我国著名南极科学家、中国气象局局长秦大河院士意识到中国开展极地微生物研究的重要性和迫切性,并为加紧实施极地微生物研究而招收了博士后、博士生,围绕中科院“百人计划”入选者组建了一个研究小组,大力开展极地微生物的全面考察和研究工作。
此次南极考察,该研究小组兵分两路,一路随国家海洋局组织的中国第21次南极科考队在南极钻取了深浅冰芯若干,部分冰芯样品用于开展微生物的研究。另一路随中国科协、中国科学探险协会组织的中国南极村南极科考队,在南极地区采集微生物样本,用于研究南极冰雪、冰川融水和土壤中微生物,并同其他地区的微生物(如青藏高原、南极中山站等地)进行比较。试图探讨南极微生物适应环境的遗传机制。并且试图发现一些嗜冷微生物,期望为我国今后开展深层冰芯研究提供一些互补的基础资料。
据悉,南极丰富的矿产资源、能源和淡水资源等吸引了世界各国的眼球,而丰富的微生物资源也正逐渐为世界各国所认知和研究。极地(冰川)微生物的研究开始于20世纪60年代,微生物研究由于其重要性,迅速成为了国际研究热点之一。我国在20世纪90年代末有人进行了一些微生物研究,并取得了一些成果,但由于方方面面的原因没有进行深入的研究。
随中国南极村南极科学考察队的我国微生物研究小组成员、中国科学院寒区旱区与环境工程研究所研究员陈拓博士介绍:极地具有独特的地理及气候特征,其主要特点是变化极大的光照辐射、季节性的光照时间、常年极低的水温(通常在-1.8℃-2.0℃)和高盐度环境(海水中的盐度一般为34‰-35‰,海冰中的盐囊和盐通道的盐度可达普通海水的5倍),形成了一个酷寒、强辐射和高盐度的自然环境。即使在短暂的夏季,南极大陆周边及环绕的海洋圈气温也只有-10℃-5℃。对极地许多环境来说,极端的低温、高盐度及干燥使只有微生物适合于生存其中。
陈教授指出,有研究表明,在南极低温微生物中,大部分为适冷型,小部分为嗜冷型。嗜冷菌是指温度低于0℃时能缓慢生长,最适生长温度低于15℃,高于20℃则不能生长的一类微生物。而嗜冷微生物资源是生物技术开发的宝库。
陈拓研究员指出,在环境保护方面,在寒冷环境下污染物生物降解能力的提高可通过低温微生物特有的冷适应酶实现,这一方法不但可使大规模的牲畜粪便厌氧耐冷分批消化成为可行,同时也使低温下鱼类加工厂中大量油渣以及寒冷地区污染物的生物降解都成为可能。在食品及日化方面,冷活性酶可在食品低温加工过程中起重要作用,其中以脂酶和蛋白酶最具潜力。脂酶可应用于许多方面如作为食品的风味改变酶、去污剂添加物或立体特异性催化剂等,低温细菌、酵母真菌及微藻中都积聚有大量富含不饱和脂肪酸的脂质,其具有降血脂、降糖、防癌等生理功效。随着低温微生物脂质的产业化,为解决富含不饱和脂肪酸的新油源提供了帮助。蛋白酶可应用于食品工业(如啤酒处理、发酵食品生产、奶酪生产中的加速成熟作用等)。
陈拓还指出,低温微生物具备抗冻融能力,若能弄清其生理及分子机制,提取出有用的相关基因及产物,将会在基础研究和开发利用如动植物抗冻医用疫苗、食品保鲜及低温发酵等方面带来好处。
这次南极考察是秦大河院士实施极地微生物研究的第一步。由于对于极地微生物的研究来说,野外调查与取样仅仅是第一步,之后大量的工作需要在实验室中进行,故这次科考取得的最终成果还有待于在样品分析完成之后揭晓。
刘嘉麒院士指出,这是我国搭载外国交通工具进行极地科学考察的一次尝试,所走的路线是中国以前的南极考察所没有走过的。希望今后有更多的企业能参与并支持到我国极地科学考察和研究中来。这样既可大大拓宽考察范围和对象,也会使我国对南极洲和北极圈的认识和研究更深入、更丰富。