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中国对深海生物资源的调查,是伴随着大洋整体科考进行的.2000年以后,我国相继开展了多个生物调查航次,调查平台和设备不断完善,勘探与研发也不断取得新成果、新突破.建立深海菌种库等资源库,完成100多个海洋微生物新物种分类与系统进化研究,完成4000多株微生物资源在海洋药物、生物技术等应用上的潜力评估等10多年来从无到有、硕果累累.如今,中国正在走向深海舞台的中央.
抗肿瘤药物发现、石油污染降解,甚至促进瓜果蔬菜增收等海洋微生物蕴含着令人意想不到的神奇功能.日前,国家海洋局发布我国深海大洋生物资源探测开发成果,海平面数千米以下的神秘生物世界离人类的生活其实并不遥远.
对深海微生物的了解能促进生命科学的发展
“上世纪60年代,曾有说法认为海面600米以下是无动物区.随着深海探测不断深入,人类才开始逐渐认识到深海蕴藏着繁茂的生物群体.”国家海洋局副局长孙书贤说,作为天然基因资源库,深海蕴藏巨大的应用开发潜力,是国家重要的战略资源.
一提起深海生物,人们往往想到的是鱼虾蟹贝.在生物学家眼中,深海生物资源指的主要是深海微生物资源,包括细菌、真菌、古菌等.“能够开发利用的才叫资源,像热液盲虾、管状蠕虫、贻贝等深海大生物,本着保护生物多样性的原则,它们本身一般不被称为资源.”国家海洋局第三海洋研究所研究员邵宗泽说,深海水体、海底沉积物、深海动物体内、深海矿物等都含有深海微生物,是科学家获取这部分资源的主要途径.
“中国对深海生物资源的调查,是伴随着大洋整体科考进行的.”据中国大洋矿产资源研究开发协会秘书长兼办公室主任刘峰介绍,我国对大洋生物的调查是从2000年以后开始的,相继开展了多个生物调查航次,调查平台和设备不断完善.“十二五”期间,自主成功研制了深海生态长期观测系统、深海沉积物原位定植培养系统与深海水体原位定植培养系统设备,实现了深海微生物的原位培养及深海生态系统长期观测的技术突破,获得了创新性研究成果.
“经过十几年的大洋调查,深海生物资源探测与保藏取得显著成效,彻底改变了我国在国际海底基因资源研发领域的状况.”刘峰说,我国已获得大量深海微生物资源,分离了近1万株微生物,建立了第一个深海菌种库.目前库藏海洋微生物2.2万株,涵盖3400多个种类,达到国际领先水平.还构建了国内第一个深海微生物代谢物库与信息库,库藏馏分达1.5万份.
深海微生物資源的价值,首先体现在它的科研价值上.“对深海微生物的了解,能够促进生命科学的发展,了解深海生命的起源、进化机制,推动基础研究进步.”目前,国内已发表深海微生物相关的SCI论文500多篇,完成100多个海洋微生物新物种分类与系统进化研究,使我国成为国际上深海微生物新物种发现与分类的重要力量,有力支撑了国家重大科技计划的实施.
在制药、生物农药、环保等方面都有应用价值
深海微生物资源的另外一个重要价值,是它的应用价值.
它能“制药”.“研究表明,特殊环境里成长起来的深海微生物能产生一些新结构化合物,具有新活性,从而有新的药用价值.”邵宗泽说,科研人员对深海微生物来源的天然产物馏分库及新化合物进行了活性筛选,分离鉴定到了50个具有抗肿瘤、抗衰老、抗氧化或抗菌、抗病毒等活性的小分子化合物.
它还能“吃油”和“吃硫”,对环保事业大有裨益.据邵宗泽介绍,在石油污染环境修复技术中,微生物修复法成本低,对环境影响小,利于改善生态环境.科研人员对海洋微生物进行富集、初筛、复筛,最终筛选出的石油高效降解菌株,能有效治理石油污染.2015年12月到2017年6月,已成功应用于厦门观音山海域石油污染沙滩的生物修复工程.
它还能促进农业增产.“用深海微生物制造的生物农药,能够抗植物病原真菌.相比其他农药,无残留、不破坏生态,在茶叶等种植领域取得明显成效.”据邵宗泽介绍,利用深海微生物酶解法制备的海藻寡糖,分子量小、水溶性好、易吸收,开发出的多款海藻寡糖产品包括果蔬保鲜剂、生物肥料等,已在全国多地测试,提升了作物产量.
“以往水产养殖,为了不生病害,经常使用抗生素,不利于食品安全.”邵宗泽说,用海洋微生物制作的微生态制剂,可以替代抗生素,能提高虾苗质量的优良特性,促进其对饲料的消化吸收,还能同步清除水中的有害物质,净化水体.微生态制剂已在水产养殖业中广泛应用.
工业方面,由深海微生物提取的酶,能够辅助生产洗衣粉等日用化工产品等.
目前,已经完成4000多株微生物资源在海洋药物、生物农药、环境保护、生物技术、工业酶应用等方面的潜力评估,申请国际国内发明专利200多项.
加强对深海生物资源的开发利用,提高认知水平
从深海进入到深海探测,再到深海开发,每一步都离不开强大的科技投入和支撑.
工欲善其事,必先利其器.“深海生物样品是深海微生物资源的载体,下一步,我们要积极获取高质量的深海生物样品,用于极端微生物的培养与基因资源获取等.”刘峰表示,目前海洋调查船队已增加至近40艘,载人潜水器“蛟龙”号已成功下潜150多次,逐步形成了以“蛟龙”号、“海龙”号、“潜龙”号为代表的深海装备体系.特别是载人潜水器“蛟龙”号的应用,显著提高了精确获取生物样品的可能性和准确性.“‘十三五’蛟龙探海工程将继续加大这方面投入,获取更多好的样品.”刘峰说.
在陆地培养深海微生物,是目前科研人员面临的主要难题之一,也是国内外至今未完全突破的世界性技术瓶颈.“绝大多数的深海微生物的生存条件极其苛刻,有的嗜热、嗜冷,还有的嗜盐、嗜高压等.”邵宗泽说,想要充分还原深海环境,就要加强对深海的认知,努力探寻这些微生物的嗜好.
“产业化有待进一步推进”,邵宗泽说,在申报专利前,需对深海生物及其基因资源应用潜力进行评价,这套技术体系和技术平台亟待进一步完善.随后要完成中试规模的技术放大和验证,形成具有商业开发深海生物及其基因资源的技术能力,实现真正的资源和技术拥有.
据邵宗泽介绍,“十三五”期间,要重点开发出具有应用价值的深海酶制剂、海洋防污涂料,形成产业示范；开发环保微生物制剂,建立海洋微生物废水处理示范工程；研制深海微生物活菌或活性产物生防制剂等.“我们希望联合企业、开展产品化技术开发与应用示范,为深海生物产业的发展奠定基础.”
“中国正在走向深海舞台的中央,我们要抓住机遇,加强对深海生物资源的开发利用,加深我国对深海生物资源独特生命现象的认知水平,这将有助于提升我国在国际海底生物资源研究领域的影响力与重要决策中的话语权.”刘峰说.
（本文转自《人民日报》）
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参考文献：
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