科考队员正在回收微生物原位富集系统

■ 本报特派记者 兰圣伟

　　你能想象一滴海水中就有数以百万计的海洋微生物吗？而在令人莫测的深海中又蕴含着多少不为人所知的巨大微生物资源？

　　连日来，中国大洋第45航次科考队在东太平洋海域，利用大面积调查和原位富集培养等方式开展了深海微生物菌株及其基因资源调查，试图揭开海洋中微生物资源的“冰山一角”。

看不见的深海微生物

　　海底深部环境多种多样，蕴藏着丰富的微生物类群，它们在生物地球化学循环中扮演着重要角色。

　　高压、黑暗、酷冷，曾经有人判断，深达数千米的海底是一片生命的禁区。

　　尽管环境恶劣，但一次次深海调查正在不断打破人们对这片生命禁区的认知。“本航次，我们通过深海摄像观测清楚地看到5200米海底的热闹景象：紫色的海参、红色的游虾、白色的小鱼，大量的生命繁衍生息，不亚于一座‘海底乐园’。而那些肉眼无法看见的深海微生物数量和种类更是惊人。”航次首席科学家林辉告诉记者。

　　“深海极端环境下的生态系统特殊，物种多样性丰富，生物量巨大，是重要的微生物菌株及其基因资源来源地，具有广泛的应用和开发潜力。”国家海洋局海洋生物遗传资源重点实验室主任邵宗泽表示，目前人类认识的深海微生物不到1%，对海底环境中微生物的生命活动，能量代谢过程也知之甚少。极端的深海环境赋予了微生物独特的种群结构和代谢机制，并蕴含着诸如嗜压、嗜冷和功能待确认的极端菌。这些宝贵的微生物基因资源将给人类生产、生活带来极大影响。

　　深海，无疑是一个巨大的天然基因资源库，开展深海微生物基因研究对人类认识深海生命现象与生命过程具有重要意义。“研究表明，深海微生物的特殊代谢途径将产生大量结构全新的药物候选物，为创新药物研发提供了丰富的化合物资源，进而为生物技术产业发展和新药开发提供了独特的资源。目前，深海极端生物的基因资源在生物医药、工农业、环境等领域的开发均取得了重要进展。”邵宗泽说。

把实验室搬到海底

　　在深海原位条件下开展深海微生物原位富集培养，是一种获取深海新型微生物及基因资源的创新性手段。

　　这几天，来自国家海洋局海洋生物遗传资源重点实验室的董纯明博士一直在“向阳红03”船保真样品处理实验室忙碌着。他需要把在海底原位富集培养的海洋微生物进行先期处理，为后续开展实验室深入研究做好准备。

　　就在前些天，科考队在东太平洋多金属结核合同区成功回收一套在海底工作了12天的深海微生物原位富集系统。

　　随着调查手段和技术的不断升级，人们已经可以从各种海洋环境中富集分离出大量海洋微生物，但由于实验室培养条件无法完全模拟深海原位环境，所以目前已获取的微生物在种属上重复性高，无法完全代表原位微生物种群中的主要类群。

　　“开展深海微生物原位富集培养相当于把实验室搬到5200多米的深海海底，利用深海原位的高压、低温、寡营养、黑暗等极端环境，富集和培养在陆地实验室无法培养的海洋微生物。”董纯明说。

　　董纯明口中这套微生物原位富集系统主要由15个培养仓、原位环境监测传感器、声学释放器、浮力材料和重力锚等组成，最大工作水深6000米。在海底工作的12天中，该系统先后测试了陆地实验室内各种常见海洋细菌和真菌培养基对深海近底微生物的培养效果，并完成了深海近底微生物种群对有机底物、海洋表层颗粒有机物、大洋表层浮游生物次生代谢物、常见海洋微塑料和石油烃的响应等实验。上述实验共包含132项实验处理，为深入开展深海微生物功能研究，进一步充实深海微生物菌种库提供了重要的实验材料。”

　　据悉，以前我国深海生物基因调查多集中在西南印度洋和大西洋洋中脊热液区，类似东太平多金属结核区的生物基因调查相对较少。

　　此次选择的作业区水深达5200多米，海底多为平缓的海床，营养物质相对贫乏，与深海热液生态系统、海山生态系统、深渊生态系统及近岸陆架生态系统中的微生物类群，在种群结构和生理代谢特性上有着较大的差别。广阔的深海平原微生物资源丰富，是研究碳、氮等元素生物地球化学循环的重要场所。

跻身国际深海舞台

　　加强对深海微生物资源独特生命现象的认知，有助于提升我国在国际海底生物资源研究领域的影响力和话语权。

　　上世纪90年代末，中国大洋矿产资源研究开发协会率先在我国部署大洋生物资源勘探工作，设立深海生物资源勘探与研发重大项目，在深海生物生命过程与极端环境适应机制方面获得了一大批创新性成果。

　　经过15年的不懈努力，我国海洋科研人员获得了大量深海微生物资源，分离了近1万株微生物，建立了第一个深海菌种库，菌种来源多样，涵盖全球各个大洋，在深海微生物资源探测与保藏方面取得显著成效。

　　邵宗泽说：“与此同时，我国科学家还完成了4000多株微生物资源在海洋药物、生物农药、环境保护、生物技术、工业酶应用等方面的潜力评估，申请国际国内专利200多项，其中多项研究成果已完成应用示范。”

　　不仅如此，我国大洋生物勘探技术也显著提升，形成了蛟龙、潜龙、海龙为代表的“三龙”深海探测，微生物海底长期原位培养等系列创新性深海装备体系。显著提升了获取生物样品的准确性。伴随着深海生物实验室研究平台的完善，为我国海洋生物科学研究提供了有力支撑。

　　“目前我国在资源库数量等方面已跻身世界前列，包括国际上都在聚焦于深海生物勘探与圈矿，但相关的数据挖掘和开发利用做的比较少。”曾参加过联合国有关国家管辖外海域生物多样性养护与可持续利用谈判的航次临时党委书记黄浩说。

　　这些短板亦是我国未来开展深海微生物研究需要着力解决的问题。对于未来深海大洋生物资源发展，中国大洋协会提出，要着力突破国际海底极端生物及其基因资源分离、培养与获取的关键技术瓶颈，提升我国获取国际海底极端生物及其基因资源的勘探能力。......查看原文：http://epaper.oceanol.com/shtml/zghyb/20170928/69543.shtml