第27卷增刊V ol 127,Sup 1广西农业生物科学Journal o f Guangx i A g ric 1and Biol 1Science 2008年6月June,2008
收稿日期:20080122。
基金项目:广西大学博士启动基金项目(X05119)。
作者简介:姚晓华(广西大学副教授,博士;E -mail:x hy ao@g xu 1edu 1cn 。文章编号:10083464(2008)增008405
土壤微生物群落多样性研究方法及进展
姚晓华
(广西大学农学院,广西南宁530005)
摘要:微生物多样性是指群落中的微生物种群类型和数量、种的丰度和均度以及种的分布情况。研究
土壤微生物群落多样性的方法包括传统的以生化技术为基础的方法(直接平板计数、单碳源利用模式等)
和以现代分子生物技术为基础的方法(从土壤中提取DN A ,进行G+C%含量的分析,或杂交分析,或进
行PCR,产物再进行D GGE/T GG E 等分析)。现代生物技术与传统微生物研究方法的结合使用,为更全面
地理解土壤微生物群落的多样性和生态功能提供了良好的前景。
关键词:微生物多样性;生化技术;分子生物学技术;DN A
中图分类号:.Q 938115 文献标识码:A
Advancement of methods in studying soil microbial diversity
YAO Xiao -hua
(Co llege of Ag ricultur e,G uangx i U niv ersit y,N anning 530005,China)
Abstract:Species div ersity consist o f species richness,the total number of species,species ev enness,and the distribution of species 1Methods to measure microbial diversity in so il can be categ orized into tw o g roups:biochemica-l based techniques and m olecular -based techniques 1The fo rmer techniques include plate counts,sole carbon so urce utilizatio n patterns,fatty acid methy l ester analysis,and et al 1The latter techniques include G +C%,DNA reassociation,DNA -DNA hy br idization,DGGE/TGGC,and et al 1Ov er all,the best w ay to study soil microbial diversity w o uld be to use a variety of tests w ith differ ent endpoints and degr ees o f r esolutio n to o btain the bro adest picture possible and the most inform ation r eg ar ding the microbial co mmunity 1
Key words:microbial diversity;biochem ica-l based techniques,mo lecular -based techniques,DNA
微生物多样性研究是微生物生态学最重要的研究内容之一。微生物在土壤中普遍存在,对环境条件的变化反应敏捷,它能较早地预测土壤养分及环境质量的变化过程,被认为是最有潜力的敏感性生物指标之一[1]
。但土壤微生物的种类庞大,使得有关微生物区系的分析工作十分耗时费力。因此,微生物群落结构的研究主要通过微生物生态学的方法来完成,即通过描述微生物群落的稳定性、微生物群落生态学机理以及自然或人为干扰对群落产生的影响,揭示土壤质量与微生物数量和活性之间的关系。利用分子生物学技术和研究策略,揭示自然界各种环境中(尤其是极端环境)微生物多样性的真实水平及其物种组成,是微生物生态学各项研究的基础和核心,是重新认识复杂的微生物世界的开端。
1 土壤微生物群落多样性的概念
土壤微生物群落多样性,是指土壤微生物群落的种类和种间差异,微生物群落多样性包括物种多样性、遗传多样性及生理功能多样性等。物种多样性是群落中的微生物种群类型和数量,其中丰度和均度是多样性指数中的两个组成部分,也是多样性分析中最直观、最容易理解的要素。与高等生物相比,不同种群间的遗传物质和基因表达具有很大的差异,因此,微生物多样性在分子水平尤为突出。微生物有多种多样的代谢方式和生理功能,可以适应各种生态环境,并以不同生活方式与其他生物相互作用,这就表现出功能上的多样性。起初研究的重点在物种多样性和遗传多样性,随着各项技术的发展和研究角度的拓宽,功能多样性越来越受到重视。遗传多样性是物种多样性的基础,但又与物种多样性有区别,它揭示了不同类型的外界压力在物种演替过程中的遗传轨迹,除了微生物自身的遗传改变以外,环境影响及生态上的相互作用,也导致了功能的多样性。
2 土壤微生物群落结构的研究方法
典型的多样性研究是指在梯度压力或者其他生物、非生物因素影响下,种群的相对多样性。我们无法保证目前方法的精确性,所以利用现有技术很难研究真正的多样性。研究者试图把所搜集的信息降低为离散的、用数字表示的度量形式,比如多样性指数。目前研究土壤微生物多样性的方法可以分为两类:生化技术方法和分子生物学方法。
211 以生化技术为基础的研究微生物多样性的方法
21111 平板计数和形态学分析 传统的方法是利用选择性的平板来分离培养微生物,使用显微镜观察所分离的微生物,通过形态特征来确定微生物的种类,直接评估多样性。此方法快速、廉价,可以提供活的、异养类型的种群信息,特别是在水环境样品中,确实可以鉴定出许多种类。随着显微技术的不断提高,一些含有特殊荧光的微生物可以通过荧光显微镜来鉴定。如产甲烷微生物含F420辅助因子,在420nm 波长激发下产生绿色荧光,而鉴定含光合色素的微生物,如果与流式细胞仪结合使用,则可以对检测到的信息进行定量。To rsv ik 等[2]
利用DAPI (4,6-二胺基-2-苯基吲哚)染色,在
荧光显微镜下观察到1g 土壤中有412@1010个细胞,利用平板计数最多只能培养出412@106个菌落。
据估计,每克土壤中有上千个不同的种,大约100亿个微生物,但由于培养基和培养条件的限制,目前通过实验室人工培养方法已经被分离、描述的微生物种类和数量仅占估计数量的1%~5%,而其余95%~99%微生物种群仍然未被分离[3]。一些种类形态相似,仅凭显微镜无法准确判断,而有些微生物种类的形态特征相同,但是模式种已发生变异,故单凭形态学分析已不能把它们分开。因此,采用培养和形态鉴别的方法用于微生物多样性的研究,不可避免地会低估了多样性的丰富度。21112 群落水平单碳源利用模式(CLPP) Garland 等[4]首次利用96孔微量板,通过单一碳源利用能力(SCSU)来评价细菌群落的功能多样性。目前该方法已经广泛应用于评价污染物对微生物群
落及其代谢功能影响的研究中。国内杨永华等[5]用CLPP 方法对农药污染土壤中的微生物群落进行了
研究,测定结果显示,污染土壤的Shannon 指数和均度、Simpson 指数、M cIntosh 指数和均度均明显低于无污染的土壤。这表明,农药污染导致了土壤中微生物代谢功能多样性的下降,同时也导致了微生物种类的减少。
由于这种方法只选择了在试验条件下可培养的、快速生长的微生物,所以从严格意义上来说,只反应了潜在的而不是原位的代谢多样性[4]。例如,一个并不活跃或者只代表了原位群落中小部分的集团,可以在Biolo gy 孔中处于竞争优势,这就使我们错估了这些集团在原位群落中的地位。此外,Biolo gy 孔中所包括的碳源并不能完全代表土壤中的碳源。因此,仅利用Biolog y 信息得到的关于微生物多样性的结论受到很多人的置疑。然而,毫无疑问的是,如果这种方法和其他方法联合起来研究微生物多样性,将是非常有用的工具。
21113 脂肪酸甲酯(FAME)/磷脂脂肪酸甲酯法(PLFA)分析法 生物不仅在形态上有区别,更重要的是在结构上也明显不同。采用生物标记分子作为鉴定微生物种群的决定因子,可减少使用显微85增刊 姚晓华等:土壤微生物群落多样性研究方法及进展
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镜等形态观察方法带来的人为误差,同时也给定量研究种群开辟了新的方法。
脂肪酸甲酯分析法就是基于此基础之上,且不依赖微生物培养技术,并提供了微生物种群中脂肪酸组成信息的一种分析法。脂肪酸是细胞中相对稳定的组成成分。微生物不同,脂质成分也不同。每种微生物都有一种可以识别的脂质模式,是类群结构的信号。因此,脂肪酸图谱的改变就代表着微生物种群的改变。FA ME法已经广泛应用到化学物质污染和农业生产活动引起的微生物种群组成和结构改变的研究中。
尽管FAME分析方法可以用来研究微生物多样性,但是仍然具有不可避免的局限性。如果用真菌的孢子来研究真菌潜在的多样性,需要大约130~150个孢子[6],这样就检测不到种群中数量少的种类。细胞脂肪酸组成受到诸多因素的影响,比如温度、营养,而其他生物也可以形成FAM E图谱。此外,很难将磷脂脂肪酸模式与微生物特殊的动力学联系起来,同时检测中所需要的仪器设备比较昂贵。
212以分子技术为基础的研究微生物多样性的方法
目前许多以分子技术为基础的方法应用到微生物多样性的研究中。分子生物学方法使许多悬而未决的问题得到解决,从遗传水平上说明了群落结构的完整性。这些方法包括:DNA复性、DNA-DNA、DNA-RNA杂交、DNA克隆和测序,以及其他以PCR为基础的方法,诸如DGGE,TGGE, RISA,ARISA等。
21211G+C%含量微生物中G+C%含量是不同的。不同类群的G+C%含量差别在3%~5%,因此,可以用G+C%含量来研究土壤细菌的多样性。此方法的优点在于不受RCR偏差的影响。不足之处在于分类上不同的类群也可以有相同的G+C%含量,而且需要大量的DNA。
Nusslein等[7]利用G+C%含量分析、ARDRA丰富度图谱和rDNA测序分析法,分析了夏威夷森林土壤、牧场的植被层中微生物多样性的变化。这三种方法都检测到了微生物种群的变化,揭示了植被对微生物群落组成有强烈的影响。既然这三种方法都从不同水平反应了种群组成,作者认为,这些方法可以作为彻底了解微生物种群结构的相互补充。
21212核酸复性和杂交DNA复性是测量微生物种群遗传物质复杂程度的方法,也已经被用来研究多样性[8]。环境样品中所有的DNA被提取纯化,变性,然后复性。复性或者杂交的程度取决于序列的相似程度。随着DNA序列复杂程度或者多样性的增加,DNA复性的速率下降。在特定的条件下,一半DN A复性所需要的时间(半数复性率C0t1/2)可以用来表示多样性指数。同样地,两个种群样品之间的相似性也可以通过测定DNA的相似性而得到。
杂交方法的最大缺点是缺乏灵敏度,除非序列以高拷贝数出现,否则它们就不会被监测到。21213DNA微阵列法已有研究者采用DNA-DNA杂交法和微阵列法来鉴定细菌的种,或者评价微生物多样性。一个阵列可以包含数千种高度特异性的DNA序列,所以这个方法在研究细菌多样性中具有重要价值。微阵列可以包含特异性的目的基因,比如硝酸盐还原酶基因、固氮酶或萘双加氧酶基因等,以提供功能多样性的信息;也可以用一个标准的环境样品(杂交率少于70%)来发现环境中不同的种。
1993年,Voo rdo uw等[9]用此方法研究了栓赛表面微生物种群的变化规律。他们用了16个特定的硫还原细菌(SRB)和4个异养营养类型的细菌基因组做探针,发现在风化的栓赛表面,SRB比异养类型的细菌更普遍。这说明SRB参与了金属的风化。当多样性不高时,此方法很有用,但是有些研究者认为,利用此方法评价不同栖息地的种群组成有相当大的困难[10]。
21214变性梯度凝胶电泳(DGGE)/温度梯度凝胶电泳(TGGE)DGGE/TGGE是两个相似的研究微生物多样性的方法。这种技术最初是为了检测DNA序列中的点突变。M uy zer等[11]1993年开始利用这个技术来研究微生物的遗传多样性。主要步骤是:提取土壤样品中的DNA,利用通用引物PCR扩增16S或18S中的目的片段,在变性剂梯度或者温度梯度的聚丙烯酰胺凝胶中电泳。为了保证DNA片段在聚丙烯酰胺凝胶中分离时至少部分DNA保持双链,在正向引物的5p-端加上35~40个碱基的GC发卡,否则在梯度凝胶中DNA将完全变性成单链。理论上,DGGE可以分开只有一个碱
基差别的DNA 序列。
DGGE/T GGE 方法可以探测到低丰度的种群。段学军等[12]
利用DGGE 技术评价了重金属镉污染
对土壤微生物群落影响。研究发现,不同浓度镉胁迫下稻田土壤间的菌种有明显差异。罗海峰等
[13]用此技术检测乙草胺对农田土壤细菌多样性影响,结果显示,乙草胺在一定程度上改变了土壤细菌的多样性,特别是对土壤中的Pr oteo bacteria 的A -Pr oteobacteria 和C -Proteobacteria 的影响明显。
DGGE/T GGE 可信度高,重复性好,快速,同时可以分析多个样品,相对较经济。但是DGGE/TGGE 受样品DNA 提取质量、PCR 结果的影响较大。另外,不同序列的DNA 片段在聚丙烯酰胺凝胶中也可以有相同的移动特性,因此,一个条带不一定就代表一个种[15]。
在利用DGGE/T GGE 图谱得到的部分种群指纹信息进行多样性研究时,还可以对特异性的条带割胶回收,PCR 扩增并测序,或转膜与特异性引物杂交,这样就可以提供更多有关群落内部特定类
群的信息。同时,一些研究者已经开始用DGGE 研究代谢基因,比如甲烷加氧酶[16]。这将提供土壤
微生物的特殊功能(例如污染物降解功能)多样性的信息。
21215 单链构象多态性(SSCP) 同DGGE/TGGE 一样,SSCP 技术最初是用来检测DNA 已知或者特异构象,或者点突变的。由于二级结构不同,单链DNA 在聚丙烯酰胺凝胶中泳动速度不同,借此而被分开。当DNA 片段大小相同且没有变性剂存在的情况下,DNA 序列决定了泳动的速度。该方法已经应用到根际微生物种群组成、厌氧反应器中细菌群落变化等方面的研究中。然而一些单链DNA 可以形成不止一个稳定的构象,因此在凝胶中多个条带可能代表同一种序列。
21216 限制性片段长度多态性(RFLP)和扩增核糖体DNA 限制性分析(ARDRA) RFLP 、
ARDRA 是一种基于DNA 多态性的研究微生物多样性的方法。在Liu 等[17]的研究中,PCR 扩增的
rDNA 被四碱基的限制性内切酶酶切,利用琼脂糖或者非变性聚丙稀酰胺凝胶分离不同长度的片段。但是有时候在不同的种群中,条带太复杂而无法利用RFLP 来分析,因为1个种就可能有6个限制性片段。如果用六个碱基的酶来酶切DNA,每个种的限制性片段就会减少,从而增加了这种方法的可操作性。
21217 末端限制性片段多态性(T -RFLP) 此法与RFLP 原理相同,只是在PCR 引物的一端用荧光染料进行标记,比如T ET (4,7,2p 7p -四氯-6-羧基荧光素)或者FAM (亚磷酰胺-5-羧酸荧光素)。只需检测被标记的末端限制性片段,就可以分析复杂群落。它提供了关于多样性的信息,却简化了条带图谱。条带组成还可以被用来量度不同样品中种的丰富度、平均度和相似性。此外,该法可以自动化,对大量土样进行分析。引物均是根据现有的16S,18S r RNA 和ITS 数据库里的信息设计。到目前为止,这些引物只代表了可培养微生物类群,并没有代表实际样品中真正的微生物多样性。另外,应用不同的内切酶将产生不同的种群基因指纹,因此有必要利用至少2~4种不同的限制性酶进行T -RFLP 分析。许多研究者认为,一旦T -RFLP 方法标准化,此法是研究环境微生物多样性的有用工具[18]。
21218 核糖体间隔分析(RISA)/自动核糖体间隔分析(ARISA) 许多生物,包括真核生物、原核生物,都含有高度重复的短的DNA 序列(也称为微卫星区),它们的长度在1~10个碱基,在整个基因组中重复出现。根据进化的速率,利用这些序列可以探测到种,甚至菌株的水平[19]。这个方法又称为r ep -PCR 。用相似性指数来比较微卫星PCR 扩增指纹,还可以发现种间或者种内的差别。此方法最大的限制是要预先知道微卫星区域的序列,这样才能设计出正确的引物。尽管如此,用探针检测因环境条件改变而造成的微生物群落变化时,此方法非常有用。3 展望
以上介绍了研究土壤微生物多样性的方法。在实际工作中,常常是两三种方法结合使用,这样能更准确、深入地阐明多样性的实质。M uller 等[19]用生物化学方法和分子技术来评价不同地点、不同浓度的汞污染下,土壤微生物群落多样性的改变。他们采用生物量、菌落形态、ARDRA 和DGGE 方法都检测到了最高浓度污染(511L g/g 干土)与低浓度、中间浓度污染(7和28L g /g 干土)之87增刊 姚晓华等:土壤微生物群落多样性研究方法及进展
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间的微生物群落的差异。从现有的研究结果看,利用不同的方法可以提供更广泛的、更完全的关于土壤微生物多样性的画面,因此,建议尽可能多地从各个方面来研究微生物群落。
值得注意的是,微生物群落多样性的改变并不一定意味着有害效应。
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(责任编辑裴润梅)
安庆师范学院本科毕业（学位）论文 姓名：王婷婷 年级： 2 0 0 7级 专业：环境科学 论文题目：微生物多样性对植物 群落影响的研究进展 完成日期：2011年4月27日 指导老师：潘少兵 安庆师范学院资源环境学院 二O一一年四月二十七日
微生物多样性对植物群落影响的研究进展 作者：王婷婷指导老师：潘少兵 （安庆师范学院资源环境学院安徽安庆246011） 摘要：土壤是微生物的主要存在场所，它承载了大部分生命的基因多样性。微生物群落在各种生态进程中具有重要作用，但是对于微生物多样性与执行生态功能能力的联系却研究的很有限。这篇文章以微生物多样性在植物群落方面的作用为基础，探讨微生物群落在执行生态功能中的冗余现象。 关键词：微生物多样性；功能冗余；植物多样性 Advancement of Effect of Microbial Diversity on Plant Diversity Autor：Wang Tingting Instructor: Pan Shaobing （School of Resources and environmental science,Anqing Teachers’College,Anqing 246011,Anhui） Abstract: Microbes are abundant in soil and comprise a large portion of Life's genetic diversity. Soil microbes play key roles in a large number of important ecosystem process- es. But the relativity between soil microbial diversity and their ecological functions is still poorly understood. Here we approach the functional redundances during soil microb- es influencing the ecological functions based on the various roles that they play in plant diversity. Key words：microbial diversity, functional redundances, plant diversity 引言： 土壤是微生物的主要存在场所，微生物在土壤养分转化与腐殖质形成过程中有着非常重要的作用。土壤生态系统是保证动植物生存、农业健康、持续发展的基础[1],对全球的生态环境变化有着深远的影响。土壤微生物群落是土壤中的活性组分, 包括细菌、真菌、放线菌和原生动物、病毒和小型藻类[2],每克土壤中栖息着大约100 亿个微生物[3]。土壤微生物群落对全球生态系统功能如养分转化、有机物的分解、土壤基本结构的维持、
微生物多样研究中的—β多样性分析概述
一、β-多样性分析介绍 1. β（Beta）Diversity： 是对不同样品/不同组间样品的微生物群落构成进行比较分析。 ?β多样性分析前的数据“来源”： 1）OTUs的丰度信息表； 2）OTUs之间的系统发生关系， 计算Unweighted Unifrac及Weighted Unifrac距离。 ?通过多变量统计学方法主成分分析(PCA，Principal Component Analysis)，主坐标分析(PCoA，Principal Co-ordinates Analysis)，非加权组平均聚类分析(UPGMA，Unweighted Pair-group Method with Arithmetic Means)等分析方法，从中发现不同样品（组）间的差异。
2. PCA & PCoA分析 ?主成分分析（PCA）是多变量统计学中最为人熟知的分析方法，它通过线性变换，将原始的高维数据投影至少量新合成的变量（即主成分），从而简化数据结构，展现样品的自然分布。 ?主成分分析不考虑原始变量之间可能存在的相互关系，并且是基于欧式距离评价样品之间的相似度。 ?多维尺度分析与主成分分析类似，但是它可以采用任何距离评价样品之间的相似度。主坐标分析（Principal coordinates analysis，PCoA）是经典的多维尺度分析方法。
3.UniFrac距离 ?由于微生物极其多样，不同微生物彼此之间的系统发育关系往往千差万别，仅仅将群落中不同微生物成员视为相互独立的变量显然并不合理。 ?因此，在比较不同群落样品之间的差异时，需要考虑两个群落成员之间的系统发育关系是否相似。 ?基于这个思想，计算微生物群落样品间距离的UniFrac距离应运而生，通过比较两个群落各自独有的微生物成员之间系统发育关系的远近，更为客观地反映两个群落样品之间的相似程度。
(5)高通量测序：环境微生物群落多样性分析 微生物群落多样性的基本概念 环境中微生物的群落结构及多样性和微生物的功能及代谢机理是微生物生态学的研究 热点。长期以来，由于受到技术限制，对微生物群落结构和多样性的认识还不全面， 对微生物功能及代谢机理方面了解的也很少。但随着高通量测序、基因芯片等新技术 的不断更新，微生物分子生态学的研究方法和研究途径也在不断变化。第二代高通量 测序技术（尤其 是Roche 454高通量测序技术）的成熟和普及，使我们能够对环境微生物进行深度测序，灵 敏地探测出环境微生物群落结构随外界环境的改变而发生的极其微弱的变化，对于我 们研究微生物与环境的关系、环境治理和微生物资源的利用以及人类医疗健康有着重 要的理论和现实意义。 在国内，微生物多样性的研究涉及农业、土壤、林业、海洋、矿井、人体医学等诸多领域。以在医疗领域的应用为例，通 过比较正常和疾病状态下或疾病不同进程中人体微生物群落的结构和功能变化，可以 对正常人群与某些疾病患者体内的微生物群体多样性进行比较分析，研究获得人体微 生物群
落变化同疾病之间的关系；通过深度测序还可以快速地发现和检测常见病原及新发传 染病病原微生物。研究方法进展 环境微生物多样性的研究方法很多，从国内外目前采用的方法来看大致上包括以下四 类：传统的微生物平板纯培养方法、微平板分析方法、磷脂脂肪酸法以及分子生物学 方法等等。 近几年，随着分子生物学的发展，尤其是高通量测序技术的研发及应用，为微生物分 子生态学的研究策略注入了新的力量。 目前用于研究微生物多样性的分子生物学技术主要包 括:DGGE/TGGE/TTGE 、 T-RFLP 、SSCP、FISH 、印记杂交、定量 PCR、基因芯片等。 DGGE 等分子指纹图谱技术，在其实验结果中往往只含有数十条条带，只能反映出样品中少数 优势菌的信息；另一方面，由于分辨率的误差，部分电泳条带中可能包含不只一种 16S rDNA 序列，因此要获悉电泳图谱中具体的菌种信息，还需 对每一条带构建克隆文库，并筛选克隆进行测序，此实验操 作相对繁琐；此外，采用这种方法无法对样品中的微生物做 到绝对定量。生物芯片是通过固定在芯片上的探针来获得微
生物多样性 2012, 20 (5): 572–580 Doi: 10.3724/SP.J.1003.2012.10129 Biodiversity Science http: //https://www.doczj.com/doc/30330898.html, —————————————————— 收稿日期: 2012-06-13; 接受日期: 2012-08-10 基金项目: 国家自然科学基金重点项目(30930005) ? 通讯作者 Author for correspondence. E-mail: guold@https://www.doczj.com/doc/30330898.html, 中国微生物物种多样性研究进展 郭良栋* (中国科学院微生物研究所真菌学国家重点实验室, 北京 100101) 摘要: 微生物是分布最为广泛的生命形式, 几乎分布到地球上的所有生境, 具有丰富的物种多样性。我国地域辽阔, 跨越热带至寒温带, 气候条件多样, 地理环境与生态系统类型复杂, 是世界上生物多样性最丰富的国家之一。我国已开展了大量微生物多样性研究, 并证实我国多样的生境蕴藏着丰富的微生物物种多样性。目前我国已报道真核微生物(菌物)约14,700种, 其中包括真菌约14,060种、卵菌约300种、黏菌约340种, 而真菌中有药用菌473种、食用菌966个分类单元。特别是近年来通过免培养的分子生物学技术发现我国存在丰富的原核微生物多样性。本文概述了传统方法和现代分子生物学技术在我国原核微生物(古菌、细菌)和真核微生物(真菌、卵菌、黏菌)物种多样性研究的最新进展。 关键词: 真核微生物, 原核微生物, 物种多样性, 培养方法, 分子技术 Progress of microbial species diversity research in China Liangdong Guo * State Key Laboratory of Mycology, Institute of Microbiology, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101 Abstract: Microbes with rich species and genetic diversity are widely distributed throughout various habitats in the world. China possesses a variety of climate zones, geographic environments, and complex ecosystems, which play a large role shaping the complex biodiversity of this country. Microbial diversity has been widely studied and well documented by Chinese scientists. For example, a total of ca. 14,700 eukaryotic microbe species have been recorded, including ca. 14,060 fungi, ca. 300 oomycetes, and ca. 340 slime molds. Within the Fungi, there have been 473 medicinal fungal species and 966 edible fungal taxa recorded. However, re-cent studies have documented much high species diversity of prokaryotic microbes using molecular tech-niques, which have greatly promoted the study level of microbial diversity in China. This review paper sum-marizes recent research progress of microbial (i.e., archaea, bacteria, fungi, oomycetes, and slime molds) di-versity in China based on traditional and molecular techniques. Key words: eukaryotic microbe, prokaryotic microbe, species diversity, cultivation method, molecular technique 微生物是分布最为广泛的生命形式, 几乎分布到地球上的所有生境, 可利用各种有机化合物、无机盐等作为能源, 在有氧或无氧条件下, 在寒冷的极地、高达100℃的热泉或高盐碱度等极端环境中生活。微生物具有丰富的物种和遗传多样性, 并以高度的变异性适应不同的生境。作为生态系统中的重要组分, 微生物在自然界的物质与能量循环、生态系统的演替以及生物多样性的维持中发挥重要的生态功能。微生物与人类的生活休戚相关, 在直 接或间接地为人类提供了极其丰富的物质资源的同时, 也为人类带来了巨大危害。 Woese 和Fox(1977)以核糖体RNA(rRNA)的小亚基(原核生物的16S 、真核生物的18S 基因)序列为依据, 提出了独立于真细菌(Eubacteria)和真核生物(Urkaryotes)之外的第三种生命形式——古菌(Archaea), 认为它和真核生物以及真细菌是从一个具有原始遗传机制的共同祖先分别进化而来。随后Woese 等(1990)提出了三域(Domain)分类系统, 将
土壤微生物的分类及作用 摘要：土壤是生态系统中岩石圈、大气圈、水圈和生物圈的交界面，而土壤微生物分布广、数量大、种类多，是土壤的重要组成部分，也是土壤生物中最活跃的部分。其在地球生境中数量最多、生物多样性最复杂、生物量最大。土壤微生物能够参与土壤有机质的分解、腐殖质的合成、养分的转化和推动土壤的发育和形成，同时它也是土壤肥力水平的活性指标。因此研究土壤微生物的分类、多样性以及其在土壤中的作用有重要意义。 关键词：土壤微生物分类；土壤微生物多样性；土壤微生物作用 Abstract:The soil is the interface of lithosphere, atmosphere, hydrosphere, and biosphere in the ecosystem.There are many kinds of soil microbial,their havel wide distribution and large quantity and, they are an important component of the soil, as well as the most active part of soil organisms. In the earth's habitats, their biodiversity is the most complex and the biomass is the largest. Soil microorganisms can participate in soil organic matter decomposition, synthesis of humus, nutrient transformation and promote the development and form of the soil, it is also the activity indicators of soil fertility level .So research the classification, the diversity of soil microorganisms and its role in the soil have important significance. Key words: the classification of soil microorganisms, the diversity of soil microorganisms, the role of soil microorganisms. 1 引言 土壤微生物是从19世纪中叶发展起来的一支生命科学的分支学科[1]，这时学术界己经将土壤内部的三大过程(土壤有机质的分解、硝化和固氮作用)清晰界定为生物过程，对这些土壤内部过程的机理探索直接催生了土壤微生物学，并导致20世纪初土壤微生物学的空前繁荣。土壤微生物是土壤生物的重要组成部分，参与了土壤发生、发展和发育的全过程。其群落结构组成和生物量等可以反映土壤的肥力状况。土壤微生物可以分解土壤有机质和促进腐殖质形成，吸收、固定并释放养分, 对植物营养状况的改善和调节有重要作用。有些微生物可以和植物形成共生系统，促进植物的生长发育。同时土壤微生物在降解土壤污染物方面也有重要作用。 2 土壤微生物的组成及分类[2] 土壤微生物的生物量通常以生物量碳表示。它是指土壤中体积小于5x103um3的生物总量，包括细菌、放线菌、真菌和小型动物，不包括植物根系。测量土壤微生物生物量的方法包括传统镜检法、成分分析法、底物诱导呼吸法和熏蒸法。 土壤微生物按形态可以分为真核微生物，原核微生物和分子微生物。其中真核微生物包括真菌和藻类。原核微生物有细菌、放线菌和蓝细菌。分子生物则无
《土壤里的微生物》教学设计（第1课时） 教材分析 “土壤里的微生物”是苏科版七年级下册第13章第2节的内容。是上一节课内容的基础上，让学生进一步认识到土壤里生物的多样性，以及它们对生物圈的平衡和稳定起着非常重要的作用，从而对本单元环境中生物的多样性具有全面的认识。同时为下一章引导学生对生物进行分类奠定基础。因此本节课的意义十分重要，是本章的重点和难点。 课标对本节的要求是“描述细菌的主要特征以及与人类生活的关系”。本节从单细胞细菌到多细胞的真菌、从肉眼看不见的细菌到大型真菌，带领学生走进丰富多彩的微生物世界。土壤中的微生物，学生平时不易见到，细菌需要用高倍显微镜才能更好地观察到形态，细菌的结构更难观察，而初中又不要求使用高倍显微镜，教材呈现了细菌的形态结构图片，所以只能通过图片、视频引导学生观察、比较认识细菌的基本特征。 学情分析 七年级学生通过小学科学课和上一学期生物课的学习，对生物学科有了初步的了解，具有一定的生物基础知识和学习经验，能够通过观察图片、阅读材料、对比分析、合作讨论等方式获取有关信息。但在学习上仍以感性认识为主，好奇心强、注意力容易转移,但他们活泼好动，喜欢直观形象的事物，喜欢动手实践。 有关微生物的相关知识在上学期在生态系统的组成学习过程中及学生日常生活经验中对微生物的类型和作用从总体上有了一个初步的了解，特别是在生活过程中家长或者教师从卫生角度常常提到细菌这个概念，学生对这一概念还是比较熟悉，对细菌与人类的关系也有不同程度的了解。但在生活中微生物是肉眼看不见的生物，只有用高倍或电子显微镜才能观察到，与人类的关系和对生物圈的作用又是隐性和潜在的，很少有机会引起学生的关注，容易被学生忽视和轻视，学生缺乏相应的感性知识和学习兴趣。对土壤中的微生物的类型、形态特征，生殖、营养方式、分布以及与人类生活的关系，学生比较陌生，这些是课程标准的明确要求，也是学生学习的终极目标。教材中只用文字表述，学生不容易理解，在教学中一是通过组织学生阅读教材在自主学习中从理论上了解细菌、放线菌的有关知识。二是通过播放有关细菌、放线菌形态、结构等视频资料及图片引导学生观察分析细菌和放线菌的形态、结构。三是利用小组合作学习并结合观察、对比的方法，引导学生主动获取知识。四是注重发掘生活资源，
姓名：崔靖璞学号：2010212802 专业：生物科学 微生物多样性研究进展 摘要：微生物资源丰富,开发潜力巨大,是生命科学发展的主要动力之一.本文介绍了几种常用的研究微生物多样性的分子生物学技术,主要包括:16SrDNA测序、DGGE/TGGE/TTGE、T-RFLP、SSCP、FISH、印记杂交、定量PCR、基因芯片等,并对微生物多样性研究技术的未来发展进行了展望，同时本文也介绍几种微生物多样性的研究实验方法。 关键词:微生物多样性聚合酶链式反应基因芯片平板纯培养 微生物是地球上生物多样性最为丰富的资源,微生物资源的开发,是21世纪生命科学发展的主要动力之一.由于微生物的微观性,微生物多样性与其他高等生物相比有许多独特之处,包括:生存环境多样;生长、繁殖速度多样;营养、代谢类型多样;生活方式多样.微生物多样性的揭示与研究技术的发展和创新是密不可分的,研究技术的进步是微生物多样性研究向前发展的重要推动力量.近年来,随着微电子、计算机、分子生物学、物理、化学等技术的发展,微生物多样性研究技术也在吸收其他学科先进技术的基础上不断向前发展.各种研究方法的发展使得这种状况有了很大改观.现代分子生物学技术在微生物多样性研究上的应用克服了微生物培养技术的限制,能对样品进行较客观的分析,较精确地揭示了微生物种类和遗传的多样性.目前用于研究微生物多样性的分子生物学技术主要包括:16SrDNA 测序、DGGE/TGGE/TTGE、T-RFLP、SSCP、FISH、印记杂交、定量PCR、基因芯片等。 1核酸探针杂交技术 核酸分子杂交技术是20世纪70年代发展起来的一种分子生物学技术.该技术快速、灵敏、具有高度特异性,近年来被广泛应用于微生物多样性的研究中.用于微生物多样性研究的探针主要有三类:双链DNA、单链DNA和RNA以及寡核苷酸探针,杂交方式主要有荧光原位杂交(Fluorescence in situ hybridization,FISH)、全细胞杂交(whole-cell hybridization)、数量印迹杂交(quantitative dot blot)及生物芯片(biochip).对于环境微生物样品解析而言,最有意义的核酸杂交技术是原位杂交技术,在原位杂交技术中,应用最广泛的是荧光原位杂交技术。
第2节土壤里的微生物 一、教学目标： 1．知识目标： （1）概述土壤里主要的微生物种类。 （2）说出细菌的三种形态和基本结构，并与植物细胞和动物细胞比较细胞结构的异同点。 （3）说出放线菌的结构特点。 （4）识别青霉和匍枝根霉，并说出它们的繁殖方式和营养方式。 2．能力目标： （1）学会培养和观察青霉、匍枝根霉。 （2）探究土壤里的微生物。 3．情感态度与价值观目标： 体验培养霉菌的过程，并交流成功或失败的感受。 二、教学重点和教学难点： 教学重点：细菌、放线菌和真菌（青霉和匍枝根霉）的主要特征。 教学难点：细菌与植物细胞、动物细胞比较细胞结构的异同点。 三、教学方法：观察、讨论、比较等 四、教学过程： 引言：土壤里除了生活着一些小动物外，还有一些我们肉眼看不见或看不清的小生物，我们通常把这些小生物叫做微生物。那么土壤里都有哪些微生物呢？（学生讨论，教师小结。） 土壤里微生物主要有细菌、真菌、放线菌等，它们能分解植物的枯枝烂叶，动物的遗骸等，将土壤中的有机物分解成无机物，增加了土壤的肥力。 这些微生物到底是什么形态？它们有那些特征呢？这节课就让我们一起来认识它们。 一、认识细菌： 1．细菌的分布范围： 细菌在生物圈中数量最多，占土壤微生物总量的70%～90%，你认为在生物圈中哪些地方会分布有细菌？ 学生：土壤、水里、空气，人、动物、植物体内、体表等。
教师：由此可见，细菌的分布非常广泛。 2．形态特征： （1）大小： 资料：细菌的直径一般只有1um左右，电子显微镜才能观察到细菌的形态和结构。 学生阅读资料，发现细菌个体十分微小。 （2）形状： 教师：展示图片：三种细菌 人们在电子显微镜下观察到细菌，请根据图片描述细菌有哪三种形态。 学生：球形、杆形、螺旋形。 教师：根据它们的形态，我们可以分别称它们为：球菌、杆菌、螺旋菌。3．结构特征： 不同种类的细菌虽然形态不同，但它们的基本结构却是相同的。 学生看图12-5：细菌细胞的结构示意图。观察讨论： 细菌有哪些结构？细菌的结构与动植物细胞的结构有何异同？ 4．生活方式：
第27卷增刊V ol 127,Sup 1广西农业生物科学Journal o f Guangx i A g ric 1and Biol 1Science 2008年6月June,2008 收稿日期:20080122。 基金项目:广西大学博士启动基金项目(X05119)。 作者简介:姚晓华(广西大学副教授,博士;E -mail:x hy ao@g xu 1edu 1cn 。文章编号:10083464(2008)增008405 土壤微生物群落多样性研究方法及进展 姚晓华 (广西大学农学院,广西南宁530005) 摘要:微生物多样性是指群落中的微生物种群类型和数量、种的丰度和均度以及种的分布情况。研究 土壤微生物群落多样性的方法包括传统的以生化技术为基础的方法(直接平板计数、单碳源利用模式等) 和以现代分子生物技术为基础的方法(从土壤中提取DN A ,进行G+C%含量的分析,或杂交分析,或进 行PCR,产物再进行D GGE/T GG E 等分析)。现代生物技术与传统微生物研究方法的结合使用,为更全面 地理解土壤微生物群落的多样性和生态功能提供了良好的前景。 关键词:微生物多样性;生化技术;分子生物学技术;DN A 中图分类号:.Q 938115 文献标识码:A Advancement of methods in studying soil microbial diversity YAO Xiao -hua (Co llege of Ag ricultur e,G uangx i U niv ersit y,N anning 530005,China) Abstract:Species div ersity consist o f species richness,the total number of species,species ev enness,and the distribution of species 1Methods to measure microbial diversity in so il can be categ orized into tw o g roups:biochemica-l based techniques and m olecular -based techniques 1The fo rmer techniques include plate counts,sole carbon so urce utilizatio n patterns,fatty acid methy l ester analysis,and et al 1The latter techniques include G +C%,DNA reassociation,DNA -DNA hy br idization,DGGE/TGGC,and et al 1Ov er all,the best w ay to study soil microbial diversity w o uld be to use a variety of tests w ith differ ent endpoints and degr ees o f r esolutio n to o btain the bro adest picture possible and the most inform ation r eg ar ding the microbial co mmunity 1 Key words:microbial diversity;biochem ica-l based techniques,mo lecular -based techniques,DNA 微生物多样性研究是微生物生态学最重要的研究内容之一。微生物在土壤中普遍存在,对环境条件的变化反应敏捷,它能较早地预测土壤养分及环境质量的变化过程,被认为是最有潜力的敏感性生物指标之一[1] 。但土壤微生物的种类庞大,使得有关微生物区系的分析工作十分耗时费力。因此,微生物群落结构的研究主要通过微生物生态学的方法来完成,即通过描述微生物群落的稳定性、微生物群落生态学机理以及自然或人为干扰对群落产生的影响,揭示土壤质量与微生物数量和活性之间的关系。利用分子生物学技术和研究策略,揭示自然界各种环境中(尤其是极端环境)微生物多样性的真实水平及其物种组成,是微生物生态学各项研究的基础和核心,是重新认识复杂的微生物世界的开端。
第26卷第10期 2006年10月生 态 学 报ACT A EC O LOGIC A SI NIC A V ol.26,N o.10Oct.,2006 污染土壤微生物群落结构多样性及 功能多样性测定方法 陈承利,廖 敏3 ,曾路生 (污染环境修复与生态健康教育部重点实验室,浙江大学环境与资源学院,杭州 310029)基金项目:国家重点基础研究发展规划“973”资助项目(2002C B410804);国家自然科学基金资助项目(40201026) 收稿日期:2005206227;修订日期:2006205220 作者简介:陈承利(1982～),男,浙江平阳,硕士,主要从事土壤环境化学与环境生态毒理学研究.E 2mail :clchen1982@1631com 3通讯作者C orresponding author.E -mail :liaom in @https://www.doczj.com/doc/30330898.html, or liaom inzju1@1631com Found ation item :The project was supported by National K ey Basic Research Support F oundation of China (N o.2002C B410804)and National Natural Science F oundation of China (N o.40201026) R eceived d ate :2005206227;Accepted d ate :2006205220 Biography :CHE N Cheng 2Li ,M aster ,mainly engaged in s oil environmental chem istry and ecotoxicology.E 2mail :clchen1982@1631com 摘要:土壤微生物在促进土壤质量和植物健康方面发挥着重要的作用,土壤微生物群落结构和组成的多样性及其变化在一定程度上反映了土壤质量。为了更好地了解土壤健康状况,非常有必要发展有效的方法来研究污染土壤微生物的多样性、分布以及行为等。回顾了近年来国内外污染土壤微生物群落结构多样性及功能多样性的测定方法,包括生物化学技术和分子生物学技术,现将它们的原理、优缺点、实用性及其发展动态作一阐述,同时指出结合这两种技术可为微生物群落分析提供一个更全面的、精确的方法。 关键词:污染土壤;微生物多样性;分子生物学;BI O LOG;P LFA ;PCR ;DNA 文章编号:100020933(2006)1023404209 中图分类号:Q143,Q938,S154 文献标识码:A Methods to measure the microbial community structure and functional diversity in polluted soils CHE N Cheng 2Li ,LI AO Min 3,ZE NG Lu 2Sheng (MOE K ey Laboratory ,Environmental Remediation and Ecosystem H ealth ,College o f Environmental and Resources Sciences ,Zhejiang Univer sity ,Hangzhou ,310029,China ).Acta Ecologica Sinica ,2006,26(10):3404～3412. Abstract :S oil m icroorganisms ,such as bacteria and fungi ,play im portant roles in prom oting soil quality and im proving plant health and nutrition ,thus in fluencing terrestrial ecosystems.Increasing anthropogenic activities ,such as spraw ling urbanization ,agricultural development ,pesticides utilization ,and pollutions from all sources ,can potentially affect soil m icrobial community com position and diversity ,leading to deterioration of soil quality and fertility.H owever ,it is yet to be determ ined how these changes in m icrobial diversity can in fluence surface and ground ecosystems.T o that end ,there is an acute need for reliable and accurate methods to study the community structure and tax onomy of soil m icroorganisms.W ithout the development of effective methods for studying the m icrobial diversity ,distribution ,and behavior in polluted soil ,a thorough understanding of m icrobial diversity ,as well as its im pact on soil health ,cannot be achieved. The determ ination of species diversity depends on several factors including the intensity of each species ,the total number of species present ,species evenness ,and the spatial distribution of species.M ethods to measure m icrobial community structure and functional diversity in polluted soils can be classified into tw o groups ,i.e.,biochem ical 2based techniques and m olecular biological 2based techniques.T ypically ,diversity studies include the relative com parisons of communities across a gradient of stress and disturbance.W ith current techniques ,it is difficult to study true diversity due to lack of know ledge on com position and the techniques to determ ine the accuracy of the extraction or detection methods.T raditionally ,the analysis of soil m icrobial
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/30330898.html, 土壤微生物多样性的主要影响因素 作者：汪海静 来源：《北方环境》2011年第02期 摘要：土壤微生物是土壤生态系统的主要组成部分，而且不同的土壤具有不同的土壤微生物群落。影响土壤微生物多样性的因素很多，主要可以分为自然因素和人为因素。本文将从土壤微生物多样性的影响因素的两个方面阐述目前国内外土壤微生物多样性的研究现状。 关键词：土壤微生物；微生物多样性；影响因素 中图分类号：X53文献标识码：A文章编号：1007-0370(2011)1，2-0090-02 土壤微生物系统作为稳定生态系统，是保证动植物生存、农业健康、持续发展的基础。在一定程度上地球生态系统的变化与土壤微生物群落的变化密切相关。研究土壤微生物多样性的变化情况对评价生态系统、维护生态平衡有着十分重要的意义，因此土壤多样性的研究得到了广泛学者的关注。 影响土壤微生物群落的结构组成和多样性的因素可大体分成自然因素和人为因素两大类。自然因素包括土壤类型、温度、水分、植被等；人为因素包括土壤的耕作方式、农药的施用、施肥的施用等。本文将分别对几种有代表性的土壤微生物多样性影响因素加以阐述。 1、自然因素 1.1土壤类型 地球上土壤类型是多种多样的，不同土壤类型中的微生物群落结构及组成也是千差万别的。目前来许多的研究都表明土壤类型是土壤微生物群落结构的主要影响因素之一。例如：Gelsomino等通过比较不同地理位置的16种土壤微生物DGGE图谱发现土壤类型是决定土壤 微生物群落结构的主要因素。杨超等研究了我国皖南烟区四种不同植烟土壤类型在烟叶生长期内的微生物种类、数量变化情况。其结果表明了在不同的土壤环境下土壤微生物的数量和土壤养分含量呈正相关关系。这同时也说明了土壤类型在土壤微生物多样性方面具有一定的影响力。 1.2植被情况
从土壤中分离微生物 环境工程（1）班 一、试验目的 1..学会土壤微生物的检测方法，了解土壤中微生物的数量和组成。 2初步掌握从土壤中分离细菌的基本技术。 二、实验原理 土壤是微生物生活最适宜的环境、它具有微生物所需要为一切营养物质和微生物进行生长繁殖及生存的各种条件．所以土壤中微生物的数量和种类都很多。它们参与土壤的氮、碳、硫、磷等元素的循环作用。此外，土壤中微生物的活动对土壤形成、土壤肥力和作物生产都有非常重要的作用。因此，查明土壤中微生物的数量和组成情况，对发掘土壤微生物资源和对土壤微生物实行定向控制无疑是十分必要的。 三、实验器材 (—)培养基 肉膏蛋白胨琼脂培养基（培养细菌） 高氏一号琼脂培养基（培养放线菌） 查氏培养基（培养霉菌） (二)灭菌稀释水、灭菌吸管、灭菌培养皿。 (三)土壤样品、天平、称旦纸。 （四）恒温箱、气体流量计 四、试验程序 1、倒平板 将培养基加热融化，待冷至55—60℃时，混合均匀后倒平板； 2、制备土壤稀释液 准确称取土样10g，加入装有90ml无菌水并带有玻璃珠的三角瓶中，振荡约20min，使土样与水充分混匀，将细胞分散。用一支无菌吸管从中吸取1ml土壤悬液加入装有9ml无菌水的试管中，吹吸3次，让菌液混合均匀，即成10-2稀释液；再换一支无菌吸管吸取10-2稀释液1 ml，移入装有9ml无菌水的试管中，也吹吸三次，即成l0-3稀释液；以此类推，连续稀释，制成10-1、10-2、10-3、10-4、10-5、10-6、等一系列稀释菌液
3、涂布 将无菌平板编上10-4、10-5、10-6号码，每一号码设置三个重复，用无菌吸管按无菌操作要求吸取10-6稀释液各1ml放入编号10-6的3个平板中，同法吸取10-5稀释液各lml放入编号10-5的3个平板中，再吸取10-4稀释液各lml放入编号10-4的3个平板中（由低浓度向高浓度时，吸管可不必更换）。再用无菌玻璃涂棒将菌液在平板上涂抹均匀，每个稀释度用一个灭菌玻璃涂棒，更换稀释度时需将玻璃涂棒灼烧灭菌。在由低浓度向高浓度涂抹时，也可以不更换涂棒。 4、培养 在28℃条件下倒置培养3—5天。 5、挑菌落 将培养后生长出的单个菌落分别挑取少量细胞划线接种到平板上。28℃条件下培养3—5天后，再次挑单菌落划线并培养，检查其特征是否一致，同时将细胞涂片染色后用显微镜检查是否为单一的微生物，如果发现有杂菌，需要进一步分离、纯化，直到获得纯培养。 五、注意事项 1.制备混合液平板时，不要再注入培养基前让链霉素液与土壤稀释液相混。 2.制备混合液平板时，倾注的培养基温度不能太高，过高的温度会烫死微生物。 六、培养过程及革兰氏染色观察成果 1.培养24h后的情况：马铃薯葡萄糖培养基长出菌种，经判断为细菌，马铃薯蔗糖培养基长出菌种，为酵母菌。其他培养基没长菌种，拍照如下
微生物物种多样性研究进展 微生物是分布最为广泛的生命形式，几乎分布到地球上的所有生境，可利用各种有机化合物、无机盐等作为能源，在有氧或无氧条件下，在寒冷的极地、高达100℃的热泉或高盐碱度等极端环境中生活。微生物具有丰富的物种和遗传多样性，并以高度的变异性适应不同的生境。作为生态系统中的重要组分，微生物在自然界的物质与能量循环、生态系统的演替以及生物多样性的维持中发挥重要的生态功能。微生物与人类的生活休戚相关，在直接或间接地为人类提供了极其丰富的物质资源的同时，也为人类带来了巨大危害。Woese和Fox(1977)以核糖体RNA(rRNA)的小亚基(原核生物的16S、真核生物的18S基因)序列为依据，提出了独立于真细菌(Eubacteria)和真核生物(Urkaryotes) 之外的第三种生命形式——古菌(Archaea)，认为它和真核生物以及真细菌是从一个具有原始遗传机制的共同祖先分别进化而来。随后Woese等(1990)提出了三域(Domain)分类系统，将地球上的生物分别归为细菌域(Domain Bacteria)、古菌域(Domain Archaea)和真核生物域(Domain Eukarya)，其中古菌在进化谱系上更接近真核生物，但在细胞构造上与细菌较为接近，同属原核生物而真菌与动物、植物等生物属于真核生物域。 我国地域辽阔，跨越热带至寒温带，气候条件多样，地理环境与生态系统类型复杂，是世界上生物多样性最丰富的国家之一。而多样的生境蕴藏着丰富的微生物多样性。特别是近年来微生物多样性的研究由传统的培养方法，逐渐转向以免培养的分子生物学技术为主，如DNA的指纹图谱、分子杂交、克隆文库测序、高通量测序(pyroseqencing)、稳定性同位素探测(stable isotope probing，SIP)、基因芯片(gene chip)以及转录组学等技术。我国学者利用先进的分子生物学技术，极大地提高了我国微生物多样性的研究水平。 1 古菌多样性 目前古菌域包括5个门：广古菌门、泉古菌门、奇古菌门、纳米古菌门和初古菌门。古菌主要生活在极端环境中，如海底、陆地热泉、火山口以及盐碱湖等，最近发现古菌也在土壤、湖泊以及动物肠道等中温环境中广泛存在。据Mora等(2011)的不完全统计，目前全世界已报道可培养的古菌有503种。 我国在古菌多样性研究方面取得了重要进展，如在ISI Web of Knowledge 数据库中检索结果表明，自1999年以来我国学者在国际微生物分类学界公认的权威期刊International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology (IJSEM，2000 年前为International Journal of Systematic Bacteriology)和Extremophiles上发表了50篇古菌分类文章，总共报道了61种可培养的古菌新种。如Xu等(1999)从我国西藏盐碱湖底泥中分离到两种嗜盐碱古菌新种Natronorubrum bangense和N. tibetense，随后我国学者相继从新疆的盐湖、内蒙古碱湖、云南腾冲热泉、江苏和福建等地的盐场、山东胜利油田、青藏高原高寒湿地和柴达木盆地内陆咸、淡水湖，以及黑龙江大庆的盐碱地土壤等样本中分离得到了嗜/耐盐碱古菌、嗜热酸的硫化叶菌、产甲烷古菌、极端嗜热古菌新种。 由于古菌常生活在极端环境中，仅凭常规的分离培养方法难以全面反映自然环境中古菌的多样性。因此，近年来我国学者利用免培养的分子生物学技术开展了大量的古菌多样性与功能研究。如利用克隆文库测序和SIP技术发现水稻根际土壤中具有丰富的古菌多样性，而且RC-I (Rice Cluster I)古菌类群在稻田