1、第第九九章章海洋环境中的微生物海洋环境中的微生物17.2一、海洋微生物一、海洋微生物来来自（或分离自）海洋环境，自（或分离自）海洋环境，其正常生其正常生长需要海水长需要海水，并可在，并可在寡营养、低温条件寡营养、低温条件（也包括在海洋中高压、高温、高盐等（也包括在海洋中高压、高温、高盐等极端环境）极端环境）下长期存活并能持续繁殖子下长期存活并能持续繁殖子代的微生物均可称为代的微生物均可称为海洋微生物海洋微生物。3陆生的一些耐盐菌或有些广盐的种类，陆生的一些耐盐菌或有些广盐的种类，在淡水和海水中均可生长，则称为在淡水和海水中均可生长，则称为兼性兼性海洋微生物海洋微生物。4二、海洋微生物的主要特征
2、二、海洋微生物的主要特征海洋微生物虽然与陆生类群有很多共性，但由于海洋环境的特殊以及复杂多变，海洋细菌具有异于寻常的适应性与多变性。5（一）形态结构特征（一）形态结构特征形形态多样，难以简单用基本三态概括。态多样，难以简单用基本三态概括。1.1.形态形态最早研究认为，海洋中球菌数目少，绝大多数是杆菌，约20%是螺旋形。垂直分层调查表明，无论表层水或深海水域具有大量球菌存在。螺菌具有加大表面积，有利于营养物质吸收代谢，以适应寡营养环境。62.2.结结构特征构特征 海洋细菌多为海洋细菌多为G G-细菌。细菌。海海洋洋中产休眠芽孢的种类较少。中产休眠芽孢的种类较少。大多数海洋细菌具有活泼运动性。大多
3、数海洋细菌具有活泼运动性。海洋中约95%，土壤中不足50%。VBNC可能是海洋细菌的主要抗逆休眠体存在形式。具鞭毛种类约75%85%7（二）生理特征（二）生理特征1.1.温度耐受力温度耐受力通常远洋菌最适生长温度18-22；陆缘及海洋生物病原菌25-28；陆生菌30-37堆肥中细菌42-45许许多海洋细菌能够在多海洋细菌能够在0-40-4下缓慢生长，甚至下缓慢生长，甚至-55也有生长。也有生长。大多数海洋细菌对热敏感，不适于大多数海洋细菌对热敏感，不适于3030以上生长。以上生长。一般认为生物温度范围（人除外），一般认为生物温度范围（人除外），-23-23-100-100冰岛温泉（冰岛温泉（9
4、898）藻类藻类法国塞纳河分离法国塞纳河分离嗜热脂肪芽孢杆菌嗜热脂肪芽孢杆菌7070黄石公园黄石公园栖热菌栖热菌7979日本伊豆半岛温泉日本伊豆半岛温泉栖热菌栖热菌8585海底热液口海底热液口 120120海水中可正常生长的微生物海水中可正常生长的微生物海洋真光层水域中半数以上的细菌产生色素；海洋真光层水域中半数以上的细菌产生色素；深海水域产色素细菌很少。深海水域产色素细菌很少。常见颜色为黄色、橙黄色、棕色、红色或浅红色、绿色、深蓝色、黑色等；色素主要为光合色素和保护色素；除光合细菌外，常见的产色素细菌有：黄杆菌属、假交替单胞菌属、假单胞菌属、交替单胞菌属、弧菌属等。2.2.色素的产生色素的产
5、生101112131415161718192021海洋微生物的基本特征就是需要海水环境才能生长。海洋微生物的基本特征就是需要海水环境才能生长。钠离子钠离子是海洋细菌生长所必需的，但不是唯一成分。是海洋细菌生长所必需的，但不是唯一成分。多数 盐度30 即可生长良好极端嗜盐菌盐度150-300 可在死海中生长河口、红树林适宜于15-20盐度海水培养3.3.对盐度的需求对盐度的需求绝大多数海洋环境分离出来的是兼性厌氧菌。绝大多数海洋环境分离出来的是兼性厌氧菌。表层水域存在少数专性好氧菌；深海或海底较多专性厌氧菌；海洋趋磁细菌，大多属于“微好氧菌”，多数在好氧与厌氧环境中不生长，尽在微氧条件下生长。4
6、.4.对氧的需求对氧的需求海洋中很多微生物种类属于混合营养型。海洋中很多微生物种类属于混合营养型。一些自养菌也能营异养生活；一些异养菌也兼有自养型；有些蛭弧菌可营异养腐生，却多以“吃”细菌为生。5.5.营营养养类类型的多样性型的多样性发光现象并非海洋细菌的普遍特性，但已知的发光发光现象并非海洋细菌的普遍特性，但已知的发光菌绝大多数是从海水或海洋生物体表分离出来的。菌绝大多数是从海水或海洋生物体表分离出来的。6.6.发光现象发光现象附着性几乎是海洋细菌的普遍特性。附着性几乎是海洋细菌的普遍特性。细胞外多具一层分泌的粘多糖，利于其固着；有些种类利用鞭毛及侧生菌毛进行附着。附着性与共栖性是相互关联的
7、 大型海洋生物表面普遍存在附生菌；海洋动物体内存在共生菌。7.7.附着性与互生或共生现象附着性与互生或共生现象27（三）培养特征（三）培养特征1.1.生长缓慢生长缓慢、代时较长，平板上出现菌落、代时较长，平板上出现菌落相对较小。相对较小。平板菌落计数法陆生菌2-5天，最多7天；海洋细菌5-7天，大洋水样甚至10-15天。2.2.分纯难分纯难多具粘附性，菌体容易黏着在一起产生聚集现象。3 3.培养难培养难人工培养基是依据微生物原生态环境因素及生长条件而设计的；ZoBell 2216E基础培养基适于多数常见、适应性强的海洋异养菌；大洋中细菌，生活在寡营养环境，长期处于“半饥饿”状态，直接接种至营养
8、丰富的培养基，生长会受到抑制。4.4.保存难保存难有些细菌在4下还会继续生长代谢；许多海洋细菌10以下会形成VBNC状态的休眠体，常规方法无法使其繁殖；超低温法保存是可靠的有效措施。超低温法保存是可靠的有效措施。三、海洋微生物的栖息环境三、海洋微生物的栖息环境1.1.水体和海雪水体和海雪(marine snow)(marine snow)近岸海区浅海区大洋海水远洋区；真光层 中间带 深海带 深渊带 超深渊带 深海海沟水体均存在微生物海水很容易被看成是浮游生物和营养成分均海水很容易被看成是浮游生物和营养成分均匀分布的同质流体。匀分布的同质流体。大大量证据表明，生物和有机质颗粒周围的营量证据表明，
9、生物和有机质颗粒周围的营养物质分布具有养物质分布具有微格局的多相性微格局的多相性（microscale heterogeneitymicroscale heterogeneity）3334海雪（海雪（marine snowmarine snow），），指海水中下降的颗指海水中下降的颗粒有机物。粒有机物。由无机颗粒的聚集体、浮游生物细胞、死的浮游生物碎片以及浮游动物排泄物组成，通过浮游植物或细菌释放的聚合物粘附在一起。直径多在0.5至几个微米，平静水面能增大到几厘米；核心经常为海鞘废弃的“住室”、水华结束时死亡的硅藻等35 将一定比例的光合作用产物从表层运到深水层及海底的将一定比例的光合作用产物
10、从表层运到深水层及海底的一种主要方法；一种主要方法；聚集聚集物中包含有活性细菌和以细菌为食的原生动物；物中包含有活性细菌和以细菌为食的原生动物；微生物数量108-109/mL，为海水中的100-10000倍 颗颗粒粒物在下降时，有机质会被微生物降解；物在下降时，有机质会被微生物降解；微生物有氧呼吸产生无氧条件，各种需氧和厌氧微生物占据海雪颗粒中不同的小生境。海雪颗粒由于扩散作用或水平对流而散布时，会留下一些营养碎屑的尾迹，可以作为化学信号吸引小型浮游动物。大量的有机碳在下降过程中，就能再循环，一些达到海底后可被底栖动物利用或形成沉积物。2.2.沉积物沉积物3.3.固体表面固体表面4.4.生物体
11、表面生物体表面375.5.海冰（海冰（sea icesea ice）海水结冰时，会形成纯水的晶格，将盐从结晶中排出。海海冰冰为微生物提供了不同的微小生境。为微生物提供了不同的微小生境。盐度、温度、营养物质、光投射各不相同。38396.6.热液口和冷泉热液口和冷泉热液系统周围的温度和营养梯度为悬浮于周热液系统周围的温度和营养梯度为悬浮于周围水域、沉积物及附着在烟雾颗粒表面的微围水域、沉积物及附着在烟雾颗粒表面的微生物提供了多样性的栖息环境。生物提供了多样性的栖息环境。其其中许多是嗜热细菌和古菌；中许多是嗜热细菌和古菌；热液热液口附近含大量化能自养菌。口附近含大量化能自养菌。4041海底区域，其中
12、硫化氢、甲烷和其它碳氢化合物液流发生渗漏的地方，往往以“盐水池”的形式出现，成为冷泉。冷并不意味着温度低，甚至比周围海水高一点。高浓度的硫化物和甲烷等支持大量的微生物群体。42四、海洋环境中的四、海洋环境中的活的非可培养活的非可培养(VBNC)(VBNC)状态状态细菌细菌VBNCVBNC，指某些细菌处于不良环境下，其整指某些细菌处于不良环境下，其整个细胞个细胞常常缩小成球形，用常规培养法在常缩小成球形，用常规培养法在常规条件下培养时不能使其繁殖，但仍具有规条件下培养时不能使其繁殖，但仍具有代谢活性。这时细菌细胞呈休眠状态，是代谢活性。这时细菌细胞呈休眠状态，是细菌的一种特殊存活形式。细菌的一种
13、特殊存活形式。五五、海洋微生物的采样技术、海洋微生物的采样技术（一）水样的采集（一）水样的采集 如何在特定海区的特定深度采集到不受外接污染的水样和海底沉积物样品？理想的海洋微生物检样应该只含有现场的微生物，因此必须应用无菌操作，并尽量防止采样器械和采样操作中所带入的污染。金属对微生物有杀伤作用，因此不应该用金属来制造直接盛取水样的容器。44佐贝尔采佐贝尔采水水器器45颠倒式采颠倒式采水水器器46尼斯金采尼斯金采水水器器477.2Rossete Rossete 采水器采水器48（二）（二）泥泥样的采集样的采集 目前还很少有微生物所专用的采泥器，在采集泥样时多借用底栖生物采泥器。泥样中含有的微生物数量比上层海水中多的多，而且还包括底泥上面水层中所含有的全部微生物种类。采泥器本身所带有的微生物则在采泥器下沉过程中已经受到了充分的冲刷，一次采泥器在使用前一般不必进行灭菌处理。49表层泥采样器表层泥采样器50箱式采泥器箱式采泥器51抓斗式采泥器抓斗式采泥器5253柱状采泥器柱状采泥器
