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寻找神秘的深渊微生物——海洋深渊区最庞大的生命群体探秘
2017-06-20 10:36:00 来源: 新华社
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  新华社“向阳红09”船6月20日电 题:寻找神秘的深渊微生物——海洋深渊区最庞大的生命群体探秘

  新华社记者 刘诗平

  深渊里的一块泥、一滴水,在普通人看来没什么稀罕,但在海洋学家的眼里却是无价之宝。“蛟龙”号载人潜水器前些天深潜雅浦海沟带回的深层水和海底泥,短短几天,中国大洋38航次的科考队员已经从中培养出了数万个生命,它们是深海“居民”中最庞大的生命群体——微生物。

  海洋学家告诉记者,对深渊区微生物的研究,不仅有助于揭示生命起源、演化和全球气候变化等宏大命题,也有助于治疗我们人类和一些经济作物、养殖动物的疑难病症,在工农业、医药和环保领域有着广阔的应用天地。然而,这些隐藏于海底、肉眼看不见的微生物,对高压、幽暗、寒冷的海底是如何适应的?如何对其分离培养和研究利用?

  常温培养上万深海微生物菌落

  “雅浦海沟的深层水和沉积物中可培养微生物的多样性很丰富,尤其是沉积物(泥),采用不同的培养方式,已经获得了30000多个微生物菌落,其中5000米以下水深的有20000多个。”国家海洋局第三海洋研究所助理研究员王玉光指着一些圆形平板盒上芝麻大小的微生物菌落说。

  这些菌落呈现白色、乳白色、黄色和红色,密密麻麻地分布在从恒温4摄氏度冰箱取出的这些圆形透明平板上。它们是温盐深仪(CTD)从5000-6000米深处、“蛟龙”号深潜雅浦海沟带回的近底海水和沉积物中获取的样品。

  王玉光说,在同一温度培养下,平板上菌落大小不一,表明生长速度不同。这些分离获得的微生物为雅浦海沟微生物遗传特性及其环境适应性机制、共生微生物与宿主相互作用研究奠定了基础。

  对王玉光来说,海上实验室里的现场微生物培养,只是万里长征走过的第一步。回到单位后需要继续对已长成的菌落逐个分离鉴定,筛选培养,直至发现那些特殊功能的极端微生物,从中分离出有用的酶,应用于食品加工、医疗卫生……

  “土著”微生物的培养与发现

  王玉光用于培养微生物的泥和海水样品,保存在4摄氏度中,培养的温度为室温,因此生长较快。对国家海洋局第一海洋研究所研究员陈颢来说,他希望将其收集的泥和海水样品在4摄氏度的温度下培养,这样对其微生物的活性物质研究更为有利,因而微生物被培养出来的时间,要漫长的多。

  “两周能看到菌落就不错了,有的要一两个月、甚至半年才能培养出来。不过,时间越长,培养出来的菌落对我们研究微生物的活性物质来说就越有价值,通过活性筛选来检查或了解微生物的功能。”陈颢说。

  深渊微生物生存环境的温度一般在2摄氏度左右,“希望还原与其生存环境相适应的‘土著’微生物。”陈颢说,去年他在常温下培养,发现培养出的很多微生物近海也有,这次放在低温下培养或利用选择性培养基培养,希望找到深渊环境下具有独特生物化学特征的微生物,从而寻找到具有特殊功能的酶、具有抗癌活性的先导药物和新的抗生素。

  “目前,获得新的抗生素越来越难,我们希望通过深渊微生物,寻找到比较强的抗菌效果的抗生素。”陈颢说。

  培养深渊微生物“原住民”

  对于研究深渊微生物对主要生源要素响应机制的吴谡琦来说,此次研究的重心,是考察雅浦海沟海水表层到底层的垂直方向和海沟从北部到南部的水平方向,微生物与环境之间的相互作用。

  去年,这位国家海洋局第一海洋研究所的研究员从雅浦海沟北部海底获取的海水和沉积物样品中,培育了7万多个微生物。

  “通过对‘蛟龙’号、温盐深仪和多管取样器去年在雅浦海沟采集的样品培养研究,发现了至少50种细菌。这次在回收去年布放的锚系中,安放了微生物原位培养装置,获取真正的海底原位微生物群落,以期更深入地研究微生物在雅浦海沟地球化学循环中所起的作用。”吴谡琦说。

  此外,国家海洋局第三海洋研究所使用的保压样品高压釜,也是深渊微生物采集保压技术的具体应用,同样是为了培养出真正的深渊微生物“原住民”。

  深渊微生物应用天地广阔

  “获取深渊沉积物、近底海水,培养和分离深渊微生物,是科学研究的基础,也是应用的基础,不然一切都无从谈起。”中国大洋38航次第三航段首席科学家陈新华说。

  陈新华表示,对深渊特殊功能微生物、大型生物共生微生物的分离培养,从采得的样品中分离培养深渊微生物充实微生物菌种库,意义重大。采集高质量的微生物样品,为研究深渊生物极端环境适应性及其对关键生源要素和海底化学环境的响应机制提供样品,是这次科考的一个主要调查任务。

  深海微生物资源的产业化开发利用潜力巨大,新型工业用酶、新型活性物质及高效环境保护制剂等深海生物技术产品,在工业、农业、医药和环境保护方面有着广泛的应用前景。

  吴谡琦说,他从去年雅浦海沟获取的样品中,已培养出包括硝化电导菌在内的一些特殊功能的菌株,有可能在生物能源方面存在较高的应用价值;已培养的亚硫酸杆菌、假交替单细胞菌、玫瑰杆菌,可用于石油化工方面,包括溢油的处理、环境修复及二次采油等。

  深渊环境的特殊性,决定了深渊微生物的特殊性。深渊同时是无可替代的生物基因资源库。一项研究认为,位于深海沉积物顶部的10厘米空间,据估算约含有4.5亿吨脱氧核糖核酸(DNA),是保留在深海环境的地球上最大的基因储库。

  “深渊微生物基因资源取样困难,可培养微生物占生物总量的比例极低。”陈新华说,但是,随着深海装备技术的进步、基因测序技术的提高与生物信息学的发展,深渊微生物基因资源的发掘速度正在加快。

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【纠错】 责任编辑: 杨婷
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