极地环境特征

极地主要是指位于地球南北极极圈以内的陆地和海域等，其主要特点为低温、干燥和强辐射等。由于严酷的环境特征，极地特别是南极几乎无植物生长，而微生物因其强大的环境适应能力而广泛存在，是极地生态系统的重要组成部分之一。特殊的地理环境与气候特征造就了极地独特的微生物生态系统。在这个生态系统中，威胁微生物生存与繁殖的胁迫因素包括低温、强紫外辐射、高盐度和高氧、低盐度（海冰融化）、极高的静压力（如深海）等，其中低温是制约极地微生物生命活动的一个主要因素。

南极地区一般是指南纬60°以南地区，包括南极洲和南大洋，总面积为5200万 km2，其中南极洲又包括南极大陆、南极半岛和周围岛屿，其总面积为1400万km2。环绕南极洲的海洋有南太平洋、南大西洋和南印度洋，统称为南大洋，面积约为3800万km2，也被称为世界第五大洋。南极洲被人们称为第七大陆，是地球上最后一个被发现、唯一没有土著人居住的大陆，全洲年平均气温为－25℃，为世界最寒冷的陆地；全洲年平均降水量为55mm，空气非常干燥，有“白色荒漠”之称；全洲年平均风速17.8m/s，是世界上风力最强和最多的地区。因此，南极洲具有世界冰极、寒极、干极和风极之称。在南极绿洲区，由于气温相对较高和降水量也较多，才有地衣、苔藓和藻类植物生长，在整个南极洲也只有两种显花植物生存，即南极发草和南极石竹。但南极洲外围的南大洋却有着十分丰富的海洋生物群落。

北极是指北纬66°34′（北极圈）以北的广大区域，也叫北极地区，包括极区北冰洋、边缘陆地海岸带及岛屿、北极苔原和最外侧的泰加林带。北冰洋是一片浩瀚的冰封海洋，周围是众多的岛屿以及北美洲和亚洲北部的沿海地区。北冰洋中有丰富的鱼类和浮游生物，为夏季在这里筑巢的数百万只海鸟提供了丰富的食物来源，同时，也是海豹、鲸和其他海洋动物的食物。北冰洋周围的大部分地区都比较平坦，没有树木生长。冬季大地封冻，地面上覆盖着厚厚的积雪。夏天积雪融化，表层土解冻，植物生长开花，为驯鹿和麝牛等动物提供了食物。

海冰不仅是极区，也是白令海、黑海和鄂霍次克海等的普遍环境特征，其面积最大时可占地球表面积的13%，因而形成了地球上主要的生物群落栖息地之一。极区海洋的大量海冰从外表看来像是冰冻的白色荒漠，实际上在低温和低光照条件下，在其海冰内部的盐囊或盐通道中形成了某些细菌、微型植物和微型动物独一无二的生境。生存于海冰中的微生物不但要耐受常年的低温（－1℃～－15℃，在冬季最低可达－50℃），而且海冰在季节性反复冻融的过程中，海冰微生物还要经受盐度的急剧变化。如在海冰融解的过程中，会形成局部盐度急剧降低（＜10）；相反在海水结冰的过程中，盐分被排斥在冰晶之外，形成了盐囊和盐通道，造成其中的盐度急剧上升（＞150），胞外渗透压的突然降低/升高必然会对海冰微生物的生长和繁殖产生重大的影响。因此，海冰微生物不仅要经受温度的季节性变化，还要经受盐度的季节性变化，后者引起的渗透压胁迫是影响其生长的主要环境因子。生存于海冰中的微生物具有一系列适应该生境所需的复杂的生理特征，表现了独特的适应机制，因而能够在海冰中很好生长和繁殖，在极地生态系统中起着关键作用。除了生态学上的重要意义外，在海冰中发现的细菌和藻类还可成为新型生物技术（开发如嗜冷酶、嗜盐酶、多不饱和脂肪酸等）关注的焦点，同时也被认为是宇宙中除地球外的冰覆盖天体的可能生命形式的代表，因而受到越来越多的关注。