海洋中的微生物
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海
洋是地球上最大的生態系統,蘊藏着巨大的微生物生物量。
什麼是海洋微生物(marine microorganism)呢?不同的學者對海洋微生物的定義有所不同,目前廣爲認同的定義是:分離自海洋環境,其正常生長需要海水,可在寡營養、低溫條件(也包括海洋中高壓、高溫、高鹽等極端環境)下長期存活並能持續繁殖子代的微生物。有一些來源於陸地的耐鹽或廣鹽種類,在淡水和海水中均可生長,則稱其爲兼性海洋微生物。
海洋微生物的重要性
當前的主流觀點認爲生命起源於海洋,而海洋微生物是公認的地球上最初的生命形式,其中海底熱液系統被認爲與生命誕生初期的地球環境相似,因此生活在海底熱液環境下的微生物便成爲科學家研究生命起源的理想對象。
海洋微生物在全球生態系統中發揮着至關重要的作用,是海洋物質循環與能量流動的主要驅動力,廣泛參與碳、氮、硫、磷和鐵等元素循環,其生命活動影響着地球的物理性質和地質化學特性。
由于海洋微生物具有分佈廣、數量多、代謝類型多樣、適應能力強等特點,是抗菌、抗病毒及抗腫瘤等新型生物活性物質的重要來源,也是高科技產業重要催化劑的來源,並且海洋微生物在海洋污染環境的生物修復、節能減排、人類健康及生物材料等方面有更多的應用,具有巨大的經濟和社會效益。
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管狀蠕蟲及其體內的硫細菌
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海洋微生物的主要類羣
微生物通常是指一些非常微小、肉眼看不到的生物(直徑一般小於0.1 mm)。通常而言,微生物學主要包括對細菌、古菌、真菌和病毒的研究,其中的每個類羣都是一個單獨的研究領域。此處所指的微生物包括所有微小的生命形式,如細菌、古菌、真菌、原生生物(原生動物和單細胞藻類)及病毒。
海洋原核微生物
( 細菌 / 古菌)
海洋原核生物與陸生原核生物的細胞形態在顯微鏡下基本是相似的,有球形或卵球形(球菌)、桿狀(桿菌)、弧狀(弧菌)和螺旋狀(螺旋菌)等多種形態。然而,某些類羣的海洋原核生物還有獨特的形態,如緊密盤繞的螺旋形(螺旋體),具柄、芽或菌絲,以及星形或四方形(某些古菌) 等。
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原核生物的細胞形態
海洋真核微生物
( 原生生物 / 真菌)
原生生物最初被用來代表那些不適于歸類到植物、動物或真菌界的簡單真核生物。然而,不管利用超微結構還是分子生物學對其進行研究,結果都顯示藻類和原生動物在系統發育上不是單源的。由此可見,不同的藻類譜系在幾個不同的時機獨立進化而來,並通過內共生作用各自獲得了葉綠體。此外,還有一些原生生物兼具植物與動物的典型營養特徵,因此原生動物和微藻不能用作正式的分類術語,但是用其稱呼那些帶有相同生物學和生化特徵的生物體還是可行的。
海洋真菌是一類具有真核結構、能形成孢子、營腐生或寄生生活的海洋生物。真菌在系統發育上被認爲是單源的,隸屬於真菌界(Fungi Kingdom)。
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主要真核生物類羣可能的系統發育樹
不管是海洋原生動物、藻類,還是真菌,都擁有多樣的形態。讓我們來一起欣賞。
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纖毛蟲的物種多樣性
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硅藻的物種多樣性
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甲藻的物種多樣性
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泰國縫裂殼(Hysterium thailandicum)
海洋病毒
病毒在海洋環境中無處不在,從表層海水到深海沉積物都能夠發現病毒的身影。海洋病毒是海洋生態系統中最小和最豐富的生物體。海洋病毒的形態多樣且顆粒大小各不相同。海水中大多數浮游病毒粒子爲五角形或六棱形的二十面體三維對稱結構,且存在有尾、無尾等不同的病毒形態,有時還能看到包膜突起或尾纖維等附屬物。海洋病毒顆粒的直徑通常爲30~100 nm。有的巨型病毒的顆粒大小可達數百納米,比許多細菌都大。
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代表性海洋病毒形態示意圖
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內容簡介
《海洋微生物學》(第三版)是由中國海洋大學從事海洋微生物學的相關研究人員結合自身教學與科研實踐並參考國內外最新文獻編寫而成。全書共分15章,包括海洋微生物學概論、海洋微生物(細菌、古菌、真核微生物和病毒)的形態結構及生物學特性、海洋微生物在生態系統中的作用、海洋環境中活的非可培養狀態細菌、海洋微生物的利與弊、海洋微生物的研究技術(採樣技術、分離培養與保藏技術、分類與鑑定技術及海洋環境微生物的檢測技術)等內容。本書內容豐富,層次分明,圖文並茂,實用性強,力求從個體和羣體水平上闡述海洋微生物學的基本規律,突出該學科的重點、難點和生長點。
主要作者
張曉華,中國海洋大學海洋生命學院二級教授、博導,擔任國際刊物Marine Life Science & Technology常務副主編。獲山東大學本科和碩士學位,英國赫里奧特-瓦特大學博士學位,英國牛津大學和劍橋大學博士後。主要從事微生物海洋學研究,重點關注海洋微生物驅動的地球化學循環過程和機制。先後主持10項國家自然科學基金項目(包括重點基金2項、重大研究計劃集成項目1項)和1項科技部重點研發項目。以通訊作者在Nature Microbiology、Nature Communications等刊物發表SCI論文100餘篇,他引約9000次。主編《海洋微生物學》(第一版和第二版)。
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中國生物志庫
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SciLife
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