海洋微生物生理特性多样

深海中因为营养贫乏，极其寒冷，黑暗无光，还有特别高的静水压力，很多生物无法忍受如此恶劣的生长环境，因此深海环境中海洋动物、植物等较少，而海洋微生物个体微小，只有0.5微米至几个或几十个微米大小，对营养的需要相对较少，并且具有适应深海极端贫营养环境的细胞结构和丰富的生理特性。

首先是耐压特性。深海是一个广阔的生态系统，约56%以上的海洋环境处在100～1100个大气压的压力之中，而海洋最深处的马里亚纳海沟静水压力可超过1100个大气压。耐压性是深海生物独有的特性。来源于浅海或陆地的微生物一般仅能忍耐较低的压力，而深海的耐压微生物则具有在高压下生长繁殖的能力。它们具有压力调节蛋白或压力耐受蛋白，能够耐受深海的极大压力；也有高压环境中稳定活性的酶系统及完整的生长代谢途径和机理，保障其在高静水压的环境中正常生活。深海耐压微生物的细胞结构和机能是长期适应深海高静水压的结果，一旦离开高静水压的环境，很多微生物将无法正常生长和繁殖，甚至死亡。

其次是嗜冷特性。海洋环境大约90%的温度都在5℃以下，深海中的生物经过长期的适应与进化，已经形成了完整的细胞结构和机能去适应这样的环境，如细胞膜中含有不同种类的不饱和脂肪酸和低温酶，可以耐寒并在低温环境生活良好。这些低温酶对温度比较敏感，温度高时它们就失去活性，导致微生物无法进行正常的代谢，继而死亡。因此，深海中绝大多数海洋微生物的生长要求较低的温度，一般温度超过37℃就停止生长或死亡了。

还有喜盐特性。海水的普遍盐度在3.2%～3.6%的范围，其中富含各种无机盐类和微量元素，少量的钠、钾、镁、钙、磷、硫或其他微量元素是海洋微生物生长与代谢所必需的。海洋微生物长期适应海洋环境，已经能够很好地耐受海水中复杂的盐浓度。喜盐是海洋微生物最普遍的特点。我们的研究小组也发现，有些微生物在不添加海水的培养基中反而不长了，如我们发现的海洋细菌新物种——海洋链霉菌（见图7显微照片），这种海洋微生物必须使用添加海水的培养基才能生长，且最高能够耐受12.5%盐浓度。

⑦海洋链霉菌（Streptomyces oceani）培养基表面生长状态及显微电镜照片

⑧美国国家地理杂志上报道的海边发光浮游微生物的情况及中国科学家用接种发光细菌的方式写的“发光细菌”汉字。

另外，深海的微生物细胞中还有各种各样的水解酶类。我们对从深海分离的微生物进行蛋白水解酶、脂肪水解酶、纤维素水解酶和淀粉水解酶筛选发现，90%以上的微生物具有1种以上的水解酶活性。这些水解酶能够水解海底沉积泥中一些难降解的物质，使之变成可以利用的营养物质。另外还有很多微生物，如古菌等，它们能利用硫化氢、甲烷、氢、二氧化碳、石油等物质，有些种类被称为“吃油微生物”“产油微生物”“吃甲烷微生物”/“产甲烷微生物”等。不同物质的利用均需要相应的降解或同行机制，因此，海洋微生物的生理学特性非常复杂。

海洋微生物中还有少数几个属具有发光特性，被称为发光微生物（见图8 ）。这种发光现象主要是由一种荧光素酶催化荧光素而产生的，不同微生物可能含有不同的荧光素酶，发出的光也不一样。荧光素酶的活性受环境中理化因子的影响比较大。有些发光强度大的，肉眼可见，非常漂亮；而有些发光强度小，微生物聚集的量也小，就不容易看到了。