中文摘要：

南极大气中的臭氧层"空洞"使南极地区受到强烈的紫外辐射。细菌是理想的紫外辐射的指示生物。紫外辐射导致南极表层海水中过氧化氢浓度较高，表层海水细菌面临氧化胁迫。过氧化氢酶是保护生物体结构完整和代谢正常所必需的抗氧化酶，是保证南极海水细菌生存的重要因素。申请人认为过氧化氢酶多样性水平能反映南极表层海水细菌所处的水层深度及紫外辐射的强弱；过氧化氢酶多样性的变化能间接地反映紫外辐射的变化及其生物学效应。本项目从不同深度的夏季南极长城站附近表层海水样品中，以PCR扩增过氧化氢酶基因并构建文库，以RFLP对文库中的过氧化氢酶分类并测序，确定过氧化氢酶系统发生学，计算多样性指数，建立研究过氧化氢酶多样性的分子生态学方法，阐明南极表层海水细菌过氧化氢酶多样性同紫外辐射的关系。本项目的结果可以将细菌过氧化氢酶多样性作为紫外辐射效应的生物指示物，反映南极表层海水生态系统受紫外辐射影响的情况。

结论摘要：

过氧化氢酶是好氧微生物生命活动中一直保持活性的重要持家蛋白。海洋中广泛存在低温环境，低温条件下氧气溶解度增大，氧浓度提高使低温微生物更容易受到活性氧的影响。过氧化氢酶是好氧低温生物代谢必需的抗氧化酶。过氧化氢酶研究对于认识海洋微生物在低温下有氧代谢活动规律有重要意义。海水表层过氧化氢含量受到太阳紫外线辐射的影响，南极表层海水中H2O2浓度可达1.45μmol/L。生活在含高过氧化氢的表层海水中的细菌面临氧化胁迫，这些细菌只有具备较高活性的过氧化氢酶才能维持代谢活动正常进行。海水表面受到紫外辐射影响大，紫外线对微生物过氧化氢酶选择压力大，推测趋同进化导致过氧化氢酶多样性水平降低。为了深入认识海洋微生物过氧化氢酶的生态作用，验证南极表层海水过氧化氢酶多样性较低的假说，开展过氧化氢酶多样性分子生态学研究。首先建立研究微生物过氧化氢酶多样性的方法。设计了PCR扩增海水细菌过氧化氢酶基因的简并引物，以黄海表层海水样品总DNA为模板，4对简并引物扩增出最长达900bp的过氧化氢酶基因片段；筛选出限制性内切酶MboI用于分析PCR产物的酶切片段长度多态性；最后对不同类型的PCR-PFLP过氧化氢酶基因进行测序，证明可用于研究海洋过氧化氢酶基因多样性。使用此方法检测南极长城站近海表层海水中微生物过氧化氢酶的多样性。使用多种DNA提取方法以及不同的引物对扩增，最终从三个站位的海水样品中扩增的过氧化氢酶片段文库中一共获得140个阳性克隆，仅含有五种过氧化氢酶，包括两种细菌过氧化氢酶和三种真菌过氧化氢酶，这说明过氧化氢酶多样性水平很低。南极夏季强紫外辐射的环境给表层海水微生物过氧化氢酶施加了强选择压力，使几种高活性过氧化氢酶在表层海水微生物群落中占优势，而活性较低的过氧化氢酶则被取代，过氧化氢酶种类减少，多样性水平降低。实验结果和理论预期一致。这一发现深化了对南极海洋细菌抗氧化能力的认识，从生态学角度考察了南极海洋细菌适应极端环境的机制。说明南极微生物过氧化氢酶多样性是海洋微生物生态学中值得关注的生态因素，它能反映出紫外辐射对南极海水中微生物的影响，有望成为考察紫外辐射的间接指标。