低温β-半乳糖苷酶产生菌的筛选、鉴定、生长特性及酶学性质的初步研究

自北冰洋楚科奇海、加拿大海盆、格陵兰海和中国南极中山站近岸的海水、海冰和沉积物样品中分离的322株低温细菌中筛选出73株低温β-半乳糖苷酶产生菌,并对其中1株BCw006进行了研究。通过16S rDNA序列同源性分析表明,该菌株属于交替单胞菌属,定名为Alteromonas sp.BCw006。对该菌株研究表明:该菌最适生长和产酶温度为24℃;在pH6.0—8.0、含0%—6.O% NaCl的培养基条件下菌株能够较好地生长与产酶,其最适生长和产酶NaCl浓度分别为3%和1%,乳糖对β-半乳糖苷酶合成具有明显诱导作用,酵母粉和蛋白胨是菌株生长和产酶较适宜的氮源,酶的最适作用温度为35℃,0℃时能保持35℃下酶活的25%左右,表明其具有较好的适应低温特性。酶对热敏感,60℃时作用30min后酶活力下降了41%。     

一株北极海洋细菌及其蛋白酶的生理生化特征研究

从北极海洋环境中筛选分离出一株产胞外碱性蛋白酶的革兰氏阴性杆菌 Ar/ W/ b/ 75°2 5′ N/ 1。该菌能在 7～ 30℃范围内生长 ,并且在 30℃条件下生长良好 ,但不能在 40℃条件下生长。该菌在 0 .5%～ 1 0 % Na Cl的盐浓度范围内能良好生长 ,表现出一定的嗜盐性。葡萄糖、蔗糖及可溶性淀粉等碳源物质可被该菌株利用以供生长之需 ,其中以葡萄糖最佳。氮源物质中 ,蛋白胨是最有利于菌株生长、产酶的有机氮源 ,而 NH4 NO3则是效果最好的无机氮源。对该菌蛋白酶的酶学特性研究表明 :所产胞外蛋白酶占其蛋白酶总量的 75.7%左右 ;蛋白酶反应的最适温度为40℃ ,酶活力在温度不高于 40℃条件下保持稳定 ;该菌蛋白酶具有较宽的 p H活性范围 ,在 p H7～ 1 1均表现出较高酶活力 ,其最适 p H在 8左右     

2012年夏季北极浮冰生物群落结构及垂直分布特征研究

海冰生物群落是北极生态系统的重要组成部分,在北冰洋初级生产和碳循环中扮演着重要角色。本文利用荧光显微分析技术对2012年度夏季采集于北冰洋中心区的浮冰生物群落进行了分析,结果显示：柱总生物量平均为105.85±53.41 mgC •m^-2,其中细菌占生物量的47.2%,而后依次是硅藻（26.7%）,鞭毛虫（18.2%）,鞭毛藻（6.9%）和纤毛虫（1.0%）。最高纬站位（123°43.454′E 87°39.598′N）出现冰底鞭毛藻藻华现象,生物量可达329.6 μg C•L^-1,该站位生物群落处于硅藻藻华后期,海冰上层存在较大程度的融冰作用,底部冰芯营养盐N/P比较高,可能形成有利于鞭毛藻生长的小生境。与已有研究结果的对比表明,近年来夏季北极海冰的快速融化对浮冰生物群落结构产生了明显影响,异养类群生物量升高,细菌取代硅藻成为优势类群。     

北极海洋细菌BSw20353的胞外蛋白酶性质

从北极楚科奇海水中分离到一株产蛋白酶耐冷河豚毒素假交替单胞菌BSw20353。该菌可合成多种胞外蛋白酶,而培养温度影响蛋白酶的合成。分离纯化出其中一种在15℃、25℃培养时均有生成的酶:该酶最适作用温度55℃;最适pH8;金属离子Hg2+、Sr2+抑制酶活,Fe2+、Mn2+则具有激活作用;该酶属于金属蛋白酶,受螯合剂邻二氮杂菲、EDTA及EGTA抑制,基本不受丝氨酸蛋白酶抑制剂PMSF、TPCK及TLCK抑制,半胱氨酸蛋白酶抑制剂E-64对该酶无抑制作用,天冬氨酸蛋白酶抑制剂pepstatin则具有一定抑制作用;SDS、二硫苏糖醇、碘乙酸可抑制酶活;而在变性剂尿素、盐酸胍作用下,酶活反而有所增高。     

盐度对北极海冰细菌生长的影响

从中国第二次北极科学考察采集的海冰样品中分离到8种细菌,研究了盐度对其生长的影响。结果表明,8株海冰细菌对盐度有着广泛的适应性,在盐度为30-90的范围内均可较快生长,其中菌株BJ2、BJ3和BJ7的盐耐受性较强。进一步的研究表明,BJ2、BJ3和BJ7在0-150 的盐度范围内均有不同程度的生长,盐度为0-30时,菌株的生长最快;盐度为180时,这三株菌株也均有短暂的生长。随着盐度的增加,三株菌株生长的延迟期增加,到达生长稳定期的时间也相应增加。温度对菌株BJ2、BJ3和BJ7的盐耐受性也有着一定的影响,随着温度的升高, 菌株的生长速度变慢,但盐耐受性有所增加。     

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。     

基于图形分析的宁夏春季干旱监测预测方法研究

利用NCEP／NCAR再分析春季逐月平均位势高度、风、温度、垂直速度等物理量的格点资料,通过图形分析技术进行天气系统识别,建立3类宁夏春季干旱多层次环流概念模型,并对各类型主要影响因子进行特征量对比计算,得出了宁夏春季干旱监测预测定量化指标。在如下条件下,宁夏易发生春季干旱：(1)500 hPa东亚大槽位于120°-140°E,其中位于120°-130°E间时发生的干旱强度最大,偏东或偏西则强度减弱;(2)500 hPa中亚脊强盛、完整且位于60°-100°E,位于80°E附近干旱强度最大,弱脊分裂或偏西则干旱强度较弱;(3)副热带高压呈带状,脊线位于20°N以南且西脊点位于110°E以西时;(4)850 hPa偏南气流强度较弱,北界位于27°N以南时;(5)700 hPa判定区域（30°-50°N、90°-110°E）内干区控制范围比率达45％时;(6)500 hPa判定区域（30°-50°N、90°-110°E）内下沉气流区占区域面积的比率≥75％,700 hPa下沉气流区占区域面积的比率≥60％,且宁夏北部受下沉气流区控制。利用图形分析法对宁夏春季干旱进行监测预测,对2010年和2011年春季气候趋势进行拟合检验,效果良好。     

2003年夏季东南印度洋上层海洋的水文特征

本文利用 2 0 0 3年 2月我国第 1 9次南极考察队在南极普里兹湾到澳大利亚弗里曼特尔南印度洋断面上获得的XBT和XCTD数据 ,分析了该断面上层的水团分布和锋面的特征 ,并讨论了极锋以南表层的淡水输入和热量输入与海冰、降水及平流之间的关系。南极夏季表层水(AASSW)、亚南极表层水 (SASW)、亚热带表层水 (STSW)分布于温盐跃层之上的混合层中 ,由南向北依次分布。AASSW之下是向北延伸的温度最小值层 ,即冬季水 (WW) ,其下则是涌升的上层南极饶及深层水 (UCDW)。南侵的高温高盐的亚热带表层水 (STSW)之下是温度和盐度相对均匀的亚南极模式水 (SAMW)。本航次发现 ,在 63.5°S ,79.7°E的 60 0m以深有低盐水体 (相对其周围水体 )存在 ,核心盐度 34.5 8,位于 80 0- 90 0m水深之间。这是历次考察在该断面所不曾观测到的现象。断面上的锋面从南向北依次为南极陆坡锋 (ASF)、极锋 (PF)、亚南极锋 (SAF)和亚热带锋 (STF)。ASF位于 65°S以南的 1 0 0m以深 ,等温线和等盐线向南倾斜 ;PF位于 5 4°S ,90 .4°E ;SAF位于 45 .3°- 47.5°S ,1 0 2 .5°- 1 0 4 .4°E之间 ,深达整个测量深度 ,温度具有两个高梯度核心 ;首次在该断面观测到双STF结构 ,位于 41 .9°- 42 .6°S,1 0 6.7°- 1 0 7.3°E和 37.7°- 38     

基于遥感影像的北极海冰厚度和密集度分析方法

基于2003年7月至9月中国第二次北极科学考察所获取的大量海冰影像资料,完成了走航期间74.11°N-79.56°N,144.17°W-169.95°W范围内海冰厚度和密集度的提取。本文总结了从船侧录像中提取冰/雪厚度以及从航拍图像中提取冰密集度的方法,并描述了提高所取参数可靠性应采取的分析技术和现场调查的处理措施。本文方法具有一定的普适性,可以应用到渤海海冰和极地海冰的研究中。     

产低温超氧化物歧化酶南极菌株的筛选、鉴定及其部分酶学性质

从421株南极细菌中筛选出产超氧化物歧化酶南极细菌NJ062、NJ379、NJ522和NJ548。它们的最适生长温度在10-15℃之间,在0℃均能生长,属于嗜冷菌。4株南极嗜冷菌均含有一种类型的SOD同工酶。菌株NJ062的超氧化物歧化酶为Mn-SOD;菌株NJ379,NJ522和NJ548的超氧化物歧化酶均为Fe-SOD。它们所产的超氧化物歧化酶最适酶活温度大约在40-50℃,在0℃仍有较高的活性,为最高活性的20%-35%,热稳定性较差,属低温酶。通过16S rDNA序列对4株产低温超氧化物歧化酶的南极嗜冷菌NJ062、NJ379、NJ522和NJ548进行鉴定。结果表明,它们均属于细菌域(Bacteria)中的紫细菌类群(Proteobacteria)中的γ-亚群。其中菌株NJ062属于假交替单胞菌属(Pseudoalteromonassp.);NJ379属于希瓦氏菌属(Shewanellasp.);NJ522和NJ548属于海单胞菌属(Marinomonassp.)。     

Extracellular enzymatic activities of cold-adapted bacteria from polar oceans and effect of temperature and salinity on cell growth

The potential of 324 bacteria isolated from different habitats in polar oceans to produce a variety of extracellular enzymatic activities at low temperature was investigated. By plate assay, lipase, protease, amylase, gelatinase, agarase, chitinase or cellulase were detected. Lipases were generally present by bacteria living in polar oceans. Protease-producing bacteria held the second highest proportion in culturable isolates. Strains producing amylase kept a relative stable proportion of around 30% in different polar marine habitats. All 50 Arctic sea-ice bacteria producing proteases were cold-adapted strains, however, only 20% were psychrophilic. 98% of them could grow at 3% NaCl, and 56% could grow without NaCl. On the other hand, 98% of these sea-ice bacteria produced extracellular proteases with optimum temperature at or higher than 35℃, well above the upper temperature limit of cell growth. Extracellular enzymes including amylase, agarase, cellulase and lipase released by bacteria from seawater or sediment in polar oceans, most expressed maximum activities between 25 and 35℃. Among extracellular enzymes released by bacterial strain BSw20308, protease expressed maximum activity at 40℃, higher than 35℃ of polysaccharide hydrolases and 25℃ of lipase.     

楚科奇海和白令海的海洋低温微生物调查

在 1 999年北极夏季期间对楚科奇海和白令海的海洋低温微生物进行了调查。在楚科奇海 ,海洋细菌和海洋真菌的检出率分别为 1 0 0 %和 >94% ,其相应的总量一般分别为 >1 0 3 cells/cm3 和 1 0 1— 1 0 3 cells/cm3 ;在大多数站位 ,海洋细菌的总量通常都高于海洋真菌的总量 ;从表层至 1 0 m或 3 0 m深层的海水区域 ,分布有丰富的海洋微生物。调查结果还显示 ,不同站位间的海洋微生物总量存在明显差异 ,海冰的融化和海水中的盐度可能是影响这一海区海洋微生物总量的重要因素。在白令海 ,海洋细菌的检出率为 1 0 0 % ,其总量一般在 1 0 2 — 1 0 3 cells/cm3 ;海洋真菌的检出率 >84% ,其总量一般也在 1 0 2 — 1 0 3 cells/cm3 。白令海不同站位间的海洋微生物总量也存在较大的差异。调查结果证实在楚科奇海和白令海的确存在大量的低温海洋微生物 ,在所研究的海洋细菌中 ,分别有 81 %的楚科奇海细菌和 88.9%的白令海细菌能够在低温条件下 (<1 0℃ )良好生长 ,而且有部分菌株能够在低温条件下分解利用淀粉或纤维素等多糖物质以满足自身生长的营养需求。这些海洋低温菌株为进一步开发利用这些海域的海洋微生物资源提供了充足的材料     

Effect of isolation temperature on the characteristics of extracellular proteases produced by Antarctic bacteria

Protease-producing psychrotolerant bacteria were isolated from Antarctic biotopes on casein agar plates using different incubation temperatures. Most of the isolates were non-spore-forming Gram-negative motile rods with catalase activity, 30% were pigmented and none of them were glucose fermenters. All the strains were grown in liquid cultures at 20°C and protease secretion was tested using the azocasein method. Despite their capacity for production of a clear zone of hydrolysis in agar plates, some strains did not produce detectable levels of proteolytic activity in liquid cultures. The lowest apparent optimum temperature for protease activity found in culture supernatants was 40°C. Almost all the strains showed activation energy values about 10-20 kJ-mol⁻¹ lower than that observed for a mesophilic Subtilisin. Most of the proteases showed optimal activity at neutral or alkaline pH values and developed a multiple-band profile on gelatine-SDS-PAGE. It was observed that the lower the strain isolation temperature was, the more stongly cold-adapted–in terms of optimal temperature and activation energy–were the proteases produced by them. This dependence of the characteristics of the proteases on the isolation temperature is an important factor to take into account in the design of screening programmes directed towards the isolation of psychrotolerant bacteria able to produce proteases strongly or weakly adapted to work in the cold. The Antarctic area explored proved to be a promising source of proteolytic bacteria with potential use in industrial processes to be carried out at low or moderate temperatures.     

Screening on DHA-producing Antarctic bacteria N-6 and its cultural conditions

In Antarctic, the geography and climate differs from those in other places, and the bacteria there have adapted well to the environment there. Two hundred strains of bacteria were isolated from the sea ice in Antarctica. The bacteria were screened for DHA by means of GC, with fish oil as the standard. Seven strains containing DHA or EPA were obtained, among which the strain of No. N-6 was outstanding. And the component of DHA was identified by GC-MS. The relative content of DHA in N-6 was 8.72%, and total lipids in dry bacteria was 22.54%. The effects of some factors, including temperature, salinity and pH value, on the growth and DHA-content of strain N-6 were studied. The results show that the DHA-content is relatively high when in low temperature and high pH, and the bacterium is psychrophilic, alkalophilic.     

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.     

2003年与1999年楚科奇海海冰的差异及其发生原因

我国在1999年和2003年进行了两次北极考察,这两年海冰的冰情差别很大,分别对应冰情较重和较轻的年份。本文利用卫星遥感资料对1999年和2003年的海冰分布状况及其差异进行了全面的分析,并利用气温和风场资料深入研究形成这种差异的动力学原因。结果表明, 2003年的海冰冰情与1999年相比要轻很多,海冰面积在春季融冰季节和秋季冻结季节显著减小。2003年春季,来自白令海的海水提早半个月进入楚科奇海,导致海冰大范围融化。但是,到了夏季,海冰的面积减少过程停滞下来。而秋季楚科奇海封冻过程比1999年晚半个月。以上这些特征形成了2003年与1999年海冰的显著差异。研究结果表明, 2003年春季和秋季的气温比1999年要明显增高,最大月平均温差接近18°C,显著的高温为海冰融化的加剧和冻结的推迟提供了热量。直接影响海冰分布的是海面风场,两年风场的差异产生了来自白令海的太平洋入流的差异,对春季海冰融化的提前、夏季入流的减弱和秋季冻结过程的推迟起到关键的作用。季节性气象要素的年际差异可以归因于整个北极的AO系统变化, 2003年AO指数是正值, 1999年为负值,成为楚科奇海局地海冰变化的气候背景。