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南极海洋蕴藏着大量未知的微生物种群及其产生的功能独特的生物活性物质,此外,南极海域还分布着丰富的大型海藻资源,特别是高比例的特有种,南极已报道的大型海藻117种,其中57种是南极地区特有的种属。大型海藻表面孕育着数量庞大的微生物及其产生的酶类,如糖苷水解酶家族（GH）和多糖裂解酶家族（PL）等,不仅参与大型海藻的降解过程也在海洋碳循环中发挥着重要的作用。然而,目前对于南极海洋细菌、特别是大型海藻表面附生菌产生的海藻多糖降解酶尚缺乏足够的认识。本研究以南极大型海藻为研究对象,通过宏基因组手段来分析和认识南极海域大型海藻表面附生微生物及其产海藻多糖降解酶的多样性,并筛选序列新颖的卡拉胶酶基因、琼胶酶基因和褐藻胶裂解酶基因进行异源表达及其酶学性质的研究,寻找具有工业应用前景的海藻多糖降解酶。首先,对南极采集的6种大型海藻（Melanthalia abscissa、Callithamnion tetragonum、Plocamium cartilagineum、Phaeurus antarcticus、Pachymenia orbicularis、Desmarestia Antarctica）附着微生物进行了宏基因测序和分析,共预测获得的基因总数分别为395273、808276、499224、534251、296596、309247;物种注释结果显示,大型海藻样品表面附生的优势菌群为亮发菌属（Leucothrix）、冷单胞菌属（Psychromonas）、角叉菜属（Chondrus）、拟杆菌属（Bacteroides）、伯克氏菌属（Burkholderia）、噬纤维菌属（Cellulophaga）、颗粒状球菌属（Granulosicoccus）、帕尔玛利亚属（Palmaria）、氏菌属（Lewinella）、金黄杆菌属（Chryseobacterium）、黄杆菌属（Flavobacterium）、犁头霉属（Absidia）、棘变形虫属（Acanthamoeba）、无色杆菌属（Achromobacter）、不动杆菌属（Acinetobacter）和土壤杆菌属（Agrobacterium）等;碳水化合物活性酶（CAZymes）注释结果表明,丰度最高的基因是GT（糖基转移酶）家族成员,其次是GH（糖苷水解酶）和CBM（碳水化合物结合模块）家族成员。本研究对重点关注的糖苷水解酶家族（GH）和多糖裂解酶家族（PL）成员进行了初步分析,其中P.antarcticus和P.cartilagineum表面微生物中GH和PL家族成员的丰度高于其他4个海藻样品,特别是我们发现南极大型海藻表面微生物含有大量的GH96和GH117家族成员,并从中筛选出序列新颖的海藻多糖降解酶基因（卡拉胶酶基因car1383、琼胶酶基因aga1904和褐藻胶裂解酶基因aly644）。然后,对序列新颖的卡拉胶酶、琼胶酶和褐藻胶酶基因序列进行了重组表达。序列分析表明,car1383序列全长1041 bp,编码346个氨基酸,理论分子量为40 k Da;aga1904序列全长2011 bp,编码640个氨基酸,理论分子量为72 k Da;aly644序列全长2238 bp,编码745个氨基酸,理论分子量为82 k Da。上述序列成功地连接到p ET-30（a）载体,并在工程菌E.coli BL21（DE3）中实现了异源高效表达。采用Ni-NTA His Tag Kit对重组蛋白进行进行分离纯化,通过SDS-PAGE检测目的蛋白的含量和纯度。结果显示,纯化的目的蛋白均呈现单一目的条带,分子量与理论分子量一致,该结果证实了目的基因car1383、aga1904、aly644在大肠杆菌中实现了正确表达,并获得了纯化的重组蛋白Car1383、Aga1904和Aly644。最后,对重组蛋白Car1383、Aga1904和Aly644的酶学性质进行了研究。结果表明,重组卡拉胶酶Car1383、重组琼胶酶Aga1904和重组褐藻胶裂解酶Aly644的最适作用温度均为50℃、最适p H均为6.0,其中Car1383和Aga1904在p H 11.0时,仍可保持30%和40%以上的初始活性。不同的金属离子对重组卡拉胶酶Car1383、重组琼胶酶Aga1904和重组褐藻胶裂解酶Aly644的酶活性影响则不尽相同,但Mg2+、Zn2+、Fe3+、Cu2+、Mn2+、EDTA、Ni2+和Ba2+对重组卡拉胶酶Car1383、重组琼胶酶Aga1904和重组褐藻胶裂解酶Aly644的酶活均有不同程度的抑制作用。酶动力学结果表明,重组卡拉胶酶Car1383、重组琼胶酶Aga1904和重组褐藻胶裂解酶Aly644的Km值分别为6.51 mg/m L、15.36 mg/m L和16.75 mg/m L,该结果表明三种酶对其底物均有较高的亲和力。薄层层析实验表明,三种重组多糖降解酶均能将大分子的多糖底物特异性地降解为小分子的寡糖和单糖,有关酶解产物的详细结构和组成有待于我们进一步地分析和测定。本研究有效拓展了我们对南极大型海藻表面微生物及其产多糖降解酶多样性的认识,也加深了我们对微生物在如何处理海藻每年产生的数亿吨多糖及其在海洋碳循环系统中作用的理解;同时本研究获得序列新颖的多糖降解酶也有望开发为潜在的工业用酶。