负责老师：X老师

大家好，我是本次研学的指导师，X老师，欢迎大家来体验《海洋微生物》的研学课程。

海洋微生世界里有哪些神奇的“小伙伴”？海洋微生物在海洋食物链中有什么重要的作用？和老师一起，去探寻海洋世界中各类微生生物与植物，发现和了解它们的生活习性和特点，多维度多层次的去认知海洋世界，懂得如何去守护海洋生态世界的平衡。

二、关于“海洋微生物”（9分钟）地点：暂定

活动目标：

了解海洋微生物的概念、分类以及神奇的微生物

活动准备：

PPT

我们知道海洋是地球上最广阔的水体的总称，约占地球表面积的71%。而海洋中有着各式各样的生物在生存，目前已知的海洋生物有20多万种，预测还有10倍的生物未被发现。

而覆盖地球表面约70%的海洋是一个巨大的太阳能转换器，全球约一半的初级生产来自海洋。据估计，海洋中约90%的生物质是微生物，它们在能量转换中起着核心作用。

什么是海洋微生物呢？

海洋微生物来自（或分离自）海洋环境，其正常生长需要海水，并可在寡营养、低温条件（或高压、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均可称为海洋微生物。海洋微生物主要包括真核微生物（真菌、藻类和原虫）、原核微生物（海洋细菌、海洋放线菌和海洋蓝细菌等）和无细胞生物 （病毒）。

海洋微生物的一些图片

我们一起认识一下海洋有哪些神奇的微生物吧！

1.小身板，大作用

提起光合自养生物，人们首先会想到陆地上的植物，其实，海洋里也有大量光合自养生物。比如聚球藻、原绿球藻、球石藻等，它们可以通过光合作用，为食物链上一层的消费者提供丰富的有机物，最终形成丰富的渔业资源。

最具代表性的就是原绿球藻。原绿球藻拥有进行光合作用的所有部件，更特别的是，它还具有地球上独一无二的光合色素——二乙烯基叶绿素。原绿球藻还有一个神奇的技能，它可以利用海洋深处微弱的光合成大量的有机物。众所周知，一般植物都需要氮营养，比如硝酸盐氮（硝态氮）是陆地施肥最常用的化肥之一。但有些原绿球藻却不需要。科学家通过实验证明，这是因为原绿球藻没有编码硝酸氮还原酶的基因，可能与原绿球藻这一古老物种起源时地球尚处在无氧状态有关。

如果能将原绿球藻高效利用弱光进行光合作用的基因移植到经济作物上，极有可能提高这些作物的光合作用水平，增强它们生产有机物的能力。这对高温多雨、日照不足的我国南方的一些地区意义重大。

海洋微生物食物网

最耐高温的微生物

深海中发现了一种微生物，它长期存在于含铁和硫等矿物的深海热喷口附近。

这种生物在加热到121℃时，仍具有繁殖能力，因此被命名为strain121。

strain121用铁来进行能量转换，它的呼吸作用在还原三价铁到亚铁的过程中吸收能量并形成了磁铁矿，这也是大约20亿年前地球上沉积的大部分含磁矿物的来源。

strain121通过复制繁殖，成为热液口食物的提供者和这个独特食物链的起始。正是有了它，才有了整个海底热液口生物群落。

会发光的细菌

海洋中的细菌一般都具有发光作用，称作“细菌发光”。细菌发光属于生物发光，这是一种奇特的呼吸现象。

你见过乌贼也能发光吗？夏威夷短尾乌贼居住在深海黑暗之处，能够自己产生光线。因为在它身体里住着一种特殊的细菌，这种细菌体内的化学物质使乌贼在海中闪闪发光，这种现象叫做生物发光。

萤火鱿，鱿鱼内脏并非自己发光，是发光细菌为它提供了发光的能力，两者之间是相互利用的共生关系，鱿鱼猎捕食物，而细菌则帮助鱿鱼发光让其抵御天敌。

鮟鱇鱼俗称结巴鱼、蛤蟆鱼、海蛤蟆、琵琶鱼等。它头上的那根肉状突出里面长满了发光细菌，这些细菌发出的光，不但能做诱饵，帮鮟鱇鱼引诱猎物，还能帮它们找到伴侣。

海洋细菌虽然肉眼看不到，但是它们在茫茫大海中有着顽强的生命力。当海洋生态系的动态平衡遭受某种破坏时，海洋细菌以其敏感的适应能力和极快的繁殖速度，迅速形成异常微生物区系，积极参与氧化、还原活动，调整和促进新动态平衡的形成和发展。

下面请看一组纪录片，看看海洋微生物的秘密生活吧！（2分20秒）

三、海洋微生物的作用（15分钟）地点：暂定

活动目标：

了解海洋微生物的作用

活动准备：

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既然海洋中百分之九十的生物是微生物，那它肯定有着了不起的作用，我们一起了解一下。

与陆地相比，海洋环境以高盐、高压、低温和稀营养为特征。海洋微生物长期适应复杂的海洋环境而生存，因而有其独具的特性。

作为分解者它促进了物质循环；在海洋沉积成岩及海底成油成气过程中，都起了重要作用。还有一小部分化能自养菌则是深海生物群落中的生产者。海洋细菌可以污损水工构筑物，在特定条件下其代谢产物如氨及硫化氢也可毒化养殖环境，从而造成养殖业的经济损失。但海洋微生物的颉颃作用可以消灭陆源致病菌，它的巨大分解潜能几乎可以净化各种类型的污染，它还可能提供新抗生素以及其他生物资源，因而随着研究技术的进展，海洋微生物日益受到重视。

海洋生态系统图片

在海洋环境中的作用。海洋堪称为世界上最庞大的恒化器，能承受巨大的冲击（如污染）而仍保持其生命力和生产力；微生物在其中是不可缺少的活跃因素。自人类开发利用海洋以来，竞争性的捕捞和航海活动、大工业兴起带来的污染以及海洋养殖场的无限扩大，使海洋生态系统的动态平衡遭受严重破坏。海洋微生物以其敏感的适应能力和快速的繁殖速度在发生变化的新环境中迅速形成异常环境微生物区系，积极参与氧化还原活动，调整与促进新动态平衡的形成与发展。从暂时或局部的效果来看，其活动结果可能是利与弊兼有，但从长远或全局的效果来看，微生物的活动始终是海洋生态系统发展过程中最积极的一环。

海洋中的微生物多数是分解者，但有一部分是生产者，因而具有双重的重要性。实际上，微生物参与海洋物质分解和转化的全过程。海洋中分解有机物质的代表性菌群是：分解有机含氮化合物者有分解明胶、鱼蛋白、蛋白胨、多肽、氨基酸、含硫蛋白质以及尿素等的微生物；利用碳水化合物类者有主要利用各种糖类、淀粉、纤维素、琼脂、褐藻酸、几丁质以及木质素等的微生物。此外，还有降解烃类化合物以及利用芬香化合物如酚等的微生物。海洋微生物分解有机物质的终极产物如氨、硝酸盐、磷酸盐以及二氧化碳等都直接或间接地为海洋植物提供主要营养。微生物在海洋无机营养再生过程中起着决定性的作用。某些海洋化能自养细菌可通过对氨、亚硝酸盐、甲烷、分子氢和硫化氢的氧化过程取得能量而增殖。在深海热泉的特殊生态系中，某些硫细菌是利用硫化氢作为能源而增殖的生产者。另一些海洋细菌则具有光合作用的能力。不论异养或自养微生物，其自身的增殖都为海洋原生动物、浮游动物以及底栖动物等提供直接的营养源。这在食物链上有助于初级或高层次的生物生产。在深海底部，硫细菌实际上负担了全部初级生产。

海洋生态系统结构图

在海洋动植物体表或动物消化道内往往形成特异的微生物区系，如弧菌等是海洋动物消化道中常见的细菌，分解几丁质的微生物往往是肉食性海洋动物消化道中微生物区系的成员。某些真菌、酵母和利用各种多糖类的细菌常是某些海藻体上的优势菌群。微生物代谢的中间产物如抗生素、维生素、氨基酸或毒素等是促进或限制某些海洋生物生存与生长的因素。某些浮游生物与微生物之间存在着相互依存的营养关系。如细菌为浮游植物提供维生素等营养物质，浮游植物分泌乙醇酸等物质作为某些细菌的能源与碳源。

由于海洋微生物富变异性，故能参与降解各种海洋污染物或毒物，这有助于海水的自净化和保持海洋生态系统的稳定。

作为海洋微生物资源开发的前提，海洋微生物多样性的研究也得到了迅速发展 ，尤其是随着分子生物学技术的迅速发展和计算机的普遍应用，可以在不经培养的条件下研究海洋微生物的多样性，使海洋微生物多样性的研究进入了一个崭新的阶段 。20世纪以来，人们一直采用分离培养的方法来研究海洋微生物的多样性，即将海洋微生物从环境中分离纯化，然后通过一般的生物化学性状或者特定的表现型来分析其多样性。然而，随着人们对海洋微生物研究的不断深入，发现这种方法并不能全面地反映海洋微生物多样性的现状，因为海洋中微生物往往集结在一起，一些微生物经常处于“活的非可培养状态”。海洋微生物不仅能够为人类提供种类繁多、分子结构新颖、化学组成复杂和生理活性特异的海洋天然产品，是海洋药物、保健食品和生物材料的巨大宝库，而且在海洋生态环境保护、地球物质循环和能量转换等方面具有非常显著的作用，因而开发利用海洋微生物资源具 有非常大的意义，也是海洋生物技术开发的重要内容。海洋微生物不仅普遍具有耐盐和液化琼脂的能力，而且具有特异 的遗传和代谢特性，往往能产生不同于陆地来源的分子结构新颖独特的新型化合物，是研究开发海洋生物活性物质的重要资源 ，并且可以持续利用 而不会导致海洋物种和海洋生态环境失衡。海洋微生物本身所具有的生长周期短、代谢易于调控、菌种易选育和可通过大规模发酵实现工业化等特点更加速了海洋生物活性物质研究开发的产业化步伐。目前，海洋微生物天然活性物质的开发应用已取得了很多成果。且主要体现在海洋药物的开发应用，例如已经从海洋细菌、放线菌、真菌等微生物体内分离到多种具有较强生物活性的物质，包括毒素、抗生素、不饱和脂肪酸、类胡萝卜素等，并着手于这些物质的工业化生产。但是，海洋微生物天然活性物质结构复杂多样，有效成分含量低和生产提取成本高等问题在一定程度上制约了海洋微 生物天然活性物质生产的工业化进程和临床应用。可喜的是在各国政府对海洋微生物天然活性物质的开发进行投资的同时，许多医药保健企业(包括中国的企业)也投入大量资金进行研究开发，使海洋生物活性物质的开发进入了一个快速发展的阶段。今后对海洋微生物活性物质研究的重点将是：通过加深对海洋微生物尤其是非可培养细 菌的生态分布规律及其多样性的了解，寻找新型化合物；确定活性物质的初级和次级代谢的遗传、营养和环境因素，作为开发新的和高级产品的基础 ；鉴定具有生物活性的化合物，并确定它们的作用机理和天然功能，为一系列新 的和有选择的活性物质在医药和化工上的应用提供模型。

生物修复是治理海洋环境污染、海洋生态系统功能紊乱的一副防治结合良药 ，其实质就是利用海洋微生物的新陈代谢能力及基因的多样性 ，转化为无 污染的终产物，重新进入生物地球化学循环的过程。海洋微生物具有分布广泛，数量众多，代谢类型多样和适应突变能力强等特点，是海洋污染环境生物修复的主体，任何存在污染物的地方都会出现相应 的降解微生物，并存在着或强或弱的生物降解作用。目前，应用微生物降解原理治理海洋污染环境已取得了很大的成功，并得到了广泛的认可。它不仅经济安全，而且所处理过的污染物阈值低和残留少，具有良好的应用前景，正受到世界各国的普遍重视，其相关研究也十分活跃。预计随着研究水平的不断提高和范围不断扩大，一些更加有效和适应性更强的工程 微生物将会诞生，并将产生更大的经济和社会效益。研究海洋微生物多样性，不仅可以为开发利用海洋微生物资源提供重要的参考依据，为人类提供更多更好的物质来源，还可以为人类了解生命起源和进化提供重要的线索 ，甚至会推翻一些传统的生命理论。而现代化生物技术在海洋微生物多样性研究 中的应用，克服了传统分离培养方法的限制，使对海洋微生物多 样性的研究朝定量化前进了一大步，大大丰富了海洋微生物的多样性，并改变了人们对海洋生态系统的传统理念，加速了海洋微生物学科的发展。同时，也应看到，现代生物技术不仅所需费用较高 ，而且方法本身还存有不足，已有研究表明，纯培养条件下得到的微生物的测序结果与直接对样品检测的结果相差很大，因此，在对利用现代生物技术所取得的结果进行理论探讨时，应该时刻考虑到方法的代表性和稳定性。

我们一起来了解一下，可以“吃掉”塑料的海洋真菌（2分39秒）：

四、神奇的小球藻（30分钟）地点：暂定

活动目标：

用显微镜神奇的小球藻

活动准备：

显微镜、载玻片、小球藻标本

小球藻（Chlorella）为绿藻门小球藻属普生性单细胞绿藻，是一种球形单细胞淡水藻类，直径3～8微米，是地球上最早的生命之一，出现在20多亿年前，是一种高效的光合植物，以光合自养生长繁殖，分布极广，它的特点如下：

●首先是叶绿素含量高，小球藻叶绿素含量可以达到螺旋藻的几倍，是自然界中最高的种类；

●第二点就是光合效率高，最大可达到其他植物的几倍；

●第三个特点是生长速度快，是地球上动植物中唯一能在20h增长4倍的生物；

●最后一点就是蛋白含量特别高，蛋白含量最高的可达到70%。

小球藻可以作为食品，特征是蛋白含量高/质量高、叶绿素高、脂肪酸中不饱和成分含量高、微量元素和维生素种类多含量丰富，可以作为天然色素和调香剂加入到食品中，可以制成小球藻糖，小球藻冰淇淋等。

显微镜下的小球藻像绿宝石一样。

你们还记得如何使用显微镜吗？

一取二放三安装，四转低倍五对光。

六上玻片七下降，八升细调找物像。

看完低倍找高倍，九退整理镜归箱。

    2．显微镜使用的四个“先后”：

（1）先低后高：观察时先使用低倍物镜，再使用高倍物镜。

（2）先大后小：对光时，先使用大光圈，再使用小光圈。

（3）先下后上：观察时，先使镜筒缓缓下降，再缓缓上升。

（4）先粗后细：观察时先使用粗准焦螺旋，再使用细准焦螺旋。

3．观察时，先让镜筒缓缓下降，此时眼睛要看着物镜，目的是防止物镜镜头压碎玻片，然后眼睛观察目镜，此时镜筒只能上升，不再下降。

同学们2人一组，提取小球藻并观察，需要帮助的同学举手向老师寻求帮助。

六、收获与分享（5分钟）

同学们都看到了美丽的小球藻“绿宝石”，真棒！今天我们初步认识了海底微生物，谁可以和老师分享一下收获和感想？

说的不错，海洋微生物在海洋生态环境保护、地球物质循环和能量转换等方面都具有非常显著的作用，希望通过这节课让大家更好的了解和认识了海洋中的微生物，并且在日常生活中保护海洋，爱护海洋，为海洋的生态保护贡献出自己的一份力量。用自己的理解为小球藻用文字加画画的形式设计一份简介哦！

七、结束语

今天的研学课程到这里就结束啦！非常感谢同学们陪老师度过的愉快时光，期待我们下次再见！

八、课程反思