定性 随压力添新的活力 。高温酶具有典型的热动力学稳定性 , 提高而升高 。实验表明升压可以提高海洋嗜 热菌的 它们与嗜温同系物具有相同的催化机制 。虽然核酸 DNA 多聚酶的稳定性。

序列同源分析 、氨基酸组成比较 、晶体结构比较 、突 人们对嗜高温酶和常温酶的氨基酸序列差异进

() 变实验都表明与嗜温酶 最适作用温度为 25,50 ?行了大量的研究 ,发现两者的序列大部分同源性很 相同 ,但当在嗜温宿主中表达时 ,高温酶却表现出热 大 ,只有在某些关键区域有少数的氨基酸变化 。另 稳定性。高温酶的热稳定性不是单一机制发生作 外有些同源酶是氨基酸序列同源性很小 ,出现大量 用 ,因此高温酶被生物学家 、化学家 、物理学家广泛 的氨基酸的取代和插入 。因此氨基酸序列的一级结 地用作模式系统认知酶的进化 、蛋白质热稳定性的 构在某种程度上决定了嗜高温酶的性质 。相比于常 分子机制以及高温对酶功能的抑制研究 ,这些研究 温酶 ,高温酶一级结构的变化会引起这些次级键变 成果有助于发展更有效的蛋白质工程策略和广泛的 化或者增加了次级键的数量 ,从而使酶分子的结构 生物工程应用前景。 更加稳定 ,因而也更具抗热性。

[ 17 ] ( ) 超嗜热古生菌中的热网菌属 Py rodicti um高温酶的研究方面 ,美国 、日本 、德国走在前列, 他 在 110 ?的条件下生长分泌的一种蛋白质具有两种 们主要研究来自海底热液口或火山口附近的嗜热 菌 ,酶活性 :一种是催化合成 A TP 的活性 ,另一种是具 利用从嗜热菌获得的高温酶研究酶的进化 、酶的 稳定有分子伴侣的活性 。当环境温度达到最高生长温度 和活性机制 、蛋白结构与功能关系 、极端环境的 生物并接近胞内蛋白质与酶的变性温度时 ,这种分子伴 催化机制等 。至今,许多高温酶基因已经被克 隆,如 T 侣通过重新折叠来保护其它蛋白质及酶对高热的稳 aq DNA 聚合酶 、淀粉酶 、糖化酶 、葡萄糖异 构酶 、葡定性 。但是在接近热网菌的最适生长温度时 ,细胞 萄糖苷酶 、果胶质酶 、木聚糖酶 、纤维素酶 、 荧光酶 、仅合成少量分子伴侣 。说明在一定温度条件下 光裂合酶 、麦芽四糖水解酶等 ,细 ,其中来自于 深海 的 嗜 热

[ 21 ] 菌能主动调节代谢并使合成分子伴侣的量随着温度 古 细 菌T hermococcus l i toralis 如 、T herm atoga m

[ 22 ] 的升高而增加 。只有在最高生长温度时才能合成大 aritim a等的热稳定聚合酶得到了 商业开发利用, 量的分子伴侣 ,用于保护蛋白质与酶的活性 ,从而使 已经创造了数十亿美元的经济效益。

99Marine Sciences/ Vol. 33 ,No. 5/ 2009

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[ 23 ] [ 24 ] 然而 ,我国此类研究刚刚起步 ,因此 ,对高温酶的研 : 如蛋白酶、脂 肪酶、纤 维素 酶洗涤添加剂

[ 25 ] 究开发大有可为 ,不仅可以形成新产业 ,而且为传统 可以作为洗涤添加剂 ,在洗涤行业具有广泛应 用 。产业的改造注入新的动力。 目前研究得较为深入的低温丝氨酸碱性蛋白酶 是由

嗜冷菌 Shewanella st rain Ac10 所产生的 , 该菌 能在 4 ?2 极端细菌低温酶 生长 , 最适生长温度在 20 ?附近 , 但上限 生长温度不

[ 26 ] 除海底火山口及其附近的地方 , 深海的温度一 。在酶的氨基酸组成中 ,低 温酶多偏好酸超过 30 ?

(般始终保持在 5 ??1 ?范围内 少数例外 ,如 Sulu 海性氨基酸 , 以此来增加蛋白质与溶剂 之间的 相 互 作

[ 27 ] 的 海 底 温 度 为 9 . 8 ?, 地 中 海 的 海 底 温 度 为 13 . 用 , 从 而 赋 予 蛋 白 质 更。酶的热稳定 多 的 柔 韧 性

) 5 ?,有人称之为世界上最大的冷藏箱 。在这里 生性也与疏水性氨基酸的含量和组 成密切相关 , 由疏水存的生物必须能耐受低温 。从目前能够分离得到 侧链聚集成簇所形成的疏水核, 是蛋白质稳定折叠构的低温微生物是寻找低温酶的绝佳资源库 。 象的重要力量与相应的中温蛋 白酶相比 , 低温丝氨

低温微生物的特殊基因及活性物质的研究与开 酸碱性蛋白酶中疏水性氨基酸 的含量明显减少 。这发是生物资源应用的重要方面 。例如 ,自然界中许 些结构因素的改变都导致了其 热稳定性的下降 。对多污染发生在河流 、湖泊及地下水等相对低温的环 海洋微生物产生的酶已有很多 研究 。海洋细菌和古境中 ,在这些环境中低温微生物对污染物的降解与 菌产生的酶常常具有特殊的性 质, 特别是在极端环境

下的活性和稳定性 。从6 500 m 深的海底沉积物中转化 、对自然界的物质循环起重要作用 。研究表明

[ 28 ] 耐冷菌能矿化甲苯等多种有机污染物 。冰晶产生细 分离到的 S porosarcina sp . DS K25产生的碱性丝菌在 - 3,5 ?形成冰晶 ,将冰晶形成负突变菌株接 氨酸蛋白酶活性在60MPa 下比在 1 个大气压提高了种到植物上 ,这些植物可免遭冰晶产生菌的攻击 ,从 近 1 倍 。而且升压可以提 高深海细菌某些酶的产酶

量 。从西太平洋分离的低 温耐压菌S he w anella 而对植物起到保护作用 。利用低温微生物进行低温

[ 29 ] 发酵可用来生产许多风味食品 ,不仅可以节约能源 , piezotolerance WP3 在高 压条件下培养 ,可以观察

到某些酶的表达量增强和 活性升高的情况 而且可以减少中温菌的污染 。有些分离自嗜冷菌的 ,有关这水解酶在相对低的温度下具有活性 。分离自低温微 方面的研究正在进行之中。 食品工业: 低温酶在食品生物的脂酶 、蛋白酶等在食品工业和洗涤剂添加剂 工业中有广泛的应用。

[ 30 ] 中具有很大潜力 。低温微生物在低温条件下具有相 β例如 ,低温2半乳糖苷酶可以在低温条件下降低 对高的生长速率且不受中温菌的污染 ,因而具有广 牛奶中乳糖的含量 ,而世界上有 2/ 3 的人由于缺乏 泛的应用前景。 β2半乳糖苷酶不能代谢乳糖 :在果汁工业中 ,低温果

胶酶可以降低果汁的粘性 ,使终产品变得澄清 ;在肉 ( 低温酶 cold2adapted enzymes , cold2active en2

食品工业中 ,低温蛋白酶有助于肉的嫩化 ;在面包工 ) zymes是低温微生物资源应用中最重要的一类活性

业中 ,低温淀粉酶 、蛋白酶 、木糖酶可以减少生面发 物质 ,它是指在低温条件下能有效催化生化反应的

酵时间 ,提高面包质量 ;低温淀粉酶是目前国际上研 一类酶 。低温酶与中温酶相比有以下特点 : 酶的最

究得最为成熟和透彻的酶 。与相应的中 、高温酶相 适反应温度较同源的中温酶低 0,30 ?;在较低温度

比 , 低温淀粉酶中与蛋白质稳定性构象有关的氨基 ( ) ( ) ( 下 < 40="" 酶的转换数="" kcat="" 或生理系数="" kcat/="">

酸残基的含量基本上都有所减少 , 并且酶分子的结 ) Km高于来自中温菌中的同类酶 ; 低温酶的热稳定

构柔韧性有所提高 。另外 ,低温酶还可以用在奶酪 , 性差。

酿酒工业等方面 。 低温酶的低温催化能力 ,低热稳定性使其在工

环境生物治理 : 利用低温微生物来处理土壤和 业应用上有以下的优势 : 通过温和的热处理使低温

水体中的污染物具有特别的优势 。环境温度季节性 酶失活 ,快速而经济地终止反应 ;生产过程在低温或

大范围的变化 ,降低了微生物分解有机污染物的效 室温下进行 ,无需加热和冷却 ,可以降低成本 ; 生产

率 。低温酶能在低温或中温下有效发挥催化作用 , 过程便于监控 。低温酶在工业领域的应用包括以下

所以低温菌是生物治理的理想材料 。例如多元醇的 方面。

100 海洋科学/ 2009 年/ 第 33 卷/ 第 5 期

研究综述 REV IEWS

低温降解已用于飞机跑道附近污染土壤的治理。 低,可以丰富我们所研 的极端酶进行纯化和性质研究

水活条件下的生物催化 : 商业合成的脂肪酸 究的酶的种类 ,进一步了解酶的结构和功能 ,从而更

好地开发好利用极端酶。 脂 、多肽 、寡聚糖衍生物和其它一些化合物水溶性较

差 。这一问题可以通过使用低温酶在低水活条件下 近几年来 , 随着分子生物学的发展 , 分子生物 的生物催化作用来解决 ,因为低温酶具有更强的柔 方法在分类上的应用日益广泛 , 特别是 PCR 扩增和 韧性 ,在低水活条件下易与底物结合 。除了低温酶 16S rDNA 序列同源性比较的应用 , 近年来一些较 的生物工程应用以外 ,对低温酶的耐冷机制的研究 为前沿的分子生物学研究手段开始运用于深海研 也是一个热点 ,它对于其它生物的基因工程改造具 究 ,如大规模的大片段 DNA 随机测序 ,基因芯片 ,实 有重要的应用前景。 时荧光定量 PCR 技术 ,这些技术以及将来可能开发

由于低温酶独特的分子结构 , 使其具有了明显 的新的研究手段的运用 ,必将揭示海洋中具有巨大

利用价值的基因资源及微生物来源的酶类物质 ,直 不同于与其对应的中 、高温酶的特征 : 酶的最适反应

温度低 ; 酶反应所需的活化自由能低 ;酶的热稳定性 接造福于人类 。

低 , 在高温下易失活 。因此 , 深海来源的低温酶在 参考文献 : 生物技术应用中可作为一种既能在低温下高效催化

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求和培养条件了解不多 ,使得能在实验室培养的种 () bacteria. Extremophiles , 1997 , 1 3: 1112116. 类还较少 , 据估计只有 1 %左右 。深海微生物培养 所[ 6 ] Hubel A , Brandau S , Dresel A , et al . A member of

the ClpB family of st ress proteins is expressed during 要求的特殊条件如高压 、高温或低温以及特殊的 营

heat shock in Leishmania spp [J ] . Mol Biochem Parasi2 养要求 , 目前世界大多数实验室难以达到 , 这极 大地

() tol , 1995 , 70 122: 1072118. 限制了对深海微生物资源的研究开发和利用 。 对一

[ 7 ] Kato C , Li L , Nakaumura Y , et al . Extremely ba2 些深海细菌如 S phingomonas sp . PB2256 , S h2 ew

rophilic bacteria isolated f rom the Mariana Trench , anella piezotolerance WP3 和 Cycloclasticus

Challenger Deep , at a depth of 11 000 meters [J ] . Appl oliogot rop hus 的基因组全序列测定有助于了解深海

Environ Microbiol , 1998 , 64 : 1 510[ 31 ] 21 513. 细菌的各种特性 , 以增加深海细菌的可培养性。 [ 8 ] Kato C , Sato T , Horikoshi K. Isolation and properties 尽管从深海取得的样品目前能够在实验室内进行高 of barophilic and barotolerant bacteria f rom deep2sea 压低温培养 ,但由于目前培养技术的限制和对深海 mud samples [J ] . Biodivers Conserv , 1995 , 4 : 129. 微生物的了解不充分 , 许多深海微生物不可培养, 特 [ 9 ] Ishii A , Nakasone K , Sato T , et al . Isolation and cha2 别是寡营养微生物。因此 ,传统的分离培养方法在 racterization of the dcw cluster f rom the piezophilic 深海微生物种类调查中不可避免地漏掉一些种类。 deep2sea bacterium S hew anella violacea [J ] . J Biochem

深海中存在各种各样的极端微生物如嗜高温 () ( Tokyo) , 2002 , 132 2: 1832188. 菌 、嗜冷菌 、嗜酸菌 、嗜碱菌 、嗜压菌 、嗜盐菌等等 。 [ 10 ] Durand P , Benyagoub A , Prieur D. Numerical taxo2 他们是各种极端酶的产生菌 。深海因此成为分离和 nomy of heterotrophic sulfur2o xidizing bacteria isola2 纯化各种极端酶的重要资源库 。对这些极端菌产生 ted f rom southwestern Pacific hydrothermal vents [J ] .

101 Marine Sciences/ Vol. 33 ,No. 5/ 2009

研究综述 REV IEWS

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()本文编辑 :康亦兼 [ 22 ] Rinker K D , Kelly R M. Effect of carbon and nitrogen

102 海洋科学/ 2009 年/ 第 33 卷/ 第5 期

范文三：深海微生物研究进展

研究 综述 R

深海微生物研究进展

Pro g ress in dee p -sea microbiolo gy 陈秀兰 , 张玉忠 , 高培基

(山东大学微生物技术国家重点实验室 , 济南 250100) 中图分类号 :Q93

文献标识码 :A

文章编号 :1000-3096(2004) 01-0061-06

收稿日期 :2002-06-26; 修回日期 :2002-08-30

基金项目 :国家 863计划海洋生物技术主题青年基金、 国家 自然科学基金、 教育部科技计划、 霍英东教 育基金会青年教 师基金资助项目。

作者简介 :陈秀兰 (1966-) , 女 , 山东栖霞人 , 博士 , 讲师 , 目 前在研项目主要为国家 863计划课题 , E-mail:cxl0423@sina. com. cn; 高培基 , 通讯联系人 , 电话 :0531-8364429, E-mail:g ao pj @sdu.edu. cn, Fax:0531-8565610

海洋占地球表面的 70%以上 , 虽然与陆地的某 些生态环境相比 , 海水 , 尤其是深海 , 营养相对贫乏 ,

微生物活动不是十分剧烈 , 但从海水表面到 108600m 深的海底淤泥中都存在着微生物。近年来 , 海洋微生物 的研究日益被重视 , 对海洋微生物的生态调查、 生理和

遗传特征以及开发利用都有许多研究 [1~3]

。深海是一个 特殊的生态环境 , 这里永久低温 (火山口除外 ) 、 高压、 黑 暗。对深海微生物的研究不仅有助于了解生命的起源 , 而且可以了解各种极端微生物的生活特性 , 有助于对深 海微生物资源的开发利用。

1深海生态环境的特征

深海一般指 1000m 以下的海洋 , 积的 75%。 海洋的平均深度为 3800m, 最深的海沟为 11000m , 而 6000m 以下的深海只占海洋总体积的 0. 1%, 因此地球上绝大部分的深海都为 1000~6000m 深。深海生态环境具有如下特征 :

1. 1高压

由于地球引力的作用 , 每下降 10m, 压力就增加 1个大气压。 因此生长在 5000m 深度的生物 , 必须能 耐受 500个大气压的压力。

1. 2低温

除了海底火山口及其附近的地方 , 深海的温度 一般始终保持在 3 1 范围内 (少数例外 , 如 Sulu 海的海底温度为 9. 8 , 地中海的海底温度为 13. 5 ) , 有人称之为世界上最大的冷藏箱。 在这里生存的 生物必须能耐受低温。 但在海底火山口上及其附近的 地方 , 温度高达 100~400 , 在这里生活着世界上最 嗜热的微生物。

1. 3黑暗

在 1000m 以下的深海 , 完全没有太阳光 , 这里仅

有的光线是少量的生物发光和同位素产生的射线。 因

此在深海没有进行光合作用的生物存在。

1. 4有机物含量低

由于光线只能到达水深 300m, 因此光合作用也 只能在 300m 以上的海水中进行。据估计 , 海洋中光 合作用产生的有机物 95%在 300m 以上被消耗。 在深 度 300~1200m 的海域内 , 4%的有机物被分解掉 , 只 有 1%的光合作用产物可达 1200m 以下的深海和海 底。

1. 5盐度

深海的大部分地方的盐度同海水一样为 30左

右。生活在深海的生物均能耐受 30以下的盐度。

总之 , 深海环境一般为高压、 低温、 黑暗、 高盐、 寡 营养。 生活在这种特殊环境下的微生物必然有特殊的 生理代谢机制。

2深海微生物的研究方法

由于深海的特殊环境及微生物生长代谢的特殊

性 , 对深海微生物的研究从取样到培养都有其特殊 性。归纳起来深海微生物的研究有以下几种方法。

2. 1原位研究

在 80年代之前 , 由于在实验室内保持高压的技 术还未发展起来 , 因此研究深海微生物代谢机制主要 采用原位研究方法。 主要是比较深海微生物在深海和 在实验室 1个大气压低温条件下的生长 , 对 C, N 的利 用 , 转化速率等。将玻片等装置置入海底进行原位培 养是研究深海微生物种类常用的方法。在原位研究 中 , free vehicle

2. 2分离培养

虽然原位研究在研究深海微生物的生长及代谢 状况上取得了一定的进展 , 但是原位研究不能观察微 生物生长的动态过程。因此随着高压恒化技术的发 展 , 对深海微生物的实验室研究越来越多。在实验室 内对从深海采集的样品在常压下和高压下进行分离 培养 , 不仅可以了解深海中存在的微生物种类而且可 以随时观察温度和压力对深海微生物的影响。 实验室 内分离培养是目前研究深海微生物最常用的方法 , 也 是对深海微生物进行开发利用的基础 [5]。

2. 3分子生物学方法

尽管从深海取得的样品目前能够在实验室内进 行高压低温培养 , 但由于目前培养技术的限制和对深 海微生物的了解不充分 , 许多深海微生物不可培养 , 特别是寡营养微生物。因此 , 传统的分离培养方法在 深海微生物种类调查中不可避免地漏掉一些种类。 近 几年来 , 随着分子生物学的发展 , 分子生物方法在分 类上的应用日益广泛 , 特别是 PCR 扩增和 16S DNA 序列同源性比较的应用。 利用分子生物学方法研究深 海微生物发现在深海环境中微生物的种类数目要比 传统的分离培养方法分离到的种类要广泛得多 , 而且 大多数种类是不可培养的和没有鉴定的 [6~9]。因此 , 利用分子生物方法研究深海微生物对发现新的微生 物种类特别重要。 尽管利用分子生物学方法可以得到 更多的生物多样性 , 传统的分离培养方法仍有重要的 意义。 因为调查深海微生物多样性的目的之一是为了 开发利用 , 而要利用某种微生物资源 , 首先必须是可 培养的。 3深海微生物多样性

深海中微生物种类和数量之多超乎人们的想 象 , 在深海海水中存在着各种微型浮游微生物 , 海底 沉积物中微生物的种类更为广泛 [10]。 Takami 等通过 平板培养在 10898m 深的海底沉积物中发现其中的 微生物包括放线菌、 真菌、 非极端菌和各种极端菌如 嗜碱菌、 嗜热菌、 嗜压菌、 嗜冷菌等 , 通过 16S rDNA 同 源序列比较发现其中的微生物种类远比培养出来的 多。 由于深海绝大部分处于低温 , 可以肯定 , 在这里生 长的微生物大多为嗜冷或耐冷的。在 2500~6500m 深的海底沉积物中 , 分离的微生物可以证实这一点 , 其中大多为嗜冷的 , 在 20 以上不能生长。 例如菌 株 DB67在 1个大气压下 10 以上则不能生长 , 但在 高压下 , 其生长温度则要高一些。

深海中无论是海水还是沉积物中 , 古菌的种类和 数量都很多 , 深海中古菌主要包括嗜盐古菌、 嗜热酸 古菌、 产甲烷古菌三大组群。 深海中细菌包括化能 自养菌和化能异养菌两大类 , 化能自养菌通过氧化还 原无机底物获得能量 , 转化二氧化碳形成有机分子 , 是深海中的初级生产者 , 对生物和地球化学过程中 还原元素的循环起关键作用。 根据氧化底物不同 , 深 海化能自养菌主要包括三大类群 :硝化细菌 , 氧化 NH +4 NO 2或 NO 3 NO -3, 在深海氮循环中起重要 作用。氧化还原型无机硫化物的细菌 , 这类菌在火山 口附近广泛分布 , 包括许多分类上相距很远的细菌。 甲烷氧化细菌主要分布在海底沉积物上层 , 其所利用 的底物甲烷由沉积物深层生物厌氧产生。 深海中化能 异养菌包括革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌。 对深海革 兰氏阳性菌的研究报道比较少 , 有证据表明在海底沉 积物中存在着革兰氏阳性菌。 对深海革兰氏阴性菌的 研究较多 , 大多为假单胞菌科和弧菌科的菌 [11~13]。 放线菌在深海细菌中占的比例较少 , 研究也较 少。 在海洋中分离得到的放线菌是否来自于陆地还很 难肯定。但目前已知 Dietzia m aris 和 Rhodococus mari -nonascens 确实是海洋中存在的放线菌 , 并非来自陆 地。 Moran 等报道他们从海底沉积物中分离的链霉菌 种类占将近 4%, 并且认为它们不是来自陆地。在太 平洋水域中分离的可培养放线菌还不到分离细菌总 量的 1%。

病毒也是海洋微生物的重要成员之一。 研究发现

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深海中病毒的含量较低 , 病毒与细菌的比例也明显低 于其他地方。 有的沉积物中甚至没有发现病毒。 深海 中病毒含量低的原因目前还不清楚 , 可能与压力、 低 温、 细菌生长缓慢等因素有关 [14, 15]。

与海底的永久低温环境相反 , 在海底火山口及 其附近存在着一个由高温 (400 ) 到低温 (30 ) 的环境。 在这个环境中存在着适应各类温度的微生 物 [13, 16]。 有的最适生长温度为 25 , 有的最适生长温 度达 100 , 在海底火山口分离到的微生物甚至能在 250 下生长。由于火山口附近富含还原型硫化合 物 , 因此在这里生长的细菌大部分为硫氧化菌 , 如硫 杆菌属 (Thiobacillus ) , 硫微螺菌属 (Thiomicrospira ) , 发硫菌属 (Thiothrix ) 和贝日阿托氏菌属 (Be gg iatoa ) 等。 除硫化物之外 , 火山口附近还富含 C, M g , Mn, Fe, Ca 等元素 , 因此除了硫氧化菌之外 , 还有一些其他类 型的化能自养菌。 对火山口附近的微生物生态调查表 明 , 这里主要有六大类微生物 :(1) 以铁锰氧化物为能 源的细菌群。 (2) 长杆状的 H yp homonas h yp homicrobium 型细菌广泛存在。 (3) 蓝细菌状的丝状体 , 经常被观察 到。它们很难与 Calothrix 在形态上相区分 , 一些含有 异型胞。 它们可能就是化能合成的蓝细菌。 (4) 在这里 有 15%的细菌含有大量的细胞质膜系统。这些有机 体根据形态被鉴定为 I 型甲基营养菌。 (5) 在所有被 调查的火山口区 , Thiothrix 或 Leucothrix 类的附着丝 状体都被普遍观察到。 (6) Beggiatoa 类的非附着型丝 状体首先在人工放置于火山口的石板上发现。 在一个 火山口样品中 , 一种厌氧的螺旋体首先在显微镜下观 察到 , 尔后被分离出来。总之 , 在海底火山口附近 , 存 在着大量的微生物 , 近几年来 , 分子生物学方法研究 火山口样品表明 , 在这里存在的微生物种类比目前实 验室分离出来的要多得多。因此 , 还有更多的微生物 种类有待于我们去分离研究 , 这要依赖于分离培养技 术的进一步提高。

在海底不仅存在各类微生物 , 也存在很多种原生 动物和后生无脊椎动物。 深海微生物与海底后生动物 存在着各种类型的共生关系。目前已知至少双壳纲、 钙质海绵纲、 珊瑚纲、 环节动物纲、 多毛纲、 甲壳纲与 海参等 7个纲的动物具有共生菌。 与这些动物共生的 微生物也是种类繁多。据报道与海绵 (Cerato p orella nicholsoni ) 共生的有 80种细菌 , 生物量占海绵中质近 60%, 而且这些细菌不存在于周围的海水中。与 Pol y s y neraton athostrotun 共生的有 60株细菌 , 其中包 括 17株放线菌。 与寡毛类动物 Olavius loisae 共生的有 一种 -proteobactericmn 和一种螺旋体。与太平洋火 山蠕虫和甲壳类动物共生的菌有异养的也有化能自 养的 , 有可培养的抗重金属菌株 , 也有不可培养的丝 状 -Proteobacterium 。而在中大西洋 Ridge 火山口附 近 , 附生于贝类 Rim icaris exoculata 上的主要是一种 -Proteobacterium 。 这些与动物共生的菌大部分还 不能分离纯化培养 , 目前只有与海绵共生的少数菌得 到分离培养。 这些与菌共生的动物大多数发现于海 底火山口附近 。在这里 , 化能自养菌是初级生产者 , 它们固定能量为共生动物提供能量 , 形成一个简单的 食物链 [17]。

4深海微生物的嗜压与耐压特征及其 机制

随着海水的加深 , 深海的静水压越来越大。因此 生活在深海的微生物均为嗜压或耐压微生物。 嗜压菌 是指最适生长压力大于 40MPa 的细菌 , 耐压菌是指 最适生长压力小于 40MPa, 在 1个大气压下能正常生 长的细菌 [18]。 嗜压或耐压是深海微生物的显著特征。 Kato 等分离到多株嗜压与耐压菌 , 它们的生活深度与 嗜压特征如表 1所示。

对深海菌的嗜压与耐压机制目前还不十分清 楚。对深海菌的膜脂不饱和度的研究表明 , 随着生长 压力的增加 , 这些菌的膜脂不饱和度也在增加 [23]。 随 着生活深度的增加 , 细菌的世代时间也趋于增加。 Michels 等 [24]报道深海嗜热嗜压菌 Methanococcus jan -naschii 产生嗜压的蛋白酶 , 当压力增至 500个大气压 时 , 酶的热稳定性提高 2. 7倍 , 酶催化反应速率提高 3. 4。 Barttett 等将嗜压菌 SS9研制成一个研究压力对 细菌影响的遗传模型。他们发现 SS9的外膜蛋白 om p H 的合成量受压力调节。 om p H 是一种孔蛋白 , 形 成有机分子穿过外膜 进入胞质的通 道。嗜压菌 DB6705的一个受高压激活的启动子已被克隆到 Es -cherichia coli 中 , 其所表达的基因序列与 om p H 启动子 相同。在 E. coli 转化子和 DB6705中 , 基因的表达都 是在转录水平上受高压诱导。在这个启动子下游 , 有 两个 ORF 被认为是受压力调节的操纵子 , 它们在高 压下表达 , 在 70MPa 下表达量最大 , 不能在 1个大气 压下生长的 E. coli 细胞中表达。 这些压力调节的操纵 子在许多深海细菌中具有高度保守的序列 , 因此 , 它 们可能在深海细菌适应深海压力方面起着重要的作 用 [25]。另外 , 从耐压菌 DSS12中鉴定出另外一个压力 调节操纵子 [26]。这些研究为深入了解嗜压菌的压力

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表 1 已分离到的部分嗜压菌与耐压菌的特征

菌株

最适生长特征

压力 (M pa) 温度 ( )

来源 深度 (m) 参考文献

高度嗜压菌

DB55015010S uruga Bay 2485[19] DB61015010Ryukyu Trench 5110[19] DB67055010Japan T rench 6356[19] DB69065010Japan T rench 6269[19] DB172F 7010Izu-Binin Trench 6499[20] DB172R 6010Izu-Binin Trench 6499[20]中度嗜压菌

DSS 12308Ruykyu Trench 5110[19] DSJ41010Ruykyu Trench 5110[21]耐压菌

Dsk10. 110Japan T rench 6356[19] Dsk250. 135Japan T rench 6500[22]

调节机制奠定了基础。

5深海微生物的开发利用

深海微生物种类繁多 , 是一笔宝贵的资源。 但由 于对深海微生物资源的研究起步较晚 , 而且由于条件 和技术的限制 , 能够分离培养的种类较少 , 这大大限 制了对深海微生物的开发利用。 目前对深海微生物的 开发利用基本上处于应用研究阶段 , 主要集中在生物 活性代谢产物和新酶开发两个方面。

5. 1生物活性代谢产物

由于深海特殊的环境导致深海微生物代谢途径 有可能不同于其他环境中的微生物 , 因此深海微生 物有可能是生物活性代谢产物的重要资源。 海洋苔 藓动物 Bugnla neritina 产生的抗癌药 bryostatin 已获专 利 [27]。其他无脊椎动物如珊瑚、 海鞘、 海绵等均已被 证实能产生新的有用的化学药物 , 有的已经进入临床 试验。 有越来越多的证据表明海洋细菌能合成新的有 效化合物如抗生素、 抗病毒、 抗癌以及有其他药理活 性。海洋古菌也是新的次级代谢产物的重要资源。 对海洋共生菌的次级代谢产物的研究也较多。 Flow -ers [28]等用密度梯度离心的方法将 Oscillatoria spongeli -ae 与其共生的海绵 D y sidea herbacea 分开 , 并且证明 这种共生菌产生新的次级代谢产物 chlorodiketo p i p e-r azines 。利用同样的方法 , 该研究小组 [29]证明海绵 Ha-lichona s p . 细胞不是共生菌产生的一种细胞毒素碱 haliclonac y clamine [29]。 海绵与其共生菌的分离已取得 一定的进展 , 但是目前绝大多数的共生菌与其寄主还 无法分离培养 , 因而难以确定有效次级代谢产物到底 是谁产生的 , 这极大地限制了对这些有效化合物的应 用研究。无论是自由生长菌还是共生菌 , 其有效次级 代谢产物的产量都很低。由于这些化合物结构复杂 , 采用化学合成往往很困难 , 而且成本高 , 因此要开发 利用这些次级代谢产物 , 首先要分离培养生产这些次 级代谢产物的菌株 , 确定稳定的培养方法 , 优化发酵 工艺 , 从而提高次级代谢产物的产量。

5. 2酶

对海洋微生物产生的酶已有很多研究。海洋细 菌和古菌产生的酶常常具有特殊的性质 , 特别是在极 端环境下的活性和稳定性 [30,31]。从 6500m 深的海底 沉积物中分离到的 S p orosarcina s p . Strain DSK25产生 的碱性丝氨酸蛋白酶活性在 60MPa 下比在 1个大气 压提高了近 1倍。 而且升压可以提高深海细菌某些酶 的产酶量 [32]。 深海极端嗜热菌 Methanococcus j annaschii 产生的蛋白酶的最适催化温度为 116 , 130 下仍 有活性 , 是目前已知最耐热的蛋白酶 , 而且该酶酶活 性和热稳定性随压力提高而升高。 实验表明升压可以 提高海洋嗜热菌的 DNA 多聚酶的稳定性 [33]。另外从 深海分离到了一些细菌和酵母能够分解原油 , 多聚芳 香环碳水化合物以及胆固醇等。

深海适冷微生物产生的适冷酶在食品、皮革加 工、 洗涤剂和生物医药等行业具有应用价值。 从南极 海水中分离到的 Alterom onas halo p lan ctis 产生的适冷

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-淀粉酶已被详细研究 [26]。 本文作者 [34]从 1855m 深 的 海 底 沉 积 物 中 分 离 的 适 冷 菌 Pseudom onas s p . SM9913产生的蛋白酶具有适冷性 , 最适酶活温度 为 30~35 。这些适冷酶在食品、 皮革加工、 洗涤剂 和生物医药等行业具有很好的应用前景。

6展望

从目前的研究结果可以肯定深海具有丰富的微 生物资源 , 但由于我们对海洋微生物的特殊营养要求 和培养条件了解不多 , 使得能在实验室培养的种类还 较少 , 据估计只有 5%左右。深海微生物培养所要求 的特殊条件如高压、高温或低温以及特殊的营养要 求 , 目前世界大多数实验室难以达到 , 这极大地限制 了对深海微生物资源的研究开发和利用。 对一些深海 细菌如 Sphin gom onas sp. Strain PB2256和 Cycloclasti -cus oliogotrophus 的基因组全序列测定有助于了解深 海细菌的各种特性 , 以增加深海细菌的可培养性。 人类对药物需要越来越迫切 , 新药的研究也越来 越热。 海洋微生物特别是深海微生物产生的有效次级 代谢产物正成为人们开发新药的新的资源。 而目前海 洋微生物代谢产物被筛选的仅为 1%左右 , 因此大量 的海洋微生物次级代谢产物有待于人们去研究。 深海中存在着各种各样的极端菌如嗜热菌、 嗜冷 菌、 嗜酸菌、 嗜碱菌、 嗜压菌、 嗜盐菌等。 它们是各种极 端酶的产生菌 , 因此深海微生物是分离纯化各种极端 酶的重要资源。 对这些极端菌产生的极端酶进行分离 纯化和性质研究 , 可以丰富我们所研究的酶的种类 , 进一步了解生物酶的结构和功能 , 对极端酶进行开发 利用。

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(本文编辑 :刘珊珊 )

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范文四：食品微生物检测技术的研究进展

食品微生物检测技术的研究进展

摘要：随着食品工业的迅速发展，建立食品微生物快速检测方法，对食品生产、运输、销售过程中质量的监控具有十分重要的意义。本文从生化、免疫学、代谢学、分子生物学等几个方面介绍了几种食品安全检测的方法与技术，并概述这些检测技术对食品安全的重要作用及影响。

关键字：食品微生物 检测技术；研究(关键词改了一下) 酶联免疫；PCR ；基因芯片；流式细胞术

Detection Technology Research Progress of Food Microbiology Abstract: With the rapid development of food industry ，the establishment of food microbiology rapid detection method for the quality monitoring during food production, transportation and sales is of great significance. In this paper, several food safety detection methods and technologies were introduced based on biochemistry, immunology, metabolism, molecular biology and instrument of testing methods and techniques, and summarized the importance and impact of these tests on the food safety.

Key words: Detection technology; ELISA; PCR; gene chip; flow cytometry

随着人们生活水平不断提高，食品安全问题越来越受到重视，微生物对食品食品安全的影响也相应地备受关注。特别是近年来世界各国都相继发生的重大的食品安全事件，从而给食品安全敲响了警钟。因此，灵敏度更高、特异性更强、简便快捷的食品安全检测技术和方法，建立和完善食品安全微生物检测技术和体系迫在眉睫[1]。近几年各国的许多机构和学者都致力于快速检测技术和方法的研究，已改进和开发了一些快速的检测技术和方法，微生物检测技术已由培养水平逐步向分子水平迈进，本文对食品中微生物的快速检测方法进展情况进行综述，以利于对食品进行筛选和检测，最终达到预防肠道传染病和食物中毒的发生的目的。

1. 生化检测技术

生化检测技术包括了生化试剂盒（生化鉴定管法）、鉴别培养基法、快速测试片法和快速生化检测仪器法。

生化试剂盒(生化鉴定管) 的原理就是将多种常用的细菌生化分析试剂、培养基集成在特定的微型化的装置中，将传统方法中需要多次完成的实验改进为一次完成，其优点是能够在短时间内获得结果，从而节约了样品的分析时间，节约成本，提高了检验速度[2]。

鉴别培养基是在培养基中加入某种试剂或化学药品，使难以区分的微生物经培养后呈现出明显差别，因而有助快速鉴别某种微生物的一种培养基。例如对大肠杆菌O157:H7进行检测的SMAC 琼脂培养基等，其主要原理是细菌产生特定的代谢产物同培养基中生化物质进行反应，从而根据不同的颜色进行判断[3]。

快速测试片法是指以纸片、胶片等作为培养基载体，将特定的培养基和显色物质附着在载体上面，通过微生物在其上的生长、显色来测定食品中微生物的方法。其具有以下优点：可测定少量检品、操作简便、易消毒保存、价格低廉、污染小、能真实反应检品中的细菌数等[4]。目前已商品化的微生物测试片有：菌落总数测试片、大肠菌群测试片、霉菌和酵母菌测试片、沙门氏菌测试片和金黄色葡萄球菌测试片。

微生物的自动化检测具有操作标准化、简便、快捷、准确率高等特点，是微生物检测发展的方向之一。国内外现在已有很多全自动微生物分析系统问世，如Vitek 系统、Biolog 系统、Midd 系统、Sensititre 系统、Autosceptor 系统、BAX 系统和Phoenix 细菌鉴定/药敏试验系统等，其中法国生物梅里埃的Vitek-Ams 系统已被AOAC 列为法定分析法。

2 免疫学技术

免疫学技术包括免疫荧光技术(IFT)、 免疫扩散技术(IDT)、酶联免疫吸附技术（ELISA ）和酶联荧光免疫分析技术(VIDAS)

免疫荧光技术就是将不影响抗原抗体活性的荧光色素标记在抗体(或抗原) 上，与其相应的抗原(或抗体) 结合后，在荧光显微镜下呈现一种特异性荧光反应。可用来对沙门氏菌、李斯特菌、葡萄球菌毒素、E.ColiO157和单核细胞增生李斯特氏菌等进行快速检测。王军等[6]建立了养殖大黄鱼病原溶藻弧菌的间接荧光抗体免疫快速检测技术。此技术的主要特点有特异性强、敏感性高、速度快。但还存在不足，如非特异性染色问题尚未完全解决，结果判定的客观性不足，技术程

序也还比较复杂。

免疫扩散技术(IDT)，在免疫扩散技术中，抗原抗体在凝胶内扩散，特异性的抗原抗体相遇后，在凝胶内的电解质参与下发生沉淀，形成可见的沉淀线。免疫扩散使用的凝胶种类很多，除琼脂外还有明胶、果胶、聚丙烯酰胺等。张莎等

[7]运用琼脂凝胶免疫扩散试验(AGID)来检测珍稀雉类新城疫病毒。

酶联免疫吸附技术（ELISA ），酶联免疫吸附法是将抗原抗体反应的高度特异性和酶的高效催化作用相结合发展建立的一种免疫分析方法) 其基木原理是将受检样品和酶标抗原或抗体按一定程序与结合在固相抗原或抗体起反应形成复合物，固相载体上酶标抗原或抗体被结合量(免疫复合物) 即与标木中待检抗体或抗原的量成一定比例，加入酶底物后显色，最后通过定性或定量分析有色产物量确定样品中待测物含量。

酶联荧光免疫分析技术将酶系统与荧光免疫分析结合起来，在普通酶免疫分析的基础上用理想的荧光底物代替生色底物，就可提高分析的灵敏度和增宽测量范围，减少试剂的用量。酶放大技术、固相分离及荧光检测三者的联合将成为荧光免疫分析中最灵敏的方法。陈思强等[8]采用自动酶联荧光免疫分析系统检测冻肉中沙门氏菌。

随着生物技术的迅猛发展，在继基因芯片以后又诞生了免疫芯片技术。免疫芯片是指包被在固相载体上的高密度抗原或抗体微点阵，是在载体上已设计好的微阵列方式固定多种抗体或抗原，用标记物标记抗体或抗原，利用配体间特异的相互作用方式进行反应、结合，然后通过特定的扫描装置进行检测，结果由计算机分析处理。高志贤等[9]已将该技术用于检测葡萄球菌肠毒素。

3 代谢学技术

代谢学技术包括电阻抗技术、微热量计技术、放射测量技术和接触酶测定技术

电阻抗技术是指细菌在培养基内生长繁殖的过程中会使培养基中的大分子电惰性物质如碳水化合物、蛋白质和脂类等，代谢为具有电活性的小分子物质，如乳酸盐、醋酸盐等，这些离子态物质能增加培养基的导电性，使培养基的阻抗发生变化，通过检测培养基的电阻抗变化情况即可判定细菌在培养基中的生长繁殖特性。该法已用于食品中细菌总数、大肠杆菌、沙门氏菌、酵母菌、霉菌和支

原体的检测，具有高敏感性、特异性、快反应性和高度重复性等优点。陈广全等已用该法检测食品中沙门氏菌[10]。

3.2 微热量计技术

微热量计技术是通过测定细菌生长时热量的变化进行细菌的检出和鉴别。微生物在生长过程中产生热量，用微量热计测量产热量等数据，均存储于计算机中，经过适当信号上的数字模拟界面，在记录器上绘制成以产热量对比时间组成的热曲线图。根据这些实验所得的热曲线图，和已知细菌热曲线图直观比较，即对细菌进行鉴别。刘永军等采用该技术研究细菌的抑制作用[11]。

3.3 放射测量技术

放射测量技术是根据微生物在生长繁殖过程中代谢碳水化合物产生CO 2的原理，把微量的放射性14C 标记引入碳水化合物或盐类等底物分子中进行检测的。在微生物生长时，这些底物被利用并释放出含放射性CO 2，然后通过14C 自动化放射测定仪Bactec 测量CO 的含量，从而根据碳14CO 2含量的多少来判断微生物的数量。

3.4 接触酶测定技术

接触酶测定技术是通过计算一个含有接触酶的纸盘，在盛有H 2O 2的试管中的漂浮时间来估计菌数。接触酶与H 2O 2之间产生生化反应，放出氧气，使纸盘由试管底部浮到表面。当样品中接触酶含量高时，纸盘上浮的时间短。大多数腐败微生物是嗜冷性细菌。而大多数嗜冷细菌接触酶呈阳性，故可以用接触酶反应来估计食品中的嗜冷性菌群。

4 分子生物学技术

分子生物学技术包括核酸探针技术、聚合酶链反应 (PCR)和基因芯片

4.1核酸探针技术

核酸探针技术是将已知核苷酸序列DNA 片段用同位素或其他方法标记，加入已变性的被检DNA 样品中，在一定条件下即可与该样品中有同源序列的DNA 区段形成杂交双链，从而达到鉴定样品中DNA 的目的。根据核酸探针中核苷酸成分的不同，可将其分成DNA 探针或RNA 探针根据选用基因的不同分成两种，一种探针能同微生物中全部DNA 分子中的一部分发生反应，它对某些菌属、菌种、菌株有特异性，另一种探针只能限制性同微生物中某一基因组DNA 发生杂

交反应，它对某种微生物中的一种菌株或仅对微生物中某一菌属有特异性。

核酸探针检测技术的最大优点是：特异性和敏感性。但探针检测技术中也存在一定的问题，如检测一种菌就需要制备一种探针；要达到检测量还要对样品进行一定时间的培养；

4.2聚合酶链反应 (PCR)

聚合酶链反应 (PCR)是体外选择性扩增DNA 或RNA 的技术。它以待扩增的两条核苷酸链为模板，由人工合成的寡核苷酸介导，通过核酸聚合酶促反应快速扩增核酸序列。它具有快速、灵敏、简单和特异等特点，该技术能在短时间内对特定DNA 序列作百万倍扩增。

PCR 技术在食品卫生微生物检验中的应用很广泛，可直接检测标本中的大肠杆菌，检测痢疾杆菌、金葡菌各种毒素、小肠结肠炎耶尔森氏菌、肉毒梭菌、乳酸杆菌等食品中常见的微生物。利用PCR 检测食品中的微生物，多数情况下因样品中存在着不同程度的干扰因子或抑制因子，影响PCR 的扩增效率，导致假结果的产生。为克服这一缺陷，可将PCR 与其它一些化学或分子生物学技术联合使用，以提高反应的特异性。但不能有排除或代替常规微生物检验方法。

4.3基因芯片

基因芯片技术是上个世纪末诞生的一项新型生物技术。它是将各种基因寡核苷酸点样于芯片表面，微生物样品DNA 经PCR 扩增后制备荧光标记探针，然后再与芯片上寡核苷酸点杂交，最后通过扫描仪定量和分析荧光分布模式来确定检测样品是否存在某些特异微生物。基因芯片技术理论上可以在一次实验中检出所有潜在的致病原，也可以用同一张芯片检测某一致病原的各种遗传学指标，检测的灵敏度、特异性和快速便捷性都很高，因而在致病原分析检测中有很好的发展前景。

此外还有流式细胞术、旋转平板技术和激光菌落扫描仪以及免疫磁性微粒技术。

5 仪器法

流式细胞术（FCM ）是采用流式细胞仪对单个细胞或其他生物微粒进行快速定性、定量分析与分选的一门技术。流式细胞仪主要由细胞流动室(包括样品管、鞘液管) 、激光聚焦区、检测系统、数据处理系统等4部分组成，其工作原

理是将被检测对象制备成一定浓度的细胞(微粒) 悬液，经荧光染色后放入流式细胞仪的样品管中，细胞在气体的压力下进入鞘液管，在鞘液的约束下，细胞(微粒) 排列成单列从流动室的喷嘴高速喷出成为细胞(微粒) 液粒，经荧光染色后的细胞经过激光聚焦区时受激光激发，产生散射光和荧光信号，通过一些波长选择通透性滤光片，可以将不同波长的散射光和荧光信号区分而将单个细胞(微粒) 液滴分离，并由计算机进行图象及数据处理。现在该技术已经能够检测纯化的DNA 可达pg 级水平，在10min 内可以完成数据的收集和分析。Tapp 等使用类似方法对苏云金杆菌产生的毒素进行检验和示踪，结果显示FCM 比斑点ELISA 法更敏感、快速。

5.2 旋转平板技术和激光菌落扫描仪

自动旋转平板技术是在琼脂培养基表面倒一薄层样品，该仪器可使液体样品以螺旋转动方式分布，液体慢速流出后，随着平板的旋转从中心向边缘分布，样品分布非常均匀。这种方法可广泛用于细菌、酵母、霉菌及乳类样品中。样品倒入平板后，菌落数可以用激光菌落计数器来计数，即将光检测仪放置在仪器的底部，激光仪从上面自动扫描平板，当激光束通过菌落时，可以降低光的强度，从而检测出菌落的存在。这样菌落数可以通过电子计数，从而不是传统的视觉计数。

5.3 免疫磁性微球

免疫磁性分离方法，是将特异性抗体偶联在磁性颗粒表面，与样品中被检致病微生物发生特异性结合，载有致病微生物的磁性颗粒在外加磁场的作用下向磁极方向聚集，弃去检样混合液，使致病微生物不但得到分离，而且也得到浓集。免疫磁性分离技术与常规检验方法相比具有显著的优点，可以很快地在含有大量杂菌的悬液有选择性地分离出目的微生物，并节省时间。

综上所述，微生物快速检测技术都各自表现出很多的优点，但也还存在着不足，需要国内外研究者不断地完善和改进现有的检测技术。同时，建立更灵敏、更有效、更可靠、更简便的微生物检测技术也是保证食品安全的迫切需求和食品微生物快速检测技术的发展趋势。

参考文献：

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[2] 闫雪，姚卫蓉，钱和. 国内外食品微生物快速检测技术应用进展. 食品科学[J]， 2005， Vol.26，No.6，269.

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[8] 陈思强，钟伟强，曾镇兴，等. 自动酶联荧光免疫分析系统检测冻肉中沙门菌的评价[J].中国国境卫生检疫杂志，2004，27(5):309-310.

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[11] 刘永军，南昭东，孙海涛等. 限制性条件下药物对细菌抑制作用微量量热法研究[J].生物工程学报，1996，12(1):60-64.

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[13] 王兰兰. 临床免疫学和免疫检验. 北京:科学技术文献出版社[M]， 2004:79-83

范文五：植物与微生物互作的研究进展

0引言 植物与微生物的相互作用主要包括植物与根际微 生物的互作、 植物与叶围微生物的互作及植物与内生 菌的互作等。植物与周围环境生物的相互作用在自然 界中普遍存在, 其中以植物与微生物的互作为重要形 式之一。根际 (rhizosphere ) 是指生物和物理特性受根 系紧密影响的区域, 它与微生物群系共同构成一个极 复杂的生态区系, 是确保植物根系生长发育正常进行

的生境场所, 也是植物与外界环境进行物质与能量交 换的主要场所, 此处微生物多样性丰富, 具有强烈的根 际效应。因此, 根际微生物所形成的微生物环境对植 物生长起到极其重要的作用 [1]。叶围微生物指的是附 生或寄生于植物叶部周围的微生物, 如细菌、 真菌、 酵 母菌等 [2]。植物内生菌则是指能在植物细胞内或细胞 基金项目:国家苹果产业技术体系建设专项经费资助 (nycytx-08-03-03) ; 山东省农业重大应用技术创新课题。

第一作者简介:国辉, 女, 1984年出生, 山东泰安人, 在读硕士, 研究方向:环境微生物学。通信地址:271018山东省泰安市岱宗大街 61号山东农业大 学 7号楼 317室, Tel :0538-8249131, E-mail :guohuiya@126.com。

通讯作者:刘训理, 男, 1961年出生, 山东即墨人, 教授, 博导, 博士, 主要从事应用微生物学和环境微生物学研究。通信地址:271018山东省泰安市岱 宗大街 61号山东农业大学 7号楼 312室, Tel :0538-8249131, E-mail :xlliu@sdau.edu.cn。

收稿日期:2010-11-22, 修回日期:2011-01-26。

植物与微生物互作的研究进展

国 辉 1, 毛志泉 2, 刘训理 3

(1山东农业大学生命科学学院, 山东泰安 271018; 2山东农业大学园艺科学与工程学院, 山东泰安 271018;

3山东农业大学林学院, 山东泰安 271018)

摘 要:植物与其生长环境中的微生物关系密切, 两者形成了植物—微生物共生体系统。植物影响着其 周围及体内的微生物的群落结构, 这些微生物又通过其生命活动影响植物的生长发育。了解与认识植 物与微生物的相互作用对于农业生产具有重要意义。笔者就植物类型及植物根系分泌物对微生物群落 结构及多样性的影响, 植物根际微生物、 叶围微生物和内生菌 (包括内生真菌、 内生细菌以及内生放线 菌 ) 对植物生长发育的影响等进行综述, 并就其将来的研究方向做了展望。

关键词:植物; 根际微生物; 叶围微生物; 内生菌

中图分类号:Q938.1+1文献标志码:A 论文编号:2010-3368

Research Progress of Interaction between Plant and Microorganism

Guo Hui 1

, Mao Zhiquan 2, Liu Xunli 3(1College of Life Science, Shandong Agricultural University , Tai ’ an Shandong 271018;

2College of Horticulture Science and Engineering, Shandong Agricultural University , Tai ’ an Shandong 271018;

3College of Forestry, Shandong Agricultural University , Tai ’ an Shandong 271018)

Abstract:Plants and

the microorganisms in their growth environment have close relationships, which form the plant-microorganism symbiont system and interact mutually. Plants affect microbial community composition in the surroundings and the microorganisms also have an influence on plant growth. It is of great importance for agricultural production

to understand

and recognize the interaction

between plants

and microorganisms.

This

paper reviewed the effects of plant types and root exudates on the microbial community composition and

diversity, stated the influences of rhizosphere microbes, phyllosphere microbe and endophyte (includingthe endophytic fungus, the endophytic bacteria and the endophytic actinomycete) on plant growth, and prospected the related research interests in the future. Key words:plant; rhizosphere microbes; phyllosphere microbe; endophyte

中国农学通报 2011,27(9):28-33

Chinese Agricultural Science

Bulletin

国 辉等:植物与微生物互作的研究进展

间隙中生存, 并与宿主建立联合统一关系的一类微生 物。

很多研究结果显示, 根系分泌物对根际微生物区 系中的微生物的种类和数量具有可控制性的作用。一 方面, 根系分泌物主要是通过诱导的趋化和对微生物 生长及其繁殖体萌发的促进或抑制来与微生物进行相 互作用 [3]。另一方面, 微生物可通过改变植物代谢过 程中细胞的渗透压、 酶的活性以及其他成分与植物体 相互作用, 不同种类微生物对植物产生的根系分泌物 某些成分的专一性吸收会引起根系分泌物数量和质量 的变化 [4]。而叶围微生物是定殖在植物表面, 通过不 稳固的、 可逆的、 非特异的 “联合” 或 “粘附” 方式附着, 与植物主要是以电子交换形式互作。内生菌则主要是 通过自身的代谢产物, 并且借助信号转导作用影响植 物生长。微生物对植物的影响是多方面的, 包括影响 植物激素的形成, 提高土壤速效养分、 增加作物产量、 改善品质、 防病抗病, 对有机物分解及自身分解等 [5]。 笔者综述了植物与微生物的相互作用, 以期为合理利 用微生物来促进植物的生长发育提供参考。

1植物与根际微生物的互作

1.1植物类型对微生物群落结构的影响

植物类型是决定微生物群落结构的主要因子, 根 际微生物群落变化通过根际微生物数量和结构的变化 来体现, 在数量上根际土壤微生物明显地高于非根际 土壤, 而在结构上根际土壤与非根际土壤相比也发生 了很大的改变。根际沉积物质 (rhizodeposition ) 是刺 激植物根际微生物繁殖的重要能源和养分源, 是决定 微生物群落结构组成的重要因素。因而, 根际沉积物 质数量越多, 利用这些物质为能源的根际微生物数量 也越多; 根际沉积物质种类越丰富, 微生物可利用的能 源物质范围就越广, 则根际微生物群落结构越多样 [6]。 Smalla 等 [7]采用 PCR-DGGE 技术研究了马铃薯 (Solanum tuberosum ) 、 草莓 (Fragaria ) 、 油菜 (Brassica napus ) 的根际微生物群落结构, 其结果分析显示不同 作物的根际微生物群落结构变化存在差异, 且这种差 异在连作后表现得更加明显。另外, 连作也引起土壤 微生物群落结构的改变, Olsson 等 [8]对大麦 (Hordeum vulgare ) 连作和轮作土壤细菌群落的脂肪酸结构进行 比较, 结果连作土壤细菌脂肪酸的含量明显高于轮作 处理。可以看出种植的植物种类和种植方式的改变能 引起根际微生物群落结构的变化, 而根际微生物群落 结构的变化也会反作用于植物的生长发育。

同一植物不同基因型的根际微生物群落结构也存 在 一 定 的 差 异 。 Arab 等 [9]利 用 磷 脂 脂 肪 酸 图 谱 (PLFA ) 研究了对小麦根腐病表现不同抗性的两种小 麦基因型根际微生物的群落结构组成。结果显示, 在 小 麦 品 种 ‘ Bohouth26’ 根 际 提 取 的 假 单 胞 杆 菌 (Pseudomonas ) 的特有脂肪酸 19:Ocy和 Sif7含量高于 品种 ‘ Salamouni ’ , 说明假单胞杆菌 (Pseudomonas ) 在 小麦品种 ‘ Bohouth26’ 根际定殖数量多。另外, 即使相 同基因型的植物, 在不同的发育阶段根际微生物的群 落结构也不同 [6]。

植物种类的多样性也会影响土壤微生物群落结构 和多样性。 Zak 等 [10]研究发现, 植物种类数量与土壤 微生物磷脂脂肪酸 (PLFA ) 含量相关。随着植物种类 数量增加, 土壤中的细菌与放线菌的 PLFAs 数量下 降, 而真菌的 PLFAs 数量上升。

1.2植物根系分泌物对根际微生物的作用

1965年, Rovira 认为根系分泌物可以选择性地刺 激微生物的生长。活的植物体释放的有机物到根际 中, 为土壤微生物提供了丰富的碳源和能源。

植物在其生长过程中不断分泌或溢泌无机离子或 有机化合物, 这是植物长期适应外界环境而形成的一 种适应机制。根际微生物在与外界进行物质和能量交 换时, 无机离子通过主动或被动方式在根际土壤与根 系内部相互传递, 并通过改变根际土壤的 pH 值与氧化 还原电位, 间接影响植物对根际矿物营养元素的吸收 与利用。

植物根系分泌物有 2种产生途径, 即代谢途径和 非代谢途径, 其中前者又分为初级代谢和次级代谢。 初级代谢为植物的生长和发育提供必需的物质、 能量 和信息 [11]。如白羽扇豆在缺磷环境下 , 根系大量分泌 柠檬酸和苹果酸, 对土壤中的难溶磷起到活化作用 [12]。 非代谢途径产生的根分泌物主要指植物残体或脱落物 等的降解产物。大量研究结果表明, 次生代谢产物和 非代谢途径产生的根分泌物中存在多种化感物质 [13-14]。 根系分泌物产生的糖类包括葡萄糖、 果糖和麦芽 糖等至少 12种, 有机酸则是它的重要组分, 并有 20多 种氨基酸和化感物质。此外, 根系分泌物中含有极少 量甾类化合物、 脂肪酸、 微量生长物质和酶类 [15]。由于 这些有机物质的投入, 根际微生物的数量远高于非根 际。根系分泌最旺盛的部位是根尖, 在根尖微生物的 密度较低, 离根尖越远, 分泌作用越弱, 而微生物的密 度增加, 因此, 根系分泌最旺盛部位与根际微生物密度 最高的部位在空间上是分离的 [16]。某些根系分泌物对 根际微生物具有一定的选择压力, 大多数情况下, 根分 泌物对根际微生物的作用是松散的、 非特异性的 , 主要 是促进革兰氏阴性无芽孢杆菌在根际的聚集。

中国农学通报 http://www.casb.org.cn

在不同种类植物根分泌物的作用下, 微生物具有 一定的趋化性, 其中包括非专化性和专化性。非专化 性即为像细菌 Pseudomonas lachrymans 和许多藻状菌 的卵孢子 [17-18]。专化性化合物对根际微生物区系选择 性作用首先被 Gunner 等证实, 向大豆植株根际中喷哂 有机磷杀虫剂 , 能够利用这种杀虫剂作为营养源的细 菌即为那些占优势的细菌 [19]。根 际分泌物类似微生物 的选择性培养基, 即不同植物的种类选择性得作用于 它的根际细菌。 Lemanceau 等 [20]对亚麻和番茄对土传 荧光假单孢杆菌群体多样性的影响研究表明, 从土壤 中分离到的微生物群体与从植株中分离的微生物群体 在表型特征方面是不同的, 从未栽培的土壤与亚麻和 番茄的根组织中分离到的细菌存在明显差异。而亚麻 所表现的选择强度比番茄更明显, 而这种选择性部分 是植物专化性的。通常, 需要碳水化合物较多的微生 物, 大多繁殖于禾本科植物的根际部位; 而需要氨基酸 较多的微生物则多繁殖于豆科植物的根际部位, 如反 硝化细菌在豆科作物的根际比谷类作物和某些蔬菜作 物的根际要多得多 [21]。当出现连作障碍时, 细菌数量 减少, 真菌数量增加, 其中以青霉素、 镰刀菌、 立枯丝核 菌占多数。

许多研究表明外来植物入侵能够影响土壤微生物 的结构和功能 [22-23]。目前, 也有人认为植物的化感作用 有可能是其形成强大入侵力的主要原因所在 [24]。有人 以加拿大一枝黄花为材料, 通过试验发现其根部有碱 化趋势, 土壤微生物的生物量显著增加, 有机质含量亦 有所提高 [25]。

1.3根际微生物对植物的作用

微生物对植物的作用是多方面的。在根际微生 物区系中, 主要体现在微生物分泌激素对整株植物具 有促生作用、 根际微生物的分解和转化作用及对植物 病害的生防作用。

根际微生物能分泌一些细胞分裂素、 生长素、 吲哚 乙酸和乙烯等植物激素, 可以间接调节植物内源激素 的含量水平。而内源或外加的植物激素在一定浓度下 能够促进植物地上部与根系的生长发育。

根际微生物对整株植物有一定作用, 有益菌可以 使根系长而发达, 叶色浓绿, 树苗健壮, 茎部宽厚, 甘粒 产量增加。如西南农大生态病理研究室研制开发的 “丰收菌” 生物肥料, 作用于大田试验中的水稻, 收到了 良好的效果。再如日本比嘉照夫研制成一种复合微生 物肥料有效微生物群 (effective microorganisms , EM ) , 其代表性微生物 主要有乳酸菌、 酵母菌、 放线菌和光合 细菌, 具有高效、 低成本、 无毒、 无污染的特点。 EM 制 品广泛 应用于种植业, 使土壤有机物加速分解和转化, 并同时能提高土壤速效有机质及其他养分含量、 增加 产量、 改善品质和防病抗病。目前, EM 技术及产品在 很多国家和地区的种植业、 养殖业和环境保护等领域 广泛推广应用 [26]。

根际微生物具有分解和转变作用, 可以分解一些 根围土壤和根系所分泌的有机物供植物根系吸收, 分 解某些物质还可以起到解毒效应。微生物死后被分解 为简单物质被植物利用, 通过根际微生物的分解作用 也可以减少土壤养分流失。另外, 植物不能直接利用 空气中的分子态氮和土壤中难溶性磷酸盐, 而氮和磷 制约光合作用, 影响植物生产率, 重施氮磷肥又会带来 环境污染问题, 但根际微生物可以使不可给态养分转 化成可给态养分。

在对植物病害的生防作用方面, 多数促生菌在植 物根系繁殖并具备保护植物免受或减轻病原微生物侵 袭的功能。植物根际促生菌主要是通过合成抗生素、 产生嗜铁素和诱导系统抗性的产生几个方面防治植物 病害, 另外, 也通过竞争和定殖优势抑制病原菌的繁殖 发展。有些抗生素是菌株防病促生的重要因素。 2植物与叶围微生物的互作

植物与叶围微生物的互作和与根围微生物有较多 相似之处。叶围微生物附着或寄生于植物叶部周围, 它们与植物长期共存, 组成了独特的微生物群落。 2.1叶围微生物的分布

叶围微生物在叶面的分布与植物发育、 空间位置 有关。张庆等 [27]研究了苹果叶表附生微生物区系及有 益菌, 结果表明在不同的发育时期苹果叶面附生的微 生物种群和数量存在较大变化; 在苹果生育期中, 苹果 叶面微生物数量的总趋势是在初花期和盛花期低, 以 后逐渐上升, 果实膨大期达到最大值。另外, 不同地理 纬度、 气候条件、 植物种类和季节对叶围微生物种类和 数量分布的影响差异较大。孙福在等 [28]研究北方玉米 上冰核细菌时发现, 环境温度高低、 雨露多少、 湿度大 小和海拔高度等影响 INA 细菌在植物体上种类和数 量的变化。

2.2叶围微生物对植物的作用

大多数植物叶围细菌会对植物分泌的营养物质做 出正反应, 具有一定的趋化性, 这种趋化性反应会吸引 细菌细胞离开不分泌或分泌营养物质较少的叶表面而 向那些分泌营养物质较多的叶表面区域运动, 从而在 这些区域附生聚集, 数量和种群多样性水平较高 [29]。 比较可运动的菌株和不运动的突变体发现, 虽然它们 都能同样有效的系统侵染植株, 但是可运动菌株侵染

国 辉等:植物与微生物互作的研究进展

叶片后所产生的病斑比不运动的突变体要多 12倍 [30-31]。 叶围微生物对某些植物病害具有一定的拮抗作 用。叶围微生物在其生长发育过程中会产生具有拮抗 性或竞争性的一种或几种代谢产物, 从而达到抑制植 物病原菌的效果。张学君等 [32]分析了新收获及市售的 8个品种苹果表皮微生物区系, 获得对苹果贮存期 2种 主要病菌炭疽病菌和轮纹病菌具有拮抗性的细菌和真 菌菌株, 在人工接种条件下测定其中拮抗性较强的几 个菌株, 发现它们对苹果贮藏病害具有不同程度的防 治作用。

3植物与内生菌的互作

植物内生菌在其生活史的一定阶段或全部阶段生 活于植物的各种组织和器官内部并与植物建立和谐联 合关系, 其中的某些类群可以产生各种化学物质, 并且 能通过竞争或其他作用来抑制杀死某些致病菌 [33]。植 物内生菌包括内生真菌、 内生细菌和内生放线菌等。 3.1植物与内生真菌的互作

内生真菌可以改变植物生理代谢并增强宿主抗逆 性 [34]。内生真菌的代谢作用可以促进植物的生长发 育, 以活化硝酸还原酶、 分泌铁载体和磷酸酶等形式促 进植物对养分的吸收 [35-37]。某些真菌侵染, 能分泌多糖 类黏液物质, 并在根表面形成菌膜 (biofilm ) , 从而有助 于提高植物对干旱胁迫的抵抗能力 [38]。

Carroll 归纳了内生真菌与某些植物互利共生的特 性:内生真菌普遍存在于特定的宿主植物中, 并且在整 株植物组织均能生长定殖, 植物不表现任何明显的病 症, 如果只在某一器官中生长, 则说明该组织器官感染 内生真菌的几率比较高; 内生真菌在垂直或水平方向 传播的效率很高; 内生真菌能分泌毒性化合物或抗生 类活性物质, 影响植物生长; 某些内生真菌在分类单位 上与病原物拮抗菌很接近, 可能抑制一些植物病害的 发生 [39]。

不同基因型的植物与内生真菌互作, 其中所产生 的表型可能会有所不同, 而且不同功能性的内生真菌 的进化程度可能也存在差异, 有些是潜在的病原菌, 而有些则作为 “真正内生菌” (true endophytes ) [40]。越 来越多的研究结果表明, 在植物不同组织器官分离得 到的内生真菌的优势菌株对植物具有不同的功能, 这 可以作为筛选不同功能性菌株的理论依据。而植物 体根系和叶片组织是受外界生物和非生物因子胁迫 的最大部位, 所以根系和叶片内生真菌可以保护植物 各组织免受伤害。据目前的研究结果可以看出, 内生 真菌对植物根系生理效应的影响能力最大, 叶片次之, 茎 部最弱。

3.2植物与内生细菌的互作

植物内生细菌的研究主要涉及生态学和植物病 理学 2个方面。植物内生菌长期生活在植物体内的特 殊环境中并与宿主协同进化, 内生细菌在植物体内的 定殖是一个主动过程, 可以通过自身的代谢产物或借 助于信号传导对植物体产生作用。它以群体聚集的生 长方式寄主在植物体内。

内生细菌促进植物生长。一方面, 内生细菌能以 生物固氮 [41]或产生植物激素的形式直接促进植物生 长。植物激素主要有 IAA 、 细胞分裂素和吲哚乙腈 等 。 从 墨 西 哥 分 离 得 到 18株 重 氮 营 养 醋 杆 菌 (Acetobacter diazotrophicus ) , 都具有产生生长素的能 力, 表明重氮营养醋杆菌既可以通过固氮作用与植物 相互作用, 还可通过生长素的调节作用来促进植物生 长。产酸克雷伯氏菌 (Klebsiella oxy toca ) 所产生的生 长激素也可以调节水稻植株的生长和发育 [42]。另一方 面, 内生细菌能够诱导宿主植物产生植物激素、 改善植 物对矿物质的利用率、 与病原菌竞争营养和空间或直 接产生拮抗物质来抑制病原菌生长等, 从而间接促进 植物生长。蔡学清等在研究内生枯草芽孢杆菌 BS-2菌株对水稻苗生长效应中发现, 该菌能提高水稻叶绿 素的含量, 促进其生长, 还能提高其保护酶活性, 从而 提高水稻的抗逆性 [43]。

内生菌对植物病害具有一定的生防作用, 目前研 究最多的是对植物土传病害的抑制作用。已从番茄、 水稻、 甘蓝、 马铃薯等多种作物体内分离筛选到对番茄 青枯病、 水稻纹枯病、 甘蓝黑腐病、 马铃薯软腐病等常 见病害具有良好抑制效果的内生细菌。它的优点主要 包括:①内生细菌分布于植物的不同组织, 受植物组织 的保护, 具有稳定的生态环境; ②内生细菌可以防治细 菌病害、 真菌病害和植物寄生线虫, 并能直接与病菌相 互作用; ③内生细菌进入生物体可以优先占据有利于 生防的生态位; ④内生细菌可以作为外源基因的载体 目的基因转移到植物中来防治病虫害。因此, 内生细 菌对于提高植物对恶劣环境的适应能力具有重要作 用, 同时可以加强系统的生态平衡, 确保宿主植物的健 康生长。内生细菌对植物病害的防病机制主要包括:分泌抗菌物质, 生态位和营养竞争, 诱导系统抗性。植 物内生菌与根际促生菌对植物病害的生防机制有类似 之处。

3.3植物与内生放线菌的互作

内生放线菌存在于各种陆生或水生植物中, 产生 系列活性物质并能与宿主植物共同生活, 具有种类多、 分布广、 活性强的特点。它产生的系列活性物质有抗

中国农学通报 http://www.casb.org.cn肿瘤活性物质, 杀虫活性物质, 抗生素及一些酶类物

质。

用于植物病害生物防治中的主要是链霉菌属 (Streptomyces ) 及其相关类群 [44]。内生放线菌弗兰克 氏菌 (Frankia ) 能够与许多非豆科植物共生结瘤, 固定 空气中的氮素, 供植物利用。在干旱地区种植耐旱植 物 (如沙棘、 冬瓜树等) , 人工接种弗兰克氏菌, 可以有 利于植物的存活并能提高植物生长速度。红球菌属是 除弗兰克氏菌外, 近年来研究较详细的内生放线菌, 其 中的 2个种 R. fascians 与 R. erythropolis 具有固氮能 力。但 R. fascians 更引人注意的特征是可感染双子叶 与单子叶植物, 干扰植物激素平衡, 形成叶瘿, 这种叶 瘿的维持需要菌体的存在, 如果去除菌体, 则这种多胚 芽会继续发育, 在植物种质保存与快速繁殖领域有重 要应用前景。

4展望

植物与微生物的相互作用是近年来微生物学研究 的新热点, 通过了解植物与根际微生物、 叶围微生物和 内生菌的相互作用, 以及菌体所产生的多种生物学效 应, 使微生物更好的适应生存环境, 有效的利用微生物 的促生机制以及对植物病害的生物防治作用, 对于提 高农作物的产量和品质具有重要的实践意义。同时, 植物与微生物的互作在提高植物对营养物质的吸收和 防病方面的积极作用, 使人们对微生物发展低投入高 产出的生态农业充满希望。

随着生物技术的不断发展和完善, 如同位素示踪 技术、 原位化学定位技术、 活体荧光技术、 微生物生物 标记物 (FAMEs ) 和微生物分子生物学技术等新兴技 术和方法在土壤微生物研究中的应用, 宿主植物与微 生物互作的研究将不断深入, 为指导农业生产的可持 续发展提供理论依据。

虽然微生物对植物病害的防治具有潜在的应用价 值, 但目前在农作物生产中防治病害还存在一些问题, 防治效果不稳定则是最大的问题之一。另外, 种植环 境的变化以及土壤微生态环境中的许多因素都会影响 到微生物发挥防治病害作用。某些拮抗微生物作为植 物病害的生物防治因子, 需要考虑到这些微生物的防 病机理, 在光线、 温度和降雨等因素的影响下, 对宿主 植物是否致病以及微生物与植物建立的共生关系、 它 们之间的相互作用如何等问题。另外, 还应进一步了 解微生物的定殖、 繁殖与传播规律, 以便有选择性的利 用这些微生物。并通过适度的调整微生物群落结构, 趋利避害, 使农业生产系统向具更高水平的生物多样 性和更稳定的自我调节机制方向发展。

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