《海洋微生物学（第三版）》主要由中国海洋大学从事海洋微生物学研究的相关人员结合自身教学与科研实践并参考国内外*新文献编写而成。《海洋微生物学（第三版）》共分为15章，包括海洋微生物学概论、海洋原核生物的结构及特性、海洋细菌、海洋古菌、海洋真核微生物、海洋病毒、海洋极端环境中的微生物、海洋微生物在生态系统中的作用、海洋环境中活的非可培养状态细菌、鱼类的微生物病害及防治、海洋微生物的开发利用、海洋微生物的采样技术、海洋微生物的分离培养与保藏技术、海洋细菌的分类与鉴定技术、海洋环境微生物的检测技术。《海洋微生物学（第三版）》内容丰富、层次分明、图文并茂、实用性强，力求从个体和群体水平上阐述海洋微生物学的基本规律，突出该学科的重点、难点和生长点。

第1章 海洋微生物学概论
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　　地球的形成始于约46亿年前，那时地球处于高温状态；直至44亿～35亿年前，地球开始变冷，并形成海洋和大气。此后，起源于古代海洋的单细胞生物（原始蓝细菌）出现，其成为了目前发现并存活至今的、昀早的生命形式。距今25亿年前，生命形式发生了变化，一部分单细胞生物进化成多细胞生物。随着生物生存环境的进一步改变，一些物种从海洋迁移到淡水或陆地。现今，海洋面积约占地球表面的71%，平均深度约为3800m。浩瀚的蓝色海洋为生命提供的空间，几乎是陆地和淡水加在一起的300多倍。亘古至今，沧海桑田，微生物始终是海洋生态系统的重要组成部分，其生物量占海洋总生物量的95%以上。
　　1.1 海洋微生物及其重要性
　　1.1.1 什么是海洋微生物？
　　海洋是地球上昀大的生态系统，蕴藏着巨大的微生物生物量。那么到底什么是海洋微生物（ marine microorganism）呢？不同的学者对海洋微生物的定义有所不同，目前广为认同的定义是：分离自海洋环境，其正常生长需要海水，可在寡营养、低温条件（也包括海洋中高压、高温、高盐等极端环境）下长期存活并能持续繁殖子代的微生物。有一些来源于陆地的耐盐或广盐种类，在淡水和海水中均可生长，则称其为兼性海洋微生物。
　　现在普遍认为，能在实验室条件下培养出来的海洋微生物种类还不到其总数的1%。对16SrRNA基因序列的分析研究显示，海洋中的绝大多数微生物都未获得纯培养，因此通过传统微生物学的分离培养方法获得的海洋微生物远远无法代表海洋中微生物的多样性及其所在环境中的真实类群。
　　1.1.2 海洋微生物的重要性
　　在昀初对微生物世界开展研究时，微生物学家就提出了海洋微生物的多样性、海洋微生物在海洋生态系统中的作用、海洋微生物与其他海洋生物之间的互作、海洋微生物对人类的重要性等问题。微生物昀显著的特征是其巨大的多样性及底物利用的广谱性，因此它们几乎可以在地球上任何地方生长和繁殖。人们在许多曾经认为不可能存在任何生命的地方都发现了微生物的存在。
　　尽管海洋微生物在环境中占优势，有着活跃的生命活动，但是由于海洋微生物不能用肉眼观察到且不容易被培养出来，因此以往其存在的重要性常被忽视。直至昀近30年，大多数微生物学家才意识到海洋微生物的重要性。*先，当前的主流观点认为生命起源于海洋，而海洋微生物是公认的地球上昀初的生命形式，其中海底热液系统被认为与生命诞生初期的地球环境相似，因此生活在海底热液环境下的微生物便成为科学家研究生命起源的理想对象。其次，海洋微生物在全球生态系统中发挥着至关重要的作用，是海洋物质循环与能量流动的主要驱动力，广泛参与碳、氮、硫、磷和铁等元素循环，其生命活动影响着地球的物理性质和地质化学特性。昀后，由于海洋微生物具有分布广、数量多、代谢类型多样、适应能力强等特点，是抗菌、抗病毒及抗肿瘤等新型生物活性物质的重要来源，也是高科技产业重要催化剂的来源，并且海洋微生物在海洋污染环境的生物修复、节能减排、人类健康及生物材料等方面有更多的应用，具有巨大的经济和社会效益。
　　1.2 海洋微生物学的发展历程
　　海洋微生物学是开始较早而发展较晚的学科，其日益彰显出的重要性使得该学科成为近年来发展迅速的新兴学科之一。纵观其发展历程，可分为4个阶段（图1-1），即对海洋微生物的早期认识阶段（1676～1950年）、海洋微生物学的迅速发展阶段（1951～1976年）、分子生物学时代（1977～1995年）和基因组时代（1996年至今）。在各发展阶段中，众多科学家共同致力于不断推动海洋微生物学研究的突破与发展。
　　图1-1 海洋微生物学的发展历程
　　1.2.1 1676～1950年——对海洋微生物的早期认识
　　海洋微生物丰度高，且多样性丰富，但由于其个体小，不易于被发现和研究。昀早于 1676年，荷兰著名的科学家列文虎克（ Antonie van Leeuwenhoek）用简单的单镜头显微镜*次观察到水生微生物的存在。然而，直到 160多年后，海洋微生物才被分离培养出来。
　　昀早关于海洋细菌的报道和描述包括德国学者 Christian G. Ehrenberg于 1838年*次分离并描述的海洋细菌——折叠螺旋体（ Spirochaeta plicatilis），Ferdinand Cohn于 1865年分离并报道的奇异贝日阿托氏菌（ Beggiatoa mirabilis），以及 Eug Warming于 1876年报道的紫硫螺菌（ Thiospirillum violaceum）、罗氏硫螺菌（ T. rosenbergii）和杆状无色硫杆菌（Achromatium mulleri）3种海洋细菌等。 1884年，法国学者 Adolph-Adrien Certes在一次海洋航行中，分离培养出 96株深海细菌，这是*次关于深海细菌培养的报道。 1894年，德国学者 Bernhard Fischer撰写了**本海洋微生物学专著《海洋细菌》，提出大洋中存在“土著”海洋微生物。1914年，俄国学者 B. L. Issatchenko撰写了专著《北冰洋细菌的研究》，阐述了海洋细菌存在的重要性，为研究微生物在大洋水团物质循环中的作用奠定了基础。从 1918年开始， C. B. van Niel在美国斯坦福大学霍普金斯海洋研究站开展夏季微生物学课程，对海洋微生物学研究起到重要的促进作用。
　　在 1939年第 5版的《伯杰氏鉴定细菌学手册》（Bergey’s Manual of Determinative Bacteriology）中，记载了1335种细菌，其中只有86种分离自海洋。那时，人们对这些细菌的研究极不全面，但已经开始认识到海洋微生物的潜在应用价值，并将目光转向海洋活性物质的开发利用，其中一个典型的例子是头孢菌素（cephalosporin）的发现及应用。1945年，意大利药理学家 Giuseppe Brotzu教授从意大利撒丁海岸分离出一株顶头孢霉（Cephalosporium acremonium），发现其代谢产物对伤寒具有一定的治疗作用。经鉴定，该代谢产物中含有头孢菌素 N与头孢菌素 C两种抗菌物质，此后经过不断开发，其衍生物被广泛应用于临床，开创了海洋微生物来源活性物质应用的历史。
　　20世纪上半叶出现了两位对海洋微生物学发展起重要推动作用的科学家—— Selman Waksman（1888～1973年）和 Claude ZoBell（1904～1989年；图 1-2）。Waksman*次在美国伍兹霍尔（ Woods Hole）海洋研究所建立了海洋细菌学实验室，主要研究海洋细菌的生物地球化学作用，关注细菌在有机物降解过程中的作用。 ZoBell也是海洋微生物学的奠基人和先驱科学家之一，他学术思想严谨、勤奋认真，毕生致力于海洋微生物事业，直至晚年仍按时进入实验室。他在海洋微生物的采样、培养、基本特征、分布规律等方面建立了系统的基础研究方法和基础理论。经过近 10年的研究，他试用了各种金属采样装置，终于发现了它们污染与抑菌的弊端，并于 1941年发明了 J-Z无菌海水采样瓶。J-Z无菌海水采样瓶至今仍然是研究海洋细菌昀经济、简便的海水采集装置。 1932～1942年，ZoBell每周都在他所在的斯克利普斯（ Scripps）海洋研究所门前的栈桥采集海水 5～6次并进行细菌计数，经过 10年的统计得出了“海洋异养菌的数量变化与海水中有机质的浓度有关，与季节无关”的结论。他所撰写的《海洋微生物学》（1946年）被世界各国引为**之作。1962年，我国学者薛廷耀教授将此著作编译为中文版《海洋细菌学》，**次为我国高等院校提供了海洋微生物学及其相关专业的教学参考书，也为有关科研工作者提供了参考资料，极大地推动了我国海洋微生物学研究工作的开展。
　　图1-2 Claude ZoBell于1952年11月在斯克利普斯（Scripps）海洋研究所栈桥上准备采水瓶
　　（引自Smithsonian Ocean网站）
　　在此阶段，Waksman和 ZoBell分别于1934年和1946年绘制出了海洋碳循环的概念图，强调了细菌在海洋生物地球化学循环中的核心地位。但在当时，受研究方法与储备数据的限制，人们尚无法验证细菌在海洋生态系统，甚至在生物地球化学循环中的重要作用。直到1983年“微食物环（ microbial loop）”理论被提出，这一超前论断才重新进入了人们的视线并引起了重视。
　　1.2.2 1951～1976年——海洋微生物学的迅速发展
　　第二次世界大战之后，海洋学与其他自然科学一样，发展十分迅速。更多的研究者开始关注海洋微生物的群落结构与生态功能。
　　1951年，Einer Steeman-Nielsen开始将放射性同位素（ 14C）应用于海洋微生物代谢活性研究中。利用同位素示踪微生物细胞对碳原子的吸收，不需要在实验室中培养微生物，就可以量化微生物在食物网中的活性。
　　1954年，美国佐治亚大学海洋研究所的工作人员开始对其所在的萨佩洛岛周围的河口海岸湿地生态系统展开研究。 1962年，John Teal发现海岸湿地生态系统中的微生物能够降解植物产生的碎屑 ——落叶，并从中富集有机氮和磷，从而为湿地动物提供更多的营养物质。Eugene P. Odum于 1963年提出腐殖碎屑是海洋生态系统的重要组分。这些研究结果表明海岸湿地食物网在很大程度上是建立在微生物量十分庞大的腐殖碎屑上的。
　　1959年，苏联学者 A. E. Kahcc结合多年的深海大洋调查研究工作，撰写了《海洋微生物学》，这是**部系统表述深海微生物的专著，总结了包括太平洋、印度洋、大西洋、北冰洋、南大洋等几乎全球深海大洋从洋面到洋底的微生物的生存情况，阐明了海洋深处微生物在有机和无机化合物变化过程中的作用，以及海洋微生物学在生产实践中的应用及与其他学科的相互关系。1964年，我国学者孙国玉和李世珍教授将此专著译成中文版《海洋微生物学 ——深海》，同样为我国高等院校相关专业的学生和科研人员学习与了解海洋微生物学，特别是认知深海微生物，提供了非常有价值的学习参考资料，促进了我国海洋微生物的调查研究工作的开展。
　　1965年，Robert E. Johannes发现个体小的浮游生物相对个体大的浮游生物倾向于拥有更高的代谢速率。3年后，他和 Lawrence Pomeroy通过实验证实了在单位体积内，以微生物为代表的小型浮游生物拥有高于大型浮游生物10倍的呼吸速率。1971年，Holger Jannasch开始在伍兹霍尔海洋研究所海洋生物学实验室举办微生物生态学夏季课程。
　　1974年，John Steele归纳并正式提出海洋食物网的概念，将所有微生物简称为细菌，认为它们仅在海底起到降解粪便的作用。此理论忽略了所有的浮游细菌和异养原生生物及其重要的生态作用。至此，原有海洋微生物食物网的不足之处日渐暴露。在此期间， Pomeroy在 BioScience期刊发表综述文章，对浮游食物网中个体较小的浮游生物的能量流动进行了重新描述，其中包括能量在小型浮游植物、海洋细菌及其原生生物捕食者之间的流动。虽然这个理论历经波折才得以发表，并且在其问世的昀初几年并未得到广泛认可，但其仍被认为是为海洋浮游食物网赋予了新的关键性定义。
　　在深海采样方面，1968年美国启动了深海钻探计划，随后日本及欧洲等国家和地区也相继发起了关于深海环境及生物圈的调查探测计划（详见 12.2.2节），拉开了各国对于深海生物圈研究的幕布，促进了全球海洋微生物学的发展。
　　1.2.3 1977～1995年——分子生物学时代
　　1977年，Carl Woese*次提出利用小亚基核糖体 RNA（small subunit ribosomal R

目录
第1章 海洋微生物学概论1
1.1 海洋微生物及其重要性1
1.1.1 什么是海洋微生物？1
1.1.2 海洋微生物的重要性1
1.2 海洋微生物学的发展历程2
1.2.1 1676～1950年——对海洋微生物的早期认识3
1.2.2 1951～1976年——海洋微生物学的迅速发展4
1.2.3 1977～1995年——分子生物学时代5
1.2.4 1996年至今——基因组时代8
1.3 海洋微生物的主要类群9
1.3.1 细胞型生物10
1.3.2 非细胞型生物——病毒13
1.4 海洋微生物的主要特征13
1.4.1 大小14
1.4.2 形态结构特征15
1.4.3 生理特征16
1.4.4 培养特征19
1.5 海洋微生物的栖息环境20
1.5.1 海洋环境20
1.5.2 水体生境21
1.5.3 海雪22
1.5.4 沉积物23
1.5.5 海冰25
1.5.6 热液喷口和冷泉25
1.5.7 活的生物26
1.5.8 生物被膜和微生物席27
主要参考文献27
复习思考题28
第2章 海洋原核生物的结构及特性30
2.1 海洋原核生物的形态结构30
2.1.1 原核生物的细胞形态30
2.1.2 细胞壁31
2.1.3 细胞质膜和其他内膜结构35
2.1.4 拟核与核糖体37
2.1.5 内含物37
2.1.6 荚膜和糖被42
2.1.7 鞭毛及菌毛43
2.2 海洋原核生物的能量代谢48
2.2.1 能量来源和碳源48
2.2.2 光能营养菌的能量产生49
2.2.3 化能异养菌的能量产生52
2.2.4 化能自养菌的能量产生53
2.3 海洋原核生物的营养及生长55
2.3.1 营养要素55
2.3.2 细菌的生长周期56
2.3.3 细胞活力57
2.3.4 营养物浓度对生长的影响58
2.4 海洋原核生物的群体感应与生物被膜59
2.4.1 细菌的群体感应59
2.4.2 细菌的生物被膜61
2.5 海洋原核生物的基因组学63
2.5.1 核基因组63
2.5.2 质粒66
主要参考文献67
复习思考题68
第3章 海洋细菌69
3.1 细菌分类系统69
3.2 海洋细菌的主要类群概述72
3.3 变形菌门73
3.3.1 a-变形菌纲74
3.3.2 β-变形菌纲78
3.3.3 γ-变形菌纲78
3.3.4 -变形菌纲88
3.3.5 -变形菌纲90
3.3.6 ζ-变形菌纲91
3.4 蓝细菌门92
3.4.1 基本特征92
3.4.2 形态和分类92
3.4.3 固氮作用93
3.4.4 原绿球藻属和聚球藻属93
3.4.5 微生物席和叠层石94
3.5 拟杆菌门95
3.6 厚壁菌门和放线菌门96
3.6.1 厚壁菌门96
3.6.2 放线菌门98
3.7 浮霉菌门、疣微菌门和黏结球形菌门100
3.7.1 浮霉菌门100
3.7.2 疣微菌门101
3.7.3 黏结球形菌门102
3.8 绿菌门、绿弯菌门、硝化螺菌门和脱铁杆菌门102
3.8.1 绿菌门102
3.8.2 绿弯菌门103
3.8.3 硝化螺菌门104
3.8.4 脱铁杆菌门105
3.9 酸杆菌门、出芽单胞菌门和螺旋体门105
3.9.1 酸杆菌门105
3.9.2 出芽单胞菌门105
3.9.3 螺旋体门106
3.10 产液菌门、热袍菌门和奇异球菌-栖热菌门107
3.10.1 产液菌门107
3.10.2 热袍菌门108
3.10.3 奇异球菌-栖热菌门108
主要参考文献109
复习思考题111
第4章 海洋古菌113
4.1 古菌分类系统113
4.2 广古菌门115
4.2.1 产甲烷古菌115
4.2.2 厌氧甲烷氧化古菌118
4.2.3 热球菌目120
4.2.4 古生球菌属和铁古球菌属120
4.2.5 极端嗜盐菌121
4.2.6 Marine GroupⅡ.123
4.3 泉古菌门124
4.4 奇古菌门125
4.5 深古菌门128
4.6 初生古菌门129
4.7 纳米古菌门130
4.8 阿斯加德古菌131
4.9 古菌细胞膜脂及其应用132
主要参考文献134
复习思考题136
第5章 海洋真核微生物138
5.1 真核微生物概述138
5.1.1 真核微生物的主要类群138
5.1.2 真核细胞的结构与功能138
5.2 原生动物140
5.2.1 微型浮游鞭毛类140
5.2.2 纤毛虫142
5.2.3 放射虫和有孔虫143
5.3 真核微藻145
5.3.1 硅藻145
5.3.2 颗石藻类147
5.3.3 甲藻148
5.4 海洋真菌150
5.4.1 海洋真菌的定义与物种数量150
5.4.2 海洋真菌的主要类群及特征151
5.4.3 海洋真菌的生态功能154
5.4.4 几种典型生境的海洋真菌多样性与群落组成157
5.4.5 影响海洋真菌多样性时空分布格局的因素160
5.4.6 海洋真菌的开发利用价值161
主要参考文献162
复习思考题165
第6章 海洋病毒166
6.1 海洋病毒的丰度与生产力168
6.1.1 海洋病毒的丰度及分布168
6.1.2 海洋病毒的计数方法169
6.1.3 病毒的裂解量与生产力171
6.1.4 病毒失活172
6.2 海洋噬菌体的侵染方式172
6.2.1 烈性噬菌体和裂解周期172
6.2.2 温和噬菌体与溶原周期173
6.2.3 慢性侵染174
6.3 海洋病毒的多样性174
6.3.1 基于培养方法研究病毒的多样性174
6.3.2 基于特征基因研究病毒的多样性175
6.3.3 基于宏基因组学研究病毒的多样性175
6.4 海洋病毒和宿主的相互作用176
6.4.1 病毒影响宿主的代谢与表型176
6.4.2 病毒介导宿主的水平基因转移178
6.4.3 病毒与宿主之间的协同进化178
6.5 海洋病毒的重要生态学作用179
6.5.1 海洋病毒维持微生物群落的稳态和多样性179
6.5.2 海洋病毒与生物地球化学循环180
6.6 感染海洋真核生物的病毒181
6.6.1 感染真核生物的核质巨DNA病毒181
6.6.2 感染水产养殖动物的病毒183
主要参考文献186
复习思考题187
第7章 海洋极端环境中的微生物188
7.1 深海环境和深海微生物概况188
7.1.1 深海环境的基本特征188
7.1.2 深海微生物的数量190
7.1.3 深海原核微生物的多样性191
7.1.4 深海真核微生物的多样性192
7.1.5 深海病毒的多样性193
7.2 海底热液喷口与冷泉微生物193
7.2.1 热液喷口微生物193
7.2.2 冷泉微生物197
7.3 深海海沟微生物199
7.4 海底深部生物圈200
7.5 极地微生物201
7.5.1 海冰微生物202
7.5.2 冰川微生物205
7.5.3 极地潮间带沉积物微生物206
7.5.4 南大洋浮游微生物208
7.6 海洋极端环境微生物的环境适应机制209
7.6.1 低温209
7.6.2 高温210
7.6.3 高压213
7.6.4 氧气的毒理效应215
7.6.5 紫外辐射216
7.6.6 高盐218
7.6.7 多重极端条件220
主要参考文献220
复习思考题223
第8章 海洋微生物在生态系统中的作用224
8.1 海洋微生物与碳循环224
8.1.1 海洋微食物环225
8.1.2 海洋碳循环的微生物过程233
8.1.3 海洋对CO2的吸收机制239
8.2 海洋微生物与氮循环241
8.2.1 固氮作用242
8.2.2 硝化作用244
8.2.3 反硝化作用244
8.2.4 厌氧氨氧化作用245
8.2.5 异化硝酸盐还原为铵246
8.2.6 氨化作用246
8.2.7 铵盐和硝酸盐的同化作用246
8.3 海洋微生物与硫循环248
8.3.1 硫氧化作用249
8.3.2 异化硫酸盐还原作用249
8.3.3 同化硫酸盐还原作用251
8.3.4 DMS和DMSP循环251
8.4 海洋微生物与磷、铁和硅循环254
8.4.1 在海洋磷循环中的作用254
8.4.2 在海洋铁循环中的作用256
8.4.3 在海洋硅循环中的作用257
8.5 海洋微生物与全球变化258
8.5.1 微生物与海洋酸化258
8.5.2 微生物与海洋富营养化259
8.5.3 微生物与海洋升温260
8.5.4 微生物与海洋缺氧260
主要参考文献261
复习思考题262
第9章 海洋环境中活的非可培养状态细菌264
9.1 VBNC细菌的发现及主要微生物类群264
9.1.1 VBNC细菌的发现过程264
9.1.2 已报道可进入VBNC状态的主要微生物类群266
9.2 诱导细菌进入VBNC状态的环境因素269
9.2.1 温度269
9.2.2 营养缺乏270
9.2.3 盐度或渗透压270
9.2.4 辐射270
9.2.5 氧气浓度271
9.2.6 杀生剂271
9.3 VBNC细菌的检测方法271
9.3.1 荧光显微镜检测方法272
9.3.2 分子生物学方法273
9.3.3 免疫学方法273
9.4 VBNC细菌的生物学特性274
9.4.1 形态特征274
9.4.2 生理生化特性276
9.4.3 VBNC状态病原菌的致病性276
9.5 细菌进入VBNC状态的机制277
9.5.1 对细菌VBNC状态概念的争议277
9.5.2 细菌进入VBNC状态的内在机制279
9.6 VBNC细菌的复苏研究280
9.6.1 诱导VBNC细胞复苏的因素281
9.6.2 关于VBNC细菌复苏的争论及复苏假说285
9.7 细菌VBNC状态的理论及实际意义286
9.7.1 揭示了细菌的另一种休眠体形式287
9.7.2 解开了霍乱弧菌的“冬隐夏现”之谜287
9.7.3 对生物地球化学循环的重要性287
9.7.4 对基因工程微生物危险性评估的影响288
9.7.5 评价现有常规消毒措施的有效性问题288
9.7.6 对公众健康及流行病学研究的意义289
9.7.7 对菌种保存方法的意义289
9.7.8 对分离培养未培养微生物的意义290