极地冰川底部微生物多样性及对气候变化响应的研究概况及其前景

极地冰盖/冰川底部微生物的生命形态特征及其适应机制研究是当前最前沿的方向之一。越来越多的研究表明: 极地冰盖/冰川底部存在液态水和有机质, 可以为微生物生存提供生境。此外, 微生物参与冰盖/冰川底部地球化学风化过程, 对受气候变化驱使的环境变化尤为敏感。围绕着极地冰川底部微生物多样性及其对气候变化响应的研究主题, 重点介绍极地冰川底部微生物的生命形态特征、可能来源、所参与的地球化学反应机制以及与C、N循环的相互作用。旨在为未来关于冰川底部的研究提供参考。     

极地冰川底部微生物多样性及其对气候变化响应的研究概况与前景

极地冰盖/冰川底部微生物的生命形态特征及其适应机制研究是当前最前沿的方向之一。越来越多的研究表明:极地冰盖/冰川底部存在液态水和有机质,可以为微生物生存提供生境。此外,微生物参与冰盖/冰川底部地球化学风化过程,对受气候变化驱使的环境变化尤为敏感。围绕着极地冰川底部微生物多样性及其对气候变化响应的研究主题,重点介绍极地冰川底部微生物的生命形态特征、可能来源、所参与的地球化学反应机制以及与C、N循环的相互作用。旨在为未来关于冰川底部的研究提供参考。     

海洋细菌对DMSP的降解及其在极地低温海域的研究进展

DMSP(二甲基巯基丙酸内盐)是地球上最丰富的有机含硫化合物之一,同时也是海洋微生物的重要营养物。浮游植物是其主要的生产者。DMSP还是海洋中DMS(二甲基硫)的重要来源和前体,而DMS的排放与全球气候变化存在密切关联。细菌在DMSP的降解及DMS的生成方面扮演着重要角色。有关DMSP生物合成、代谢及其生态影响的研究已开展了近70年,但涉及高纬度极地低温海域的相关研究却为数甚少。本文在简要介绍DMSP生物合成与代谢,以及DMSP降解途径中的关键酶基因及其产生菌的基础上,结合笔者的工作实践,对近年来在极地低温海域的相关研究进行了介绍并展开了部分讨论。随着国内对微生物驱动水圈地球元素循环的重视,有关极地海域细菌参与DMSP/DMS代谢的研究工作将极大地增进人们对于微生物在极地海洋生态系统中生态地位的认识,也对评估极地海洋微生物群落对全球气候环境变化的响应与反馈具有重要的参考意义。     

极地维管植物研究进展

极地维管植物因其所处环境的特殊性而备受关注。本文综述了极地维管植物在结构、生理、遗传和起源方面的研究进展,从而了解其对环境的适应机制,以及遗传多样性的特点、拓殖和起源方式。由叶片超微结构显示出叶绿体突起、叶绿体与线粒体的紧密相连等结构特点与植物适应极地环境有关。低温和长日照下糖类和蛋白质积累、酶活性的保持或提高、与胁迫相关基因的表达保证了植物在严酷环境下的生存。次生代谢物质含量随紫外线和光强度而变化,从而保护植物免受强辐射的伤害。极地地理和气候环境影响了植物遗传多样性和拓殖方式。南极植物(发草)群体的遗传多样性低,基因流动主要发生在邻近群体之间,其拓殖方式符合步石模型。北极植物则存在着长距离拓殖。多领域的研究观点表明,维管植物最有可能通过鸟类的帮助而迁入南极。     

极地海洋石油烃污染物的生物降解研究进展

随着南极考察活动的发展和北极地区的开发利用,极地海洋中的石油烃污染逐渐增多。由于这些地区常年处于低温状态,石油烃的自然降解非常缓慢。生物降解是修复污染的一个主要机制,具有经济、高效的特点。极地海洋环境中存在着大量烃降解菌,它们在清除当地石油烃污染中发挥了很大作用,并显现出了低温修复的潜力。本文从极地海洋环境中的石油烃降解菌、影响低温降解的因素、降解基因和低温生物修复四个方面介绍了国外对该领域的研究成果。     

极地微生物基因组挖掘现状与展望

测序技术的快速发展极大地促进了微生物基因组相关研究。极地微生物基因组的测序与研究虽然启动略晚,但迅速成为极地微生物研究的一个重要内容。极地微生物基因资源具有重要的战略意义与社会效益,但针对极地微生物基因组的深入研究以及基因资源的深度挖掘仍然非常有限,没有真正发挥基因组测序的作用与价值。本文总结了国际上极地微生物基因组相关研究现状与主要的研究方向,分析了极地微生物基因组挖掘潜力与目前研究的不足之处,并在此基础上提出了重点需要突破的方向。极地微生物基因资源潜力巨大,加强对极地微生物基因资源的挖掘将为未来生物技术的发展提供更多可能性。     

中国极地微生物学调查研究进展

中国自行组建的极地微生物学调研起始于上世纪80年代初,迄今20余年来,中国极地微生物学研究取得了丰硕的成果,调查范围涉及南北极,包括南极长城站、中山站及其附近区域土壤、空气、水体和南大洋水域,及从中取得的生命和非生命材料、白令海和楚科奇海、波弗特海、加拿大海盆等北冰洋海区,及青藏高原等等。对极地微生物的种群、含量、多样性、生长特征、生理生化特性、系统发育等作了广泛而有深度的研究分析,并就其中的一些菌株的活性物质开发利用进行了有意义的探索。最后对今后中国极地微生物学的研究提出了一些建议。     

极地产甲烷菌研究进展

产甲烷菌是一类重要的环境微生物,其代谢产生的甲烷(CH_4)是最重要的温室气体之一。现有研究表明,产甲烷菌广泛存在于极地湿地、沼泽、湖泊、苔原、冻土和冰川等各类生境之中,并在碳循环中发挥着重要作用。本文对极地产甲烷菌的群落结构、生物多样性、空间分布、环境影响因子(温度﹑营养物和pH)以及研究技术的最新进展进行了总结,并对极地产甲烷菌研究的未来发展进行了展望。     

南极低温微生物研究及其应用前景

南极由于其独有的地理及气候特征,蕴育了丰富的低温微生物资源。这些低温微生物具有独特的分子生物学机制和生理生化特性,它们不但在南极生态环境系统中占有重要的地位和作用,在基础研究和生物工程应用方面同样也具有相当大的潜在价值。本文从开发利用南极微生物资源的角度出发,简述了近年来国内外有关南极低温微生物的研究状况及取得的研究成果（重点在微生物生理生化方面和遗传方面）,并进一步探讨了南极低温微生物在环境保护、食品、化工及医药等多个领域中的开发应用前景。     

海冰细菌研究进展

地球两极海洋上覆盖的海冰为微生物提供了一个极端的生存环境。微生物在这环境中生存需要生理和代谢上的复杂适应机制。现有的研究表明,细菌在海冰中旺盛地生长繁殖,并在极区生态系统中占有重要地位。同时海冰细菌也已成为生命现象多样性等基础研究领域和生物工程领域的新热点。本文就近年来国内外在海冰细菌系统发育组成、生态生理学、生态作用和环境适应等方面所取得的研究进展进行简述,并初步探讨了今后海冰细菌研究中需要解决的一些问题。     

极地微生物菌种数据库的设计及其功能简述

极地微生物菌种数据库,在功能设计上不仅考虑到共享中国极地科学数据库系统的元数据管理、用户权限认证和后台数据管理功能模块与部分数据,而且考虑到新开发的用户管理模块、数据管理与维护模块、数据查询模块,以及文献信息要求等的特殊性。其技术架构采用基于WEB的浏览器/服务器模式。数据库设计中除考虑到管理的主体对象--菌种资源信息外,还考虑用户、资源利用和成效跟踪等相关信息,并通过相关联的用户与权限系统、数据管理与维护系统和数据发布系统,实现用户与操作、资源与利用的一体化管理。该数据库不仅实现多种信息的综合管理与实时发布,而且提供定制式、人性化管理与用户界面以及综合统计和报表等多项功能。     

玉溪2011年3月强倒春寒天气环流特征分析

2011年3月15日～18日,云南省玉溪市出现一次强倒春寒天气过程,平均气温除元江外,其余县仅有6．2～8．8℃;48小时最高气温下降17～23℃,通海16日最低气温只有1．8℃。分析1971～2010年历史上3月倒春寒发生前的1月大气物理特征量发现,此次倒春寒的原因主要是由于1月极涡面积偏大,3月强度迅速发展偏强,对应极圈西南侧为120～80gpm的负距平,有利于冷空气形成;经向环流南北交换大,南支槽和东亚槽比常年偏强,有利于暖湿气流的输送,青藏高压比常年偏弱,有利于冷空气南下,造成自北向南出现较大的降温幅度,其中云南东部等地降温幅度超过12℃。     

Studies on culture condition and extracellular hydrolase of psychrophilic bacteria from Arctic sea ice

Arctic sea ice in the polar region provides a cold habitat for microbial community.Arctic sea ice microorganisms are revealed to be of considerable impor- tance in basic research and potential in biotechnological application.This paper in- vestigated the culture condition and extracellular hydrolase of 14 strains of different Arctic sea ice bacteria.The results showed that optimal growth temperature of strains is 15℃or 20℃.The optimal pH is about 8.0.They hardly grow at acid condition. 3% NaCl is necessary for better growth.These strains have different abilities in pro- ducing amylase,protcase,cellulase and lipase.Pseudoalteronomas sp.Bsi429 and Pseudoalteronomas sp.Bsi539 produced both cellulose,protease and lipase.These results provide a basis for further developing and exploiting the cold adapted marine enzyme resources.     

两株南极枝孢霉属真菌Cladosporium sp.NJF4和NJF6的次级代谢产物研究

南极因其独特的自然环境成为潜在、重要的微生物资源库,是产生新型生物活性物质和先导化合物菌株的潜在种源地,南极微生物正在成为创新药物研究新的重要资源。虽然近年来对南极微生物次级代谢产物的研究逐渐增加,但与温带和热带微生物研究相比仍处于初级阶段。对从南极普里兹湾海洋沉积物中获得的两株枝孢霉属真菌Cladosporium sp. NJF4和NJF6进行次级代谢产物分离及结构鉴定,获得20个化合物。化合物结构类型包括甾醇(1)、倍半萜类(7—8)、生物碱类(9—14)、二酮哌嗪(2—5、15—17)、芳香酸(6、18—19)等,其中倍半萜类(7—8)为首次从枝孢霉属真菌中分离得到,以上研究将为丰富南极微生物次级代谢产物库奠定一定的研究基础。     

对北极极涡的认识

极涡是北极中上层对流层和平流层大气的持续性大尺度气旋性环流,它的活动和变化控制着泛极地半永久性活动中心和副极地短时间尺度的气旋活动。极涡强度变化直接关系到北极大气、海洋、海冰和生态环境,影响低层大气环流,影响副极地甚至中纬度天气。中国第2次北极科学考察期间正是北极平流层中上层暖性反气旋性环流向冷性气旋性环流转变和极涡建立时期。一些学者已通过平流层和对流层耦合机制的研究探索极涡变化对低层环流的作用。平流层爆发性增暖对极涡变化影响早已引起人们关注。本文概述我们对极涡的认识,总结近期有关极涡变化对低层环流的作用以及它对气候影响的机制研究的进展,并讨论对一些问题的看法。     

15万年以来极地冰芯、黄土、深海沉积的对比研究与全球变化

由极地冰芯记录、中纬黄土记录和深海沉积记录的对比可得，１５万年以来全球变化的基本框架为：末次间冰期，从距今１４万年开始到约１２．５万年达鼎盛，可分为五个阶段，即冰芯中三次高温期夹两次低温期；黄土中三层古土壤夹两层黄土；深海沉积中三次高海面夹两次低海面。末次冰期，距今８万年到１万年，可分为三个阶段，早、晚冰段和中间的间冰段。早、晚冰段盛期气候寒冷程度相当，但晚冰段最低温持续期更长，造成海面比早期更低。中间的间冰段，至少可分为７个亚段，即４次暖期（４次弱成土古土壤）夹３次冷期。全新世与末次间冰期对比，总体气候变化较平缓。在上述基本框架中，近几年发现，在末次冰期存在许多短周期、高频快速变化事件。这些事件，温度变化幅度达７℃，变化速率为几年到几十年，对应的环境变化速率可能更快。这些事件的引发机理目前还不清楚，有待进一步研究。     

中国极地测绘空间数据元数据管理系统的设计与实现

本文在对历次极地考察所获得的极地测绘空间数据进行整理、分类的基础上,参考国际标准化组织(ISO/TC211)元数据标准、美国联邦地理数据委员会(FGDC)的CSDGM以及中国可持续发展信息共享元数据标准,制定了能够描述中国极地测绘空间数据的元数据标准,基于此设计并实现了中国极地测绘空间数据元数据管理系统。在网络环境下实现了对元数据的浏览、新增、编辑、查询以及网上发布,从而更好地服务于极地科学考察。     

极地浮游病毒的研究进展

本文对极地海洋病毒的国内外研究现状进行了扼要阐述,尤其是海冰融化对病毒的生态影响。内容包括极地海域的浮游病毒丰度、多样性及在碳循环中的作用研究,以及我国在极地科考中所进行的与浮游病毒相关的工作。并提出了今后在极地海域要解决的与病毒相关的科学问题。