深海微生物的研究进展篇1
邵宗泽,国家海洋局第三海洋研究所研究员，国家海洋局海洋生物遗传资源重点实验室主任。国家百千万人才工程人选，国http://家政府特殊津贴专家，中国大洋协会重大项目首席科学家，中国大洋有突出贡献专家。建立了我国第一个规范化的海洋微生物资源保藏管理中心。
深海是地球表面生物多样性最丰富的地区，对深海生物系统及生物资源的研究，对于生物起源和进化、生物对环境的适应性以及医药卫生、生物技术、轻化工等方面的研究，都能够起到重要的推动作用。近年来，国际上对深海生物资源，尤其是深海生物基因资源的勘探和研究越来越关注，邵宗泽研究员为我们介绍了国内外深海生物资源的勘探和研究现状，并对我国这方面存在的问题与不足提出了自己的看法与建议。
记者：请您为我们介绍一下深海生态系统调查研究的意义与动态情况。
邵宗泽：深海水体、深海沉积物、深海平原、海山、海沟、冷泉等各种生境构成了深海特殊的生态系统。深海生态系统是地球上最大的生态系统，复杂独特、生境多样，蕴藏着巨大的基因资源，已引起国际社会高度关注。
与地球上其他生态系统相比，对深海生态系统的调查研究还很少。虽然早在1977年，美国“阿尔文”号深潜器就发现了深海热液区，但目前对深海热液生态系统的认识还比较肤浅。不同地质背景的热液成分及生物群落组成具有独特性，目前对各大洋的热液生态系统的分布与生物种群特征还没有全面的了解。对古菌、细菌以及噬菌体等在深海生态系统的形成与维持过程中的作用，还有很多问题等待解答，热液活动在地球生命起源中的作用仍是一个谜。
记者：深海微生物是深海生态系统的重要成员，请您介绍一下国际上深海微生物调查研究的情况。
邵宗泽：微生物是深海生态系统中的重要组成部分，与其他海洋生物形成了密切的共附生关系。深海极端高温、低温、有氧、无氧等各种各样的环境条件选择出了多种多样的微生物。营养贫乏的大洋环境造就了寡营养的海洋微生物，寡营养微生物以其精简的基因组和特殊的代谢机制适应了特殊的深海环境。总的来说，各种古菌、细菌、噬菌体广泛分布于整个海洋环境，构成了独特的“深部生物圈”，它们在地球生物化学循环中起着重要作用。
其中，深海化能自养微生物对热液及海底冷泉生态系统的形成至关重要。用时8年的化能自养生态系统计划（chessproject）对南大西洋、南太平洋等四个海区的深海化能自养生态系统进行了调查。在位于南太平洋开曼海槽（caymantrough）的超慢速扩张洋中脊，发现了水深最深热液口（6800米），生态环境独一无二；在南大西洋中脊发现了最热的热液口，还在新西兰附近发现了巨大的深海冷泉区，在北极的摩恩（mohnsridge）发现了大量的硫氧化菌席。
深海沉积物也是一个巨大的、天然的dna资源库，仅位于深海沉积物顶部的10厘米空间，据估算约含有4.5亿吨脱氧核糖核酸（dna）。已经证实，海底1626米以下的沉积物中也有微生物活动。深海中蕴藏着地球上最为丰富的物种多样性和最大的生物量，被公认是未来重要的基因资源来源地，具有巨大的应用开发潜力。
随着环境基因组、宏蛋白组等组学分析技术的进步，对海洋微生物的认识取得了重大进展。美国克雷格?文特尔研究小组开展的海洋微生物环境基因组系列调查发现，仅在表层海水就有大量的微生物新物种、新基因、新蛋白、新途径。这些微生物新物种、新蛋白家族、新代谢过程的科学价值、环境作用和资源价值目前难以估量。
记者：目前，深海生物基因资源已成为各国在国际海底竞相角逐的战略资源，能不能介绍一下国际社
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会的看法与态度？
邵宗泽：人类对海洋生物基因资源知识产权的拥有量每年在以12%的速度快速增长，目前有超过18000个天然产物和4900个专利与海洋生物基因有关，说明它不再只是个应用远景，而是一类现实的可商业利用的重要生物资源。基因组测序技术与生物信息技术的发展，大大加速了海洋微生物基因资源的发现与发掘速度。
目前，公海海洋生物基因资源的保护与可持续利用，以及知识产权归属已经成为联合国国际海底会议的重要议题。从2004年起，联合国会员大会成立了“国家管辖以外海域的海洋生物多样性工作组”，每两年召开正式会议磋商，我国每次由外交、管理人员和学术专家应邀组团参加，目前还没有被国际社会广泛接受的法律框架来保护和规范海洋生物基因资源的开发。
发达国家与发展中国家因各自的经济实力、深海调查能力的差异，对海底遗传资源生物勘探所持的态度也不一致。发达国家坚持先入为主、自由采探，主张知识产权的保护。相反，发展中国家主张“人类共同遗产”原则，坚持利益共享，不支持公海海洋生物基因资源知识产权的申请保护。
记者：我国近年来在我国大洋深海生物基因资源勘探方面的研究进展与现状如何？
邵宗泽：我国在“十五”期间就启动了深海生物及其基因资源的相关研究，并依托国家海洋局第三海洋研究所建立了中国大洋生物基因研发基地。在深海微生物研究装备的研制、深海微生物基础科学研究以及资源开发应用方面取得了重要进展。从2003年起，初步建立了我国第一个深海微生物资源库。2005年起，在国家自然科技资源共享平台的支持下，在深海微生物资源库的基础上建立了中国海洋微生物菌种保藏管理中心。经过六年积累，分离了大量新的大洋微生物资源，并通过资源的标准化、规范化整理，建立了资源共享平台。
“十一五”期间，在大洋协会洋中脊项目支持下，发表深海微生物研究论文200多篇，其中147篇sci文章发表在美国科学院院刊等重要学术刊物上。在极端微生物资源获取、极端酶研究、活性物质筛选以及微生物多样性分析等方面取得了重要进展，初步形成了集大洋生物基因资源勘探及大洋科学研究于一体的优秀团队。
“十二五”期间，在深海生物调查技术能力、深海（微）生物勘探与资源潜力评估以及微生物资源开发方面，已经得到了在科技部、海洋局、大洋协会等各 类项目大力支持，有望获得更大的进展。
记者：在深海生物基因资源勘探方面，我国还存在哪些不足？您认为应该如何提高我们的研究水平来缩短差距？
邵宗泽：通过近十年http://的努力，我国在深海生物基因资源方面有了一定的积累，但相比发达国家，在采样技术等方面还有较大差距。我们在深海调查与样品采集方面技术手段还有待加强。虽然我们也有了载人深潜器和水下机器人，但观测与采样工具还比较欠缺，深海作业的经验也很缺乏。在生物资源研发方面也存在较大差距，需要继续加强在深海极端生命过程、工业酶、先导化合物筛选、深海微生物环境作用等方面的研究。深海生物资源的开发、产业的形成一方面需要国家政策的扶持，也需要企业的积极参与。
深海微生物的研究进展篇2
关键词药物；微生物；放线菌；基因组学；研究；研发
中图分类号Q939.93文献标识码a文章编号1007-5739（2014）21-0284-02
在临床药物学研发中，针对中药、化学药物及生物技术药物研究较多，而微生物药物方面的研究并不多。随着微生物次级代谢产物研究的增多，有关微生物新药的开发也越来越多，而且微生物药物还具有条件温和、易工业化生产及污染小等优点，加强微生物类药物研究和开发具有现实意义。
1微生物药物的发展历程
人类认识微生物的历史悠久，但研究微生物药物的历史并不长，尤其是对微生物次生代谢产物方面的药物研究历史更短，至今不过70年。微生物药物中的青霉素是由英国的细菌学家在1929年发现的，20世纪40年代初学者Chain与Florey将青霉素应用到了临床治疗中。随后，从微生物次生代谢产物中发现了庆大霉素、红霉素、螺旋霉素及林可霉素等药物。随着医药学的发展，人们对疾病分子基础与药物作用机制越来越了解，还能在体外构建各类药物筛选的模型，极大地提升了微生物药物研制。微生物所筛选的生理活性物质中，除了抗生素外，在抗肿瘤用药、免疫抑制剂及酶抑制剂等领域也具有很大的药物开发价值。在近70年的微生物药物研究中，科学家从土壤、动物、植物、海洋中获取微生物，还有些微生物来自高寒、高温及高压等极端环境，而人类对微生物的了解仍然较少，还不到3%，在微生物代谢的产物当中，还存在着大量待开发的药物，需要人们进一步研究与开发。
2微生物药物的特点
微生物药物是指微生物在生命活动过程中，产生的具有生理活性的次生代谢产物及其衍生物。近些年，随着其微生物次生代谢产物生理活性的研究，微生物中靶位确切的多糖及蛋白分子等活性物质被发现[1-2]。次级代谢产物难以用化学法进行合成，即使能合成也无法有效实现工业生产，若把小分子的物质进行化学修饰之后，可获得含有使用价值更高的微生物药物。与化学药物相比，微生物药物具有以下特点：一是微生物的生长周期较短，易选育菌种，易控制，可经大规模发酵进行工业化生产；二是微生物的来源非常丰富，筛选时不用特别考虑先导化合物，筛选几率也比较大；三是通过微生物药物合成改造，微生物药物生产能力得到很大提升，便于新微生物药物合成。微生物多样性使得临床医药的应用前景更为广阔。
3微生物药物资源的研究
3.1海洋微生物药物
在整个地球，面积最大的是海洋，海洋具有高压、高盐、高温及无阳光等自然特点。海洋中的微生物具有较特殊的遗传背景与代谢方式，可能产生功能及结构特殊的活性物质[3]。研究表明，海洋微生物中，近27%可产生抗菌类的活性物质，其分离出的代谢产物大多数含有生物活性。例如，Koyama等学者从海洋真菌中获得了新二萜药物。当前，从海洋微生物代谢产物当中，发现了很多结构特殊、新颖的活性物质，这些活性物质在陆地微生物中未发现过，因此海洋微生物药物是非常具有开发潜能的天然药物。
3.2稀有放线菌微生物药物
多数活性物质源于普通的放线菌，但从普通放线菌当中获取新的活性物质几率下降，研究范围逐步拓展至稀有放线菌中。自20世纪50年代开始，有些稀有放线菌的代谢产物已应用到临床中，例如，庆大霉素、红霉素与安莎类等物质。目前，人类认知的放线菌种类不到实际种类的10%，放线菌微生物药物的研发还具有很大发展空间。
3.3极端环境下的微生物药物
在高温、高酸、高盐及严寒等极端环境下，长期生长的微生物，其生理机制及基因类型均较为独特，代谢产物也比较特殊。现代所知的微生物药物资源种类占实际种类资源不到10%，而极端环境下的微生物更少，在极端环境中，更能发现未知的微生物药物资源。如近些年云南大学对青海及新疆等地区中极端环境下的微生物进行了系统研究，并获得了很多未知微生物，有效推进了微生物药物的研究和开发。
4基因组学研究下的微生物药物开发
随着人类和微生物基因组学的深入研究，近5000种蛋白或功能基因被认成潜在药物的靶标，这给微生物药物筛选及发现打下了基础，其药物靶标和基因组学研究发展紧密相关。根据统计可知，在2009年之前，整个世界有2500余种病毒，其中，完成基因测序的真菌有100余种，细菌约600种。随着微生物基因组学计划和蛋白基因组学研究的不断深入，建起了相应的蛋白质数据库，对一些重大疾病的蛋白质结构进行了系统测定，剖析了蛋白质三维结构，并发现了一些具有药物作用的靶标[1]。从病原微生物看，功能性基因组的研究为致病基因及必需基因的确定奠定了基础，尤其是一般性病毒，整个基因组能编码约10个蛋白基因，而功能蛋白中4～6个是药物靶标。从细菌方面看，细菌基因组要比病毒基因多，细菌基因组多在4mbp左右，编码蛋白基因约数千个，独特必需基因有数百个，为潜在药物的靶标奠定了基础，对于真菌来说，有些致病真菌基因组已完全测序出来，因此具有真菌生长的基因为人类非同源基因预测提供了可能性，如假丝酵母基因组的序列当中，就发现了200余个基因，但人的基因组当中有些没有同源性，运用其潜在靶标可寻找到药物的靶点[4-5]。
5我国微生物药物研发思考与展望
随着我国生命科技不断发展，医学领域对微生物资源越来越重视，微生物药物研发不断增多，其药物靶点不断被发现，在现代化学实体当中，超过10%为微生物药物，并且属于新衍生物研发。我国微生物资源非常丰富，但对微生物认识有限，尤其是海洋、植物及极端环境下的微生物研究较少，运用基因组学技术获取微生物衍生物中的药物，这已成为微生物新药获得的重要方式[6-8]。与发达国家比较，我国在微生物药物方面的研究比较欠缺，政府部门也应给予重视与支持，加强我国微生物药物方面的研究与开发，为人类的生命安全做出贡献。
6参考文献
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深海微生物的研究进展篇3
关键词繁茂膜海绵；肾指海绵；生物特性；培养；应用；
中图分类号Q178.53文献标识码a文章编号1007-5739（2014）06-0269-02
ResearchadvancesonBiologicalCharacteristicsandCultureapplicationoftwoKindsofCommonSpongeinChina
pUHong-yu1，2penGChong2ZHanGBi3
（1KeyLaboratoryofFisheryequipmentandengineering，ministryofagricultureofthepeople′sRepublicofChina，Shanghai200092；
2SchoolofFisheriesandLifeScience，DalianoceanUniversity；3DalianHeshengfengSeafoodaquacultureFarm）
abstactRecently，moreandmoreattantionshavebeenpaidontheresearchofbiologicalstructureandphysiologicalfunctionofsponge，thevalueofspongeapplyingonbiopharmaceutical，marinemicrobialculture，waterpurificationandbiomimeticisresearchfocusinthefieldofmarinebiology.HymeniacidonperleveandReniochalinasp.arewidelydistributedspeciesintheintertidalzoneofYellowSeainChina，thepopulationofthistwokindsofspongeisamountinspringandsummer，whichhasabroadprospectinapplication.inthispaper，therecentresearchonbiologicalcharacteristicsofHymeniacidonperleveandReniochalinasp.weresummarized，focusingontheadvanceofartificialcultivationandapplicationofthistwokindsofsponges.
KeywordsHymeniacidonperleve；Reniochalinasp.；biologicalcharacteristics；culture；application
海绵动物门（Spongiatia）生物是一类古老的原始多细胞动物，其机体结构简单，通常被认为是最原始的水生多细胞动物。近年来，对于海绵生物特性及其在生物[1]、医药、水产领域的应用前景研究越来越受到重视。我国对于海绵的研究起步较晚，主要的研究对象集中在我国黄海海域的肾指海绵和繁茂膜海绵。对于这2种海绵的基本特性及其在水质净化处理[2]、医药活性物质提取[3]、微生物提取培养[4]等方面的研究均有一定程度的突破。
12种海绵的生物特性
肾指海绵和繁茂膜海绵都同属寻常海绵纲[5]，体型各种各样，呈现不规则的块状、球状、树枝状、管状、瓶状等。它们主要生活在黄、渤海海域潮间带，附着于水中的岩石、贝壳、水生植物或者其他物体上。其体表有无数小孔，是水流进入体内的通道，体表小孔与体内水沟系统连接，水流经过水沟系统后从出水口排出。海绵通过水流摄取食物、氧气并排出废物。
肾指海绵通常情况下为深橙色，机体质地较硬，表面有黏液附着，繁茂膜海绵[6]则为黄色或者黄褐色，表面多孔，质地比较软。2种海绵的体壁均由2层细胞构成，在2层细胞之间为中胶层。体表的一层细胞为扁细胞，有保护作用，扁细胞内有能收缩的肌丝，具有一定的调节功能，中胶层是胶状的填充物质。2种海绵都具有硅质的骨针，形状各有不同，主要有单轴、三轴、四轴等，主要作用是骨骼支持。中胶层内还有一些变形细胞对于海绵的研究十分重要，也是海绵研究的热点。中胶层可以分泌形成骨针的成骨细胞及形成海绵质纤维的成海绵质细胞，以及具有不同功能的原细胞。在肾指海绵和繁茂膜海绵里，原细胞能够消化食物，形成生殖细胞，起着非常重要的作用。2种海绵的水沟系都比较复杂，为复沟型，管道分支非常多，在中胶层中有很多领细胞的鞭毛室，中间的腔壁由扁细胞构成。水流由流入口流入，经过流入管、前幽门孔、鞭毛室、后幽门孔、流出管、中央腔，再由出水孔流出。它们的这种复沟型水沟使得其能够获得更多的食物和氧气，同时也能加快新陈代谢排出废物的速率，使得其滤食效率大大增加，对于海绵的生命活动和生存能力都是非常有帮助的[7]。肾指海绵和繁茂膜海绵都同时具有有性生殖和无性生殖。无性生殖又分为出芽和芽球方式。出芽生殖由海绵体壁的一部分向外突出形成小芽体，待生长条件适宜以后再慢慢脱离母体长成新的个体，也有的不脱离母体和母体形成聚集体。芽球的形成则是在中胶层里由一些原细胞聚集成的，这些原细胞都是储存了大量的营养物质，在芽球表面会有一些柱状的小骨针，形成球形芽球。繁茂膜海绵的有性生殖为胎生型，因为在相关研究中[8]发现了繁茂膜海绵的和卵子，并且在适宜的条件下发现了海绵组织中存在着大量的胚胎，所以可以认定繁茂膜海绵的有性生殖是属于胎生型。而肾指海绵的有性生殖形式还少有研究，目前还不是很清楚，但是根据肾指海绵与繁茂膜海绵的相似性和近源性可以推测它的有性生殖的方式很有可能也是胎生型。
22种海绵的人工培养研究
对肾指海绵的研究主要集中在医药活性物质提取上[9]，由于其体内微生物成分比较复杂，大部分是和多种微生物互利共生[10]的生存在水沟系，而且因为肾指海绵的组织学、结构学等研究上的缺乏，导致对肾指海绵的人工培养研究尚未开展。对繁茂膜海绵的人工培养研究较多，这是因为繁茂膜海绵在组织学、结构等已有较为深入的研究，使繁茂膜海绵的人工培养技术已有了一定的突破。张卫等[11]早在2005年就实现了繁茂膜海绵在实验室的养殖。该试验采用了2种不同的养殖系统，一种为封闭的可控系统，一种为半封闭的可控系统，通过不同的饵料投喂方式、饵料种类、养殖环境、水流、温度来考察这些条件对海绵生理状态及生长发育状况的影响，从而分析归纳出繁茂膜海绵在试验的人工可控条件下最佳的生长条件。通过采集天然海区的海绵个体，将其固定于石材、玻璃、pVC板材等材料表面，一段时间后海绵会自动附着在底物上，适宜的流水条件和附着物材料的表面处理对于附着效果具有显著影响。研究还发现，海绵对食物没有显著的选择性，试验结果显示，不论是活体单细胞藻类、细菌，还是非生物有机颗粒，海绵均能够摄食。海绵细胞的原代培养到30d后，会逐渐有新的海绵组织生长，经历生长、旺盛、衰落这几个不同的生长历程，海绵的整个生命周期在试验的条件下大概是60d，而继代可以持续到120～150d。试验推测认为，海绵在适应了新的生存环境后，能够表现出较好的生存能力，但是到了3代之后，繁茂膜的生命力就表现的比较弱，生长繁殖都不旺盛，持续的规模化人工培养尚需进一步研究。有报道认为海绵体内多种微生物共生[12]的关系是导致海绵难以持续人工培养的原因之一。海绵体内种类丰富的微生物早已被发现，其中海绵体内多种的活性物质的分泌也大多和它们有关。在自然海域，海绵可以滤食到大量的不同种类的微生物，这些微生物不但能够给海绵提供丰富的各种营养元素，更重要的是进入海绵体内的微生物有一部分是能够存活下来，在海绵体内形成共生群落，永久定居在海绵体内，参与海绵的摄食、分解、防御等生命活动[13]。因此，深入研究了解海绵体内的微生物群落，找出其关键的共生微生物群落是海绵持续培养的理论支撑。
32种海绵的开发应用研究
关于肾指海绵的应用研究，张卫等在2003年用8种不同的提取溶剂提取了肾指海绵体内的蛋白质进行了抑菌活性测定，结果显示在肾指海绵体内提取的蛋白质对于多种细菌均显示出了不同程度的抑制作用，但是由于提取的是粗液中的蛋白质，导致蛋白质的成分过于复杂，不能进一步的纯化研究，使得肾指海绵的活性物质的成分还尚不清楚。
繁茂膜海绵的应用研究相对于肾指海绵更为全面和深入。在生物制药领域，周建旭等在2004年就报道了繁茂膜海绵中促进细胞粘附成团的蛋白质，并用生物提取分离技术纯化了该蛋白质。曲翊等[8]在2011年报道了繁茂膜海绵原细胞的鉴别和纯化特点，清晰详细地分别出不同部位繁茂膜海绵的原细胞形态，成功地分离培养也为以后离体细胞培养繁茂膜海绵提供了试验理论依据，不同来源的原细胞培养出来的差异也说明了原细胞在繁茂膜海绵体内具有一定的分化。
近年来，繁茂膜海绵对于水体的净化修复研究也引发了不少学者的兴趣。付晚涛等[15]在2007年的研究报道中就阐述了繁茂膜海绵对于水体高效的净化修复能力，在实验室的暂养条件下，繁茂膜海绵可以阻留80%以上的悬浮颗粒，对细菌的阻留能力更是达到了96%，甚至繁茂膜海绵还能滤食养殖水体中的过剩饵料[16]，研究发现，繁茂膜海绵在高密度的弧菌和大肠杆菌水环境中能够正常存活生长不受危害。随着研究的深入，海绵更加广泛的利用途径逐渐被认识。
2006年，王晓红等[17]介绍了海绵骨针结构在仿生学上的研究价值，加州大学圣巴巴拉分校的研究小组通过提取海绵中的骨针的硅蛋白模板[18]，在条件温和的情况下成功地催化合成了具有光电和半导性能的金属氧化物氧化钛，通常这些材料[19-22]都是在非自然条件下，如高温高压真空的腐蚀环境下才能合成的，这一研究成果展示了海绵生物在材料仿生学方面巨大的研究价值。
4参考文献
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深海微生物的研究进展篇4
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。《imBC2000》在澳大利亚刚刚开过，《imBC2003》的筹备工作在日本已经开始，以色列为了举办们《imBC2006》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mBt），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《imBC2000》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《marineBiotechnology》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、基因枪法和精子携带法外，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、极端微生物中特定功能基因的筛选、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mRna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—baryomyceshansenii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p4501acD－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HirameRhabdovirus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与金鲷精子结合的技术方法，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5.8S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（Gonostomagracile）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]。
3.5Dna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iHnVDna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LatrunculinB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Zosteramarina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篇5
植物学家和化学家们的足迹遍及陆地生态系统的各个角落，共有超过百种的重要药物是从植物分子中直接萃取或合成而来。随着人类探索脚步的迈进，科学家们将目光投向了蓝色的海洋世界。那些生活在深海下的生物，它们身上藏有拯救生命的线索。
小细菌，大贡献
在1立方厘米的海底沉积物里，就存在10亿个微生物个体。这些个体都有着很强的生物活性，它们的结构到目前为止也尚未完全被人类了解。美国加利福尼亚州立大学海洋研究所的威廉·冯尼克在这些微生物中，发现了一种新的抗癌药物：eleutherobin。eleutherobin已经被证明是一种在治疗乳腺癌、胰腺癌等疾病上颇有疗效的药物。威廉·冯尼克和他团队的主要工作是弄清楚海洋生物特殊的分子结构及其生物医学应用。
科学家们会在实验室里初步测试细菌的品系，如果这种混合物表现出任何的抗癌、抗生或者杀菌作用，他们就把它送到产业合作伙伴那里做进一步研究。
走向深海里去探索
人类定居于陆地，但如果现在询问我们将来应该探索何处？答案一定是海洋。
巴黎中心学校的工程师多米尼克·赫博拉负责深海收集细菌的工作，并以这些细菌为样本开发新的分子及其生产工艺。在海面下超过4000米深的那些地方，潜水艇帮助他们获取了这些细菌。
多米尼克·赫博拉与法国海洋生物研究中心合作，目的是利用这些研究成果生产产品，海底这片未知的生物世界将为生物技术和生物制药事业开发新的领域。
马耳他生物药理研究所药理学家吉尔·古铁雷斯研究了一种叫padinapavonica的海藻。这种海藻大量生长在地中海，每年收割数量超过40吨。吉尔·古铁雷斯认为这种海藻在治疗骨骼和皮肤的损害上有明显的效果，特别是对随着年龄的增长，人类身体发生的骨质疏松和关节炎等有很好的效果。
法国国家科学研究中心和研究开发协会也充满信心地描绘着海洋的资源开发前景。工作人员瑟令·德比图对新喀里多尼亚岛发现的一种生物oceanapiafistulosa进行了研究，从中找到了一种可以治疗疟疾
转贴于
的新物质。
而生活在英吉利海峡中的多刺海星，法国科学劳瑞·梅杰发现里面含有roscovotine这种药物，它可以用来抵抗乳腺癌和肺癌，并阻止癌细胞扩散到健康细胞。虽然关于它的医疗实验还在进行中，但roscovotine已经被认为是一种潜在的对抗癌症的新武器。
海底取样，各显神通
海洋生物的采集研究和药物的产业化生产还需要一个长期而复杂的过程，比如在投入使用前，作为一种药品必须先要经过一系列的实验，以弄清这些药物的副作用。做这些实验将要消耗大量的样品。
由于工作的目标通常都在数千米深的水下，科学家们要使用一些特别的手段才能得到珍贵生物标本。比如用现代机器人技术建造有一艘载人潜艇，它可以直接把科学家送到4000米的深海区去工作。
有些科学家则开动脑筋，设计制作了专业工具──采泥器。采泥器可以从水面的船上释放到海底，获取少量的泥土标本，省去了潜水的麻烦。
但即使如此，就其所拥有的巨大资源来说，海洋给研究人员辛勤努力的回报还只是其中极小的部分。但探索起来又是非常不容易，像威廉·冯尼克最近发现的有潜在抗癌和抗生素作用的微生物eleutherobin，它只有1～2微米大小。即使在陆地上都很难被发现，何况是幽深不见底的海洋。
化毒物为灵药
海洋中有很多生物都用剧毒武器作自己的保护伞，但对人类而言，这些毒素并不总是以狰狞的面目出现。相反，海洋生物毒素是海洋生物研究中进展最为迅速的领域。
大多数海洋毒素都具有独特的化学结构，而许多高毒性的毒素，它们是以针对生物神经系统或心血管系统的高特异性作用为基础，因此这些毒素及其作用机制反而成了发现新神经系统或心血管系统药物的重要导向化合物和线索。
如岩沙海葵毒素，是从海葵类的属腔肠动物中分离出来的一种毒素，该毒素是目前已知非蛋白毒素中毒性最强烈的，也是目前已知最强的冠状动脉收缩剂，它比血管紧张素ⅱ的作用至少强100倍。
最近的研究证明，岩沙海葵毒素还具有很高的抗癌活性和很强的溶血作用。它是目前已知最有效和特异性的细胞膜活化剂，可作为膜研究中一种新的工具药。但人们对它的作用机理尚未完全清楚。
目前科学家们对其毒理和药理学作用正在进行广泛深入的研究，期望能获得高效生化活性的剧毒毒物及新型心血管药和抗癌化疗药物。
深海微生物的研究进展篇6
1海水贝类养殖业中的问题
1．1富营养化
海水的富营养化主要表现为赤潮，它被誉为“红色幽灵”，国际上也称其为“有害藻华”。赤潮是在特定环境条件下产生的，相关因素很多，但其中一个极其重要的因素是海洋污染。大量含有各种含氮有机物的废污水排入大海中，打乱了水体中的氮、磷平衡，促使海水富营养化，导致藻类大量繁殖。赤潮的发生，破坏了海洋的正常生态结构和生产过程，从而威胁海洋生物的生存。有些赤潮生物分泌黏液，粘在鱼、虾、贝等生物的鳃上，妨碍其呼吸，导致窒息死亡。含有毒素的赤潮生物被海洋生物摄食后能引起中毒死亡，人类食用含有毒素的海产品也会造成类似的后果。除此之外，大量赤潮生物死亡后，浮游动物爆发，在其分解赤潮生物尸骸的过程中会大量消耗溶氧，导致缺氧环境，引起虾和贝类的大量死亡，造成严重的经济损失。富营养化的防治是水污染治理中十分棘手又代价昂贵的问题，主要是治理导致水体富营养化的氮、磷营养物质。目前大多数研究显示，海洋无脊椎动物氮、磷排泄对海区营养盐循环具有重要作用［1－2］。国内外已有利用海洋滤食性贝类来防治水体富营养化的报道［3－5］。贝类作为一种滤食性动物，不论是筏式养殖还是底播养殖，均通过过滤大量海水摄取浮游植物和有机颗粒，排泄物主要有氨、尿素、尿酸等，其中氨的排泄量超过总排泄量的70％［6］。王志松等［7］报道海区筏式养殖1台太平洋牡蛎（Crassostreagigas），产量以1500kg计算，在其快速生长的半年内，养殖区底质积累排泄物干质量为32．8～107．1kg。在微生物作用下，这些排泄物沉积海底经化学过程最终转化为nH3及其他物质，可产氮263～856g，这会直接影响养殖区的氮、磷平衡，促使水体富营养化，导致赤潮藻类大量繁殖，引发赤潮，从而阻止了牡蛎的生长，严重时甚至导致牡蛎的大量死亡。据报道，1997－1998年我国北方扇贝养殖由于大规模死亡减产50％，1998年扇贝造成的损失更是继续增加，死亡率高达90％，甚至导致扇贝养殖绝产，造成的经济损失达上百亿元，严重制约了我国海水养殖的健康发展［8］，所以适当控制养殖规模对合理利用养殖区实现健康养殖有重大作用。
1．2海区老化
当底质的有机物积累速度大于海区自然分解、净化速度时，底质即产生有机污染，海区即老化。大面积高密度的养殖不仅消耗大量水体中的饵料和溶解氧，养殖贝类本身也产生大量的排泄物，易产生海区老化如在一些扇贝老养殖区海底有10cm厚的代谢污物沉积［9］。据山东省桑沟湾养殖区的测定结果，仅栉孔扇贝（Chlamysfarreri）每年产生排泄物18520t（干质量），再加上其他养殖贝类的排粪，整个海湾年产粪量约40000t，这其中还不包括大量的假粪［6］。大量的排泄物严重污染了养殖海域的水质，促使海区老化，一旦出现，养殖贝类将大量死亡。海水养殖的迅猛发展，养殖海区大量的残余饵料、贝体的代谢排泄物、有机物的长期积累，远远超出了水体的自净能力，不仅加速海区的老化，还将导致海水富营养化，病原菌增加，疾病频频发生，严重阻碍水产养殖的发展［10］。以桑沟湾为例，20世纪80年代以前，该海湾盛产魁蚶（Scapharcabroughtoni）和毛蚶（S．subcrenata）。而至90年代末，这两个种类已不能形成生产规模。这与大规模贝类养殖产生的粪便沉积海底，引起海底生态环境变化如海区老化不无关系［9］。
1．3超负荷养殖
超负荷养殖指超出海区养殖容量，对养殖海区的环境造成破坏，使贝类生长速度减缓、品质降低，死亡率升高、总产量大幅度下降。海区的饵料、溶解氧及营养盐类等是贝类生长的限制因子，养殖密度越大，所养贝类获得的营养物质就越少，同时易导致水体局部缺氧，水流不通畅。据中科院海洋所对蓬莱湾扇贝养殖区流速调查，1975－1990年台筏增加了2倍，养殖中心区的最大流速减少了近3倍，最小流速也减少了近8倍［11］。这将影响湾内外的海水交换速度，导致养殖区的氮、磷的加速积累，使浮游植物在海水交换不畅的地域聚积，促使海区的生物性沉降加剧，为赤潮发生创造了条件［12］，极易引起养殖贝类的不适甚至死亡。据报道河北唐山的陡河入海口，在不足3km的河道两侧建了40多家育苗场和数千亩养殖池塘；河北昌黎县的扇贝养殖，其扇贝产量、质量、病害发生率与养殖台筏密度有密切关系；1998年秦皇岛沿海潮间带高密度底播文蛤（meretrixmere－trix）大面积死亡，至今未能恢复［9］。因此为了系统地评估试验海区的养殖容量，研究贝类养殖对养殖海区环境的影响十分必要。有关贝类养殖对养殖海区环境影响的研究已有不少报道。如在澳大利亚，对于塔斯马尼亚州养殖海区的悉尼岩牡蛎（Saccostreacommercialis）进行过环境评估［13］。在法国，比较详细的研究了太平洋牡蛎对marennes－oleron湾海区环境的影响［14］。在日本，关于虾夷扇贝（patinopectenyessoensis）对海域环境影响的研究也取得了显著成果［15］。荷兰学者关于牡蛎对于舍尔达河口的环境影响的研究也取得一系列成果［16］。国内也有大量学者进行了养殖贝类对桑沟湾［6］、乐清湾［8］、小窑湾［12］、同安湾［17］、胶州湾［18］等生态环境的影响及养殖容量的研究，已取得了大量的成果。
1．4养殖病害肆虐、养殖良种匮乏
目前我国已发现包括细菌、病毒、霉菌、寄生虫等病原性和非生物因子引起的流行疾病达100多种，造成了严重的经济损失，影响整个行业的发展。例如1993年以来，病害频频发生，造成北方养殖扇贝大面积死亡。海南省珍珠贝（pterioida）养殖数量和产量减少了90％，全国此类例子还有很多。除此之外，养殖贝类的种质也需要改良，目前我国大量的贝类未经改良，进行累代养殖出现种质退化、性成熟早、生长速度慢、抗病力下降等问题，已造成越来越严重的种质资源扰乱［9］。
2今后的发展方向
2．1滩涂和浅海的利用
海水贝类养殖主要在水深15m以内的浅海水域和滩涂上进行。我国水深15m以内的浅海滩涂约1．33×108hm2，然而我国滩涂利用率约仅有30％，－10m等深线以内的浅海利用率未及10％，－20m等深线以内的浅海开发利用率不足1％，从而使风浪较小、养殖条件适宜的内湾存在养殖过度开发的现象。这不仅对养殖业自身造成不利影响，同时破坏了海水生态平衡，造成海洋污染，引起疾病的发生，影响整个海水渔业的长远发展。滩涂和浅海的利用将具有非常广阔的开发前景，可以解决海区养殖拥挤的现象，提高了滩涂和浅海的利用率，扩展了养殖面积，进行合理的规划和布局形成高效益、符合可持续发展的生态化产业。
2．2开发深海养殖
开发深海养殖，即开发等深线20m以外的深海水域养殖。海水养殖发达国家十分重视深海养殖开发。深海养殖能很好地避免与其他产业在场地利用上的矛盾，同时具有可利用场所广阔以及水体交换能力强等特点。进行深海开发，养殖贝类应具有较好的适高盐特性，养殖设施应具有较佳的抗风浪能力，例如抗风浪贝类筏式养殖。注意该区域开发以不妨碍航道为前提，水质符合养殖种类的生理要求。
2．3利用生物技术改善水质或改良贝类品质
为了解决大量的海底有机物沉积，净化养殖水体，促进海水养殖业的可持续发展。近年来提出微生态制剂，即以自然界中的微生物对污染物的生物代谢为基础，人为地添加微生物。其作用特点是将污染物转化为稳定的、无毒的终产物如水、二氧化碳、简单的醇或酸及微生物自身的生物量，最终从环境中消失［19］，加速了污染物的降解，使水体自净能力加强。在净化水产养殖环境方面，国内外已作过研究，如Sasaki等［20］研究了光合细菌降解牡蛎养殖区底泥中的有机物、修复养殖环境的作用。杨吉霞等［11］研究了近江牡蛎（C．rivularis）养殖水体中细菌产酶能力，发现养殖水体中存在着分泌蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶、纤维素酶的菌株，它们分泌一种或多种消化酶，必然对水体中的残饵、粪便、有机物有一定的分解作用，揭示了微生物在养殖环境中的作用，为将来的应用打下了基础。
2．4规划养殖规模
深海微生物的研究进展篇7
腐蚀是一种悄悄进行且后果严重的破坏，在造成巨大经济损失的同时也给国家的经济建设造成沉重负担，李伟华为此一直忧心，她主要致力于海洋工程材料的腐蚀与防护研究工作，并在环境友好型缓蚀剂、阻锈剂和有机涂层等新型微一纳米级高分子功能性海洋工程防腐蚀修复材料的研究方面有自己独到的见解。天道酬勤，她以原创性的前沿理论为指导，深入研究海洋腐蚀环境下高效防护机理，力推产品开发和产业转化，为临海和涉海工业的可持续建设和可循环发展做出了显著贡献。
近五年来，李伟华忙碌而充实，她先后主持并完成多项国家、省部级科研项目：国家面上自然科学基金、“863计划”、国家支撑计划以及山东省重大专项、山东省自然科学杰出青年基金、山东省自然科学基金、山东省科技发展计划和山东省中青年科学家奖励项目等。“一个个项目的研究实施，让我获得了点滴的成长，也让我的科研思路不断突破。”通过项目实践，李伟华率先开展了海洋天然提取物作为碳钢和铜基海水缓蚀剂的系统研究，取得了系列成果：对海洋油气田酸洗腐蚀条件下绿色杂环缓蚀剂的分子裁剪筛制、防腐性能测定和机理分析进行了研究；对海洋工程钢筋混凝土结构环境下，友好型有机迁移阻锈剂的作用机理进行了研究；在新型海洋工程结构长效防腐涂料的研究中，实现纳米颜填料复合改性、成功开发环保无溶剂树脂基体：在国内率先开展既有重力墩式码头和在役预应力桥梁耐久性评估与寿命预测，并跟进钢筋混凝土结构腐蚀传感器和腐蚀监测系统的配套研制，取得重要进展。
“每完成一项防腐蚀工程，为企业或国家阻止了腐蚀的继续产生和发展，我们的工作得到肯定，自己就会觉得长期的理论研究和实验室工作是非常有价值的，工作中的付出也是值得的。”纷至沓来的荣誉是对李伟华科研工作的褒奖与肯定。她先后荣获海洋工程科学技术奖二等奖、山东省科技进步奖二等奖、第四届新世纪巾帼发明家新秀奖、第五届齐鲁巾帼发明家优秀奖和中国港口科技进步奖三等奖等。
深海微生物的研究进展篇8
【关键词】DHa；裂殖壶菌；产业化
DHa，又称“脑黄金”，全名二十二碳六烯酸，是一种多元不饱和脂肪酸，人体自身难以合成，必须从外界摄取。DHa属于人体必需脂肪酸之一，有重要的生理调节功能和保健作用，缺乏时可引发一系列症状，包括生长发育迟缓、皮肤异常、鳞屑、不育、智力障碍等，另外还对心血管疾病有特殊预防和治疗效果。有关研究还表明，DHa能作用于许多不同类型的组织和细胞，具有抑制炎症及免疫的作用，包括减少炎症因子的产生，抑制淋巴细胞增殖等，DHa还具有预防老年痴呆症、神经性疾病的功效。
利用微生物的生物合成能力，尤其是合成ω-3多元不饱和脂肪酸的能力，进行ω-3多元不饱和脂肪酸商业化生产，被视为大有发展前景的DHa来源。因此，美日等发达国家纷纷对微生物发酵生产DHa进行研究，取得了很大的进展。
迄今为止DHa生产菌最有希望的来源主要集中于海生异养微藻和破囊壶菌、裂殖壶菌等海生真菌，在它们体内DHa以甘油三酯形式存在，与鱼油中DHa的存在形式完全一致。Bajpai等发现破囊壶菌atCC34304总脂肪酸中50%均为DHa，在含2.5%淀粉的培养基上光照培养，其DHa产量达到511mg/L；iida等对培养基进行了优化后破囊壶菌细胞产量达到5.7g/L；LiZuyi等则发现破囊壶菌atCC28210在培养基中有更分散的形态，在初步优化培养基条件后，atCC28210最高DHa产量达到850mg/L；nakahara等从Yap岛珊瑚礁区域分出的一株破囊壶菌SR21无论是DHa产量或生产率都很高，5d发酵生物量和DHa产量分别达到59.2g/L和15.5g/L，这是迄今为止已报道的利用微生物生产DHa的最高值。最早将裂殖壶菌应用于商业化生产的是美国的omega生物技术公司。早在1991年，该公司就研究出了一套裂殖壶菌的培养工艺，培养48h后，菌体的生物量可达20g/L，DHa达细胞干重的10%。10多年前，market生物科技收购了omega生物技术公司，并已成功筛选出异养微藻培养生产富含DHa的菌种，并在培养条件上进行了深入探索，DHa产量提升到40～45g/L。
总之，近年来利用微生物发酵法生产DHa的研究已经取得了重大进展，国外已有商业化生产的成功先例，我国目前这方面的工作则刚起步，所进行的工作主要集中在以下几个方面：（1）从海洋生物群中继续筛选DHa含量高，且易于分离提纯的海洋真菌、细菌和微藻；（2）对现有的几种高产DHa的微生物继续进行诱变等改造，以提高其生产能力，通过借鉴王菊芳[1]研究碳氮比对隐甲藻（Crypthecodiniumcohnii）的DHa含量的影响，以及当nitzschiaclosterium培养温度从10℃升高到25℃时，DHa含量从8.3%下降到6.5%[2]，对现有发酵工艺和反应器进行改进；（3）研究DHa的浓缩提纯技术。随着基因工程等现代生物技术的发展，对海洋微生物进行基因改造、筛选，发酵工艺技术和下游分离提纯技术的改进，作为利用鱼油生产DHa的替代方法的微生物发酵法生产DHa也已获得巨大进步。
我们的DHa工艺产业化研究主要集中于以下几个方面：
1）技术路线：用DHa高产菌株裂殖壶菌，采用廉价的发酵培养基碳源、氮源等，利用代谢控制法实现裂殖壶菌的高密度培养的同时提高总脂肪含量及DHa含量，然后选择合适方法进行提取，最大效率地节能减排，实现清洁生产，降低生产成本，如下图所示：
图1
2）通过自控罐研究不同底物流加、溶氧、pH等的变化对细胞生长、油脂和DHa积累的影响，探索发酵生产工艺，以实现该菌株的高密度培养；
3）在自控罐上研究不同碳氮比对发酵干重和DHa含量的影响；
4）利用发酵放大技术，将DHa种子罐生产工艺进行逐级放大，进行800L，2.5t，8t种子罐放大研究，对种子罐控制工艺如通气量，培养温度，搅拌速度等进行深入研究，摸索最佳的种子罐工艺；
5）利用发酵放大技术，将DHa发酵罐生产工艺进行逐级放大，通过36t发酵罐放大研究，对发酵罐控制工艺如通气量，培养温度，搅拌速度，补糖量等进行深入研究，摸索最佳的发酵工艺，实现裂殖壶菌的高密度培养，并且在菌体密度高的同时保证较高的总脂肪含量，在菌体密度、总脂肪含量高的同时保证DHa的高含量；
6）对DHa的提取工艺进行研究，进行酸法破壁提取、高压破壁提取、酶法破壁提取对比试验。通过比较，选择合适的酶法破壁制备毛油，DHa含量达到45%以上，比国标高约10个百分点，质量具有明显优势；
7）毛油进行精制，得到DHa精油，质量符号GB26400-2011。
DHa产品有着广泛的应用领域：（1）在人类的高级营养保健品和食品领域，目前比较普遍应用在婴幼儿、孕妇及其他成人奶粉制品中。（2）在水产养殖业的饲料添加剂领域。（3）在畜禽和家畜工业的饲料添加剂领域。（4）在宠物饲料添加领域。（5）日本莱新药公司制成无鱼腥味且容易饮用的DHa保健营养饮料。（6）将鱼油精制后制成化学性能稳定的DHa粉末。可将该产品直接添加到人造奶油、蛋黄酱、冰淇淋和面包等功能性食品中去。（7）目前，国际上已开发出了DHa和epa婴儿奶粉、DHa饮料、富含DHa和epa的鸡蛋、香肠、罐头等多种食品。（8）日本相模中央化学研究所和洼田味增酱油公司共同研究开发出含DHa成份的酱油新产品。另外，如中粮集团和益海嘉里集团，成功开发了DHa食用油。
DHa市场潜力巨大，估计全球在市场开发阶段每年需求DHa量为10万吨，市场总价值在300-800亿美元。蒙牛含DHa未来星奶2009年产值达到20亿，2010年达到35亿，而中国儿童乳制品市场容量达150亿以上，微藻DHa奶制品将在中国有很大的发展。目前，国内用于水产养殖的饵料及饵料DHa饲料添加剂年需求量1000吨以上，今后几年的需求量可达3000吨以上，年产值达50亿元。由于微藻DHa对维持健康的重要性以及医学上良好的疗效，使它一跃而成为一种新型营养品、保健品、疗效食品，目前国内保健品行业的DHa相关产品的年产值达100亿元。日本已把高含量DHa微藻确定为21世纪的智能食品加以开发应用，也是唯一得到美国食品与药物管理局（FDa）认可的儿童DHa补充剂来源。
【参考文献】
深海微生物的研究进展篇9
一、教学内容的优化
生物学专业一般都会开设微生物学这门课程，但传统的微生物学课程所授内容覆盖面较广，包括微生物的形态、构造和功能，营养与培养、生长与新陈代谢、遗传变异和育种、生态分布与进化、传染和免疫等生命活动的基本规律。然而，海洋类高校海洋生物专业的学生在掌握这些微生物学基本知识的基础上，还需有针对性地学习在海洋环境中的微生物的相关知识，以及微生物技术在海洋环境中的应用和发展前景等。因此，作者在之前的学科建设与教学改革中对海洋微生物学理论课程的内容进行了梳理和优化，希望在遵循教学内容的基础性的同时，突出要点、重点，拓展教学内容的前沿性、应用性以及趣味性。
其实，微生物一直以来都是人类进行生命科学研究的对象之一，从大肠杆菌到流感病毒，再到可发光的海洋微生物，这些前沿的研究在教材中并不能一一呈现。为了让学生字学习传统海洋微生物知识的同时，也能对当今的前沿研究成果有一定的了解和认识，作者在教学内容的编排上穿插了许多有关海洋微生物方面的最新研究成果。例如，在讲授弧菌时，作者和学生们分享了一个关于夏威夷短尾乌贼与发光细菌费氏弧菌形成共生关系的研究。刚出生的夏威夷短尾乌贼身体下面布满黏液的纤毛可以产生一股吸引细菌的“洪流”，当海水中的费氏弧菌第一次接触它时，很多乌贼的基因表达水平发生了改变。其中一部分基因能够产生抗菌蛋白，为费氏弧菌创造了一个除了它以外，其他任何微生物都不适合生存的微小环境，使得只有费氏弧菌可以生存下来。而另一部分基因表达产生一些酶，这些酶可以将乌贼黏液分解，分解产物将成为细菌生长的营养物质。而更神奇的是，这些基因表达的改变只需要五个费氏弧菌就可以实现。同时费氏弧菌还可以使夏威夷短尾乌贼的光器官中的纤毛细胞增殖，使该器官体积和密度变大，并将这些细菌包围起来。寄宿着费氏弧菌的光器官能够形成许多光线，同时发光器所产生的神经细胞中得蛋白质也能够感受到这些光线，感觉上就像这种乌贼装配着活生生的一对“可视手电筒”。这让生活在深海的夏威夷短尾乌贼拥有了像变色龙改变皮肤颜色一样的功能，通过这种高超的“隐形”工具，乌贼可以很容易获得食物。而费氏弧菌与夏威夷短尾乌贼这种共生不仅是帮助短尾乌贼获得“隐形”工具，而且能和免疫系统相互作用，调节短尾乌贼生物钟，甚至改变乌贼的身体结构，影响其早期发育过程。这一研究的分享在学生中引起了不小的轰动，学生们对于小小的弧菌能有如此强大的功能和力量而感到惊奇。这样的安排不仅仅活跃的课堂的气氛，拓展了学生的视野和知识范畴，也为之后的海洋微生物实验课奠定了一定的人气和基础。在讲授海洋真核生物时，作者则注意结合海洋微生物的应用性，将可作为海洋贝类开口饵料的等鞭金藻、角毛藻等带到课堂，让大家亲自来看一看、闻一闻、摸一摸，亲身的接触一下。在讲解时也将重点放在海洋微生物的利与弊，详细阐述海洋微生物在海洋中的开发利用。
通过此番改革教学内容，一方面可以开拓学生的视野，帮助学生了解海洋微生物学的理论知识和实际应用领域；告诉学生不起眼的海洋微生物其实有着大大的作为，并可以影响着海洋生物的生存，从而激发学生发现世界、探索世界甚至是改变世界的积极性与主动性。
二、教学手段与方法的改良
教学内容的优化和调整后，同学们上课的积极性以及出勤率都有所提高。学生们对于课堂上的内容很感兴趣，但由于传统的多媒体教学只是一张张幻灯片的过，学生记记笔记，应付应付考试，并没有将知识真正的吸收消化。同时，也有学生提出很多知识点理解不了等问题。这就需要教师在教学的手段以及方法上再下工夫。作者一直以来在课堂上充分利用学校的有力资源以及现代的多媒体教学技术，给学生们创造一个良好的学习环境。通过功能强大的各种计算机软件把一些很难理解的内容做成动画影片，化难为易、化静为动、变抽象为形象。在课件的制作上，每一页课件都要以图片为主，知识点、记忆点为辅，杜绝出现大段的文字。让学生一看就知道学习的重点是什么。针对学习难点，注意教学语言的使用，不照本宣科，不读课件，而是使用生活化、通俗化的语言结合恰当的比喻为学生解释。
作者从教以来一直坚持“一加一大于二”的教学原则。一个是老师，负责掌控课程的主体，为学生制定课程的大纲，讲授专业的知识点，引导学生学习准确、先进的技术。另一个是学生。作为课堂上真正的主人，学生的充沛活力，对新鲜事物的好奇心、想象力以及无穷无尽的创造力，也会为原本死板的教学模式注入一份新鲜的热血。所以在海洋微生物学的课堂教学计划中，增加了讨论课、演讲课等学生参与部分的比重。将学生分成若干个小组，每个小组三到五个人。根据老师所提出的不同的主题，各小组在课下展开讨论和调查之后，再在课堂上将自己小组的成果展示出来。这样的互动式教学形式的改变，不仅使学生对上课产生兴趣，促进学生对知识学习的渴望，提高传授海洋微生物学知识的效果，达到良好的教学目的。同时也让学生与学生之间增加了交流的机会，进一步增强了课堂学习的和谐氛围，使学生们在一个轻松、愉快的气氛中了解海洋微生物、认识海洋微生物并爱上海洋微生物。老师和学生的共同努力、共同学习让学习事半功倍。
三、理论课与实验课相结合
海洋微生物学是生物科学（海洋生物）本科专业中一门实践性、应用性非常强的专业基础学科，所以在最初的学科建设中，海洋微生物实验课被单独设置为一门必修课。理论课与实践课虽是分开的，但却相辅相成，缺一不可。将理论和实践完美的结合起来，可以让学生们在理论课的学习中感受到知识是具有应用性的，而不是学了没有用。让学生们理解“知识就是力量”，学以致用的教学根本。一方面在教学内容上做到理论课与实验课相结合。实验课内容设计上要贴近理论课教学计划中的重点和难点。理论课中也要注意要把应用技术，尤其是学生毕业后从事本行业工作时可能使用到的基本技术的原理和应用方向介绍给学生。让学生在学习好原理后再在实验课上亲自实践。最终让学生们既不是只会“纸上谈兵”的理论派，也不是只会动手不会动脑的“机器人”，而是要成为表里如一的全方面人才。另一方面在学生分组上也要做到结合。学生在课堂上的讨论小组就是实验课上的实践小组。学生们在课后讨论、交流的良好互动最终在实验课上也能很好的体现。这样动手与动脑的结合，可以更有效的提高学生在理论课堂上的学习兴趣。
四、加强老师与学生的课外交流
活跃、和谐的课堂气氛可以刺激学生的思维器官，发挥学生在课堂上的主体作用。课堂氛围的营造除了需要教师有较好的教学技巧和课堂控制能力，还需要教师拥有自己的人格魅力以及良好的人际交往能力。针对这一问题，要求教师平时努力加强教学技能和自身素养的提高，并加强与学生的课内课外交流。首先是利用学校的易班以及eoL网络教学平台进行知识交流、信息共享，布置课后作业，积极解答学生在学习中遇到的问题。同时设置课程问卷调查，了解学生对于课程的意见和建议。除了注意学生的学习情况，对学生的生活和情感方面也要关爱，在作为学生的师长的同时，也要成为学生的朋友。对于那些想要进一步深造的学生，鼓励他们多参加科技创新项目，提前进到实验室参与科研研究。沟通、交流才能让人走的更近一些，才能为良好的教学打下基础。
五、结束语
深海微生物的研究进展篇10
关键词：植物微核技术原理环境污染水质监测
近年来随着工、农业的快速发展，人类活动的加剧，人们排放的废物严重污染了我们的生活环境，使环境中的有毒污染物日益增加，这些污染物不仅破坏了生态系统的平衡，而且对人类的生存造成了极大的威胁，环境污染已经成为全球共同关注的热点问题。为了检测出已经存在或潜在的危害，各种环境监测技术也应运而生，植物微核技术是根据遗传学上染色体畸变的原理而建立的一种环境污染的生物监测方法，在对大气、土壤、水环境中的各种有毒物质的遗传毒性检测方面得到了广泛应用［1］。
1.植物微核技术的建立及发展
微核技术（micrnucleustechnology）是根据遗传学上染色体畸变的原理建立的，是以动植物为材料，利用细胞生物学方法观察其出现的微核率来表示材料受遗传损伤程度的一种检测方法。微核技术创建于20世纪70年代初，matter和Schmid等在研究人类和哺乳动物细胞损伤时，初步建立了间期细胞的微核测定技术。1978年美国西伊立诺大学的马德修以紫露草为材料，通过花粉母细胞4分体微核数量作为测定环境污染技术，取得了良好效果［1］。20世纪80年代初期，美国的Degraas建立了蚕豆次生根尖微核检测系统［2］。此后越来越多的人采用各种植物微核技术进行不同领域的检测研究。实验证明，利用植物微核监测技术监测水质污染、大气污染和土壤污染，是一种行之有效的方法。1980年美国国家环保局将此方法确定为监测环境污染的常规项目，我国也于1986年将其编入《环境监测技术规范》。
植物微核技术最早主要应用于监测环境污染，后来逐渐发展成为农药、杀虫剂、食品添加剂等毒理学检测的一项普遍技术。目前，植物微核技术发展较快，除紫露草外，又研究出了很多适合的植物材料，如蚕豆根尖、叶尖、大蒜根尖等，并建立了监测地表水、地下水、饮用水源水、饮用水、工业废水、海水等不同的测试系统。深入研究植物微核技术在水质监测中的应用，对于指导和完善水和废水的生物危害性测定及评价，进而深入保护我国水源及水质安全性评价均具有重要的意义。
2.植物微核技术的原理
微核是指位于生物细胞的细胞质中独立于主核，直径小于1/20―1/3，完全与主核分开的圆形或椭圆形的小核，它可以是整条染色体或染色体断片，其染色性与主核一致，其中部分微核具有Dna复制能力。细胞的染色体在复制过程受损时经常会发生一些断裂或丢失，细胞进入下一次分裂时，断裂的染色体没有着丝粒，不能随有丝分裂进入子细胞，以游离的方式存在于细胞质中，从而形成一个或数个小核。因此在细胞分裂后就可以观察统计微核的个数，以此评估环境污染导致染色体畸变的程度，从而间接地体现环境污染的程度。实验中以微核率来表示材料受遗传损伤程度。微核率是指生物材料经细胞生物学方法制片后，在显微镜下观测的1000个细胞当中微核细胞所占的比率，也可以每个细胞当中微核的平均值来计算。微核千分率=（观察细胞中具有微核的细胞数/所有观察的细胞数）×1000‰。
3.植物微核技术在水质监测研究中的应用
植物微核技术是一种有效的生物学短期测试方法，在环境监测方面发挥了重要作用。以下分别就植物微核技术在水质监测地表水、饮用水、工业废水、生活污水、海水等方面的研究作简要介绍。
3.1地表水
地表水是人类赖以生存的基础，与人们的生活和生产息息相关。植物微核技术因具有前述的诸多优点而被广泛运用于地表水监测的研究，目前已成为揭示水质生物危害性测定及评价不可或缺的工具。陈光荣筛选出了一个理想的敏感性高的蚕豆品种――松滋青皮豆，并首次运用该技术监测青山湖污染。后来提出了“污染指数”评判标准，为类似的水质检测研究提供了有益的借鉴和指导。赵淑媛在哈尔滨松花江上下游设四个采样点，采用蚕豆根尖细胞微核试验测试其蚕豆根尖细胞微核率和污染指数来检测其水质［3］。周立人等采用蚕豆根尖微核技术对南淝水河水体七个采样点进行了测定。结果表明：除董铺水库水源基本无污染外，其余各点均有不同程度的污染［4］。另外，王焕校、徐鑫成等也利用蚕豆根尖植物微核技术对松花江流域阿什河段的水质污染进行了监测。近年来利用紫露草、紫竹梅4分体微核技术，蚕豆、大蒜、洋葱、水花生等根尖细胞微核技术监测河流、湖泊等方面的研究多有报道，表明植物微核技术正日趋完善，便于规范化推广应用。
3.2饮用水
饮用水安全与人体健康直接相关。由于饮用水中存在大量氯的衍生物，此类有机物大都呈低剂量长期暴漏的特点，常规的理化分析不足以对水质状况作出全面的评价。因此，有必要建立一种有效的测试方法评价水中有机物对生物特别是对人体的遗传毒性，以准确直观地反映对人体健康的潜在危害。植物微核技术对低浓度的有机物非常敏感，可通过微核率、双核率、有丝分裂指数、染色体畸变率等一系列指标得以体现，是一种快速、有效的体外短期生物学检测方法。
3.3工业废水
多年来工业废水的监督检测主要采用常规的物理和化学监测方法。理化方法虽能精确地分析废水的污染成分，但不能直接反映出废水污染环境后引起的生物学效应，以及污染物质潜在的长期的危害性，尤其是污染物质的遗传毒性。植物微核技术能反映出诱变污染物对生物遗传物质的综合毒性和破坏程度，是监测工业废水的良好方法。刘瑞祥等利用蚕豆根尖微核技术检测合成氨工业水的遗传毒性，结果表明：洗煤气水、洗甲醇水均具有较强的致突变性。这也是首次报道合成氨工业水的生物毒性检测。
3.4海水
海洋污染生物学监测也是水环境监测研究的重要领域之一。使用较多的方法有微型生物群落分析法（pFU法）和海胆受精卵发育异常法两种。但由于受季节、气候、材料采集等影响，实验操作上有一定难度，发光细菌法在国内应用也不普遍。因此，建立一种简便可靠、适用于实验室操作的海洋生物学监测新方法有着显著的意义。马明辉等分别用紫露草和蚕豆根尖微核技术对我国金海海水的污染状况进行了研究，提示了该技术用于海水污染监测的可能性，并提出了污染指数划分海水污染等级的初步标准。
植物微核技术自问世以来，作为一种经济、简便、可靠的短期生物学监测方法而被广泛应用于水质检测研究的诸多领域。但是，植物微核技术也有其局限性：它适合于测试潜在染色体损伤的因子，但无法测出作用于特殊组织或不能达到靶细胞，以及仅仅诱发基因突变的因子；它见长于短期测试，而不适合于积蓄作用和慢性诱变力的检测；机理研究深入不够，新的检测技术探索不够；技术和方案的标准化工作有待进一步发展。
参考文献：
［1］HeddieJa，CininomC，Hayashim，etal.micronueleiasanindexofcytogenticdamagepastpresentandFuture［J］.environmolemutagen，1991，1&277-291.
［2］黄坤艳.植物微核技术在环境污染监测中的建立与应用［J］.北京农业，2009，9，（25）：14-15.