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海洋是地球上最大的生态系统,地球表面约71%的面积被海洋覆盖。海洋中蕴含着大量的生物资源,尤其是微生物资源,但目前仍有许多海洋微生物未被发现与挖掘。作为海洋环境的重要组分,微生物不仅具有丰富的物种多样性和出色的环境适应性,还可以通过产生相应的胞外酶使得高分子量有机物降解为能够被转运利用的小分子物质,参与并影响海洋有机物循环过程。而目前还没有对东海及黄海海域原位胞外酶活的详细报道,特别是高分子量底物,其胞外酶分布模式、种类及影响因素尚不清楚。另外,对北极可培养细菌胞外酶活性的报道也相对较少。本论文针对以上问题分别对中国近海和北极海域表层海水中细菌多样性和海洋胞外酶活性进行了较为详细地研究,并且对一株分离自南海表层海水的细菌进行了系统的多相分类学研究,最终明确了该菌株的分类学地位。1.中国南海表层海水可培养细菌多样性分析及Parvularcula marina SM1 705T多相分类研究通过对南海表层海水样品中可培养菌株的分离鉴定,研究该环境下的物种多样性。该样品中的可培养细菌主要属于Actinobacteria和Proteobacteria门,其中Microbacterium、Erythrobacter及Parvularcula属为优势种群,分别占全部可培养菌株的23.7%、7.9%和6.2%。另外,从该表层海水样品中分离得到一株新菌,编号为SM1705。菌株SM1705是一株异养且好氧的革兰氏阴性菌,其细胞呈短杆状,黄色,有鞭毛。该菌株的生长温度范围为10-40℃,最适的生长温度为35℃;其生长的NaCl浓度范围是0.5-13%（w/v）,最适的NaCl浓度为1%;其生长的pH范围是6.0-9.0之间,最适的pH为8.0。菌株SM1705的主要脂肪酸是Summed feature 8,C16:0和C18:0。该菌株的主要极性脂包括三种未知结构的糖脂（three unidentified glycolipids,GL1-3）及一种未知结构的脂类（one unidentified lipid,L1）。菌株SM1705T的细胞基因组DNAG+C含量为59.3%。菌株SM1705与Parvularcula属中的成员Parvularcula bermudensis相似度最高,为96.0%。基于16S rRNA基因序列的系统发育树显示菌株SM1705与P.bermudensis、P.oceani、P.lutaonensis、P.dongshanensis 和 P.flava 集结成簇,同时其又形成了一个独立的进化分支。基于以上的多相分类学数据,菌株SM1705代表Parvularcula属中一个新种,命名为Parvularcula marina sp.nov.,菌株 SM1705T（=KCTC 26795T=MCCC 1K03505T=CCTCC AB 2018345 T）。2.中国黄海、东海表层海水原位酶活分析通过对黄海及东海海域中不同站点处表层海水原位酶活的测定,分析了该海域表层胞外酶的分布模式、种类及影响因素。在总胞外酶活性中,磷酸酶和酪蛋白酶显示出较高的活性,表明二者对于海洋生态系统中磷、氮元素的循环具有重要的作用。虽然α-葡萄糖苷酶和β-葡萄糖苷酶都能通过水解低聚糖释放单糖,但β-葡萄糖苷酶的活性远高于α-葡萄糖苷酶,这说明了 β-葡萄糖苷酶在海洋碳循环过程中发挥重要作用。对游离胞外酶活性而言,酪蛋白游离酶活性最高,其次是几丁质酶、纤维素酶及褐藻胶裂解酶游离酶,而磷酸酶、β-葡萄糖苷酶及N-乙酰-β-葡萄糖苷酶游离酶活性与总酶活相比均有所减弱,这表明酪蛋白酶及多糖水解酶多为游离酶,其他相应的酶可能是细胞或颗粒附着酶。近岸海域,尤其是近河口海域,与离岸海域相比原位胞外酶具有更高的活性,其主要受叶绿素a、盐度及PO43-含量所驱动。此外,原位胞外酶活性与该环境中的微生物种群结构也有一定的联系,本章中测到的较高的酶活性可能与Roseobacter、Alteromonas 和 Pseudoalteromonas 属有关。3.北极表层海水可培养细菌多样性分析及部分菌株产酶能力研究通过分离鉴定北极表层海水样品中的可培养细菌来研究该样品中的细菌多样性。结果发现,该样品中的可培养细菌主要属于Bacteroidetes和Proteobacteria门,相对应的Cellulophaga和Pseudoalteromonas属为优势种群。通过对不同底物的降解实验发现63%的实验菌株具有降解高分子量底物的能力。在这些细菌中,65%的菌株可以降解酪蛋白,这些产蛋白酶菌株主要属于Pseudoalteromonas属;35%的菌株能够降解纤维素,其中Lacinutrix属占绝对优势;71%的菌株具有降解褐藻胶的能力,这些产褐藻胶裂解酶酶的菌株主要属于Pseudoalteromonas和Lacinutrix属;29%的细菌具有降解淀粉的能力,这些产淀粉酶的菌株主要属于Pseudoalteromonas属;而产几丁质酶和酯酶的菌株是Aeromonas及Cellulophaga属。同时根据基因组胞外酶注释分析,发现在此样品中能够降解多种底物的可培养菌株主要属于Aeromonas、Cellulophaga和Pseudoalteromonas 属。4.Cellulophaga sp.SM-W46在不同培养温度下的胞外酶活性研究Cellulophaga sp.SM-W46是一株可以降解酪蛋白、纤维素和几丁质等多种底物的细菌。利用聚球藻Synechococcus sp.PCC7002的细胞裂解液作为培养基,以C.sp.SM-W46作为研究对象,通过测定在不同培养温度下的胞外酶活性来研究温度对该菌株所产的胞外酶活性及种类的影响。本章利用荧光小分子模拟底物检测到了五种胞外酶活性,其中亮氨酸氨肽酶活性最高,磷酸酶、几丁质酶及糖苷酶活性较低。通过检测游离酶活性,发现磷酸及酪蛋白游离酶活性与总胞外酶活性相比差异较小,几丁质游离酶活性与总酶活相比有所降低,β-葡萄糖苷游离酶活性甚至无法检测到,猜测磷酸酶与酪蛋白酶可能多为游离酶,β-葡萄糖苷酶及几丁质酶多为附着酶。不同的培养温度对氨肽酶活性产生了一定的影响,但对磷酸酶、几丁质酶与糖苷酶活性影响不大,猜测这也可能与培养温度梯度较小有关。综上所述,不同的培养温度可能会使该菌株的胞外酶活性发生一定变化,但目前还未明确培养温度对该菌株胞外酶活性的具体调控作用。综上所述,研究中国近海和北极海域表层海水中细菌多样性和海洋胞外酶活性及影响因素,不仅可以开发利用微生物及酶资源,同时可以增强对海洋有机物循环过程的理解。