从古至今，人类对于深海的探索从未停止过。近期，我国研究团队在深海装备系统领域取得进展。由我国海事相关高校和科研院所等单位组成的项目研究团队，围绕深海微生物原位采样和宏基因组分析核心技术进行研究，完成了国内首例自主深海微生物原位采样和宏基因组分析。原位采样水下航行器（以下简称“航行器”）研制。

“水文、理化数据和生物样本分析数据的同步是海洋科学研究面临的问题，影响调查研究的及时性。飞行器及配套系统的发展使我国具备了原位探测能力。”深海微生物和原位核酸样品的提取和保存能力为深海和远海生物多样性调查、遗传资源开采和功能资源利用提供了重要保障。我国海洋勘探装备领域的突破。”中国海洋大学项目与海洋生物总经理表示。学院院长、中国工程院院士包振民表示。

传统检测技术有哪些缺点？飞机研制过程中取得了哪些技术突破？这些技术如何支持深海微生物勘探工作？近日，记者就上述问题采访了相关研发人员。

传统采样技术存在缺陷

深海是地球系统中最大的栖息地。其独特的高盐、高压、低温、低营养、无光照的生态系统，蕴藏着尚未被人们认识和开发的微生物资源。深海微生物适应极端的生存环境，形成特殊的基因类型、生理机制和代谢产物。因此，深海微生物的勘探与研究有助于阐明生命起源与进化、环境适应和生态效应等重大科学前沿问题，也是开发深海资源的重要途径。

深海微生物基因的探索一度受到采样技术的限制。传统的深海微生物采样技术主要依靠船舶定点大规模水体采样、ROV远程操作采样或深海底平台静态采样。这些技术和设备通常需要配合母船进行短期作业，将采集到的样本带回实验室。稍后分析。

然而，传统的检测方法需要“大量水样采样、船载过滤、冷冻保存、核酸提取”等过程。许多微生物在采样过程中因环境突变而导致核酸严重降解，导致深海原位分析变得困难。微生物在一定条件下的群落组成和基因表达模式带来了挑战。此外，中国海洋大学海洋生物学院教授王世提表示，海洋微生物分布面积广、深度梯度大，研究其分布格局和特征需要长期连续观测和深入研究。 -原位采样。

“深海微生物具有分布范围广、尺寸变化大、进化周期长的特点，如何在海洋高压、高腐蚀、变密度等环境下实现小型化多通道采样仪器的设计，让采样设备同时具备环境适应性和长期性的移动、敏捷导航、原位采样和高保真保存能力是深海微生物自主采样设备研发的难点。 ”该项目负责人、天津大学机械工程学院教授刘宇红说。

实现自主原位采样突破

“由于光照、含氧量、温度和水压的影响，深海微生物群落大多聚集在1000米以内的浅水区。团队研发的车辆最大采样深度可达1000米，最小采样深度可达1000米。”直径达到0.22微米，单次采样水量超过15升，最大采样数量70个，连续工作时间可达15天以上。”刘宇红说。该机配备深海微生物原位采样仪器和基因分析装置，可实现深海微生物从采样、制备到保存的无缝过渡，有效避免环境造成的样品污染、降解和核酸结构的变化。变化，并显着提高样品质量。质量，缩短采样周期，提高研究效率。

飞机如何实现对深海微生物的长期、多点、大深度、高保真保存采样？刘宇红介绍，长期大深度采样主要依靠飞行器设计、优化和研发方面的技术突破，同时通过微生物多通道原位采样仪器的设计实现多点高保真保存，飞机系统集成和运动。控制方法等技术取得突破，使飞机具备了自主采样深海微生物的能力。

自主采样是指通过自动化设备或自动化系统，通过整合实时感知的环境信息，在无需人工干预的情况下，高效、准确、独立地完成样本采集的过程。

海洋广阔，环境复杂多变。深海微生物的种类和种群分布随海洋环境的温度、光照、压力、含氧量和地形而发生显着变化。因此，自主采样对飞行器的极端环境适应性和可靠性、采样精度和样本保真度、设备高精度导航和自主决策、精益能源管理和运动控制等提出了诸多挑战。

该项目技术骨干、天津大学助理研究员孙同帅表示，项目组研制的飞行器配备了多种传感器，可以实时监测深海环境的物理和化学参数，例如温度、盐度、压力、溶解氧、浊度、叶绿素浓度等，并通过多源数据融合，实现环境信息扰动条件下深海微生物采样区域的边界识别与跟踪，从而保证独立抽样的实现和质量。此外，该机还具备综合导航和航位推算能力，可以在预设的水下区域进行微生物的长期连续采样。

支持深海微生物的前沿研究

该机的研制成功不仅填补了相关技术空白，而且使对深海微生物进行长期、多点、多尺度、大深度的原位采样和高保真保存成为可能。 -海洋时空交替环境。同时也为海洋微生物新物种的发现和探索提供决定性的样本和遗传数据支撑，揭示海洋微生物多样性的格局和演化，阐明微生物碳泵和海洋碳汇的影响机制，等，推动海洋新型装备研发和海洋生命前沿技术发展。

项目组针对深海微生物鉴定面临的原位采样核酸量低、易高度降解、难以实现同时分析等问题，研发了holo-2bRAD技术。有机体跨越国界。该技术可实现低至0.1纳克的微量和高度降解样品的分析，动态跟踪原核生物和真核生物的协调变化，定性和定量分析的准确度可达95%以上。项目组将holo-2bRAD技术与深海原位采样、核酸提取等设备系统集成，形成高效、一体化的深海原位采样和鉴定分析系统。它是深海生物多样性调查和功能深入分析的有力工具。

项目团队还设计开发了具有多维度元组学特征、系统分析模块、跨学科定位的综合性海洋微生物资源数据库。

“与现有同类数据库相比，具有多元化的微生物功能分析，包括辐射整个栖息地、所有水深、多个水层的数据资源，涵盖微生物的全球分布格局、交互式海洋微生物检索分析、跨领域交互等具有海洋天然产物分析、开采等11个功能模块。”项目负责人、中国海洋大学海洋生物学院教授张玲玲说。为发展提供有效支撑。