海绵相关的微生物群落的多样性及生物技术潜能.ppt

* * 海绵相关的微生物群落的多样性和生物技术潜能 刘杰 汕头大学多学科研究中心 海洋占地球表面积的71%，体积占生物圈的95％。蕴藏着极为丰富的生物资源。 在动物种类方面，在已知的33个动物门中，海洋中有32个，其中有15种是海洋所独有的。 微生物方面，与陆栖微生物相比，海洋微生物处在高盐、高压、低温和低营养等极端条件下。生存环境的特异性，使海洋微生物在物种、基因组成和生态功能上表现出多样性和特异性，体内存在特殊代谢途径酶，相应产生一些特殊的活性代谢物质。因此从海洋微生物中发现新酶、新化合物的概率将比陆栖微生物要大的多。 海绵sponge 海绵（marine sponge）属于动物界多孔动物门（Porifera）,是一大类低等 细胞海洋动物，约占海洋物种总量的1/15，是热带海洋中除珊瑚外的第二 生物量，全世界约有10000~15000种。 桶状海绵 玻璃海绵 海绵的形态变化很多，最典型的有中空壶状、花瓶装及囊状，有时也呈扁平、圆筒状、条状、叶状和圆砖状，它们的体色变化从黄、蓝、桃红至白、黑色均有，体高也从1~200cm不等。 海绵是一种原始的无脊椎动物，生活在海洋中的岩石上，只有极少数分布在淡水中,从潮间带到9000m的深海均有分布，靠近河口处的 海域往往更丰富，常有其优势种. 海绵是固生、多孔、滤食性动物,其体表有很多细小的管道，海水通过这些管道流经体内，海绵就以海水中的微生物和其他有机碎片作为食物来源。其过滤微生物的效率可达75%~99% 海绵的滤水系统非常发达，据报导，有一种海绵，每1千克的体重在一昼夜可过滤24吨的海水。 在海绵滤食过程中，许多微生物尤其是不能被消化的微生物得以在海绵体内保留，这样在海绵体内和体表就富集了大量的微生物。 海绵体内和体表富集了大量的微生物 海绵中的微生物分布在宿主细胞的胞外和胞内，如海绵外层的胞外共生微物和海绵中胶层的胞内共生微生物。胞内（包括细胞质内和细胞核内）的生物可以长久的存在于细胞和细胞核内。 海绵微生物的分布 海绵微生物的多样性 海绵微生物（marine sponge microorganisms）的定义是比较广泛的，所有自海绵组织中分离得到的微生物都可以定义为海绵相关微生物（marine sponge associated microorganisms），包括偶然出现在海绵体内的微生物，海绵中胶层（mesohyl）内的微生物，永久性生存在海绵细胞内部的微生物。 海绵中的微生物 古细菌 异养细菌 蓝细菌 绿藻 红藻 鞭毛虫 硅藻 真菌 海绵中微生物的数量在不同的宿主中有一定的差异。 海绵相关的细菌 海绵中细菌的分布遵循一个常规的模式： (1)有光合活性的微生物，像蓝藻，真核藻类，分布于外面光曝露的组织层。 (2)异养的，可能也有一些自养的细菌分布于内层。 早期研究海绵与细菌的联系 （基于细菌形态学） 类似于周围海水环境的细菌，并不是海绵所特有的 细胞内的细菌，它们是海绵所特有的 细菌在海绵的胶层中，也是海绵所特有的 海绵相关的真菌 从生态学上讲真菌在营养更新的循环中起着重要的作用，一些海洋真菌会引起海洋动物和植物的疾病，而其它一些真菌会与一些器官形成互助的共生关系。一些真菌产生毒素，一些会是免疫损害海洋动物和海滩游泳者的病原菌。 从六个不同的区域（包括温带，亚热带，热带）中的海绵分离的真菌中寻找新的天然化合物，从16个海绵种中一共分离得到681真菌菌种。分离的真菌属于13个子囊菌属类，2个接合菌类，37个放线菌类真菌。不同的区域的样本，真菌属的多样性和每个样本分离得到的真菌数量是不同的。 (1)细菌细胞壁的特征（革兰氏阳性和革兰氏阴性） (2)用透射电子显微镜观察的细菌细胞膜的结构 （1）受到培养条件的限制。因为即使在海绵中只是微量组分的微生物，在一定得培养条件下也会成为优势菌种。 海绵相关微生物研究技术 1.早期对海绵共附生微生物多样性的研究主要是通过形态观察(显微镜) 2.培养的方法（生理学和系统发育学的多样性） （2）很多微生物是没有被培养过或不可培养的 据估计，在实验室条件下培养鉴定的微生物只是海洋环境中的极少部分（约占总类别的 0.1~1%） 一些有特殊生理特性的细菌已经从海绵中分离得到，诸如：需氧化能异养菌，固氮菌，甲烷氧化细菌，光合细菌，厌氧光合菌。在最近，从几种海绵中培养得到了新的放线菌。 3.分子生物学技术（不依赖于培养） （1）16S rDNA序列 16S rDNA技术能很精确的确定细菌的种属位置. 16S rDNA是存在于核糖 体上的一段长约1500bp的基因序列。16S rDNA因进化缓慢，种属 特异性强而成为生物进化中的化石。由于其能快速准确地对细菌