海洋附着微生物生态过程与功能研究

成果基本信息
关键词：	全球变化;海洋生物泵;碳循环;海洋附着微生物;生物膜
成果类别：		技术成熟度：
体现形式（基础理论类）：		体现形式（应用技术类）：	无
成果登记号：	9352018J0039	资源采集日期：	2019-03-15

研究情况
单位名称：	厦门大学	技术水平：
评价证书号：		评价单位：	国家自然科学基金委员会
评价日期：	2018.03.08	评价证书号：

转化情况
转让范围：		推广形式：	无
已转让企业数（个）：	0

联系方式
联系人（平台）：	玉女士	联系人（平台）电话：	0771-5885053
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成果简介
1. 课题来源与背景　　早在上个世纪初，海洋微生物学家ZoBell等发现，海洋微生物主要有表面附着（surface-associated）和自由生活（free-living）两种生活方式。但由于技术条件等限制，有关海洋附着微生物群落研究一直比较滞后，对其生态过程和功能等亦不甚了解。党宏月长期致力于海洋附着微生物生态环境作用研究，通过与美国专家合作，在国际上较早建立了海水附着微生物群落定性和定量分子生态学分析方法（Dang and Lovell， 2000， 2002a， 2002b），首次发现海洋玫瑰杆菌族细菌是大西洋海水附着微生物群落的早期定殖种，并发现了海水附着微生物群落的早期演替特征（Dang and Lovell， 2000）。在随后研究中，党宏月研究团队在太平洋青岛沿岸进一步证实了海洋玫瑰杆菌在附着微生物群落形成和演替中所发挥的先锋定殖种作用，在国际上首次建立了海洋附着微生物群落动态演替概念模型，揭示了海水附着细菌群落全球性特征和规律（Dang et al.， 2008， 2011）。　　在以上研究基础上，党宏月于2014年获得了国家自然科学基金重大研究计划重点项目资助，对海洋附着微生物群落碳循环作用开展研究。通过与美国科学家Charles Lovell教授进一步合作，对海洋附着微生物群落的生态过程和生物地球化学功能进行了系统理论分析，完成了该研究成果。　　2. 研究目的与意义　　研究目的：　　揭示海洋附着微生物群落种类组成、生态过程及生物地球化学循环功能。　　研究意义：　　海洋附着微生物往往与自由生活微生物有着不同的种类组成和功能过程，附着微生物在海洋营养盐再生、碳氮磷硫铁等生源要素循环、环境污染物降解、食物网物质、能量和遗传信息流动中发挥着重要作用。附着微生物不但通过呼吸作用影响海洋颗粒有机物（POM）的降解，从而影响海洋POM的再矿化深度、海洋生物泵储碳作用、海洋对大气CO2浓度及全球气候变化的调节作用，而且，附着微生物在降解POM同时，加速营养盐再生，从而促进海洋真光层的光合固碳作用及弱光和无光层的微生物化能自养固碳作用，对全球气候变化和海洋环境变化发挥重要调控作用。　　3. 主要论点与论据　　海洋附着微生物是海洋科学研究前沿热点，相对于自由生活，附着生活为微生物提供了诸多生理、生态和进化优势：① 海洋颗粒物和其它浸海物体表面多富集营养物质，促进附着微生物代谢和生长；② 附着微生物常产生生物膜，可抵御原生动物捕食、病毒侵染、化学物质毒害等生物或环境压力；③ 生物膜可保护附着微生物分泌的用于降解多糖、蛋白质和核酸等大分子生物聚合物的胞外酶，避免其被快速变性、降解及海水稀释；④ 颗粒物和生物膜为厌氧微生物提供了低氧和缺氧微环境，丰富了常氧水体微生物群落种类组成和功能多样性；⑤ 附着微生物群落常具有较高个体密度，菌间接触紧密，利于化学信息交流及互养（cross-feeding）等菌间互作；⑥ 附着生活利于菌间基因水平转移、新性状获得、种群分化和进化。因此，附着微生物群落具有与自由生活微生物群落不尽相同的生态特征、过程和作用，是维持海洋环境健康、生态系统结构和功能稳定性的重要保证，海水附着微生物群落形成机制及生态功能研究科学意义重大，对其生态理论需要进行系统性科学思考和分析总结。　　4. 创见与创新　　该成果综合了国内外相关研究进展，分析了海洋附着微生物的遗传、生化、生理、生态、生物地球化学及组学等特征和规律，对比论述了附着微生物对海洋生态系统功能的影响及对海洋工程等（如微生物金属腐蚀作用）的危害作用，预测了海洋附着微生物对全球变化（如海水升温、酸化、缺氧和富营养化等）的响应和影响，为该领域发展和研究突破奠定了理论基础。该成果总结和提出了海洋附着微生物研究一系列科学假说，如附着微生物群落组成与颗粒物来源和化学性质关系假说、附着微生物微生境适应机制及菌间互作假说、附着微生物群落生态功能信息调控假说等，在此基础上，指出了该领域研究重点，如急需加强附着微生物表面感知、信息传导和选择性附着研究、附着微生物与海洋理化环境及颗粒物或生物膜内微环境互作研究、附着微生物群落内生物互作及调控机理研究、附着微生物群落与自由生活微生物群落互作过程研究、附着微生物与全球变化关系研究等。　　5. 社会经济效应　　该成果2016年发表于国际顶级期刊Microbiology and Molecular Biology Reviews（当年SCI影响因子14.611），系统地对海洋微生物附着、生物膜发育及相关的全球变化等研究的发展方向及创新突破口进行了前瞻性分析。该成果得到了国内外同行广泛认可和引证，为ESI全球高被引论文，施引文献来自FEMS Microbiology Reviews、Immunological Reviews、ISME Journal、eLife、Molecular Ecology等十余种SCI顶级期刊。该成果为我们赢得了很好的国际学术声誉，为促进中国海洋科学发展做出了贡献。　　6. 历年获奖情况　　该成果入选中国海洋湖沼学会评选的“2016年度中国海洋与湖沼十大科技进展“，2016年和2017年成果完成人党宏月入选爱思唯尔（Elsevier）年度中国“免疫和微生物学“领域高被引学者。

成果名称：	海洋附着微生物生态过程与功能研究	关键词：	全球变化;海洋生物泵;碳循环;海洋附着微生物;生物膜
成果类别：		一级分类名称：	海洋生物科学
二级分类名称：		三级分类名称：
研究起止时间：	2014.01 至2017.12	成果体现形式（应用技术类）：	无
成果属性：		成果体现形式（基础理论类）：
技术成熟度：		技术水平：
研究形式：		学科分类1：
单位名称：	厦门大学	学科分类2：	610.10
中图分类号1：		所属高新技术类别：
中图分类号2：	X172	课题来源：
应用行业：		课题立项名称：
国家科技计划子类别：		课题立项编号：	91328209
经费实际投入额（万元）：	320.00	评价单位：	国家自然科学基金委员会
评价形式：	无	应用状态：	无
评价日期：	2018.03.08	转让范围：
评价证书号：		推荐单位：	福建省教育厅
推广形式：	无	成果登记号：	9352018J0039
成果简介：	1. 课题来源与背景　　早在上个世纪初，海洋微生物学家ZoBell等发现，海洋微生物主要有表面附着（surface-associated）和自由生活（free-living）两种生活方式。但由于技术条件等限制，有关海洋附着微生物群落研究一直比较滞后，对其生态过程和功能等亦不甚了解。党宏月长期致力于海洋附着微生物生态环境作用研究，通过与美国专家合作，在国际上较早建立了海水附着微生物群落定性和定量分子生态学分析方法（Dang and Lovell， 2000， 2002a， 2002b），首次发现海洋玫瑰杆菌族细菌是大西洋海水附着微生物群落的早期定殖种，并发现了海水附着微生物群落的早期演替特征（Dang and Lovell， 2000）。在随后研究中，党宏月研究团队在太平洋青岛沿岸进一步证实了海洋玫瑰杆菌在附着微生物群落形成和演替中所发挥的先锋定殖种作用，在国际上首次建立了海洋附着微生物群落动态演替概念模型，揭示了海水附着细菌群落全球性特征和规律（Dang et al.， 2008， 2011）。　　在以上研究基础上，党宏月于2014年获得了国家自然科学基金重大研究计划重点项目资助，对海洋附着微生物群落碳循环作用开展研究。通过与美国科学家Charles Lovell教授进一步合作，对海洋附着微生物群落的生态过程和生物地球化学功能进行了系统理论分析，完成了该研究成果。　　2. 研究目的与意义　　研究目的：　　揭示海洋附着微生物群落种类组成、生态过程及生物地球化学循环功能。　　研究意义：　　海洋附着微生物往往与自由生活微生物有着不同的种类组成和功能过程，附着微生物在海洋营养盐再生、碳氮磷硫铁等生源要素循环、环境污染物降解、食物网物质、能量和遗传信息流动中发挥着重要作用。附着微生物不但通过呼吸作用影响海洋颗粒有机物（POM）的降解，从而影响海洋POM的再矿化深度、海洋生物泵储碳作用、海洋对大气CO2浓度及全球气候变化的调节作用，而且，附着微生物在降解POM同时，加速营养盐再生，从而促进海洋真光层的光合固碳作用及弱光和无光层的微生物化能自养固碳作用，对全球气候变化和海洋环境变化发挥重要调控作用。　　3. 主要论点与论据　　海洋附着微生物是海洋科学研究前沿热点，相对于自由生活，附着生活为微生物提供了诸多生理、生态和进化优势：① 海洋颗粒物和其它浸海物体表面多富集营养物质，促进附着微生物代谢和生长；② 附着微生物常产生生物膜，可抵御原生动物捕食、病毒侵染、化学物质毒害等生物或环境压力；③ 生物膜可保护附着微生物分泌的用于降解多糖、蛋白质和核酸等大分子生物聚合物的胞外酶，避免其被快速变性、降解及海水稀释；④ 颗粒物和生物膜为厌氧微生物提供了低氧和缺氧微环境，丰富了常氧水体微生物群落种类组成和功能多样性；⑤ 附着微生物群落常具有较高个体密度，菌间接触紧密，利于化学信息交流及互养（cross-feeding）等菌间互作；⑥ 附着生活利于菌间基因水平转移、新性状获得、种群分化和进化。因此，附着微生物群落具有与自由生活微生物群落不尽相同的生态特征、过程和作用，是维持海洋环境健康、生态系统结构和功能稳定性的重要保证，海水附着微生物群落形成机制及生态功能研究科学意义重大，对其生态理论需要进行系统性科学思考和分析总结。　　4. 创见与创新　　该成果综合了国内外相关研究进展，分析了海洋附着微生物的遗传、生化、生理、生态、生物地球化学及组学等特征和规律，对比论述了附着微生物对海洋生态系统功能的影响及对海洋工程等（如微生物金属腐蚀作用）的危害作用，预测了海洋附着微生物对全球变化（如海水升温、酸化、缺氧和富营养化等）的响应和影响，为该领域发展和研究突破奠定了理论基础。该成果总结和提出了海洋附着微生物研究一系列科学假说，如附着微生物群落组成与颗粒物来源和化学性质关系假说、附着微生物微生境适应机制及菌间互作假说、附着微生物群落生态功能信息调控假说等，在此基础上，指出了该领域研究重点，如急需加强附着微生物表面感知、信息传导和选择性附着研究、附着微生物与海洋理化环境及颗粒物或生物膜内微环境互作研究、附着微生物群落内生物互作及调控机理研究、附着微生物群落与自由生活微生物群落互作过程研究、附着微生物与全球变化关系研究等。　　5. 社会经济效应　　该成果2016年发表于国际顶级期刊Microbiology and Molecular Biology Reviews（当年SCI影响因子14.611），系统地对海洋微生物附着、生物膜发育及相关的全球变化等研究的发展方向及创新突破口进行了前瞻性分析。该成果得到了国内外同行广泛认可和引证，为ESI全球高被引论文，施引文献来自FEMS Microbiology Reviews、Immunological Reviews、ISME Journal、eLife、Molecular Ecology等十余种SCI顶级期刊。该成果为我们赢得了很好的国际学术声誉，为促进中国海洋科学发展做出了贡献。　　6. 历年获奖情况　　该成果入选中国海洋湖沼学会评选的“2016年度中国海洋与湖沼十大科技进展“，2016年和2017年成果完成人党宏月入选爱思唯尔（Elsevier）年度中国“免疫和微生物学“领域高被引学者。
联系人：	姜敏	成果登记日期：	2018-08-27
联系人email：	jiangmin@xmu.edu.cn	单位代码：	93500052
邮政编码222：	361005	联系人电话：	15860721804
单位传真：	0592-2181681	单位通讯地址：	福建省厦门市思明区思明路422号
单位所在省市：		单位电话：	0592-2185815;2186110
转让收入（万元）：	0	单位属性：
合作完成单位：		已转让企业数（个）：	0
成果发布年份：	2018	知识产权形式：
成果完成人：		资源采集日期：	2019-03-15

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