极地环境嗜冷菌新种的发现.docx

极地环境嗜冷菌新种的发现项目性质：国家自然科学基金面上项目青年基金1、项目负责人和现场执行人项目负责人：俞勇 中国极地研究中心 现场执行人：俞勇 中国极地研究中心2、考察背景、目的和意义 两极地区的嗜冷菌被认为是研究细菌地理学的理想对象目前的研究表明， 许多细菌的属在南、北两极都有存在，但在种的水平上还没有发现同时存在于两 极的种需要我们对更多的极地嗜冷菌进行研究，以确认两极地区是否存在相同 的种，增加细菌地理学知识嗜冷菌作为极端微生物中的一员与其它极端微生物 一起界定了生物圈的范围Breezee等研究从北极海冰分离的新种Psychromonas ingrahamii时发现，该菌能在T2°C的温度条件下生长繁殖，代时为240h,这一 温度是目前用生长曲线验证过的生物的最低生长温度随着更多嗜冷菌新种的发 现、研究的深入和新方法的采用，生物生长的下限温度相信将会不断被改写，极 端微生物对地球极限环境的适应性也将不断被认知嗜冷菌被星际生物学家 (Astrobiologists)认为是探索地外生命(Exobiology)的模式生物提高对从 极区海冰中分离的嗜冷菌的认识，可以为探索地外生命积累经验。

更重要的是， 嗜冷菌的特殊代谢产物和途径具有提升生物技术能力和建立新型生物技术的巨 大前景两极地区存在着众多的特殊极端自然环境，生活于其中的嗜冷菌不仅要适应 寒冷，还要耐受其它的极端条件，如深海、海底沉积和深冰芯中的高压，海冰中 的高盐，冰雪表面的强辐射以及岩石环境的干燥和低营养这也造就了极地嗜冷 菌的多样性，成为嗜冷菌新种的主要发现地在过去10年发现的71个新种、18 个新属中，有55个新种、15个新属来源于极地这些嗜冷菌来源于极地海洋沉 积、海水、海冰、冻土、湖泊等环境我国极地微生物的研究，始于“八五”公关 项目“南极菲尔德斯半岛及其 附近地区生态系统研究”专题对长城站所在的菲尔德斯半岛及其附近地区的微 生态调查在“十五”期间这一领域研究逐步展开，一些项目也相继得到资助 这些项目的实施将使我们对极地微生物多样性、与环境变化的相互关系及其潜在 的应用价值等有更多的认识而相对于国际上从极区发现大量的嗜冷菌新种属， 我国在这方面的工作显得非常的薄弱，至今仅报道了一个来源于极地的新种 Micrococcus antarcticus 本项目将对分离的嗜冷菌进行基于16S rDNA的系统进化分析、16S rDNA序 列相似性分析和DNA同源性分析，根据多相分类原则开展分类研究，发现并描述 新种，了解极地低温生境嗜冷菌的物种多样性及其资源性质，增强在极地特殊环 境发现新的嗜冷菌物种资源的能力，为极地微生物这一重要资源的认识和利用提 供理论依据和资源基础。

3、具体实施计划 为了实现研究目标，本项目分南极中山站现场考察和国内实验室后续研究两 部分实施中山站现场考察具体内容包括：1）微生物样品采集环境描述 按照表 1的内容分别对微生物样品的采集环境进行描述2）微生物样品采集 度夏期间从中山站站区的冻土、湖泊、潮间带采集冻土、海水、海冰、湖水、 湖泊沉积等微生物学样品 20份；视天气安排4~5次中山站周边的进步湖、团结 湖等湖泊采集冻土、湖水、湖泊沉积等微生物学样品20份水样每份500mL，泥 样每份 50~150g3） 样品处理样品带回站后，立即进行处理采集的样品分成两分，一份进行嗜冷菌的现 场分离，另一份加15%的甘油（终浓度）冷冻作为备份样品带回国内进行嗜冷菌 的补充分离4） 嗜冷菌的分离样品-20T冷冻24h, -1T条件下富集培养后，涂布平板4T下培养分离获得的菌株带回国后经生长上限温度实验确定为嗜冷菌回国后将继续开展以下部分的工作，发现新种并进行系统分类研究：1） 嗜冷菌的补充分离2） 极地嗜冷菌的系统进化分析对分离自极地环境的嗜冷菌进行16S rDNA全长序列PCR扩增，孕得的序列 与GenBank、EMBL、DDBJ等数据库中所获得的16S rDNA序列，采用 CLUSTALX1.81软件包进行多序列匹配排列，通过Treeview和PHYLIP3.62软 件包推测和分析系统发育树，了解分离嗜冷菌的种属组成及其与已知种属的亲缘 关系。

3） 极地嗜冷菌新种的发现应用PHYLIP3.62软件包分析16S rDNA序列相似性，选择相似性在98%以 下的菌株作为可能的新种将其与相近的已知种进行DNA-DNA杂交实验分析 同源性，同源性在 70%以下就可认为为新种4） 嗜冷菌的分类研究根据多相分类的原则，在上述分子生物学数据的基础上，结合形态特征、培 养特征、核酸特征、生理生化特性、细胞脂肪酸组分分析等进行分类研究，对新 种进行描述表 1. 极地微生物样品采集环境描述表填表日期： 年 月 日采集基本信息描述采集样品编号⑴米集时间(2)米集人⑶采集人所在单位(4)米集时季节及气候 特征⑸样品采集设备(6)采集地、环境信息描述采集地所在地区(7)1：南极陆地2:南大洋3：北极陆地4：北冰洋采集地点名 称⑻米集站位名称(9)采集站位坐标(10)经度： 纬度： 海拔：米集地点环境类型(11)菌株分离基物信息描述土壤类型(12)植被(13)pH(14)温度(15)土层深度(16)土壤特征(17)沉积物类型(18)1：湖泊沉积2：海洋沉积3：其它水深(19)pH(20)温度(21)沉积柱长度(22)沉积柱分层(23)沉积物特征(24)水类型(25)1：淡水2：海水3：卤水4：其它水深(26)水温(27)pH (28)盐度(29)冰类型(30)1：淡水冰2：海冰3：海洋冰冰温(31)pH(32)土卜 irir 度(33)冰芯长度⑶)冰芯分层(35)雪雪芯厚度(36)雪芯分层(37)温度(38)pH(39)空气采样场所(40)温度(41)咼度(42)生物体动、植物 名称(43)部位、组织名称⑷)其它45图像信息采集地46分离基物474、现场所需的支撑条件1）野外采样 本项目的实施主要涉及中山站站区及周边湖泊和潮间带作业，需要车、橡皮 艇等支持。

每次采样时，至少需要 1名驾驶员和1名辅助人员2）仪器设备采水器、MARK II冰芯钻、便携式采泥器、Testo温度计、盐度计、pH计（自 备）5、其他需要说明的问题 获得的有关数据的交换按照国家海洋局极地考察办公室规定执行。