南极半岛一种新的抗辐射微生物的发现及其生理生化特性研究.doc
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1、南极半岛一种新的抗辐射微生物的发现及其生理生化特性研究范克科 万一研究背景随着人类对地球的不断探索,人们在原本被视为生命禁区的极端环境中发现了形形色色的微生物,这些微生物统称为极端微生物,包括嗜热、嗜冷、嗜酸、嗜碱、嗜压、嗜金、抗辐射、耐干燥和极端厌氧等多种类型。极端的温度、盐度、压力环境使得微生物在基因、代谢、酶特性等方面进化具有了独特的防御机制。南极地区气候环境极其恶劣,有世界寒极、风极和旱极之说。尤其是春季南极臭氧减少,使到达地面的辐射明显增加。南极极昼期间晴天的电离与紫外辐射强度非常大,中山站中午前后总辐射可达到850 W/m2 以上,最大瞬时强度达到1 093 W/m2。尽管如此,这
2、里却存在着丰富的极端微生物资源。过去科学家对极地微生物的研究主要集中在嗜冷、抗旱、抗重金属等方面,而针对南极抗辐射微生物的研究鲜有报道。故作者选择对南极半岛微生物的抗辐射特性进行研究,为人类开发极地抗辐射微生物资源提供充实的资料。研究目标?对南极半岛抗辐射微生物进行筛选、分离和鉴定,尝试在极寒环境中发现有抗辐射特性的微生物。?研究极寒环境下的抗辐射微生物的生理生化特性。研究思路查阅书籍、文献。通过查阅专业书籍掌握微生物的富集培养、分离、筛选、纯化、分类鉴定及生理生化特性等基础知识,了解目前国内外南北极微生物研究的现状与进展。实验探究与分析。土壤样本的采集、处理、运输、保存、分析等在专业人员的指
3、导下进行,按照土壤微生物及其理化性状分析等操作手册获得实验数据并对数据进行分析和总结。研究内容从南极半岛附属岛屿土壤中定点采集微生物样本, 经过钴60 辐射、富集培养、分离、纯化、鉴定,筛选出1 株抗辐射细菌菌株H-1。经过16SrRNA 测序和生理生化特性检测,确定该菌株为奇异球菌属的一个未报道的新种。菌株H-1 在15、20的温度条件下生长良好,最适培养基为PCA,对盐没有耐受性,可代谢产生过氧化氢酶、酯酶和脲酶。H-1 的紫外辐射耐受程度显著高于其对照菌株。结果分析抗辐射奇异球菌是一种红色、不产孢子的革兰氏阳性细菌,到目前为止,至少已分离出50株奇异球菌属的菌株,包含嗜常温、嗜热、嗜冷、
4、抗辐射的个体。目前对抗辐射奇异球菌的功能研究表明:一是抗辐射奇异球菌能够存在于极端干燥环境中;二是抗辐射奇异球菌能在高达50 kGy 的辐射剂量下生存,且抗辐射奇异球菌对紫外辐射(254 nm)也具有极强的抗性;三是具有的超强修复系统能快速有效地修复因环境胁迫造成的DNA 和蛋白质的损伤。正因抗辐射奇异球菌对电离辐射、紫外辐射、干燥、DNA 损伤试剂和氧化剂等均表现出极强的抗性,自其被发现以来,引起了全世界许多科学家的兴趣和关注,并一直在开展对该菌的系统研究。根据本文基于16SrRNA 序列相似性与系统发生分析结果,说明本研究所筛选的菌株与抗辐射奇异球菌属细菌之间有着比较近的亲缘关系,而且该菌
5、株与所有已知分类地位的种属之间的16SrRNA 同源相似性均低于97%,生理生化特性检测数据与对照菌株存在显著差异,确定该菌株所代表的是抗辐射奇异球菌属的一个之前未曾被发现的新种。经过对菌株形态学指标进行鉴定,菌株在25以上的温度范围不能生长,在15、20的条件下生长良好,保持了低温微生物的性质。该菌株最适培养基为PCA,对盐基本没有耐受性。该菌株对于电离辐射与紫外辐射耐受程度显著高于一般微生物。对该菌株及其对照菌株进行生理生化性能的检测发现,二者均为革兰氏染色阳性,其生长过程中均会产生过氧化氢酶、酯酶和脲酶。基于H-1 菌株对于多种辐射具有极高抗性这一现象,结合生物信息学分析方法对该菌株基因
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