本书系统论述冰冻圈微生物学的定义、主要研究内容、发展趋势和研究意义，归纳了冰冻圈微生物学研究的基本方法，概述了冰冻圈主要组成要素（冰川、冻土、冰下湖、海冰与海底多年冻土）中微生物的研究进展，主要涵盖微生物种类、影响因素、研究意义等，阐释了冰冻圈微生物的冷适应机制，介绍了冰冻圈微生物在工农业、环境治理和医药卫生方面的应用及前景。
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前言
第1章 绪论 1
1.1 冰冻圈微生物学及其与冰冻圈科学的关系 1
1.2 冰冻圈微生物学的意义 2
1.2.1 为天体生物学研究提供线索 3
1.2.2 为古气候环境和全球变化研究提供科学依据 3
1.2.3 为拯救濒临消失的冰冻圈生态系统提供科学支撑 3
1.2.4 为全面深入了解全球的生物地球化学循环提供理论依据 3
1.2.5 为揭示生命科学领域的重大问题提供研究模型和科学资料 4
1.2.6 为经济和社会发展提供新的资源和途径 4
1.3 冰冻圈微生物学的范畴与研究内容 4
1.3.1 冰冻圈微生物学的范畴 4
1.3.2 冰冻圈微生物学的内容 5
1.4 冰冻圈微生物学的研究概况 6
1.4.1 冰冻圈主要要素微生物的研究概况 7
1.4.2 冰冻圈病毒的研究概况 9
1.4.3 冰冻圈微生物组学与生物技术的研究概况 9
1.4.4 冰冻圈微生物代谢活性的原位研究概况 10
1.4.5 中国冰冻圈微生物学的研究简介 10
思考题 10
参考文献 11
第2章 冰川微生物 13
2.1 冰川微生物种类 13
2.1.1 细菌 13
2.1.2 古菌 14
2.1.3 真菌 15
2.1.4 真核藻类 15
2.1.5 病毒 16
2.2 冰川微生物多样性和分布特征 17
2.2.1 冰川雪微生物 17
2.2.2 冰川冰微生物 19
2.2.3 冰尘穴微生物 23
2.2.4 冰川上空微生物 24
2.3 冰川微生物的研究意义 26
2.3.1 冰川微生物的气候环境指示意义 26
2.3.2 历史上的冰雪事件与生命演化 29
2.3.3 地外冰环境与地外生命探索 30
思考题 31
延伸阅读 31
参考文献 31
第3章 冻土微生物 33
3.1 冻土微生物的活性 34
3.2 冻土微生物的数量、多样性及群落组成特征 35
3.2.1 冻土微生物的数量 35
3.2.2 南北极冻土微生物的多样性和群落组成特征 38
3.2.3 中国高海拔地区冻土微生物的多样性和群落组成特征 40
3.3 全球气候变化下的冻土微生物响应 42
3.4 冻土微生物在生物地球化学过程中的作用 43
3.4.1 甲烷产生和氧化 43
3.4.2 有机质降解 44
3.4.3 氮循环 45
3.4.4 铁还原 45
3.4.5 硫循环 45
思考题 46
参考文献 46
第4章 冰川前缘裸露地微生物 48
4.1 冰川前缘裸露地微生物的种类 49
4.1.1 细菌数量及其群落结构特征 49
4.1.2 古菌数量和群落结构特征 51
4.1.3 真菌数量和群落结构特征 52
4.1.4 病毒数量和群落结构特征 52
4.2 冰川前缘裸露地中微生物与生态环境的相互关系 53
4.2.1 微生物与碳和氮的关系 53
4.2.2 微生物与土壤磷含量的关系 54
4.2.3 微生物与土壤硫含量的关系 54
4.2.4 微生物与土壤酸碱度的关系 54
4.2.5 微生物与土壤酶活性的关系 55
4.2.6 微生物与植物的关系 55
4.2.7 微生物与冻融的关系 55
4.3 冰川前缘裸露地中微生物演替策略与生物地理格局 56
4.3.1 冰川前缘裸露地中微生物的演替策略 56
4.3.2 冰川前缘裸露地生物地理格局 57
思考题 57
参考文献 58
第5章 冰下湖微生物 59
5.1 冰下湖生境 59
5.1.1 南极冰下湖 59
5.1.2 北极冰下湖 61
5.2 冰下湖微生物的分布特征 61
5.2.1 冰下湖微生物的丰度及形态 62
5.2.2 冰下湖异养微生物的分布 64
5.2.3 冰下湖自养微生物的分布 64
5.3 冰下湖微生物与环境的相互作用 65
5.3.1 冰下湖微生物的异养过程 65
5.3.2 冰下湖微生物的自养过程 65
5.4 冰下湖微生物研究的意义 67
5.4.1 稀有基因资源 67
5.4.2 生命演化的证据 67
5.4.3 地外生命的探索 68
思考题 69
延伸阅读 69
参考文献 69
第6章 海冰与海底多年冻土微生物 71
6.1 海冰微生物 71
6.1.1 海冰微生物的种类 71
6.1.2 海冰微生物的数量 74
6.1.3 海冰微生物的活性 75
6.1.4 环境变化对海冰微生物的影响 77
6.2 海底多年冻土微生物 77
6.2.1 海底多年冻土中的微生物活性 78
6.2.2 海底多年冻土中的微生物多样性 78
6.2.3 海底多年冻土微生物与天然气水合物的关系 79
思考题 79
延伸阅读 79
参考文献 79
第7章 冰冻圈微生物的冷适应机制 81
7.1 冰冻圈微生物冷适应的形态结构特征 81
7.2 冰冻圈微生物冷适应的生理生化机制 82
7.2.1 提高细胞膜结构稳定性 82
7.2.2 合成低温酶 83
7.2.3 合成冷适应蛋白质 85
7.2.4 产生低温保护剂 87
7.3 冰冻圈微生物冷适应的组学特征 89
7.3.1 冰冻圈微生物的基因组学特征 89
7.3.2 冰冻圈微生物的蛋白组学 90
7.3.3 冰冻圈微生物的转录组学 91
思考题 92
延伸阅读 92
参考文献 92
第8章 冰冻圈微生物资源及应用前景 94
8.1 冰冻圈微生物资源 94
8.1.1 嗜冷微生物资源 94
8.1.2 耐冷微生物资源 95
8.1.3 冰冻圈中的微生物新种资源 95
8.2 冰冻圈微生物功能基因资源 100
8.2.1 可培养微生物的功能基因资源 100
8.2.2 微生物宏基因组的功能基因资源 100
8.3 冰冻圈微生物资源应用 101
8.3.1 低温酶在食品工业中的应用 102
8.3.2 冰冻圈微生物在环境治理中的应用 103
8.3.3 冰冻圈微生物资源在医药上的应用及前景 104
思考题 106
延伸阅读 106
参考文献 106
第9章 冰冻圈微生物学的研究方法 108
9.1 采样方法 108
9.1.1 采样前准备 108
9.1.2 雪冰采样方法 109
9.1.3 冻土采样方法 110
9.1.4 冰下湖采样方法 111
9.1.5 海底多年冻土采样方法 112
9.1.6 样品的运输与保存 112
9.2 冰冻圈微生物分析方法 113
9.2.1 基于活体微生物的研究方法 113
9.2.2 基于分子生物学的研究方法 114
9.2.3 其他研究方法 118
9.3 生物信息学在冰冻圈微生物研究中的应用 119
9.3.1 常用数据库 119
9.3.2 常用软件 120
9.3.3 常用分析方法 122
思考题 129
参考文献 129
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