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海洋微生物:绿色产业革命新动力

2019-10-08 21:49:21来源:励志吧0次阅读

海洋深处的微生物从来没有像今天这样受到“热捧”。

就在前不久,科学家们还特意对马里亚纳海沟中的微生物活动进行监测,发现该海域存在很活跃的微生物群体,其活跃程度超出6000米深处附近微生物的两倍。

缘何人类对海洋深处这些似乎“微不足道”的生命体感兴趣?

“因为丰富多样、新奇独特的海洋微生物是发现新材料、新功能、新基因、新机制的理想资源。”中科院南海海洋研究所所长张偲指出,海洋环境复杂多样,理化性质独特,微生物群落结构新颖多样,包含了细菌域、古菌域、真核生物域和病毒等多个类群,据估计有2亿~10亿种。

丰富独特,前景广阔

据了解,海洋微生物因具备与高压、高盐、低温、寡营养等极端环境相适应的生理特征、细胞结构和适应极端环境的特色机制,以及其在物种、生理、代谢、生态以及遗传进化等方面的生物学特性,被科学家们认为是创新药物、新能源、环境修复和温室气体减排等研发的宝贵材料。

尤其,近几年,为了将更多的海洋微生物应用于产业化领域,科学家们更加热衷于研究工业海洋微生物技术。

中科院南海海洋研究所研究员孙恢礼对《中国科学报》记者表示,工业海洋微生物生产技术具有高效、低能耗、清洁生产、原料成本低的特点,已成为海洋生物资源可持续利用的关键技术。

“我国目前正面临着资源短缺、环境安全和传统产业落后等方面的严峻形势,而工业海洋微生物技术是可持续发展的一个重要支撑,是解决资源危机、生态环境危机和改造传统产业的根本技术依托,应该大力加强工业海洋微生物研究。”孙恢礼说。

事实上,工业海洋微生物在现代工业各领域的确有巨大应用前景:作为重要原料来源广泛应用于食品、生物医药、精细化工、农业渔业、能源及环保等领域,作为清洁高效生产技术在工业发酵生产、生物酶催化反应、生物采油和生态修复等领域得以应用。

研发应用掀热潮

科学家发现,丰富的海洋微生物是药物开发的绝佳宝库。美国曾提出“向海洋要药”的口号,“蓝色药物”已得到各国的重视。

目前,已上市或处于临床期研究的海洋天然产物来源的药物约20种。而来源于海洋真菌的头孢菌素C,经开发利用,陆续成为常用药的合成衍生物约30种,这些头孢菌素类药物,先后获得美国或欧洲药监部门批准。

海洋微生物不仅能够用于医治人类的疾病,还可作为生物农药、生物肥料等服务于农林渔业。

目前,来源于海洋真菌的农用抗生素成为热点,已有一部分产品应用于农业生产。

海洋微生物源杀虫剂对人畜安全,毒性小,环境污染小,残留低,对有害靶标特异性强,不易杀伤天敌和有益生物,有利于生态平衡。

而微生物肥料不仅能增强农作物植株抗病、抗旱能力,还可以降低或减轻病虫害,减少化肥使用量。

此外,从海洋微生物当中开发出的另一大“宝藏”便是各类生物酶。

“由于海洋环境的特殊性,从海洋微生物中往往能够找到拥有耐压、耐碱、耐盐、耐冷、耐热等特殊性能的新颖生物酶。”孙恢礼解释道。

不仅如此,海洋微生物中的多不饱和脂肪酸、蛋白质、多糖等还可作为重要营养与功能物质应用于食品领域。

促进清洁生产

事实上,海洋微生物不仅应用广泛,而且其重要意义还在于推动清洁生产技术发展。

孙恢礼表示,工业海洋微生物技术致力于在多个行业替代化学处理过程,创造环境友好、低成本的新型工艺。

以污染严重、能耗巨大的造纸行业为例:海洋真菌可以分泌在低温下具有高催化活性的木聚糖酶,安全无害,产酶条件下不产生真菌毒素等有害物质。木聚糖酶可应用于生物制浆、纸浆漂白、废纸二次纤维回收、废纸脱墨处理及纸张表面处理。

据孙恢礼介绍,经木聚糖酶改性过后的漂白麦草浆能增加浆纸的断裂长度,提高浆纸的耐破度及脆性等;将木聚糖酶应用在废纸脱墨中的效果优于化学法脱墨,能减少环境污染,实现绿色造纸、符合可持续发展的发展趋势。

此外,海洋微生物还可用于环境净化与修复。

海洋环境,尤其是深海环境,蕴藏着为数众多但是仍不为人所知的微生物,它们具有数量庞大、种类繁多、代谢类型多样和适应变化能力强等特点,是海洋污染环境生物修复的主体。

据介绍,因其较高的繁殖速度、代谢多样性和遗传变异性,微生物的酶系统能够以很快的速度适应外界环境的变化,能在各种不同的自然环境中生长,具有降解或生物转化污染物的巨大潜力。

问题待解

诱人的前景,海洋微生物研究也面临着诸多挑战。

中科院南海海洋研究所副所长龙丽娟表示,海洋微生物物种资源有待进一步发掘。样品采集难度大。保真采样、保真培养设备等技术手段难以满足要求。

在海洋微生物资源利用程度方面,科研人员虽已保藏了大量的菌株,但由于研究方向、活性筛选范围狭小,限制了海洋微生物资源利用的范围。

与陆地微生物比较,海洋微生物资源的研究开发利用起步要晚得多,可供应用的成果也少得多,成果的应用规模也小得多。

此外,龙丽娟还指出,目前大量的海洋微生物基因组信息和环境基因组信息正在爆发式增加,其真正的深入研究还未开始,怎样利用生物信息学知识解析这巨大的生物密码,才是我国能否在新的海洋科学研究中异军突起,走在世界前列的关键。

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