南极地衣群落光合活性及碳代谢-中国极地科学考察管理信息系统.DOC

南极地衣菌藻分离培养与共生重建 所属项目：荒漠地衣固沙固碳缓解沙尘暴及全球变暖的可行性研究（40万）所属学科：微生物学所在队次：中国第28次南极科学考察队? 观测平台：长城站?? 1. 项目相关人员 负责人：魏江春 中国科学院微生物研究所 [暂无极地考察记录][相关论文] ?现场执行人：?张 涛 中国科学院微生物研究所 [极地现场考察1次] 曹叔楠 中国科学院微生物研究所 [暂无极地考察记录] ? ? 2. 考察背景、目的和意义 南极洲位于地球的最南端，面积为1390万平方公里，95％以上的面积为厚度极高的冰雪所覆盖。由于纬度高、海拔高，空气稀薄，再加上冰雪表面对太阳辐射的反射等，使得南极成为世界上最为寒冷的地区。南极大陆绝大部分地区年降水量不足250毫米，仅大陆边缘地区可达500毫米左右。全洲年平均降水量为55毫米，大陆内部年降水量仅30毫米左右，有“白色荒漠”之称。除了严寒与干燥以外，南极大陆还是世界上风力最强和最多风的地区。 地衣是一类由特殊的专化性真菌（也称“地衣型真菌”、“地衣共生菌”或“共生菌”）与藻类或蓝细菌（也称“共生光合生物”、“地衣共生藻”或“共生藻”）共生而成的有机体，迄今已知有约1.5万种，在全世界已知的7万余种真菌中，地衣型真菌占据了约1/5，其中子囊菌的近1/2都是地衣型真菌（Honegger, 1991）。地衣是一种变水生物，在自然条件有所改变时，地衣会迅速改变细胞内水分含量，同时相应地改变呼吸或光和作用等生理反应，抵御不利环境造成的损伤。地衣的这种特性，使其在其他生物难以生存的寒、旱等极端陆生环境中占据绝对优势，是自然界抗逆性最强的生物类群之一。2005年，欧洲空间局联合俄罗斯航天局，共同实施了极地地区地衣生存实验：采自南极的两种地衣——地图衣（Rhizocarpon geographicum）与丽石黄衣（Xanthoria elegans）由俄罗斯“光子-M2”返回式实验卫星送入了太空，完全暴露在开放的宇宙空间之中达半个月之久，承受着真空、失重、温度剧烈变化、杀伤力极强的宇宙射线辐射等残酷条件的考验。这些地衣全部存活，并且当返回地球置于适宜的环境中后，于24小时内重新恢复代谢活性（Sancho et al., 2007）。 由于南极的气候酷寒、干燥、风大、日照量极少，严重制约了陆地植物的生长和发育，因此南极大陆植物的种类和数量都非常稀少，甚至远逊于北极地区。据不完全记载，只有约350余种地衣、150多种苔藓；而有花植物仅有石竹科及禾本科植物各一种。相比之下，北极地区仅有花植物就有100多种，地衣更是达2000种以上，苔藓也超过了500种。 现有研究表明，地衣在南极大陆生态系统中占有重要地位。由于地衣是南极大陆最为丰富的物种，本身包括可进行光合作用的共生光合生物；并且南极地衣普遍表现出嗜冷活性，某些南极地衣物种，譬如Umbilicaria aprina、Umbilicaria antarctica及Xanthoria elegans等在0°C以下时仍有光合活性，光合作用的最低温度甚至可以低达-15～-10°C（Bartak et al. 2007; Schroeter and Scheidegger, 1995），因此在南极大陆生态系统的碳循环中发挥着重要作用(Gremmen et al. 1995; Harrisson et al. 1989; Kappen et al. 1991; Kappen and Redon 1987; Kappen et al. 1998; Schroeter et al. 1997)。同时，部分南极地衣的共生藻为蓝细菌，在氮素循环中意义重大(Crittenden 1998; Dahlman et al. 2004; Hovenden 2000)。 南极地衣也可以产生独特的色素或代谢产物，这些产物具有抗菌、抗氧化或细胞毒等活性(Edwards et al. 2003; Holder et al. 2000; Ivanova et al. 2002; Villar et al. 2005)，也可作为酶抑制剂或引发免疫反应 (Bhattarai et al. 2008; Choi et al. 2009; Correche et al. 2004; Luo et al. 2009; Paudel et al. 2010)。此外，地衣生长缓慢可以用来估算南极冰川的年龄，也可用来推断全球气候变化对南极冰川及环境的影响(Golledge et al. 2010; Roberts et al. 2010)。 综上可见，南极地衣具有重大的生态价值和应用潜力。不过，生长缓慢限制了地衣在南极生态系统中重要作用的发挥。目前，研究者对通过对地衣共生菌、共生藻进行分离、