極端環(huán)境微生物-期末復(fù)習(xí)資料緒論+011.環(huán)境微生物學(xué)研究的主要內(nèi)容：微生物分布地點(diǎn)多樣性和生命活動(dòng)的熱力學(xué)可能性。2.從微生物與環(huán)境協(xié)同演化可解釋不同環(huán)境微生物的生態(tài)學(xué)功能和代謝機(jī)制。3.微生物推動(dòng)生物地球化學(xué)過程的核心問題是：能量需求和物質(zhì)循環(huán)。4.生命需滿足的條件：代謝需求，復(fù)制與進(jìn)化需求。支撐生命系統(tǒng)的關(guān)鍵條件：營養(yǎng)源、能源。高效率極端生命系統(tǒng)的前提：極端環(huán)境、基因組重復(fù)。5.微生物特點(diǎn)：個(gè)體小、結(jié)構(gòu)簡、食譜廣、繁殖快、易培養(yǎng)、數(shù)量大、分布廣、種類多、級界寬、易變異、抗性強(qiáng)、休眠長、起源早、發(fā)現(xiàn)晚。6.元素的生物地球化學(xué)循環(huán)，維持土壤、沉積物、水體、大氣的化學(xué)組成。7.微生物基因組所記錄的信息反應(yīng)了某一時(shí)期的選擇壓和資源豐富程度，這和我們地球的環(huán)境之間有很大的聯(lián)系。8.進(jìn)化的壓力可以從微生物基因組記錄的分子、代謝、生理特點(diǎn)看出。9.環(huán)境微生物研究依賴于多學(xué)科交叉，實(shí)驗(yàn)室與現(xiàn)場研究并重。10.環(huán)境微生物研究方法：采樣--樣品生化活性分析--根據(jù)菌種特性進(jìn)行純培養(yǎng)--物理、化學(xué)、生物等宏觀方面分析（生長、能量利用、代謝機(jī)制、酶活性）--遺傳層面分析（突變、重組）--分子生物學(xué)分析（測序、解析分子機(jī)制）11.環(huán)境微生物學(xué)研究受研究方法的制約，新的方法和技術(shù)體系的發(fā)明不斷的拓展研究的廣度和深度。12.極端微生物的定義：嗜酸菌PH<=3嗜堿菌PH>=9嗜鹽菌salt>=0.2M嗜熱菌60~80超嗜熱菌T>=80嗜冷菌T<=15巖下生長菌、耐金屬菌、抗輻射菌、耐毒菌、耐旱菌13.重要極端微生物研究計(jì)劃①IODP(IntegratedOceanDrillingProgram)綜合大洋鉆探計(jì)劃查明深海海底的深部生物圈和天然氣水合物，理解極端氣候和快速氣候變化的過程，了解構(gòu)造板塊移動(dòng)，揭示地震機(jī)理。②DEBI(TheDarkEnergyBiosphereInstitute)③TheDeepDarkBiosphere④ENERGYTRANSFERANDCHEMOSYNTHETICCARBONFIXATIONATDEEP-SEAVENTS⑤DeepUndergroundScienceandEngineeringLaboratory14.全球環(huán)境變化是地球科學(xué)的一大主題。重大地質(zhì)環(huán)境的突變因而是地球演化的關(guān)鍵：極端氣候事件、成氧事件、缺氧事件、生物大滅絕。15.土壤：經(jīng)過生物風(fēng)化作用的改造而富含腐殖質(zhì)的殘積物。16.有了生命的作用，海洋系統(tǒng)從太古代的無氧轉(zhuǎn)變成到顯生宙的有氧狀態(tài)。環(huán)境突變：碳循環(huán)異常、動(dòng)物大滅絕、微生物泛濫、海洋水化學(xué)。17.在地質(zhì)時(shí)期，微生物通過碳循環(huán)、硫循環(huán)等作用于地質(zhì)環(huán)境。18.火成巖igneousrock：地球深處的巖漿侵入地殼內(nèi)或噴出地表后冷凝而形成的巖石。可用放射性同位素分析。水成巖Sedimentary：又叫沉積巖，由成層沉積的松散沉積物固結(jié)而成的巖石。19.早期地球環(huán)境與生命過程研究的難點(diǎn)：需要能結(jié)合化石與基因組的活細(xì)胞證據(jù)。現(xiàn)有手段：微化石、生物標(biāo)記物、元素標(biāo)記、分子鐘。前三者都稀少且不完全可靠。分子鐘則受很多因素的影響。20.位于進(jìn)化樹根部的現(xiàn)代微生物記錄了早期生命過程。去除基因橫向轉(zhuǎn)移與基因組重復(fù)的影響，我們就能獲得“早期”基因組活化石。21.活化石LivingFossils：出現(xiàn)于地史時(shí)期而至今猶存的生物。Horseshoecrab，Latimeria矛尾魚，Ginkgos銀杏樹。成為早期活化石需要具備的條件：生存環(huán)境長期未發(fā)生較大變化、代謝能反映早期的環(huán)境、要有特殊的基因（如重復(fù)基因）保證其度過一些重大的地質(zhì)環(huán)境巨變期。22.現(xiàn)代熱液生態(tài)系統(tǒng)被認(rèn)為與早期地球環(huán)境相似，且滿足生命起源所需的代謝需求（氫氣、甲烷、Fe-S礦）、復(fù)制需求和成膜需求。Thermococcales是熱液區(qū)優(yōu)勢古菌，位于進(jìn)化樹的根部。Thermococcalescoregenome大小為988基因。23.早期生命的基因組大小范圍的研究方法篩選超嗜熱古菌--基因組測序--比較基因組分析--核心代謝網(wǎng)絡(luò)模擬--基因組刪除與點(diǎn)突變分析(構(gòu)建人工基因池)+類元祖基因組和補(bǔ)丁基因組分析(構(gòu)建數(shù)據(jù)化基因池)--確定早期異樣生命基因組大小范圍。已知能生存的天然微生物最小基因組：1400個(gè)基因；通過可培養(yǎng)微生物全基因組點(diǎn)突變證實(shí)不可缺少的400個(gè);基于古菌基因組序列分析996個(gè)。24.PyrococcusyayanosiiCH1是目前世界上唯一一株獲得純培養(yǎng)超極端專性嗜熱嗜壓古菌，其最適溫壓指示其來源于海底約300米以下深部生物圈。大約1000個(gè)基因,已證實(shí)其能依賴少數(shù)氨基酸存活第3章1.微生物的生理、生態(tài)多樣性的基礎(chǔ)是其代謝途徑的多樣性。生理多樣性，來自代謝、復(fù)制、遺傳多樣性。2.微生物基因組中蘊(yùn)藏了包括其進(jìn)化歷史和生理功能的豐富信息。GenBank是一個(gè)有13億堿基，來自于100,000多種生物的核苷酸序列的數(shù)據(jù)庫。每條紀(jì)錄都有編碼區(qū)（CDS）特征的注釋，還包括氨基酸的翻譯?；蜃⑨專篛RF(OpenreadingFrame)COG(clustersoforthologousgroups)Metabolicpathway3.生物圈的營養(yǎng)流是生態(tài)系統(tǒng)中微生物區(qū)系和生理狀態(tài)的選擇因子。碳基生命存在的兩個(gè)基本生理要素：能量來源和碳源。目前為止人們推測可能存在著多種形式的生命：①以蛋白質(zhì)或別的有機(jī)體形式存在的碳基、硫基、氨基等有實(shí)體生物。②以能量形式（如等離子體）存在的生命。③人造的，只與外界交換能量和信息，不進(jìn)行新陳代謝的以硅或別的無機(jī)體或化合物（不排除有機(jī)物，如生物電腦、光腦）為基礎(chǔ)的生物。④以電磁波形式存在的生命。⑤以信息形式存在的生命。營養(yǎng)類型：光能自/異養(yǎng)，化能無機(jī)自/異養(yǎng)，化能有機(jī)異養(yǎng)。能量來源：光能/化能碳源來源：是否固定CO2微生物在天然生態(tài)環(huán)境不能一直維持快速增長。不同的營養(yǎng)條件決定微生物的生活方式：富營養(yǎng)、寡營養(yǎng)。4.環(huán)境脅迫應(yīng)激機(jī)制細(xì)菌能感應(yīng)外界環(huán)境各種不同信號,調(diào)控菌體內(nèi)相關(guān)基因表達(dá),以適應(yīng)不斷變化的環(huán)境。信號傳導(dǎo)系統(tǒng)與其控制的靶基因簇一起構(gòu)成了細(xì)菌的復(fù)雜調(diào)控機(jī)制。5.【雙組分信號傳導(dǎo)系統(tǒng)】廣泛存在于各種原核生物中,其基本結(jié)構(gòu)為一個(gè)組氨酸蛋白激酶和一個(gè)反應(yīng)調(diào)節(jié)蛋白：膜上的傳感激酶在環(huán)境信號的作用下自磷酸化--磷酸基團(tuán)隨后轉(zhuǎn)移給了應(yīng)答調(diào)節(jié)蛋白--磷酸化的應(yīng)答調(diào)節(jié)蛋白起阻遏蛋白的作用--磷酸酶再生應(yīng)答調(diào)節(jié)蛋白。實(shí)質(zhì)：蛋白的磷酸化和去磷酸化。6.【嚴(yán)謹(jǐn)反應(yīng)(stringentresponse)】：細(xì)菌在氨基酸饑餓時(shí)發(fā)生rDNA,tRNA基因及核糖體蛋白基因停止轉(zhuǎn)錄反應(yīng)。①機(jī)制：AA饑餓--出現(xiàn)空載tRNA（氨酰tRNA不足）--刺激細(xì)胞瞬間大量合成鳥苷四磷酸(ppGpp)或鳥苷五磷酸(pppGpp)--（p）ppGpp通過作用于RNA聚合酶,在轉(zhuǎn)錄水平上正調(diào)控編碼氨基酸生物合成、糖原合成和碳水化合物代謝相關(guān)基因,負(fù)調(diào)控編碼核糖體rRNA和tRNA、RNA聚合酶各亞基、核酸合成、磷脂合成和DNA復(fù)制相關(guān)基因。②特點(diǎn)：可受其調(diào)控的基因廣泛、調(diào)控在轉(zhuǎn)錄和翻譯兩個(gè)層次進(jìn)行。③(p)ppGpp在細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)定存在的濃度很低，可應(yīng)激迅速大量產(chǎn)生。對基因表達(dá)的調(diào)控：直接抑制/激活或通過sigma因子調(diào)控。④調(diào)控相關(guān)基因：relA,B,C,X，spoT，gpp,ndk,rpoBCD。relA:ppGpp合成酶;spoT:ppGpp合成/降解雙功能酶.即使在高度特化的環(huán)境中微生物也需要嚴(yán)謹(jǐn)反應(yīng)。植物受病源侵染、UV照射、干旱、高鹽等脅迫時(shí)，可檢測到ppGpp。7.熱力學(xué)是研究熱現(xiàn)象中物質(zhì)系統(tǒng)在平衡時(shí)的性質(zhì)和建立能量的平衡關(guān)系，以及狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)系統(tǒng)與外界相互作用（包括能量傳遞和轉(zhuǎn)換）的學(xué)科?；跓釀?dòng)力學(xué)能級預(yù)測可能發(fā)生的生物地化反應(yīng)生物氧化與電子傳遞。產(chǎn)生ATP的途徑：底物水平磷酸化、氧化磷酸化。光合作用帶動(dòng)了生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)，同時(shí)將我們的星球置于一個(gè)氧化態(tài)和還原態(tài)共存的失衡狀態(tài)。8.【pE】是氧化還原平衡體系電子濃度的負(fù)對數(shù)，pE越小，電子濃度越高，體系提供電子的傾向就越強(qiáng)。生物氧化：在生物體內(nèi)，從代謝物脫下的氫及電子﹐通過一系列酶促反應(yīng)與氧化合成水﹐并釋放能量的過程。9.并非所有熱動(dòng)力學(xué)可行的電子傳遞過程都找到了對應(yīng)的微生物。超嗜熱古細(xì)菌Thermococcus屬的菌株能夠利用甲酸鹽氧化來生長，這是最簡單的厭氧呼吸產(chǎn)能方式之一。甲酸氫裂酶復(fù)合體=甲酸脫氫酶+氫酶10.富含碳的生物圈中存在八個(gè)關(guān)聯(lián)的生物地化過程:有氧呼吸、反硝化作用、錳還原過程、鐵還原過程、酵解過程、硫酸鹽還原、產(chǎn)甲烷過程、產(chǎn)乙酸過程。11.代謝類型：分解、合成12.厭氧食物鏈的法則：互養(yǎng)共棲。第4章1.最高的樹：紅杉113m；海底最深：馬里亞納海溝11034m。2.陸上平均厚度30m,海洋平均厚度3800m。淺海<1000m。由近及遠(yuǎn)：沿海、淺海、遠(yuǎn)洋；由淺入深：有光層、無光層、深淵。3.生物圈（biosphere）：地球上所有生物及其所生活的非生命環(huán)境的總稱。地球上存在生物有機(jī)體的圈層。包括大氣圈的下層、巖石圈的上層、整個(gè)水圈和土壤圈全部。生態(tài)系統(tǒng)（ecosystems）：生物群落和它們所生活的非生物環(huán)境結(jié)合起來的一個(gè)整體，是生物圈的組成單元。個(gè)體組成群體，不同生態(tài)系統(tǒng)組成生物圈。群落+非生物環(huán)境=生態(tài)系統(tǒng)4.土壤是微生物的主要棲居地。5.深部生物圈包括陸地和海底表層下的深層沉積物和巖石。是原核生物的世界。洋中脊（約6萬公里）是觀察地球深部的窗口。估計(jì)海洋深部生物圈中原核生物存儲(chǔ)的碳元素占全球碳元素總量的一半以上。第5章1.現(xiàn)有純培養(yǎng)原核微生物6466種，不到所有微生物的萬分之一。2.微生物的培養(yǎng)狀態(tài)：純培養(yǎng)、未培養(yǎng)、可培養(yǎng)、難培養(yǎng)、休眠細(xì)胞、非活細(xì)胞。3.微生物調(diào)查基本方法：顯微計(jì)數(shù)、純化培養(yǎng)、生理指標(biāo)（如代謝速率）計(jì)量分析、生物標(biāo)記物（如16SrDNA）分析。環(huán)境微生物學(xué)研究最常用熒光顯微鏡。4.分子水平上的“種”判定標(biāo)準(zhǔn)①基因組DNA-DNA雜交：相似性>70%。低于25%肯定不是。②16SrRNA基因序列：相似性>97%③全基因組序列比較④多個(gè)看家基因序列相似性微生物“種”的定義:即物種，有一定形態(tài)特征和生理特性以及一定自然分布區(qū)的生物類群，交配后可產(chǎn)生可育后代。5.微生物多樣性評價(jià)指標(biāo)：豐度：有多少種不同的微生物。平均度：不同種微生物的相對豐度。調(diào)查方法：①稀釋度曲線：衡量某種微生物出現(xiàn)頻率與取樣量的關(guān)系。②DNA-DNA雜交相關(guān)性：DNA–DNA退火速率取決于環(huán)境分離DNA片段大小和復(fù)雜度。退火速率與群落多樣性反相關(guān)。③參量預(yù)測：如豐度、平均度。④非參量預(yù)測：既衡量總多樣性也評估預(yù)測的準(zhǔn)確性。適宜于低豐度物種評估。⑤進(jìn)化樹分析：基于16SrRNA序列相似性的系統(tǒng)發(fā)育樹。6.【組份矢量樹】從物種所有的蛋白質(zhì)序列中數(shù)出各種固定長度的短肽數(shù)目,通過統(tǒng)計(jì)學(xué)處理得到相應(yīng)物種之間的距離矩陣,進(jìn)而生成親緣樹.特點(diǎn)：不限定于特定基因作為分子標(biāo)記而是利用全基因組信息。7.生命系統(tǒng)的分類早期三域系統(tǒng)：植物，動(dòng)物，原生生物兩域：真核、原核五域：細(xì)菌、真菌、原生生物、動(dòng)物、植物基于核糖體16SrRNA的三域：真核、細(xì)菌、古菌。8.rRNA作為分子鐘的優(yōu)點(diǎn)：普遍存在、功能恒定、適度變異、大小合度、分析容易。9.嗜熱菌Aquifex產(chǎn)液菌屬生活在火山和熱泉，65-85度，化能無機(jī)營養(yǎng)型，可固定二氧化碳。最古老的細(xì)菌，基因組中16%源于古菌。Thermotoga棲熱袍菌生長于低鹽火山巖或海洋高溫環(huán)境及陸地油田，生長溫度80度以上。細(xì)胞外有“袍”（菌鞘）。嚴(yán)格厭氧異養(yǎng)細(xì)菌，有機(jī)物作為碳源和電子供體，硫代硫酸鹽和元素硫?yàn)殡娮邮荏w。Pyrolobusfumarii延胡索酸火葉菌生活在90-113℃，嚴(yán)格化能自養(yǎng)菌，利用CO2作為碳源、通過氫氣氧化提供能量。兼性好氧，硝酸鹽、硫代硫酸鹽和低濃度為電子受體，生成NH4+,H2S和H2O。10.光合作用細(xì)菌3個(gè)主要類群：紫細(xì)菌（厭氧不產(chǎn)氧氣APB）、綠細(xì)菌（好氧不產(chǎn)氧氣AAPB）、藍(lán)細(xì)菌（產(chǎn)氧氣，用水做電子供體）。紫細(xì)菌和綠細(xì)菌利用其它還原性分子（硫化氫、氫氣、硫或其它有機(jī)物）作為電子供體生成還原力NADH和NADPH。紫硫細(xì)菌胞內(nèi)有硫，綠硫細(xì)菌胞外積硫。11.變形菌門（Protobacteria）革蘭氏陰性，占已有效發(fā)表細(xì)菌屬的40%。①紫色硫細(xì)菌常為光能無機(jī)自養(yǎng)菌，利用光能固定CO2。嚴(yán)格厭氧，利用硫化氫或氫氣作為電子供體。將硫化氫氧化為硫，存儲(chǔ)于胞內(nèi)。②紫色非硫細(xì)菌有光：非產(chǎn)氧光合作用，光能有機(jī)異養(yǎng)型進(jìn)行厭氧生長，利用有機(jī)物作為電子供體和碳源。無光：化能有機(jī)異養(yǎng)型進(jìn)行好氧生長，氧氣可以抑制細(xì)菌葉綠素和類胡蘿卜素合成，菌體無色。12.古菌分類：廣古生菌門euryarchaeota、泉古生菌門crenarchaeota、古生古生菌門korachaeota、納米古生菌門nanoarchaeota。①泉古菌專性嗜熱菌，生長溫度范圍70~113.嗜酸、生長需要硫，分布于含硫的地?zé)崴蛲寥乐?。有機(jī)營養(yǎng)型或無機(jī)營養(yǎng)型。主要有熱變形菌屬和硫化葉菌屬。②廣古菌革蘭氏陽性或陰性，甲烷桿菌中多含有假肽聚糖。產(chǎn)甲烷古菌、極端嗜鹽古菌、無細(xì)胞壁古菌、極端嗜熱硫代謝菌、硫酸鹽還原古菌。13.【微生物獵手】古菌中大量未培養(yǎng)種屬的系統(tǒng)發(fā)育分類地位只能暫定。16SrRNA基因錨定、MCG類群、MBGD類群。基因水平：16SrRNA序列細(xì)胞水平：熒光原位雜交探測生理水平：代謝特點(diǎn)14.五類微生物：病毒、原核生物、真菌、藻類、原生生物。15.病毒對生物地化循環(huán)的影響①打破生態(tài)平衡：病毒裂解能破壞特定（優(yōu)勢）種群，從而改變生物地化循環(huán)方式。②加快物質(zhì)循環(huán)：提供細(xì)胞形態(tài)有機(jī)物轉(zhuǎn)化為顆粒（POM）和溶解（DOM）有機(jī)物的支路（短路）③病毒裂解將浮游生物轉(zhuǎn)變?yōu)镻OM和DOM，而直接被深海沉積物中的異養(yǎng)微生物利用，釋放CO2重新進(jìn)入大氣。④從食物鏈中的生物碳提前釋放，降低了碳沉積。16.微生物基因組大小范圍0.5-10.5Mb。實(shí)驗(yàn)證實(shí)僅有482個(gè)基因的支原體基因組中382個(gè)為必須基因。水平基因轉(zhuǎn)移：生物從進(jìn)化關(guān)系較遠(yuǎn)的其它生物中獲得遺傳物質(zhì)的現(xiàn)象。17.原核生物的“有性”繁殖Transformation轉(zhuǎn)化：inprokaryotesthecellularuptakeofDNAfromtheenvironment.Conjugation結(jié)合：intercellularplasmidtransfer.transferofgenesfromoneprokaryoticcelltoanotherbyamechanisminvolvingcell-to-cellcontactTransduction轉(zhuǎn)導(dǎo)：virus-mediatedgeneticexchange.18.細(xì)胞大小、性狀、比表面積決定了細(xì)胞內(nèi)外物質(zhì)流動(dòng)速率，反應(yīng)了選擇壓力和進(jìn)化歷史。06環(huán)境微生物學(xué)研究方法1.認(rèn)知論：whowhatwhenwherehowwhy.你是誰，你來自哪里，你活著是為了什么？2.難點(diǎn)：生態(tài)系統(tǒng)的開放性和復(fù)雜性.3.困惑：實(shí)驗(yàn)室條件下的研究結(jié)果總是不能與真實(shí)環(huán)境中的情況完全一致，技術(shù)方法的革新永無止境。如何看待片面的、膚淺的結(jié)果？4.環(huán)境微生物研究中富集培養(yǎng)為主要的思想方法和手段。Enrichmentculturing富集培養(yǎng)：通過設(shè)定特殊的營養(yǎng)條件和培養(yǎng)條件，提高目的種群的豐度，獲得純培養(yǎng)或特定功能類群。5.系統(tǒng)不可能完全對應(yīng)于整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)，所以使用特定的模式菌株。6.采樣流程①采集capture：盡可能維持樣品原有的狀態(tài)，將干擾降至最低；②固定fix：迅速、終止微生物的所有變化；③保存store：維持固定時(shí)的條件，防止其變化；④分析analyze。7.現(xiàn)場理化指標(biāo)分析溫度、氧氣、PH、無機(jī)物、有機(jī)物豐度8.環(huán)境微生物研究的復(fù)雜性：多學(xué)科研究數(shù)據(jù)如何整合？現(xiàn)場地化參數(shù)與微生物純培養(yǎng)結(jié)果如何相互??？9.生物標(biāo)志物鑒定環(huán)境基因組分析①生物學(xué)領(lǐng)域核酸nucleicacid、磷脂脂肪酸phospholipidfattyacids(PLFAs)、胞壁酸Muramicacid、幾丁質(zhì)Chitin、葉綠素Chlorophyll。②有機(jī)地球化學(xué)領(lǐng)域地質(zhì)體中與已知的天然產(chǎn)物有廣泛聯(lián)系的有機(jī)化合物。③古生物學(xué)烷烴、無環(huán)類異戊二烯烴、萜烷、甾烷、類胡蘿卜素等。10.磷脂脂肪酸PLFAs--活細(xì)胞膜的成分存在于活體微生物細(xì)胞膜上的磷脂脂肪酸的組成和含量水平具有種屬的特異性，且周轉(zhuǎn)迅速，對環(huán)境因素的變化敏感。不同微生物群落結(jié)構(gòu)的樣品具有獨(dú)特的PLFAs譜圖，因而PLFAs可以作為生物多樣性的指示性標(biāo)記，用作土壤中微生物群落結(jié)構(gòu)指紋分析。分析步驟：提取、純化、移除脂肪酸側(cè)鏈、GC（氣象色譜）/MS（質(zhì)譜）分析。脂肪酸鏈的特征參數(shù)：類型、長度、雙鍵位置和立體構(gòu)型11.磷酸類脂位于細(xì)菌、放線菌的細(xì)胞膜上的極性類脂。不同屬的菌其磷酸類脂組成是不同的，它們是鑒別屬的化學(xué)分類指標(biāo)之一。12.環(huán)境DNA(eDNA)取樣--純化得核酸--PCR/RT-PCR--在大腸桿菌中表達(dá)--分析其特性、發(fā)展史、微生物活性。13.SDS:不同16SrRNA基因擴(kuò)增產(chǎn)物在變性梯度凝膠中被分開，每一條帶對應(yīng)一種微生物。14.原位生物地化參數(shù)測量--CO2,N2O,CH4等氣體收集、分析。GeoChip：是一種高通量基因芯片，用于分析微生物群落，并研究其群落結(jié)構(gòu)對生態(tài)系統(tǒng)的作用。包括了編碼參與主要地球化學(xué)循環(huán)（如，碳循環(huán)、氮循環(huán)、金屬抗性、有機(jī)物降解、硫循環(huán)和磷循環(huán)等）的微生物酶類的寡聚核苷酸探針。FunctionalGeneArrays(FGA)：測量微生物的C,S,N,P循環(huán)。15.宏基因組（又稱元基因組、微生物環(huán)境基因組）：生境中全部微小生物遺傳物質(zhì)的總和。它包含了可培養(yǎng)的和未可培養(yǎng)的微生物的基因,目前主要指環(huán)境樣品中的細(xì)菌和真菌的基因組總和。宏基因組學(xué)：就是一種以環(huán)境樣品中的微生物群體基因組為研究對象,以功能基因篩選和測序分析為研究手段,以微生物多樣性、種群結(jié)構(gòu)、進(jìn)化關(guān)系、功能活性、相互協(xié)作關(guān)系及與環(huán)境之間的關(guān)系為研究目的的新的微生物研究方法。一般包括從環(huán)境樣品中提取基因組DNA,進(jìn)行高通量測序分析，或克隆DNA到合適的載體,導(dǎo)入宿主菌體,篩選目的轉(zhuǎn)化子等工作。從環(huán)境DNA文庫可獲得大的DNA片段，研究功能基因簇。16.科赫法則①在每一病例中都出現(xiàn)相同的微生物，且在健康者體內(nèi)不存在；②要從寄主分離出這樣的微生物并在培養(yǎng)基中得到純培養(yǎng)（pureculture）；③用這種微生物的純培養(yǎng)接種健康而敏感的寄主，同樣的疾病會(huì)重復(fù)發(fā)生；④從試驗(yàn)發(fā)病的寄主中能再度分離培養(yǎng)出這種微生物來。07微生物參與的地球化學(xué)循環(huán)1.構(gòu)成生命的元素主要元素：CHONPSNaKCaMg微量元素：FeMnZnCuCoSe很多酶的關(guān)鍵活性部位存在有鐵-硫簇.2.微生物對抗重金屬元素的脫毒機(jī)制離子轉(zhuǎn)運(yùn)、氧化還原、甲基化。希瓦氏菌將可溶的六價(jià)的鈾還原為不溶的四價(jià)鈾。有氧水體中砷主要為五價(jià)，無氧水體中砷主要為三價(jià)。五氧化二砷溶解性大于三氧化二砷（砒霜）。三氧化二砷（俗稱砒霜）治療早幼粒白血?。ˋPL）的分子機(jī)制，揭示了癌蛋白PML-RAR是砷劑治療APL的直接藥物靶點(diǎn)。3.血紅蛋白（Fe）--血藍(lán)蛋白（Cu）同族的金屬元素可以替換。主要的六種元素是否可以被同族元素替換？高濃度As條件下，核酸中的P被As替換！4.地球各圈層間物質(zhì)交換過程水循環(huán)、地質(zhì)風(fēng)化侵蝕和地殼運(yùn)動(dòng)、光合作用和呼吸作用5.陸地生態(tài)系統(tǒng)中碳/氮庫主要分為大氣、植被、土壤三部分。估算上述三部分間的碳/氮庫的類型和流動(dòng)方式是生物地化循環(huán)的關(guān)鍵問題。6.溫室氣體指的是大氣中能吸收地面反射的太陽輻射,并重新發(fā)射輻射的一些氣體。如水蒸氣、二氧化碳、大部分制冷劑等。它們的作用是使地球表面變得更暖,類似于溫室截留太陽輻射,并加熱溫室內(nèi)空氣的作用。這種溫室氣體使地球變得更溫暖的影響稱為“溫室效應(yīng)”。水汽(H2O)、二氧化碳(CO2)、氧化亞氮(N2O)、甲烷(CH4)和臭氧(O3)是地球大氣中主要的溫室氣體。7.元素的價(jià)態(tài)決定了在氧化還原反應(yīng)中的去向。元素被氧化或被還原構(gòu)成完整的生物地化循環(huán)，但分別存在于時(shí)空分割的不同代謝途徑中。8.硫化氫為最還原狀態(tài)，單質(zhì)硫、氨基酸中為中間價(jià)態(tài)，硫酸鹽為最氧化狀態(tài)。大氣中的硫主要來源于海洋表面的化合物二甲基硫(簡稱DMS)。二甲基硫易揮發(fā)，一旦進(jìn)入大氣，DMS成為氣候變化的一個(gè)重要角色，因?yàn)樗鼘υ坪蜌馊苣z的形成有很大的貢獻(xiàn)。在海洋中的硫循環(huán)對氣候有重要的影響。9.固氮作用：經(jīng)典固氮微生物根瘤菌，固氮酶對氧敏感。氨化作用：有機(jī)氮在微生物作用下轉(zhuǎn)化成氨態(tài)氮的過程稱為氨化作用。8H++8e+N2→2NH3+H2,耗能~16to24ATP.硝化作用：氨在有氧下經(jīng)硝化細(xì)菌氧化生成硝酸鹽的過程。反硝化作用：硝酸鹽還原成氮?dú)?。硝酸鹽還原菌。厭氧銨氧化/甲烷氧化10.碳排放權(quán)交易成溫室效應(yīng)控制手段。嗜熱菌1.中溫，最適生長溫度Topt20-45°C高溫，最適生長溫度Topt45-80°C超高溫，最適生長溫度Topt>80°C2.熱環(huán)境熱泉、間歇泉、熱液噴口、油藏區(qū)、工業(yè)熱液、堆肥、黃石公園。3.海底熱液噴口一般位于洋中脊軸部或附近。4.熱液噴口的分類硫化物煙囪體：Blacksmoker碳酸鹽煙囪體：LostCity5.熱液生態(tài)系統(tǒng)的特點(diǎn)化能合成菌為群落提供最初的能量和食物，熱液群落中的其他動(dòng)物都是依靠這些微生物合成的有機(jī)物作為其食物來源。與深海其他生境相比，深海熱液生物群落物種具有多樣性低、種群密度和生物量高、生長速度快、種群具有區(qū)域性等特點(diǎn)。6.深海熱液口研究的重要性生物學(xué)，地質(zhì)學(xué)，地球化學(xué)，地球物理學(xué)以及進(jìn)化學(xué)等多門學(xué)科研究的熱點(diǎn)。不僅是多種礦產(chǎn)的天然搖床，同時(shí)又是研究極端生物的窗口，蘊(yùn)含豐富的生物資源此外，熱液與生命起源的環(huán)境相似，提出生命起源于熱液的新進(jìn)化起源假說研究熱液系統(tǒng)不僅具有現(xiàn)實(shí)意義更能有助于解釋一些基礎(chǔ)性的科學(xué)問題。7.X-Omics：基因組、轉(zhuǎn)錄組、蛋白組等多種組學(xué)分析相結(jié)合，構(gòu)建代謝網(wǎng)絡(luò)圖，理解極端微生物的遺傳調(diào)控機(jī)制。Systemsbiology：從靜態(tài)代謝網(wǎng)絡(luò)圖出發(fā)，結(jié)合代謝組學(xué)分析，建立大規(guī)模代謝網(wǎng)絡(luò)動(dòng)力學(xué)模型，理解極端微生物的代謝調(diào)控機(jī)制。8.【嗜熱機(jī)理】①在適當(dāng)?shù)腂-轉(zhuǎn)折或無規(guī)卷曲中引入Pro,通過其剛性的吡咯烷環(huán),降低蛋白質(zhì)去折疊時(shí)的骨架熵,從而使其周圍的構(gòu)象更合理。②高溫菌中高溫條件是功能蛋白成熟的必要條件：依賴一些高溫時(shí)表達(dá)的分子伴侶。③提高DNA熱穩(wěn)定性：特殊的組蛋白、高濃度鉀離子、多胺類、特殊的反轉(zhuǎn)錄DNA促旋酶?！臼塞}機(jī)理】①細(xì)胞內(nèi)的離子濃度