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深海微生物蘊藏應用大前景

發佈時間:2018-09-27
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■ 本報記者 蘭聖偉


深海具有豐富的生物多樣性,深海水體、沉積物、海底平原、海溝、冷泉、海山等構成了特殊的生態系統,是巨大的生物基因資源寶庫。多年來,自然資源部第三海洋研究所科研人員聚焦國際深海科學前沿,在深海微生物多樣性調查、深海生物基因資源庫建設、海洋微生物功能研究、深海生物資源開發利用等方面取得了重要成果,逐漸發展成為國際深海微生物研究領域的一支重要力量。




探究極端環境下的生命系統


深海微生物因生存環境極端特殊,在生命演化過程中,形成了獨特的多樣性和代謝機制,嗜冷、嗜壓、嗜熱、嗜鹼以及抗重金屬等極端微生物資源豐富,是新結構天然活性物質的重要來源。目前,深海極端微生物在醫藥衛生、生物技術等領域展現出了巨大活力,開展深海生物基因資源勘探和研究已經成為國際社會關注的科學熱點。


早在上世紀70年代,美國“阿爾文”號載人潛水器就發現了深海熱液區。但是由於探測手段限制,時至今日人類對深海熱液生命系統的認知依然有限,熱液活動與地球生命起源的關係依然是未解之謎,人類對深海生態系統的調查研究相對較少,對海底生物生命過程、代謝機制過程與環境貢獻更是了解有限。


科學研究表明,從大洋表層到深海海底,海洋微生物數量龐大,物種多樣性極其豐富,不僅在海水錶層存在大量的微生物新物種、新基因,而且在2500多米水深甚至更深的海底也有微生物活動,深海新物種的科學價值、環境作用和資源價值尚難以估量。


在深海洋底搭建實驗平臺


正在執行中國大洋50航次科考任務的“向陽紅03”船上,有一套橙紅色的方形調查設備格外引人注目。這套名為深海微生物原位富集裝置的設備,由海洋三所等單位聯合研發,可布放于海水與沉積物界面進行微生物原位培養。該設備可幫助科考隊員在海底搭建一個深海實驗平臺,利用深海原位高壓、低溫、寡營養、黑暗等極端環境,富集和培養在陸地實驗室無法培養的微生物。


今年8月,該設備在西太平洋牛郎海山區完成了為期一年共計8類微生物的原位培養實驗,獲得了大量高保真的微生物原位富集菌群和環境數據。海洋三所研究團隊利用該設備在印度洋、太平洋及南海等海域開展多次深海微生物的原位培養實驗,為充實我國深海微生物菌種庫提供了重要實驗平臺。


這只是我國大洋微生物資源調查的一個縮影。“十五”期間,我國正式啟動深海生物及其基因資源研究,依託海洋三所建立了中國大洋生物基因研發基地和我國首個深海微生物資源庫。2005年,在國家自然科技資源共用平臺支援下,海洋三所建成中國海洋微生物菌種保藏管理中心,主要負責海洋微生物菌種的採集、整理、鑒定、保藏與共用,是我國唯一的海洋微生物菌種保藏機構。


經過多年積累和發展,海洋三所在極端微生物資源獲取、極端酶研究、活性物質篩選和微生物多樣性分析等方面取得了重要進展,初步形成了一支集大洋生物基因資源勘探及大洋科學研究于一體的科研團隊,調查足跡遍佈全球大洋和南北極。


近年來,隨著蛟龍號、“海龍”號和“潛龍”號等深海裝備的發展,我國大洋調查獲取深海生物樣品的可靠性和準確性顯著提升。科學家們多次搭乘蛟龍號載人潛水器抵達太平洋多處海山、馬利亞納海溝、沖繩海槽、深海熱液區等區域進行海底觀測和生物採樣,為研究深海生態系統、探索生命演化提供了重要基礎材料。


微生物資源利用走進現實


經過十多年發展,我國在深海生物資源探測和保藏工作中取得了“後發先至”的顯著成效,徹底改變了我國在國際海底基因資源研發領域的落後局面。


截至去年底,我國科研人員從各種海洋環境中成功分離鑒定了2萬多株微生物,海洋微生物菌種保藏管理中心庫藏海洋微生物達2.2萬株、3900多個種,包括細菌、酵母菌、絲狀真菌、古菌等,來源涵蓋深海沉積物、紅樹林土壤、熱液羽流、煙囪、冰芯、極地凍土等多種生境,初步建立起深海生物基因庫,達到國際領先水準。同時,中心共用能力不斷提升,目前共對高等院校、科研單位及企業等提供菌株1.2萬餘株/次,為國家多項重大科技計劃提供了重要的菌種資源保障。


開展深海微生物資源勘探的目的是造福全人類。如今,我國科研人員在深海微生物應用領域開展了一些積極探索和有益嘗試,微生物資源的開發利用逐漸走進人們日常生活。


海洋三所研究團隊利用海洋的嗜油微生物,研發出一種石油高效降解菌株。該成果成功應用於廈門觀音山海域曾被石油污染的沙灘生態修復工程,取得了良好修復效果;在農業應用領域,海洋三所目前有3類微生物製劑進入田間試驗階段;在藥物研發方面,成功從海洋微生物中分離鑒定出近百個具有抗腫瘤、抗衰老、抗菌或抗病毒等功能的活性小分子化合物。

數據顯示,我國目前已經完成5000多株微生物資源在海洋藥物、生物農藥、環境保護、工業酶應用、生物技術等方面的潛力評估,申請國際國內發明專利200多項,大力推動了深海生物智慧財産權的保護,有效保障我國在國際海底區域的權益。隨著“蛟龍探海”重大工程的實施和我國深海探測技術發展、大洋調查能力提升,預計到“十三五”末,深海微生物資源庫保藏量將達到3萬多株,深海微生物資源的開發利用將對人們的日常生活産生積極而深遠的影響。

文章來源:中國海洋報
責任編輯:閆景臻

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