深海微生物的研究进展
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深海微生物的研究进展范文第1篇
关键词 微生物岩；绝灭事件；地质转折期
中图分类号P588 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）54-0104-01
0 引言
在地质历史时期地球上大部分表面积被海水所覆盖，因而大量发育海相地层。其中微生物岩在前寒武纪地层中大量发育，进入显生宙地层后海相记录也远远大于陆相记录。例如从泥盆纪末期的弗拉斯阶到法门阶再到石炭纪的迪南统，一系列集群灭绝之后，真正的骨架礁构造有机体显著地消失，而非骨架的泥质为主的建造（泥丘）在这段地质历史间隔中间很普遍，对这些泥丘的研究就认为微生物的活动在其中发挥了非常重要的作用。显然研究微生物的地质历史记录有助于我们了解地球的演化、生物多样性、古环境和古气候变迁以及地质转折期的生物绝灭事件。
1 微生物岩概述
1.1 定义
微生物岩就是指由深海微生物群落和碎屑或者化学沉积物相互作用形成的一类岩石，主要包括微生物碳酸盐、磷块岩、硅质岩、铁质岩等众多类型，但各个地史时期主导类型并不一样，因微生物碳酸岩研究的程度最深，下文主要以其进行阐述。微生物岩并不同于一般的于生物有关的沉积物，她产出的环境并不仅仅局限于深海海域，在浅海环境和湖相沉积中也大量存在，同时它不是一般的残骸的组成，一旦形成以后，构成的主要骨架就成为二次粘结的场所。将他们和生物岩礁以及生物层礁相区分，微生物沉积建造被命名为微生物岩丘（岩礁）或者微生物岩镜（均质岩层或岩性体）。
1.2 分类
微生物岩分类因不同而标准划分不同。按照沉积物的组成类型可以分为钙质及碳酸岩质、磷块岩质、硅质岩以及铁质。实际上也就是根据微生物岩的宏观构造、内部结构、底栖微生物群落与沉积物之问的作用以及微生物岩在地层中发育方式和特点可将微生物岩分为
5种类型：1）叠层石；2）核形石；3）树枝石；4）凝块石；5）隐生石。根据微生物岩的宏观产出状态，建议用微生物岩礁和微生物岩层来与通常文献中所用的生物礁和生物层相区别。但不同的学者对分类方案持不同的意见，Ring提出的方案并不包括核形石的四分方案，高建平等则认为应当保留Burne的方案，而梅冥相则赞成微生物碳酸盐岩的类型的六分方案。
1.3 形成过程
Burne认为微生物岩的形成的过程主要包括捕获和黏结碎屑沉积（形成生物粘结灰岩）、非有机钙化（形成微生物钙华）以及由生物影响的钙化（形成生物骨架灰岩）三大过程。最后的过程可能是化学改造与光合作用相结合的产物，也可能是微生物含多糖鞘质的晶体结核作用的结果。根据澳大利眼产出的一些现代叠层石，已出版的凝块状叠层石（以凝块状构造为特征的微生物岩）和层状叠层石区别估计显示微生物岩既不总是由球菌为主的BMC（深海微生物群落）建造，也不由菌丝为主的BMC建造。尽管我们已经观察到现代凝块状叠层石建造的例子，在那里生物影响的碳酸岩化占主导作用；以及现在的层状叠层石建造的例子，在那里对于陆源碎屑以及季节性的沉积物的捕获和黏结作用占主导作用。
2 微生物岩的地层分布及其与生物绝灭的关系
地质历史时期微生物主要以微生物岩的形式大量的保存下来。在元古宙时期发育大量的微生物岩，随着寒武纪生命大爆发，多细胞生命的多样化，微生物在数量和多样性上都存在明显的衰减。晚奥陶纪生物绝灭事件后则出现了微生物繁盛的阶段，在尺寸和数量上都有所增加，其持续的时间也比较长。随后在晚泥盆纪弗拉期-法门期之交发生了显生宙中的另外一次生物绝灭事件，使生物礁生态系中的后生骨骼动物受到严重的影响，同时期则任表现为是微生物繁盛的过程。二叠-三叠生物大灭绝后发育大量的微生物岩，并大多数发育在浅水环境中，。由上可见在每次生物绝灭事件之后微生物岩都陆续出现，显然微生物岩的出现与重大地质历史转折事件是密不可分的，因二叠-三叠微生物岩是国内外研究的热点，下面主要以二叠-三叠之交的绝灭事件来进行探讨。
越来越多的研究表明二叠-三叠钙质微生物岩在全球广泛分布，并大部分都发育于低纬度的浅水海洋环境，向深水区很快歼灭，并且大多数位于二叠-三叠界线之后。这充分说明微生物岩在不仅在空间上具有广泛性，而且具有等时性。在我国华南地区，Lehrmann于1999年就报道了钙质微生物层，相继在川东、广西太平发现类似的沉积建造。王永标等在鄂东南报道的微生物岩产在二叠-三叠界线之上，同时Palaeofusulina sp等也在钙质微生物岩中发现了Hindeodus parvus 化石，即处于界线处。Xie等同过对GSSP煤山剖面生物标志化合物的检测发现多细胞生物大量减少的同时蓝细菌则是繁盛的，继而结合同位素的指标提出两幕式的观点，这一观点现被很多学者所采用。Kershaw通过对我国华南PT界线微生物岩的研究提出海平面处于上升的阶段，这和大部分学者得出的结果相符合。由大量的实例可以看出微生物的繁盛很有可能和多细胞生命的减少有关，但具体机制探讨的任不深入。
3 结论
微生物岩在地质记录中广泛分布，尤其是在地质转折期微生物岩记录了很多重要的信息，在其期间微生物岩的繁盛是地球环境急剧突变的时期，也是环境修复调整的时期，通过对微生物组成结构、成因分析以及和生物绝灭事件联系起来的研究分析必然对了解地质历史转折期生命与环境的协同演化有着重要的意义，是再造古地理古气候的重要线索，是了解不同圈层相互作用的良好载体，同时对于现代生物多样性危机导致微生物岩的繁盛对于我们重新思考人类和生态之间的平衡有一定的启示。
参考文献
[1]梅冥相，孟庆芬，刘智荣.微生物形成的原生沉积构造研究进展综述[J].古地理学报，2007，9(4).
深海微生物的研究进展范文第2篇
关键词 海洋生物技术
发展展望
近10年来，由于海洋在沿海国家可持续发展中的战略地位日益突出，以及人类对海洋环境特殊性和海洋生物多样性特征的认识不断深入，海洋生物资源多层面的开发利用极大地促进了海洋生物技术研究与应用的迅速发展。1989年首届国际海洋生物技术大会（以下简称MPS大会）在日本召开时仅有几十人参加，而1997年第四届IMBC大会在意大利召开时参加入数达1000多人。现在IMBC会议已成为全球海洋生物技术发展的重要标志，出现了火红的局面。《IMBC 2000》在澳大利亚刚刚开过，《IMBC 2003》的筹备工作在日本已经开始，以色列为了举办们《IMBC 2006》早早作了宣传，并争到了举办权。每3年一届的IMBC不仅吸引了众多高水平的专家学者前往展示与交流研究成果，探讨新的研究发展方向，同时也极大地推动了区域海洋生物技术研究的发展进程。在各大洲，先后成立了区域性学术交流组织，如亚太海洋生物技术学会、欧洲海洋生物技术学会和泛美海洋生物技术协会等。各国还组建了一批研究中心，其中比较著名的为美国马里兰大学海洋生物技术中心、加州大学圣地亚哥分校海洋生物技术和环境中心，康州大学海洋生物技术中心，挪威贝尔根大学海洋分子生物学国际研究中心和日本海洋生物技术研究所等。这些学术组织或研究中心不断举办各种专题研讨会或工作组会议研究讨论富有区域特色的海洋生物技术问题。1998年在欧洲海洋生物技术学会、日本海洋生物技术学会和泛美海洋生物技术协会的支持下，原《海洋生物技术杂志》与《分子海洋生物学和生物技术》合刊为《海洋生物技术》学报（以下简称MB T），现在它已成为一份具有权威性的国际刊物。海洋生物技术作为一个新的学科领域已明确被定义为“海洋生命的分子生物学如细胞生物学及其它的技术应用”。
为了适应这种快速发展的形势，美国、日本、澳大利亚等发达国家先后制定了国家发展计划，把海洋生物技术研究确定为21世纪优先发展领域。1996年，中国也不失时机地将海洋生物技术纳入国家高技术研究发展计划（863计划），为今后的发展打下了基础。不言而喻，迄今海洋生物技术不仅成为海洋科学与生物技术交叉发展起来的全新研究领域，同时，也是21世纪世界各国科学技术发展的重要内容并将显示出强劲的发展势头和巨大应用潜力。
1．发展特点
表1和表2列出的资料大体反映了当前海洋生物技术研究发展的主要特点。
1.1加强基础生物学研究是促进海洋生物技术研究发展的重要基石
海洋生物技术涉及到海洋生物的分子生物学、细胞生物学、发育生物学、生殖生物学、遗传学、生物化学、微生物学，乃至生物多样性和海洋生态学等广泛内容，为了使其发展有一个坚实的基础，研究者非常重视相关的基础研究。在《IMBC 2000》会议期间，当本文作者询问一位资深的与会者：本次会议的主要进步是什么？他毫不犹豫的回答：分子生物学水平的研究成果增多了。事实确实如此。近期的研究成果统计表明，海洋生物技术的基础研究更侧重于分子水平的研究，如基因表达、分子克隆、基因组学、分子标记、海洋生物分子、物质活性及其化合物等。这些具有导向性的基础研究，对今后的发展将有重要影。
1.2推动传统产业是海洋生物技术应用的主要方面
目前，应用海洋生物技术推动海洋产业发展主要聚焦在水产养殖和海洋天然产物开发两个方面，这也是海洋生物技术研究发展势头强劲。充满活力的原因所在。在水产养殖方面，提高重要养殖种类的繁殖、发育、生长和健康状况，特别是在培育品种的优良性状、提高抗病能力方面已取得令人鼓舞的进步，如转生长激素基因鱼的培育、贝类多倍体育苗、鱼类和甲壳类性别控制、疾病检测与防治、DNA疫苗和营养增强等；在海洋天然产物开发方面，利用生物技术的最新原理和方法开发分离海洋生物的活性物质、测定分子组成和结构及生物合成方式、检验生物活性等，已明显地促进了海洋新药、酶、高分子材料、诊断试剂等新一代生物制品和化学品的产业化开发。转贴于
表1 近期IMBC大会研讨的主要内容
表2 近期IMBC大会和《Marine Biotechnology》学报论文统计表
1.3保证海洋环境可持续利用是海洋生物技术研究应用的另一个重要方面
利用生物技术保护海洋环境、治理污染，使海洋生态系统生物生产过程更加有效是一个相对比较新的应用发展领域，因此，无论是从技术开发，还是产业发展的角度看，它都有巨大的潜力有待挖掘出来。目前已涉及到的研究主要包括生物修复（如生物降解和富集、固定有毒物质技术等）、防生物附着、生态毒理、环境适应和共生等。有关国家把“生物修复”作为海洋生态环境保护及其产业可持续发展的重要生物工程手段，美国和加拿大联合制定了海洋环境生物修复计划，推动该技术的应用与发展。
1.4与海洋生物技术发展有关的海洋政策始终是公众关注的问题
其中海洋生物技术的发展策略、海洋生物技术的专利保护、海洋生物技术对水产养殖发展的重要性、转基因种类的安全性及控制问题、海洋生物技术与生物多样性关系以及海洋环境保护等方面的政策、法规的制定与实施倍受关注。
2. 重点发展领域
当前，国际海洋生物技术的重点研究发展领域主要包括如下几个方面：
2.1发育与生殖生物学基础
弄清海洋生物胚胎发育、变态、成熟及繁殖各个环节的生理过程及其分子调控机理，不仅对于阐明海洋生物生长、发育与生殖的分子调控规律具有重要科学意义，而且对于应用生物技术手段，促进某种生物的生长发育及调控其生殖活动，提高水产养殖的质量和产量具有重要应用价值。因此，这方面的研究是近年来海洋生物技术领域的研究重点之一。主要包括：生长激素、生长因子、甲状腺激素受体、促性腺激素、促性腺激素释放激素、生长一催乳激素、渗透压调节激素、生殖抑制因子、卵母细胞最后成熟诱导因子、性别决定因子和性别特异基因等激素和调节因子的基因鉴定、克隆及表达分析，以及鱼类胚胎于细胞培养及定向分化等。
2.2基因组学与基因转移
随着全球性基因组计划尤其是人类基因组计划的实施，各种生物的结构基因组和功能基因组研究成为生命科学的重点研究内容，海洋生物的基因组研究，特别是功能基因组学研究自然成为海洋生物学工作者研究的新热点。目前的研究重点是对有代表性的海洋生物（包括鱼、虾、贝及病原微生物和病毒）基因组进行全序列测定，同时进行特定功能基因，如药物基因、酶基因、激素多肽基因、抗病基因和耐盐基因等的克隆和功能分析。在此基础上，基因转移作为海洋生物遗传改良、培育快速生长和抗逆优良品种的有效技术手段，已成为该领域应用技术研究发展的重点。近几年研究重点集中在目标基因筛选，如抗病基因、胰岛素样生长因子基因及绿色荧光蛋白基因等作为目标基因；大批量、高效转基因方法也是基因转移研究的重点方面，除传统的显微注射法、基因枪法和携带法外，目前已发展了逆转录病毒介导法，电穿孔法，转座子介导法及胚胎细胞介导法等。
2.3病原生物学与免疫
随着海洋环境逐渐恶化和海水养殖的规模化发展，病害问题已成为制约世界海水养殖业发展的瓶颈因子之一。开展病原生物（如细菌、病毒等）致病机理、传播途径及其与宿主之间相互作用的研究，是研制有效防治技术的基础；同时，开展海水养殖生物分子免疫学和免疫遗传学的研究，弄清海水鱼、虾、贝类的免疫机制对于培育抗病养殖品种、有效防治养殖病害的发生具有重要意义。因此，病原生物学与免疫已成为当前海洋生物技术的重点研究领域之一，重点是病原微生物致病相关基因、海洋生物抗病相关基因的筛选、克隆，海洋无脊椎动物细胞系的建立、海洋生物免疫机制的探讨、DNA疫苗研制等。
2.4生物活性及其产物转贴于
海洋生物活性物质的分离与利用是当今海洋生物技术的又一研究热点。现人研究表明，各种海洋生物中都广泛存在独特的化合物，用来保护自己生存于海洋中。来自不同海洋生物的活性物质在生物医学及疾病防治上显示出巨大的应用潜力，如海绵是分离天然药物的重要资源。另外，有一些海洋微生物具有耐高温或低温、耐高压、耐高盐和财低营养的功能，研究开发利用这些具特殊功能的海洋极端生物可能获得陆地上无法得到的新的天然产物，因而，对极端生物研究也成为近年来海洋生物技术研究的重点方面。这一领域的研究重点包括抗肿瘤药物、工业酶及其它特殊用途酶类、极端微生物定功能基因的筛选、抗微生物活性物质、抗生殖药物、免疫增强物质、抗氧化剂及产业化生产等。
2.5海洋环境生物技术
该领域的研究重点是海洋生物修复技术的开发与应用。生物修复技术是比生物降解含义更为广泛，又以生物降解为重点的海洋环境生物技术。其方法包括利用活有机体、或其制作产品降解污染物，减少毒性或转化为无毒产品，富集和固定有毒物质（包括重金属等），大尺度的生物修复还包括生态系统中的生态调控等。应用领域包括水产规模化养殖和工厂化养殖、石油污染、重金属污染、城市排污以及海洋其他废物（水）处理等。目前，微生物对环境反应的动力学机制、降解过程的生化机理、生物传感器、海洋微生物之间以及与其它生物之间的共生关系和互利机制，抗附着物质的分离纯化等是该领域的重要研究内容。
3.前沿领域的最新研究进展
3.1发育与生殖调控
应用GIH（性腺抑制激素）和GSH（性腺刺激激素）等激素调控甲壳类动物成熟和繁殖的技术[1]，研究了甲状腺激素在金绍生长和发育中的调控作用，发现甲状腺激素受体mRNA水平在大脑中最高，在肌肉中最低，而在肝、肾和鳃中表达水平中等，表明甲状腺素受体在成体金银脑中起着重要作用[1]，对海鞘的同源框（Homeobox）基因进行了鉴定，分离到30个同源框基因[1]，建立了青鳉的同源框（Homeobox）基因[1]，建立了青鳉胚胎干细胞系并通过细胞移植获得了嵌合体青鳉[1]，建立了虹鳟原始生殖细胞培养物并分离出Vasa基因[2]，进行斑节对虾生殖抑制激素的分离与鉴定[2]，应用受体介导法筛选GnRH类似物，用于鱼类繁殖[2]，建立了海绵细胞培养技术，用于进行药物筛选[2]，建立了将海胆胚胎作为研究基因表达的模式系统[2]，通过基因转移开展了海胆胚胎工程的研究[2]，研究了人葡糖转移酶和大鼠已糖激酶cDNA在虹鳟胚胎中的表达［3］，建立了通过细胞周期蛋白依赖的激酶活性测定海水鱼苗细胞增殖速率的方法[3]，研究了几丁质酶基因在斑节对虾蜕皮过程中的表达［4］，从海参分离出同源框基因，并进行了序列的测定[4]。
3.2功能基因克隆
建立了牙鲆肝脏和脾脏mRN A的表达序列标志，从深海一种耐压细菌中分离到压力调节的操纵子，从大西洋鲑分离到雌激素受体和甲状腺素受体基因，从挪威对虾中分离到性腺抑制激素基因[1]；将DNA微阵列技术在海绵细胞培养上进行了应用，构建了班节对虾遗传连锁图谱，建立了海洋红藻EST，从海星卵母细胞中分离出成熟蛋白酶体的催化亚基，初步表明硬骨头鱼类IGF－I原E一肽具有抗肿瘤作用[2]；构建了海洋酵母De—baryomyces hansenii的质粒载体，从鲤鱼血清中分离纯化出蛋白酶抑制剂，从兰蟹血细胞中分离到一种抗菌肽样物质，从红鲍分离到一种肌动蛋白启动子，发现依赖于细胞周期的激酶活性可用作海洋鱼类苗种细胞增殖的标记，克隆和定序了鳗鱼细胞色素P4501A cD－NA，通过基因转移方法分析了鳗细胞色素P450IAI基因的启动子区域，分离和克隆了鳗细胞色素P450IAI基因，建立了适宜于沟绍遗传作图的多态性EST标记，构建了黄盖鲽EST数据库并鉴定出了一些新基因，建立了班节对虾一些组织特异的EST标志，从经Hirame Rhabdovirus病毒感染的牙鲆淋巴细胞 EST中分离出596个 cDNA克隆[3]；用PCR方法克隆出一种自体受精雌雄同体鱼类的ß一肌动蛋白基因，从金鲷cDNA文库中分离出多肽延伸因子EF－2CDNA克隆，在湖鳟基因组中发现了TC1样转座子元件[4]；鉴定和克隆出的基因包括：南美白对虾抗菌肽基因、牡蛎变应原（allergen）基因、大西洋鳗和大西洋鲑抗体基因、虹鳟Vasa基因、青鳉P53基因组基因、双鞭毛藻类真核启始因子5A基因、条纹鲈GtH（促性腺激素）受体cDNA、鲍肌动蛋白基因、蓝细菌丙酮酸激酶基因、鲤鱼视紫红质基因调节系列以及牙鲆溶菌酶基因等［1—4］。
3.3基因转移
分离克隆了大马哈鱼IGF基因及其启动子，并构建了大马哈鱼IGF（胰岛素样生长因子）基因表达载体[1]。通过核定位信号因子提高了外源基因转移到斑马鱼卵的整合率[1]，建立了快速生长的转基因罗非鱼品系并进行了安全性评价；对转基因罗非鱼进行了三倍体诱导，发现三倍体转基因罗非鱼尽管生长不如转基因二倍体快，但优于未转基因的二倍体鱼，同时，转基因三倍体雌鱼是完全不育的，因而具有推广价值[2]；研究了超声处理促进外源DNA与金鲷结合的技术方法，将GFP作为细胞和生物中转基因表达的指示剂；表明转基因沟鲶比对照组生长快33％，且转基因鱼逃避敌害的能力较差，因而可以释放到自然界中，而不会对生态环境造成大的危害[3]；应用GFP作为遗传标记研究了斑马鱼转基因的条件优化和表达效率[3]；在抗病基因工程育种方面，构建了海洋生物抗菌肽及溶菌酶基因表达载体并进行了基因转移实验[2]；在转基因研究的种类上，目前已从经济养殖鱼类逐步扩展到养殖虾、贝类及某些观赏鱼类[2.3]。通过基因枪法将外源基因转到虹鳟肌肉中获得了稳定表达[4]。
3.4分子标记技术与遗传多样性
研究了将鱼类基因内含子作为遗传多样性评价指标的可行性，应用SSCP和定序的方法研究了大西洋和地中海几种海洋生物的遗传多样性[1]。研究了南美白对虾消化酶基因的多态性[1]；利用寄生性原生动物和有毒甲藻基因组DNA的间隔区序列作标记检测环境水体中这些病原生物的污染程度，应用18S和5.8 S核糖体RNA基因之间的第一个内部间隔区(ITC—1)序列作标记进行甲壳类生物种间和种内遗传多样性研究[2]；研究了斑节对虾三个种群的线粒体DNA多态性，用PCR技术鉴定了夏威夷Gobioid苗的种类特异性。通过测定内含子序列揭示了南美白对虾的种内遗传多样性，采用同功酶、微卫星DNA及RAPD标记对褐鳟不同种群的遗传变异进行了评价，在平鱼鉴定并分离出12种微卫星DNA，在美国加州鱿鱼上发现了高度可变的微卫星DNA[3]；弄清了一种深水鱼类（Gonostoma gracile）线粒体基因组的结构，并发现了硬骨鱼类 tRNA基因重组的首个实例，测定了具有重要商业价值的海水轮虫的卫星DNA序列，用RAPD技术在大鲮鲆和鳎鱼筛选到微卫星重复片段，从多毛环节动物上分离出高度多态性的微卫星DNA，用RAPD技术研究了泰国东部泥蟹的遗传多样性[3]；用AFLP方法分析了母性遗传物质在雌核发育条纹鲈基因组中的贡献[4]。
3.5 DNA疫苗及疾病防治
构建了抗鱼类坏死病毒的 DNA疫苗[1]；开展了虹鳟IHNV DNA疫苗构建及防病的研究，表明用编码IHNV糖蛋白基因的DNA疫苗免疫虹鳟，诱导了非特异性免疫保护反应，证明DNA免疫途径在鱼类上的可行性，从虹鳟细胞系中鉴定出经干扰素可诱导的蛋白激酶[2]；建立了养殖对虾病毒病原检测的ELISA试剂盒，用PCR等分子生物学技术鉴定了虾类的病毒性病原，将鱼类的非特异性免疫指标用于海洋环境监控，研究了抗病基因转移提高鲷科鱼类抗病力的可行性，研究了蛤类唾液酸凝集素的抗菌防御反映[2]；研究了一种海洋生物多糖及其衍生物的抗病毒活性[3]；建立了测定牡蛎病原的PCR—ELISA方法[3]；研究了Latrunculin B毒素在红海绵体内的免疫定位[4]。
3.6生物活性物质
从海藻中分离出新的抗氧化剂[1]，建立了大量生产生物活性化合物的海藻细胞和组织培养技术，建立了通过海绵细胞体外培养制备抗肿瘤化合物的方法[1]；从不同生物（如对虾和细菌）中鉴定分离出抗微生物肽及其基因，从鱼类水解产物中分离出可用作微生物生长底物的活性物质，海洋生物中存在的抗附着活性物质，用血管生成抑制剂作为抗受孕剂，从蟹和虾体内提取免疫激活剂，从海洋藻类和蓝细菌中纯化光细菌致死化合物，海星抽提物在小鼠上表现出批精细胞形成的作用，从海洋植物Zostera marina分离出一种无毒的抗附着活性化合物，从海绵和海鞘抽提物分离出抗肿瘤化合物，开发了珊瑚变态天然诱导剂，从海胆中分离出一种抗氧化的新药，在海洋双鞭毛藻类植物中鉴定出长碳链高度不饱和脂肪酸（C28），表明海洋真菌是分离抗微生物肽等生物活性化合物的理想来源[2]；发现海洋假单胞杆菌的硫酸多糖及其衍生物具有抗病毒活性，从硬壳蛤分离出谷光甘肽一S一转移酶，从鲤血清中分离出丝氨酸蛋白酶抑制剂，从海绵中分离出氨激脯氨酸二肽酶，从一种珊瑚分离出具DNA酶样活性的物质，建立了开放式海绵养殖系统，为生物活性物质的大量制备提供了充足的海绵原料[3]；从虾肌水解产物中分离到抗氧化肽物质[4]；从一种海洋细菌中分离纯化出N一乙酸葡糖胺一6一磷酸脱乙酸酶[4]。
3.7生物修复、极端微生物及防附着
研究了转重金属硫蛋白基因藻类对海水环境中重金属的吸附能力，表明明显大于野生藻类[1]，研究了石油降解微生物在修复被石油污染的海水环境上的可疗性及应用潜力[1]；研究了海洋磁细菌在去除和回收海水环境中重金属上的应用潜力[1]；用Bacillus清除养鱼场污水中的氮，用分子技术筛选作为海水养殖饵料的微藻，开发了六价铬在生物修复上的应用潜力，分离出耐冷的癸烷降解细菌，研究了海洋环境中多芳香化烃的微生物降解技术[2]；从噬盐细菌分离出渗透压调节基因，并生产了重组Ectoine（渗透压调节因子），从2650米的深海分离到一种耐高温的细菌，这种细菌可用来分离耐高温和热稳定的酶，在耐高温的archaea发现了D型氨基酸和无氧氨酸消旋酶，测定了3种海洋火球菌的基因组DNA序列，借助于CROSS／BLAST分析进行了特定功能基因的筛选，从海底沉积物、海水和北冰洋收集了1000多种噬冷细菌，并从这些细菌中分离到多种冷适应的酶[2]；建立了一种测定藤壶附着诱导物质的简单方法，研究了Chlorophyta和共生细菌之间附着所必需的形态上相互作用，研究了珊瑚抗附着物质（dterpene）类似物的抗附着和麻醉作用[3]；分析了海岸环境中污着的起始过程，并对沉积物和附着物的影响进行了检测[4]。
4．展望与建议
深海微生物的研究进展范文第3篇
1脂类
1.1多烯炔类成分
Aratake等[2]从印度尼西亚海绵Haliclonasp.中分离得到一种多元不饱和溴代脂肪酸6-bromo-icosa-3Z,5E,8Z,13E,15E-pentaene-11,19-diynoicacid（1），并通过核磁数据确定了其结构。将分离得到的该化合物纯化后进行细胞实验，研究表明其对NBT-T2大鼠膀胱上皮细胞有细胞毒性，半数抑制浓度（IC50）值为36μg/mL。Watanabe等[3]从Strongylophora属海绵中分离得到3个多烯炔类成分strongylodiolA、B、C，它们对Molt-4肿瘤细胞有非常显著的细胞毒活性，IC50值分别为0.35、0.85、0.80μg/mL。
1.2过氧化物
Plakinidae类过氧化物在海绵中比较常见，该类成分在C-3、6位存在过氧桥，同时在C-3、4、6位有烷基链取代。Ernesto等[4]从中国南海简易扁板海绵Plakortissimplex中分离得到plakortideH（2）、I、J，运用波谱学和化学的方法解析了其平面结构，并利用改良的Mosher法确定C-3、4、6手性位点的绝对构型。plakortideH、I、J对鼠纤维肉瘤细胞WEHI164显示出较强的活性，其IC50值分别为7.1、9.5、8.2μg/mL。并阐述了该类化合物的构效关系，认为过氧环是其具有细胞毒活性的活性位点，若过氧环被破坏，其细胞毒活性则会消失。Dai等[5]通过活性筛选及分离手段从海绵Diacarnuslevii中分离得到4种结构新颖的norsesterterpene过氧化物diacarnoxidesA～D，其中diacarnoxideB（3）显示出显著的活性，可以抑制低氧状态下肿瘤细胞的生长。海绵中分离得到的脂类化合物的结构见图1。
2大环内酯类
来自海绵的大环内酯类化合物结构新颖、药理活性多样，其已经引起越来越多的海洋药物研究人员的关注。Johnson等[6]从海绵Cacospongiamycofijiensis中分离得到大环内酯类聚酮化合物fijianolidesA（4）、B（5），及6种新型的fijianolidesD～I。fijianolidesA、B具有类似于紫杉醇的微管稳定作用，其中fijianolidesB的作用强于fijianolidesA，且在严重联合免疫缺陷（SCID）小鼠肿瘤细胞体内评价中发现：fijianolidesB可持续阻断HCT-116肿瘤细胞的生长长达28d。fijianolidesD～I在体外实验中也显示了一定的抗HCT-116和MDA-MB-435细胞系活性，其中fijianolidesE、H可以阻断细胞的有丝分裂。Chevallier等[7]从巴布亚新及利亚海绵Irciniasp.中分离得到一种有强细胞毒性的大环内脂类化合物tedanolideC及其类似物。体外试验表明该化合物对HCT-116细胞有强的细胞毒性，从细胞周期分析中发现其可使细胞分裂停留在S期。Singh等[8]从新西兰海绵Mycalehentscheli中分离得到亚微克级的大环内酯类化合物pelorusideA、B。其中pelorusideB可以促进微管的聚合，同紫杉醇一样可以阻断细胞的有丝分裂在G2期。
3肽类
在近30年中，研究人员从海绵中发现了大量结构新颖且药理活性强的肽类成分，部分化合物结构见图3。海绵肽类化合物的研究能够取得如此大的进展，主要有以下几个原因：（1）制备型高效液相色谱等分离纯化技术的快速发展与应用；（2）结构54132鉴定方面，波谱解析技术的进展，特别是2D-NMR和质谱等技术在海洋肽类结构测定方面的巨大推动作用。很多海绵环肽类成分由于N-端的封闭、β-或γ-氨基酸残基以及D-型氨基酸等新氨基酸存在，已经不能通过Edman降解来获取氨基酸序列的分析结果；（3）手性分离技术的发展，使研究人员能够用极少量的样品就可以确定某一氨基酸的绝对构型。Ebada等[9]从印度尼西亚的加里曼丹岛海绵Jaspissplendens中分离得到化合物jaspamide（6）和其两个衍生物jaspamideQ、R。通过1D和2DNMR核磁数据、质谱分析比较得到了jaspamide的准确结构。jaspamideQ、R可以抑制小鼠淋巴瘤L5178Y细胞的增殖，IC50值＜0.1μg/mL。Plaza等[10]从帕劳群岛深水水域海绵Theonellaswinhoei中分离得到3种新的类似于anabaenopeptin的多肽类化合物paltolidesA、B、C。paltolidesA、B、C在细胞实验中并没有显示出抗HIV-1活性或细胞毒性，但在亚微摩尔级显示出对羧肽酶的选择性抑制。Plaza等[11]从海绵Siliquariaspongiamirabilis中分离得到6种新的环肽化合物，它们分属于celebesidesA、B、C（7～9）和theopapuamidesB、C、D。celebesidesA在单轮传染性实验中抗HIV-1活性的IC50值为（1.9±0.4）μg/mL，而在非磷酸化的模拟实验中，celebesidesA即使在50μg/mL这样的高浓度下仍无活性。theopapuamidesA、B、C对人体结肠癌细胞HCT-116显示出细胞毒性，IC50值为2.1～4.0μg/mL，并且有强的抗真菌活性。Ratnayake等[12]从巴布亚新几内亚的海绵Theonellaswinhoei中分离得到一种结构新颖的环肽theopapuamide，该化合物对CEM-TART和HCT-116细胞系均具有强的细胞毒性，半最大效应浓度（EC50）值分别为0.5、0.9μmol/L。Robinson等[13]从两种海绵Aulettasp.和Jaspissplendens中分离得到jasplakinolide和11个jasplakinolide类似物，其中有7个化合物为新化合物。jasplakinolideB显示出非常强的细胞毒性，对人体直肠结肠恶性腺瘤细胞HCT-116的IC50值＜1nmol/L，但是在细胞微丝试验中，即使IC50值为80nmol/L时也没有显示出微丝破坏活性。
4生物碱类
生物碱类成分是海绵化学成分研究的一个非常重要的领域。该类成分结构独特，其中许多化合物具有抗肿瘤、降压、广谱抗菌、抗病毒等生物活性。因此药物开发人员对从中寻找治疗人类重大疾病的特效药物寄予了厚望。
4.1吲哚类生物碱Dai等[14]从海绵Smenospongiacerebriformis中分离得到2个新化合物dictazolineA（10）、B（11），以及2个已知化合物tubastrindoleA、B，活性筛选结果表明该类化合物既没有显示出明显的细胞毒性，也没有抗菌活性。
4.2β-咔啉类生物碱Inman等[15]从巴布亚新几内亚海绵Hyrtiosreticulates中分离得到1个β-咔啉生物碱hyrtiocarboline（12），该化合物可选择性抑制H522-T1肺非小细胞、MDA-MB-435黑素瘤细胞、U937淋巴癌细胞系的增殖。同时在该属海绵中还分离得到dragmacidonamineA（13）、B。
4.3异喹啉类生物碱异喹啉类生物碱具有很好的抗微生物、抗肿瘤等药理活性。ecteinascidin743（14）的开发成功使我们认识到了该类化合物具有广阔的新药开发前景[16]。Pettit等[17]从海绵Cribrochalinasp.中分离得到了3个异喹啉生物碱cribrostatin3（15）、4、5，并通过X单晶衍射确定了其立体构型。cribrostatin3、4、5显示出很强的抑制卵巢癌细胞Ovcar-3增殖的活性，其IC50值分别为0.77、2.20、0.18μmol/L，对鼠白血病细胞P388也有很好的抑制增殖的活性，IC50值为2.49、24.6、0.045μg/mL。另外，这3个化合物还具有一定的抗微生物活性。
4.4溴代酪氨酸类生物碱溴代酪氨酸类生物碱是一类生物活性广泛的成分。Carney等[18]从海绵Pasammaplysillapurpurea中分离得到bastadine（16），其对多种肿瘤细胞均表7R1＝PO3H2R2＝C2H58R1＝PO3H2R2＝C2H59R1＝PO3H2R2＝C2H56·1436·现出较弱的细胞毒性，在2μg/mL时，对结肠腺癌、人肺癌细胞A5499、鼠淋巴白血病细胞P388和人体肿瘤细胞HT-2有毒性；当浓度为2.5μg/mL时，其对无肿瘤CV-1猴肾细胞有一定的毒性。另外，bastadine对拓扑异构酶II（IC50值为2.0μg/mL）及脱氢叶酸盐还原酶（IC50值为2.5μg/mL）有抑制作用。Galeano等[19]从加勒比海绵Verongularigida分离得到9种bromotyrosine衍生的化合物，其中purealidinB（17）、11-hydroxyaerothionin（18）在10、5μmol/L时对利什曼原虫和疟原虫显示出选择性抗寄生虫活性。
4.5吡咯类生物碱Mao等[20]从海绵Mycalesp.中分离得到18个结构新颖的脂溶性的2,5-二取代吡咯类成分（19）。这些化合物具有一定的阻断缺氧诱导因子-1（HIF-1）活性的作用，IC50值＜10μmol/L。作用机制研究表明，该类化合物在一定浓度下可通过阻断NADH-泛醌氧化还原酶（复合物I）来抑制线粒体的呼吸作用，以此来阻断HIF-1的活性。Liu等[21]通过活性追踪及色谱方法从海绵Dendrillanigra中分离得到4个结构新颖的具有分子靶向抗肿瘤活性的片罗素类成分neolamellarinA、neolamellarinB、5-hydroxyneolamellarinB和7-hydroxyneolamellarinA（20）。7-hydroxyneolamellarinA可以阻断低氧诱导下T47D细胞中的HIF-1活性，IC50值为1.9μmol/L，也可以抑制血管内皮生长因子（VEGF），使其停留在分泌蛋白水平。季红等[22]从中国南海海绵Iotrochotasp.中分离得到purpurone（21），它是该属海绵中的特征性成分和主要抗氧化活性成分，其清除DPPH自由基的IC50值为19μg/mL。
4.6其他Morgana等[23]从海绵Petrosaspongiamycofijiensis中分离得到mycothiazole及类似物8-O-acetylmycothiazole、4,19-dihydroxy-4,19-dihydromycothiazole；mycothiazole可以抑制低氧诱导下肿瘤细胞中HIF-1的生成，IC50值为1nmol/L，抑制体外低氧刺激下肿瘤血管的生成，并在体外实验中还表现出一定的神经毒性。Coello等[24]从肯尼亚的拉姆岛海绵Mycalesp.中分离得到一种环状二胺1,5-diazacyclohenicosane（22），并运用HR-ESI-MS和1D、2D-NMR等波谱学方法确定了其结构。该化合物对A549、HT29和MDA-MB-231肿瘤细胞株显示出中等强度的抑制增殖活性，IC50值分别为5.41、5.07、5.74μmol/L。Hermawan等[25]从海绵Leucettasp.中分离得到一种新型聚炔类生物碱2-(hexadec-13-ene-9,11-diynyl-methyl-amino)-ethanol（23），并通过核磁数据确定其结构。该生物碱对NBT-T2细胞具有较强的细胞毒性，IC50值为2.5μg/mL。张浩等[26]从中国南海海绵Axinellasp.中分离得到hymenialdisine（24）和debromohymenialdisine（25）。这两种化合物为吡咯烷生物碱成分，都是MAPK途径抑制剂，其中hymenialdisine可以有效抑制影响丝裂原激活的蛋白激酶1的活性，其IC50值为6nmol/L，对GSK-3激酶以及CDK家族也显示出很强的抑制活性，其IC50值为10～700nmol/L。debromohymenialdisine能够具有抑制G2期DNA损伤检查点、检查点激酶1（Chk1）和2（Chk2）的活性，IC50值分别为8、3、315μmol/L。海绵中分离得到的生物碱类成分的结构见图4。
5甾醇
甾醇是一类分子中环戊烷骈多菲甾核的化学成分，是某些激素的前体，也是生物膜的重要组成部分。甾醇是存在于任何一种生物体内的化学成分。目前在海洋生物中发现了200多种单羟基甾醇，大部分在海绵中都可以找到。另外，从海绵中还分离得到了大量的多羟基甾醇类成分，这些成分大都具有显著的生理活性。Whitson等[27]从菲律宾海绵Spheciospongiasp.中分离得到3种新的甾醇硫酸盐spheciosterolsulfatesA（26）、B、C，通过1D、2D-NMR和HR-ESI-MS等波谱方法确定了它们的结构。这些化合物都可以阻断蛋白激酶Cζ（PKCζ）的活性，IC50值分别为1.59、0.53、0.11μmol/L；在细胞实验中显示其也可以阻断NF-κB的活性，EC50值为12～64μmol/L。黄孝春等[28]从我国南海的蓖麻海绵BiemnafortisTopsent中分离得到9个甾体。这些化合物均为首次从蓖麻海绵中分离得到，其中化合物cholest-4-ene-3,6-dione（27）在淋巴细胞转移实验中对T和B淋巴细胞的增殖显示出显著的抑制活性。另外，对蛋白质酪氨酸磷酸酯酶PTP1B也有显著的抑制活性，其IC50值为1.6μmol/L。Morinaka等[29]从海绵Phorbasamaranthus中分离得到5种新的甾体咪唑类化合物amaranzoleB（28）～F和已知结构的amaranzoleA（29）。amaranzoleB～F属于含有不同羟苯咪唑基侧链的类似物。amaranzoleA、C、D中C24位的C-N被C-O键取代分别得到化合物amaranzoleB、E和F。这两类咪唑类类似物很可能是因为烯丙基的重排，即C24-N和C24-O交换，同时伴随CO2的脱去而形成的。人结肠癌细胞HTC-116细胞毒活性测试结果表明，amaranzoleA无显著毒性（IC50＞32μg/mL）。Whitson等[30]从菲律宾的科隆岛海绵Lissodendoryx(Acanthodoryx)fibrosa样品中分离得到3个新的硫酸取代的甾醇的二聚体化合物fibrosterolsulfatesA、B、C，其中化合物fibrosterolsulfatesA（30）、B（31）具有较强的蛋白激酶CPKCζ抑制活性，IC50值分别为16.4、5.6μmol/L。Fattorusso等[31]从Clionanigricans中分离得到两个结构骨架异常奇特的甾体clionastatinsA（32）、B（33）。clionastatinsA、B为首次发现在自然界中存在的多卤代androstane类甾体，它们对鼠纤维肉瘤细胞WEHI164、鼠巨噬细胞RAW264-7和人单核细胞THP-1显示出中等强度的细胞毒活性，其IC50值为0.8～2.0μg/mL。Lu等[32]从昆士兰北部海床收集得到的海绵Sollasellamoretonensis中分离得到两种A环为芳香环的胆汁酸3-hydroxy-19-nor-1,3,5(10),22-cholatetraen-24-oicacid和3-hydroxy-19-nor-1,3,5(10)-cholatrien-24-oicacid。从海绵中分离得到的部分甾醇类成分的结构见图5。
6萜类
萜类化合物是一类分子结构中具有(C5H8)n单元的不饱和烷烃及其衍生物。海绵中的萜类化合物结构类型多种多样，并且具有强烈生理活性。
6.1倍半萜Xu等[33]从海绵Hyrtiossp.中分离得到一种新的倍半萜–二氢醌puupehanol（35）及已知的化合物puupehenone和chloropuupehenone。puupehenone显示出强的抗新隐球菌和念珠菌活性，最低杀真菌浓度（MFC）值分别为1.25、2.50μg/mL。
6.2二倍半萜黄孝春等[34]从南海倔海绵属海绵Dysideavillosa中分离得到5种scalarane型二倍半萜化合物。抗肿瘤活性筛选结果表明，scalaradial对HL-60、BEL-7402、MDA-MB-435等肿瘤细胞株具有显著的抑制活性，IC50值分别为3.4、5.8、4.8μmol/L。邱彦等[35]从中国南海海绵Hyrtioserectus中分离得到8个二倍半萜类化学成分，通过采用多种色谱手段进行分离纯化，应用多种波谱分析技术，并结合文献对照，对所分离到的化合物进行了结构鉴定。其结构分别为furoscalarol、12-O-deacetyl-furoscalarol、16-deacetyl-12-epi-scalarafuranacetate、isoscalarafuran-A、scalarin（37）、12-O-deacetyl-19-deoxyscalarin、12-epi-deoxoscalarin、21-hydroxy-deoxoscalarin。印度尼西亚海绵Lendenfeldiasp.的脂类提取物可以抑制低氧诱导的T47D胸腺瘤细胞中hypoxiainduciblefactor-1的活性。Dai等[36]通过色谱分离技术分离得到结构已知的homoscalarane型二倍半萜16β,22-dihydroxy-24-methyl-24-oxoscalaran-25,12β-olactone（38）、24-methyl-12,24,25-trioxoscalar-16-en-22-oicacid、12,16-dihydroxy-24-methylscalaran-25,24-olide、PHC-4andscalarherbacinA。它们不仅能够抑制低氧诱导的HIF-1的活性（IC50值为0.64～6.9μmol/L），还有抑制T47D和MDA-MDA-MB-231胸腺肿瘤细胞的增殖活性。
6.3三萜海绵中三萜的种类和数量都相对较少，主要可以分为异臭椿型、siphonella型和羊毛甾烷型3大类。Dai等[37]通过活性筛选及多种分离手段从南非海绵Axinellasp.中分离得到7个结构新颖的sodwanone三萜类化合物3-epi-sodwanoneK（39）、3-epi-sodwanoneK-3-acetate、10,11-dihydrosodwanoneB、sodwanonesT～W和结构新颖的yardenone三萜类化合物12R-hydroxyyardenone，以及结构已知的化合物sodwanoneA、sodwanoneB、yardenone。sodwanoneV可同时阻断低氧诱导和铁离子螯合剂（1,10-邻二氮杂菲）诱导下T47D胸腺肿瘤细胞中HIF-1的活性（IC50值为15μmol/L）。化合物3-epi-sodwanoneK、sodwanonesT、10,11-dihydro-sodwanoneB和sodwanoneA可以抑制T47D细胞中HIF-1的活性。化合物3-epi-sodwanoneK-3-acetate对T47D细胞有一定的细胞毒性（IC50值为22μmol/L），化合物sodwanonesV对MDA-MB-231胸腺肿瘤细胞有一定的细胞毒性（IC50值为23μmol/L）。唐生安等[38]采用多种色谱手段对中国南海海绵Jaspissp.的化学成分进行了分离纯化，应用波谱分析技术（包括IR、MS、2D-NMR等），并结合文献对照，对所分离到的化合物进行了结构鉴定，分别为异臭椿类三萜化合物stellettinA（40）～D、H、I、rhabdastrellicacidA和geoditinB。该类化合物具有很强的抗肿瘤、抗病毒等生理活性，所以极具研究开发和应用价值。
7展望
