海洋微生物在環境中的應用進展

王超

（國家海洋局第一研究所，山東 青島 266061）

海洋中蘊藏著巨大的微生物資源，并以其廣闊的應用前景，吸引了世界各國大量財力和物力的投入。海洋環境比較特殊，具有高鹽、高壓、低溫、低營養或無光照等特殊生態環境，這些特殊環境導致了海洋微生物種類的多樣性和特殊性[1]，如抗逆性(耐鹽、耐高壓、耐寒等)，生物降解特性(對石油等有機污染物及重金屬離子的降解)和其他優良的生物特性(殺蟲、殺菌)。研究海洋微生物與環境之間的關系，有助于我們深入了解其在整個海洋生態系統中的功能與作用，對開展海洋生態環境研究具有重要意義。

1 海洋微生物

隨著陸地微生物資源的大量開發和應用，陸地微生物資源日益匱乏，人們把研究開發的重點轉向海洋微生物資源。海洋生態環境中營養成分的缺乏，迫使海洋微生物的代謝途徑以及方式發生變化，導致很多海洋微生物的次生代謝產物的化學結構、生物活性均與陸地微生物有著明顯的不同。現在我們已經用特殊方法篩選出來一些海洋微生物，然后加以馴化，根據特性的不同讓其在各個領域中發揮其特有的功能。

2 海洋微生物在環境中的應用

海洋微生物影響著其生存的生態系統大環境，同樣的環境對海洋微生物也有作用，二者相互依存，相互影響。海洋微生物作為海洋生態系統的基本組分，履行著主要分解者的作用，是物質循環和能量循環的關鍵，推動著自然界養分元素的生物地球化學循環過程，是大自然元素的平衡者。與此同時，環境對海洋微生物也有著不同的作用，例如在污染嚴重的區域，大多數海洋微生物都不能存活，也總有一些海洋微生物能繼續生長甚至喜好這種環境，海洋微生物的這兩種情況也反映了其在環境中擔任的角色不同。其實在生態環境中，由于海洋微生物與環境關系的不同，微生物能在各個方面發揮作用。

2.1 海洋微生物對病蟲害的生物防治

近年來，隨著化學農藥的過渡使用，化學農藥的殘留成為環境的另一殺手，并影響人們的身體健康。為了保護自然生態環境，維護生態平衡和人類健康安全，開發和使用微生物農藥成為了現代農業發展的一個方向[1]。

目前國內外關于農業蟲害的相關研究較多，日本東京微生物化學研究所的Takahashi等[2]分離了200株放線菌，從中篩選得到1株放線菌Streptomycessioyaensis，它所產生的生物堿具有很強的殺螨蟲活性。

廈門大學的胡志鈺等[3]利用自己建立的快速篩選模型從1240株分離于廈門海洋潮間帶的放線菌的殺線蟲作用進行了篩選，發現有7株放線菌的殺線蟲活性達到90%以上。Xiong L等[4]從海洋中分離得到331種菌株，研究發現有40株有潛在的殺蟲活性，并從331株菌株中篩選到海洋鏈霉菌173株，它們的發酵代謝產物具有殺鹵蟲和棉鈴蟲的活性。

徐守建[5]采用活體昆蟲浸漬法和細胞毒性測定法對海洋微生物發酵液進行了殺蟲活性比較，從294株海洋微生物供試菌株中篩選獲得7株活性較好的菌株。鄧燚杰[6、7]采用鹵蟲生物檢測法(Brine Shrimp Bioassay)對59株來源于深海海泥和繁茂膜海綿的放線菌的發酵提取物進行生物活性檢測，發現放線菌S19具有較強的殺鹵蟲活性，進一步試驗發現S19還具有殺線蟲和殺甜菜夜蛾的生物活性。

這些有價值的成果，為今后我國海洋微生物源生物農藥的研究發展提供了基礎。

2.2 海洋微生物在海洋石油污染生物修復

海洋生態環境中，海洋石油及其附屬產品的污染是目前一種世界性的海洋污染現象。其對環境污染嚴重而且對人類生命健康影響大，此外石油烴比較難降解。因此，石油污染修復一直以來是各國研究的難點和重點。

能夠降解石油的微生物分屬于70多個屬，大約200多種。海洋微生物生長速度快，可有效去除多種的石油污染物，而且去除成本低，因此利用海洋微生物對海洋石油污染進行生物修復成為了治理石油污染的趨勢。

從20世紀70年代開始，美國首先開始了利用細菌消除油污染的研究，隨后世界各國也相繼利用各種微生物開展了這方面的工作[8，9]。我國對于海洋微生物生物修復的研究發展的也很快。林鳳翱等[10，11]從近海岸油污染海洋環境中分離到4株降解石油烴的絲狀真菌，通過研究發現，該絲狀真菌降解速率高；適應油種、油量和油組分的范圍廣；而且降解不受氮、磷營養鹽和含氧量的限制。丁明宇等[12]利用從青島近海岸海水中篩選到的73株細菌和10株真菌進行了降解石油的研究，研究結果表明多數菌株具有明顯的降解石油的能力，其中真菌F-37的降解率為58.35%，細菌SJ-27B對石油的降解率達到62.75%，真菌F-38的石油降解率高達71.06%。

另外，史君賢[13]利用氣相色譜測定了石油烴降解細菌對柴油的正烷烴的降解作用，測定結果表明石油烴降解細菌對正烷烴有降解作用，混合菌株的石油降解率明顯比單菌株的高。陳碧娥等[14]研究了從湄洲灣海域分離得到4株絲狀真菌，研究了其轉化石油烴的過程，指出在絲狀真菌去除原油的過程中，存在著生物吸附與生物降解兩種生物轉化方式，降解過程中這兩種方式相結合共同進行生物轉化。

2.3 海洋微生物對重金屬的降解作用

許多重金屬是生命活動中必需的物質，但是當它們在環境中的濃度過高就變成了污染物，微生物可以通過固定、移動或轉化的方式，改變它們在環境中的環境化學行為，降低環境中的重金屬含量，從而達到生物修復的目的。

重金屬污染的微生物修復原理主要包括生物吸附和生物轉化這兩個方面。

真菌和細菌的生物吸附作用有所不同。真菌對重金屬的吸附方式主要有2種：一是真菌細胞壁上的活性基團與重金屬離子發生定量化合反應 (如離子交換、配位結合或絡合等)，達到吸收的目的；第二種是將重金屬污染物沉積在真菌自身細胞壁上，這種吸附方式是通過形成無機沉淀或物理性吸附來實現的。

細菌的吸附方式比較多，首先細菌的細胞壁帶有負電荷，使整個細菌表面呈現陰離子特性，可以吸附帶有正電荷的重金屬離子。另外細菌中某些基團的陰離子作用也可以增加重金屬離子的吸附，比如羰基或磷酰基等基團[15，16]。此外，重金屬還能夠被具有特殊活性的分子結構螯合，細菌細胞壁中的分子結構具有這種螯合活性。

海洋微生物對重金屬的生物轉化作用。海洋微生物對重金屬進行生物轉化主要作用機理包括海洋微生物對重金屬的生物氧化和還原、甲基化與去甲基化，在這些方式的作用下，重金屬毒性發生改變，從而形成海洋微生物對重金屬的解毒機制[17，18]。海洋微生物也可通過改變重金屬的氧化還原狀態，使重金屬化合價發生變化，從而改變重金屬的穩定性達到降低毒性的目的。海洋微生物能夠氧化多種重金屬元素，降低重金屬的活性。比如某些自養細菌如硫-鐵桿菌類能氧化As、Cu、Mo和Fe等，假單孢桿菌屬能使As、Fe和Mn等發生生物氧化。另外，通過這種作用使重金屬的價態改變后，金屬離子可與一些海洋微生物的分泌物發生絡合作用，降低重金屬毒性[19]。

3 海洋微生物的不良影響和危害

海洋微生物在發揮著好的作用的同時，也會有一些不良的影響。例如在海洋微生物對重金屬降解時，海洋微生物通過分泌或呼吸作用排放有機金屬，被排放的金屬化合物可能會對人類產生更大的危害[20]。

再比如氮元素循環的硝化和反硝化過程中，由于海洋微生物的作用，導致亞硝酸、亞硝胺和硝酸、氮氧化物、羧胺、硫化氫和酸性礦水的形成，造成局部和全球性的環境污染問題，如環境的酸化腐蝕、水體的富營養化、臭氧層的破壞等[20]。同時亞硝酸（鹽）、硝酸等會給人體的呼吸器官產生強烈的刺激和腐蝕作用，亞硝酸進入血液后，與血紅蛋白結合產生中毒反應和致癌作用，給人類健康造成極大的危害。

4 展望

海洋微生物在環境中的應用不止于此，有些海洋微生物的代謝產物還可以在植物病防治過程中發揮作用，有些海洋微生物能夠分泌有抑制藻類的生長作用的胞外物質，可用于赤潮的防治。海洋微生物在農業、環境污染治理方面的應用日趨成熟，海洋微生物資源的優勢暫露頭角。

隨著人類社會的發展，自然環境的不斷變化，海洋微生物資源的進一步開發和利用將在改善人類生存環境，提高人們生活質量等方面發揮著越來越重要的作用。

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