海洋微生物在环境中的应用进展

王超

（国家海洋局第一研究所，山东 青岛 266061）

海洋中蕴藏着巨大的微生物资源，并以其广阔的应用前景，吸引了世界各国大量财力和物力的投入。海洋环境比较特殊，具有高盐、高压、低温、低营养或无光照等特殊生态环境，这些特殊环境导致了海洋微生物种类的多样性和特殊性[1]，如抗逆性(耐盐、耐高压、耐寒等)，生物降解特性(对石油等有机污染物及重金属离子的降解)和其他优良的生物特性(杀虫、杀菌)。研究海洋微生物与环境之间的关系，有助于我们深入了解其在整个海洋生态系统中的功能与作用，对开展海洋生态环境研究具有重要意义。

1 海洋微生物

随着陆地微生物资源的大量开发和应用，陆地微生物资源日益匮乏，人们把研究开发的重点转向海洋微生物资源。海洋生态环境中营养成分的缺乏，迫使海洋微生物的代谢途径以及方式发生变化，导致很多海洋微生物的次生代谢产物的化学结构、生物活性均与陆地微生物有着明显的不同。现在我们已经用特殊方法筛选出来一些海洋微生物，然后加以驯化，根据特性的不同让其在各个领域中发挥其特有的功能。

2 海洋微生物在环境中的应用

海洋微生物影响着其生存的生态系统大环境，同样的环境对海洋微生物也有作用，二者相互依存，相互影响。海洋微生物作为海洋生态系统的基本组分，履行着主要分解者的作用，是物质循环和能量循环的关键，推动着自然界养分元素的生物地球化学循环过程，是大自然元素的平衡者。与此同时，环境对海洋微生物也有着不同的作用，例如在污染严重的区域，大多数海洋微生物都不能存活，也总有一些海洋微生物能继续生长甚至喜好这种环境，海洋微生物的这两种情况也反映了其在环境中担任的角色不同。其实在生态环境中，由于海洋微生物与环境关系的不同，微生物能在各个方面发挥作用。

2.1 海洋微生物对病虫害的生物防治

近年来，随着化学农药的过渡使用，化学农药的残留成为环境的另一杀手，并影响人们的身体健康。为了保护自然生态环境，维护生态平衡和人类健康安全，开发和使用微生物农药成为了现代农业发展的一个方向[1]。

目前国内外关于农业虫害的相关研究较多，日本东京微生物化学研究所的Takahashi等[2]分离了200株放线菌，从中筛选得到1株放线菌Streptomycessioyaensis，它所产生的生物碱具有很强的杀螨虫活性。

厦门大学的胡志钰等[3]利用自己建立的快速筛选模型从1240株分离于厦门海洋潮间带的放线菌的杀线虫作用进行了筛选，发现有7株放线菌的杀线虫活性达到90%以上。Xiong L等[4]从海洋中分离得到331种菌株，研究发现有40株有潜在的杀虫活性，并从331株菌株中筛选到海洋链霉菌173株，它们的发酵代谢产物具有杀卤虫和棉铃虫的活性。

徐守建[5]采用活体昆虫浸渍法和细胞毒性测定法对海洋微生物发酵液进行了杀虫活性比较，从294株海洋微生物供试菌株中筛选获得7株活性较好的菌株。邓燚杰[6、7]采用卤虫生物检测法(Brine Shrimp Bioassay)对59株来源于深海海泥和繁茂膜海绵的放线菌的发酵提取物进行生物活性检测，发现放线菌S19具有较强的杀卤虫活性，进一步试验发现S19还具有杀线虫和杀甜菜夜蛾的生物活性。

这些有价值的成果，为今后我国海洋微生物源生物农药的研究发展提供了基础。

2.2 海洋微生物在海洋石油污染生物修复

海洋生态环境中，海洋石油及其附属产品的污染是目前一种世界性的海洋污染现象。其对环境污染严重而且对人类生命健康影响大，此外石油烃比较难降解。因此，石油污染修复一直以来是各国研究的难点和重点。

能够降解石油的微生物分属于70多个属，大约200多种。海洋微生物生长速度快，可有效去除多种的石油污染物，而且去除成本低，因此利用海洋微生物对海洋石油污染进行生物修复成为了治理石油污染的趋势。

从20世纪70年代开始，美国首先开始了利用细菌消除油污染的研究，随后世界各国也相继利用各种微生物开展了这方面的工作[8，9]。我国对于海洋微生物生物修复的研究发展的也很快。林凤翱等[10，11]从近海岸油污染海洋环境中分离到4株降解石油烃的丝状真菌，通过研究发现，该丝状真菌降解速率高；适应油种、油量和油组分的范围广；而且降解不受氮、磷营养盐和含氧量的限制。丁明宇等[12]利用从青岛近海岸海水中筛选到的73株细菌和10株真菌进行了降解石油的研究，研究结果表明多数菌株具有明显的降解石油的能力，其中真菌F-37的降解率为58.35%，细菌SJ-27B对石油的降解率达到62.75%，真菌F-38的石油降解率高达71.06%。

另外，史君贤[13]利用气相色谱测定了石油烃降解细菌对柴油的正烷烃的降解作用，测定结果表明石油烃降解细菌对正烷烃有降解作用，混合菌株的石油降解率明显比单菌株的高。陈碧娥等[14]研究了从湄洲湾海域分离得到4株丝状真菌，研究了其转化石油烃的过程，指出在丝状真菌去除原油的过程中，存在着生物吸附与生物降解两种生物转化方式，降解过程中这两种方式相结合共同进行生物转化。

2.3 海洋微生物对重金属的降解作用

许多重金属是生命活动中必需的物质，但是当它们在环境中的浓度过高就变成了污染物，微生物可以通过固定、移动或转化的方式，改变它们在环境中的环境化学行为，降低环境中的重金属含量，从而达到生物修复的目的。

重金属污染的微生物修复原理主要包括生物吸附和生物转化这两个方面。

真菌和细菌的生物吸附作用有所不同。真菌对重金属的吸附方式主要有2种：一是真菌细胞壁上的活性基团与重金属离子发生定量化合反应 (如离子交换、配位结合或络合等)，达到吸收的目的；第二种是将重金属污染物沉积在真菌自身细胞壁上，这种吸附方式是通过形成无机沉淀或物理性吸附来实现的。

细菌的吸附方式比较多，首先细菌的细胞壁带有负电荷，使整个细菌表面呈现阴离子特性，可以吸附带有正电荷的重金属离子。另外细菌中某些基团的阴离子作用也可以增加重金属离子的吸附，比如羰基或磷酰基等基团[15，16]。此外，重金属还能够被具有特殊活性的分子结构螯合，细菌细胞壁中的分子结构具有这种螯合活性。

海洋微生物对重金属的生物转化作用。海洋微生物对重金属进行生物转化主要作用机理包括海洋微生物对重金属的生物氧化和还原、甲基化与去甲基化，在这些方式的作用下，重金属毒性发生改变，从而形成海洋微生物对重金属的解毒机制[17，18]。海洋微生物也可通过改变重金属的氧化还原状态，使重金属化合价发生变化，从而改变重金属的稳定性达到降低毒性的目的。海洋微生物能够氧化多种重金属元素，降低重金属的活性。比如某些自养细菌如硫-铁杆菌类能氧化As、Cu、Mo和Fe等，假单孢杆菌属能使As、Fe和Mn等发生生物氧化。另外，通过这种作用使重金属的价态改变后，金属离子可与一些海洋微生物的分泌物发生络合作用，降低重金属毒性[19]。

3 海洋微生物的不良影响和危害

海洋微生物在发挥着好的作用的同时，也会有一些不良的影响。例如在海洋微生物对重金属降解时，海洋微生物通过分泌或呼吸作用排放有机金属，被排放的金属化合物可能会对人类产生更大的危害[20]。

再比如氮元素循环的硝化和反硝化过程中，由于海洋微生物的作用，导致亚硝酸、亚硝胺和硝酸、氮氧化物、羧胺、硫化氢和酸性矿水的形成，造成局部和全球性的环境污染问题，如环境的酸化腐蚀、水体的富营养化、臭氧层的破坏等[20]。同时亚硝酸（盐）、硝酸等会给人体的呼吸器官产生强烈的刺激和腐蚀作用，亚硝酸进入血液后，与血红蛋白结合产生中毒反应和致癌作用，给人类健康造成极大的危害。

4 展望

海洋微生物在环境中的应用不止于此，有些海洋微生物的代谢产物还可以在植物病防治过程中发挥作用，有些海洋微生物能够分泌有抑制藻类的生长作用的胞外物质，可用于赤潮的防治。海洋微生物在农业、环境污染治理方面的应用日趋成熟，海洋微生物资源的优势暂露头角。

随着人类社会的发展，自然环境的不断变化，海洋微生物资源的进一步开发和利用将在改善人类生存环境，提高人们生活质量等方面发挥着越来越重要的作用。

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