深渊微生物学

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深渊微生物学

 
深渊生态学是海洋生态学的一个重要分支,主要研究深渊环境中生物有机体在个体,种群及群落水平上的特征,并研究这些生物体种内及种间关系以及生物体与周围物理化学环境因素之间的相互关系。这些研究可加深人类对深渊环境系统的了解,完善海洋科学及生命科学的理论体系,并且可以用以指导人类对海洋资源与环境的可持续开发利用 (沈国英,施并章,2008)。

过去,人们曾认为深渊由于超高的静水压力、缺乏阳光、匮乏的食物供给、特殊的海底地形和活跃剧烈的构造活动等多方面极端环境因素,这片区域缺少生命活动与能量流通。但是,随着人类在上世纪50年代对深渊环境的调查开始,这些认识正在被颠覆。人们发现深渊环境的大部分物理条件如温度,盐度以及溶解氧等与其它较浅的海洋环境并无太大差别(Taira, 2005),并且发现海底深渊也存在着明显的海流(Siedler,2004)。这些发现预示着该环境可能存在着生命活动。确实,近年来大量的研究揭示该环境下有明显且活跃的生命活动。例如,在阿塔卡马海沟(Atacama trench)小型底栖生物的密度每10平方厘米可以达到6378 只(Danovaro et al., 2002),而在千岛-勘察加海沟(Kuril–Kamchatka Trench)的研究发现,海斗深渊中小型底栖生物的丰度甚至高于临近较浅的海底平原(Schmidt and Arbizu,2015)。这些发现预示着深渊环境对海洋生态系统的能量及物质循环的重要作用。

深渊中已发现存在着一些非常特殊而有趣的生命现象。例如,过去人们认为碳酸钙在低于所谓的碳酸钙补偿深度(carbonate compensation depth)将以溶解态存在,因而在低于这一深度的海域中依赖碳酸钙为主要结构组分的生物(如有孔虫foraminiferans,珊瑚corals,甲克类crustaceans等)是无法生存的。但是已经有类似生物在深渊环境被发现(Jamieson et al., 2010)。另外,海斗深渊的生物分布有着明显的地域特征,特定的深渊具有其特有的生物组成。同时,由于极端的静水压力,深渊生物可能具有特殊的机制以适应这种高压环境(Gillet et al., 1997; Martin et al., 2002; Jamieson et al., 2010; Lidbury et al., 2014; Ma et al., 2014; Yancey et al., 2014)。

目前对深渊环境的调查研究由于受技术等方面的限制而非常稀少,已经掌握的数据远不足以对深渊环境的物理,化学及生物特征进行结论性的描述,对深渊生态系统的生态结构及功能,以及其在海洋及全球物质及能量循环中的贡献知之甚少。同时,诸多深渊环境特有的生命现象仍然难以解释,其背后的原因、动态过程、调控因素、以及其对人类现有的科学及技术体系的影响仍然未知。这些方面都是深渊生态学需要解答的问题,迫切需要更多的人力物力投入以及国际性合作来推动其发展。

研究组成员:
刘如龙,博士,副教授;
王丽,博士,讲师

研究内容(Research Topics):
Ø  深渊生物群落的生态及功能结构Ecological and functional structure of hadal biological community
Ø  深渊生物群落的时间及空间变化Spatial and temporal variations of the community
Ø  生物群落与深渊物化环境的关系Relationships betweenbiological community and the physical chemical environment
Ø  深渊生态系统的地域差异Inter-trenches ecological variations

近期代表性论文专著
1)     Liu, L., S.C.K. Lau, L.T.C. Yeung, N.P.H. Ho (2015) Tracking the changes of the relative concentration of Bacteroidales DNA marker and culturable E. coli in seawater: potential use in estimating the age of fecal pollution, submitted to Letters in Applied Microbiology.
2)     Wen-Tao Tang, Ji Dai, Rulong Liu *, Guanghao Chen (2015) Microbial Ureolysis in the Seawater-catalysed Urine Phosphorus Recovery System: Kinetic Study and Reactor Verification, submitted to Water Research, with decision of moderate revision.
3)     Rulong Liu, K.H.F. Cheng, K. Wong, S.C.S. Cheng, S.C.K. Lau, (2015) Differential utility of the Bacteroidales DNA and RNA markers in the tiered approach for microbial source tracking in subtropical seawater, Applied Microbiology and Biotechnology, doi:10.1007/s00253-015-6410-y.
4)     Li Wang, Man Kit Cheung, Hoi Shan Kwan, Jiang-Shiou Hwang and Chong Kim Wong. Microbial diversity in shallow-water hydrothermal sediments of Kueishan Island, Taiwan as revealed by pyrosequencing. Journal of Basic Microbiology. 2015. DOI: 10.1002/jobm.201400811.
5)     Jin Qian, Rulong Liu, Hui Lu, Li Wei, Yanxiang Cui, Guang-Hao Chen (2015) System Evaluation and Microbial Analysis of a Sulfur Cycle-based Process for Co-treatment of Sulfur-rich Industrial Wastes and Freshwater Sewage, Water Research, accepted.
6)     Jin Qian, Hui Lu, Yanxiang Cui, Li Wei, Rulong Liu and Guanghao Chen (2014) Investigation on Thiosulfate-involved Organics and nitrogen removal by a sulfur cycle-based biological wastewater treatment process. Water Research, doi:10.1016/j.watres.2014.11.038.
7)     Tianwei Hao, Jinhai Luo, Li Wei, Hamish R Mackey, Rulong Liu, GR Morito, and Guanghao Chen (2014) Physicochemical and biological characterization of long-term operated sulfate reducing granular sludge in the SANI® Process. Water Research, doi:10.1016/j.watres.2014.12.051.
8)     Rulong Liu, Fun C. F. Chan, Clare H. I. Lun, Stanley C. K. Lau, (2012) Improving the performance of an end-point PCR assay commonly used for the detection of Bacteroidales pertaining to cow feces.Applied Microbiology and Biotechnolog, 93(4), 1703-13.
9)     Rulong Liu, Miranda H.Y Chiang, Clare H. I. Lun, P.Y. Qian, and Stanley C. K. Lau, (2010) Host-specific 16S rRNA gene markers of Bacteroidales for source tracking of fecal pollution in the subtropical coastal water of Hong Kong.Water Research, 44(20), 6164-6174.
10) Rulong Liu, Nianzhi Jiao, and Yao Zhang, (2010) Diel variation of aerobic anoxygenic photosynthetic bacteria in Xisha island of South China Sea. Aquatic Microbial Ecology, 58(3), 303-310. 
11) 王丽,焦念志. 海洋原绿球藻对环境的适应机制. 自然科学进展,2009,19: 591-598。
12) Nianzhi Jiao, Yao Zhang, Yonghui Zeng, Ning Hong, Rulong Liu, Feng Chen, Pinxian Wang, (2007) Distinct distribution pattern of abundance and diversity of aerobic anoxygenic phototrophic bacteria in the global ocean". Environmental Microbiology, 9(12), 3091-3099.