(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
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/7e14712517.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
目前用于湿地微生物群落结构分析的技术主要有平板计数法、荧光染色法、Biolog微平板分析、微生物醌指纹法、磷脂脂肪酸(PLFA)谱图、荧光原位杂交(FISH)技术等。近年来，变性梯度凝胶电泳、随机扩增多态性DNA标记、单链构象多态性等方法在湿地研究中也开始应用，对湿地中微生物的研究起到显著的推动作用。以期为利用现代分子技术研究人工湿地中微生物种群净化机理提供参考。 1 PCR-DGGE(Polymerase Chain Reac-tion and Denaturing Gradient Gel Electro-phoresis) 1.1 DGGE 原理 DGGE(变性梯度凝胶电泳)技术是由Fischer和Lerman于1979年最先提出的，主要是用于检测DNA突变的一种电泳技术。1993年Muzyers等首次将DGGE 技术应用于分子微生物学研究领域。DGGE利用序列不同的DNA片段在聚丙烯酰胺凝胶中解链温度不同的原理，通过梯度变性胶将DNA分开。与其它电泳系统相比，它不是基于核酸分子量的不同将DNA片段分开，而是根据序列的不同将片段大小相同的DNA序列分开。当双链DNA分子在含梯度变性剂(尿素、甲酰胺)的聚丙烯酰胺凝胶中进行电泳时，其解链的速度和程度与其序列密切相关，相同碱基对数目的双链DNA分子由于碱基对组成的不同，解链所需要的变性剂浓度也不同，当某一双链DNA序列迁移到变性凝胶的一定位置，并达到其解链温度时,即开始部分解链，解链程度越大，迁移阻力大，DNA分子的迁移速度随之减小，产生的迁移阻力与电场力相平衡时，具有不同序列的DNA片段则停留于凝胶的不同位置，形成相互分开的条带图谱。理论上只要选择的电泳条件足够精细，最低可检测到只有1个碱基差异的DNA片段。 1.2 PCR-DGGE 在人工湿地研究中的应用 1.2.1 微生物数量、丰度及多样性 Dong等用PCR-DGGE技术鉴别分析用来处理猪圈废水的湿地基质中微生物的情况，得出菌种的分布与总磷、硝酸盐、磷酸盐的浓度显著相关，从进水到出水中微生物的多样性及丰度显著降低，其优势种为Pseudomonas sp.(假单胞菌), Arthrobac-ter sp.(节细菌属), Bacillus sp.(杆状菌)。通过系统发育分析表明一部分16S rRNA的基因序列与不可培植的反硝化细菌具有极大的相关性，而这些反硝化细菌的活动对湿地中氮的去除起着重要的作用。Yin等利用DGGE技术分析处理受污染景观湖水的三个水平潜流湿地中微生物的多样性、总的微生物群落的改变以及氨氧化细菌的组成。通过PCR对携带单加氧酶的基因序列进行扩增，得出季节的变化对微生物群落的多样性和组成具有影响；序列分析说明湿地中氨氧化细菌是不可培养的，其菌群中含有大量的亚硝化单胞菌类似序列。Guo等利用
第四章种群和群落 第3节群落的结构 授课人：授课时间: 授课地点： 一、教材分析 本节属于高中生物必修3第四章种群与群落中第三节，是之后要学习的群落演替以及生态系统的基础，因此，是本章的重点内容之一。 群落的结构在课程标准中相关的具体内容标准为“描述群落的结构特征”。该条内容标准属于了解水平，要求同学们能够对群落的结构进行简单的描述，能从生命系统的角度说出群落是具有一定的组成和结构。 二、学生分析 在前面的学习中，学生就已经掌握了种群的相关知识，这为本节的学习奠定了基础。但学生毕竟有着基础和其它方面非智力因素的差异，因此要进行因材施教。从疑问的设置，到问题的回答要适合不同层次的学生；从基础知识的掌握，再到能力的培养，包括探索创新能力，学习兴趣等，教师要对不同层次学生进行相应点拨。 三、教学目标 1、知识与能力 1).学生能识别群落，说出群落水平上研究的问题。 2)学生能分析群落的物种组成，并说明不同群落有不同物种组成的原因。 3)学生能举例说出一个群落中不同生物种群间的种间关系。 4)学生能说出群落的空间结构，理解群落的空间结构形成是生物适应环境的结果。 2、过程与方法 通过分析讨论让学生学会合作学习，培养分析归纳问题的能力。凭借概念对具体的生物学现象作出判断和推理，训练学生应用知识、解决问题的能力。 3、情感态度与价值观 通过对群落动态规律的研究，懂得合理开发利用生物资源、保护生态平衡的重要意义，从而进一步树立环保意识。 四、教学重点和难点 1、教学重点 1)群落的结构特征； 2)丰富度的概念； 3)生物种群内各物种之间的关系； 4)种群的空间特征及应用。 2、教学难点 1)生物种群内各物种之间的关系； 2)种群的空间特征及应用。 五、教学思路 在引入课题中，通过设问，引导分析池塘中的各种种群，从而引出群落的概念。在此基础上，进一步引导学生探究的欲望，通过剖析某池塘中的生物群落，引出群落水平上所研究的问题和群落结构
生活污水处理厂微生物群落结构解析 发表时间：2018-11-27T16:00:33.133Z 来源：《建筑学研究前沿》2018年第21期作者：安海金[导读] 其中共有19种优势微生物的丰度在1%以上，共有355中菌属的所占比例高于0.01%。通过试验结果可以分析得到A城的城市污水处理厂的水质中有比较丰富的微生物资源，这些微生物资源也为污水处理提供微生物基础。 安海金 山西华瑞鑫环保科技有限公司山西省太原市 030024摘要：本文的研究对象是A城的城市生活污水处理厂，研究方法为高通量测序技术，最终获得解析功能单元中微生物群体结构结果。通过高通量测序得出ACE指数为20653.4，Chaol指数为12145.8，Shannon指数为6.6，Simpson指数为0.005。其中共有19种优势微生物的丰度在1%以上，共有355中菌属的所占比例高于0.01%。通过试验结果可以分析得到A城的城市污水处理厂的水质中有比较丰富的微生物资源，这些微生物资源也为污水处理提供微生物基础。 关键词：生活污水；微生物群体；结构解析引言：随着工业经济的不断发展，国家越来越重视对工业污染的处理要求，污水处理也是一项重要内容。如果污水处理不达标，排放出不符合要求的污水，会直接对湖水、河水产生负面影响，比较常见的就是水体富营养化。在城市污水处理的过程中，脱氮除磷是重要内容，污水处理厂中存在大量的微生物菌属，了解其群落结构特征可以为脱氮除磷在理论上提供帮助，便于脱氮除磷工作在实际工作中的推 进。目前，城市污水处理厂使用的主要方法是氧化沟工艺，从微生物群体结构出发来解析的还比较少。本文以A城的污水处理厂为例，使用污水处理厂中的活性污泥作为研究对象，采用高通量测序技术从各级分类水平上分析污水处理厂中的微生物多样性以及其群落结构特征，希望能为氧化沟污水处理提供补充性的理论支持。 1材料与方法 1.1污水处理厂概况 A城污水处理厂位于市区东南河边，每天处理污水量达10—15吨。该污水处理厂的进水水质中TP（总磷）为2.7mg/L，氨氮为18.7mg/L，YN（总氮）为24.5mg/L，化学需氧量为242.8mg/L，升华需氧量为109.5mg/L。处理污水主要使用氧化沟，水力停留时间为十小时。 1.2高通量测序 该方法是指将氧化沟厌氧池中的活性泥污放入冰盒后带回实验室立即试验，借助试剂盒的帮助提取微生物基因组DNA，为了检测抽取基因的完整性，需要使用到1%的琼脂糖凝胶电泳，之后用试剂盒来检验基因组DNA的浓度。每个样品需重复三道工序，首先进行3分钟的95℃预变；之后是保持30s的95℃、55℃、72℃的循环，包含25个循环；最后是在72℃下保持5分钟。对PCR产物进行琼脂糖电泳并回收，使用Qubit2.0DNA检测产物的定量，再通过IlluminaMiseq测试平台对PCR产物做高通量测序。 1.3微生物群落结构分析 通过对所得序列的质量控制除去不合格的引物序列、短片段和低质量序列，对剩下的序列进行相似性分析，使用uclust软件划分操作分类单元。同时对所选序列进行物种分类，分为门、纲、目、科、属这几个基本单位，根据各单位内的序列数量进行统计分析，绘制物种有关图表。 2结果与讨论 2.1污水处理效果 试验时的污水温度处于25—35℃的区间内，笔者对该污水处理厂的进水浓度进行了累计频率分析，结果为该污水处理厂的出水水质是符合一级B类排放标准的。在该污水处理厂升级改良后，出水水质满足一级A类排放标准。 2.2污泥中微生物多样性分析 最初共获得了28560条有效序列，通过质量控制后分为4435个分类操作单元，即OUT。对有效序列进行的是α指数多样性分析，结果为ACE指数为20653.4，Chaol指数为12145.8，Shannon指数为6.6，Simpson指数为0.005。后续可根据OUT数目、ACE指数、Chaol指数等绘制丰富度稀疏图或Shannon指数图等，从数值中可以分析出序列数量是接近饱和的，这也表明了污泥中有较多的微生物物种，并且其丰度与多样性都很高。 3微生物群落结构解析 3.1门水平群落结构分析 试验结果表明大部分的细菌为变形菌门和浮霉菌门这两类，这两类细菌也是比例超过了20%比例的细菌。变形菌门细菌都是革兰氏阴性菌，有学者指出变形菌门有利于污水中有机物的祛除。浮霉菌门对去除水体中的氨氮和亚硝酸盐氮也有很大的作用，它主要存在于淡水水体、海洋沉积物、污水处理系统、土壤等厌氧环境中。其他占比比较大的细菌还有酸杆菌门、衣原体门、放线菌门、厚壁菌门、芽单胞菌门、拟杆菌门，这些细菌都可以处理污水中的有机物，具有相似的作用。 3.2纲水平群落结构分析 在纲水平下，浮霉菌纲是最主要的，比例达23%左右，其他比较重要的有γ-变形菌纲、α-变形菌纲、β-变形菌纲等，加起来的比例在25%左右。α-变形菌纲是一种自养微生物，可以在硝化过程中发挥作用；γ-变形菌纲与β-变形菌纲具有相同点，都为兼性异氧菌，参与COD 的降解过程，在污水处理中发挥重要作用。 3.3目水平群落结构分析 目水平下的细菌种类较多，比例最高的是浮霉菌目，比例在20%以上，明显高于其他目。变形菌门比例也不低，但种类很多，包括根瘤菌目、红螺菌目、假单胞菌目、黄色单胞菌目、军团菌目、交替单胞菌目、脱硫弧菌目、伯克氏菌目、交替单胞菌目等。衣原体目的比例也比较多，同样包括很多种类，比如鞘脂杆菌目和暖绳菌目等。 3.4科水平群落结构分析
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
绪论（3分）第一章原核生物的形态、构造和功能（15分）第三章病毒和亚病毒（7分） 一、名词解释 微生物：一切肉眼看不见或看不清的微小生物的总称。 微生物化： 模式微生物: 微生物多样性: 细菌：一类细胞细短、结构简单、胞壁坚韧、多以二分裂方式繁殖和水生性较强的原核生物。 古生菌：在进化途径上很早就与真细菌和真核生物相互独立的生物类群。 L细菌：实验室或宿主体内通过自发突变而行成的遗传性稳定的细胞壁缺损菌株。 伴孢晶体：在形成芽孢的同时，会在芽孢旁行车形成一颗菱形、方形或不规则的碱溶性蛋白质晶体。 菌落：菌落（colony）由单个细菌（或其他微生物）细胞或一堆同种细胞在适宜固体培养基表面或内部生长繁殖到一定程度；形成肉眼可见有一定形态结构等特征的子细胞的群落。 放线菌：一类主要呈菌丝状生长和以孢子繁殖的陆生性较强的原核生物。 静息孢子：一种长在细胞链的中间或末端的形大、壁厚、色深的休眠细胞，富含贮藏物，能抵御干旱等不良环境的孢子。 病毒:是一类核酸合蛋白质等少数集中成分组成的超显微“非细胞生物”。 基本培养基：仅能满足微生物野生型菌株生长需要的培养基。 最适生长温度：某菌分裂代时最短或生长速率最高时的培养温度。 巴氏消毒法：一种利用较低的温度既可杀死病菌又能保持物品中营养物质风味不变的消毒法。 细菌质粒：游离于细菌核基因组以外具有独立复制能力的小型共价闭合环状的dsDNA分子。 温和噬菌体：能引起溶源性的噬菌体。 前噬菌体：凡能引起溶源性的噬菌体侵入的宿主细胞 病毒包涵体：病毒在增殖的过程中，常使寄主细胞内形成一种蛋白质性质的病变结构，一般是由完整的病毒颗粒或尚未装配的病毒亚基聚集而成。 噬菌体：原核生物的病毒。 阮病毒：一种不含核酸的传染性蛋白质分子。 周质空间：界于外膜和细胞质膜之间的透明空间。 溶原性细菌：温和噬菌体侵入的宿主细胞。 噬菌斑生成单位（效价）：每毫升试样中所含有的具侵染性的噬菌体粒子数。 一步生长曲线：定量描述烈性噬菌体生长规律的实验曲线。 糖被：包被与某些细菌细胞壁外的一层厚度不定的透明胶状物质。 二、填空题 1.微生物是一切肉眼看不见或看不清的微小生物的总称，其特点是个体微小、构造简单和进化地位低。
第一章：微生物类群与形态结构 非细胞型：病毒 细胞型：原核微生物：细菌、放线菌等，（无明显核，也无核膜、核仁。） 真核微生物：酵母菌、霉菌，（有明显核，有核膜、核仁。） 第1节：细菌Bacteria 是微生物一大类群，主要研究对象。 细菌是单细胞的，大小在1um左右，1000倍以上显微镜才能看到其形状。 一、细菌的形态和大小 （一）基本形态 1、球菌Coccus：球形或近球形，根据空间排列方式不同又分为单、双、链、四联、八叠、葡萄球菌。不同的排列方式是由于细胞分裂方向及分裂后情况不同造成的。 2、杆菌Bacillus (Bacterium)：杆状或圆柱形，径长比不同，短粗或细长。是细菌中种类最多的。 3、螺旋菌（Spirillum）：是细胞呈弯曲杆状细菌统称，一般分散存在。根据其长度、螺旋数目和螺距等差别，分为弧菌Vibrio （菌体只有一个弯曲，形似C字）和螺旋菌（螺旋状，超过1圈）。 与螺旋体Spirochaeta 区别：螺旋体无鞭毛。 细菌形态不是一成不变的，受环境条件影响（如温度、培养基浓度及组成、菌龄等） 异常形态一般，幼龄，生长条件适宜，形状正常、整齐。老龄，不正常，异常形态。 畸形：由于理化因素刺激，阻碍细胞发育引起。 衰颓形：由于培养时间长，细胞衰老，营养缺乏，或排泄物积累过多引起。 （二）细菌大小如何测量：显微测微尺 球菌直径0.5-1um，杆菌直径0.5-1um ，长为直径1-几倍；螺旋菌直径03-1um，长1-50um；细菌大小也不是一成不变的。 细胞重量10-13-10-12g ，每g细菌含1-10万亿个细菌。 二、细菌细胞结构 研究细菌细胞结构是分子生物学重要内容之一，有了电子显微镜才有可能。其结构分为基本结构和特殊结构。 基本结构是细胞不变部分，每个细胞都有，如细胞壁、膜、核。 特殊结构是细胞可变部分，不是每个都有，如鞭毛、荚膜、芽孢。 （一）基本结构 1、细胞壁cell wall：位于细胞表面，较坚硬，略具弹性结构。 功能：1）维持细胞外形；2）保护细胞免受机械损伤和渗透压危害；3）鞭毛运动支点；4）正常细胞分裂必需；5）一定的屏障作用；6）噬菌体受体位点所在。另外与细菌的抗原性、致病性有关。 革兰氏染色Cristein Gram，1884发明（Koch实验室） 凡是不能被乙醇脱色，呈蓝紫色，称为革兰氏阳性菌G+ 凡是经乙醇脱色，呈复染剂颜色，称为革兰氏阴性菌G- 革兰氏染色结果不同主要是细胞壁组成及结构差异造成的。 （1）革兰氏阳性菌Gram positive 以金黄色葡萄球菌为例，Staphylococcus aureus 细胞壁构成：一连续层，厚20-80nm 两部分：网状骨架：微纤丝组成基质：骨架埋于基质中 化学组成：主要是肽聚糖和磷壁酸肽聚糖peptidoglycan (粘肽、胞壁质）大分子复合体，许多亚单位交联而成。 亚单位1）双糖单位：N-乙酰胞壁酸（NAM）和N-乙酰葡萄糖胺（NAG）通过â-1，4糖苷键相连而成。 2）短肽：L-Ala-D-Glu-L-Lys-D-Ala 3) 肽桥：短肽之间连接。 短肽全部或部分连至NAM上，短肽之间也有连接，组成一网状结构。 肽聚糖是细菌细胞壁特有成分，也是原核微生物特有成分（古生菌没有） 磷壁酸teichoic acid (垣酸）G+特有成分。 多元醇与磷酸复合物，通过磷酸二酯键与NAM相连。根据多元醇不同，有甘油型、核糖醇型等5种类型。 主要功能：使壁形成负电荷环境，吸附二价金属离子，维持壁硬度和一些酶活性。还可提供噬菌体位点。 （2）革兰氏阴性菌Gram negative 以大肠杆菌为例： 内壁层：厚2-3 nm，单（双）分子层，由肽聚糖构成。与G+区别：交联低；DAP取代L-Lys；肽桥。 外壁层：内层：脂蛋白层，以脂类部分与肽聚糖相连。中层：磷脂层。外层：脂多糖层，外壁重要成分，8-10 nm。 脂多糖lipopolysaccharide LPS G-特有成分。 结构：类脂A + 核心多糖+ O-侧链 功能：1）内毒素物质基础；2）吸附镁、钙离子；3）决定G-表面抗原；4）噬菌体受体位点。 钙离子是维持LPS稳定性所必需的。 革兰氏染色机制在细胞壁与细胞膜之间，有周质空间（隙），含水解酶、载体蛋白等。
“群落的结构”知识点详解 一、知识梳理 二、知识拓展 1．种群与生物群落的关系 群落的概念：在一定空间内所有生物种群的集合体，它具有一定的结构、一定的种类构成和一定的种 间相互关系，并在环境条件相似地段可以重复出现。 群落的物种组 成和优势种 丰度 概念：群落中物种数目的多少称为物种丰度。 测定方法：识别组成群落的各种生物并列出它们的名录。 特点：不同群落的物种丰度有差别，是区别不同群落的重要特征。 优势种 概念：群落中，少数种类的生物能够凭借自己的大小、数量和生产力对群落 产生重大影响，这些种类常被称为群落的优势种。 识别特征：①个体数量多，通常会占有竞争优势； ②常常在群落中占有持久不变的优势。 群落结构 形成原因：群落结构与环境中生态因素有关，群落结构的具体表现都是在长期自然选择基 础上形成的对环境的适应。 类型 垂直结构：在垂直方向上，大多数群落（陆生群落、水生群落）具有明显的分层 现象，植物主要受光照、温度等的影响，动物主要受食物的影响。 水平结构：由于不同地区的环境条件不同，即空间的非均一性，使不同地段往往 分布着不同的种群，同一地段上种群密度也有差异，形成了生物在水平方向上的配置状况。 化。 意义：生物在垂直方向及水平方向上的位置配置关系有利于提高生物群落整体对自然资源 的充分利用。 物种在群落 中的生态位 生态位：是指物种利用群落各种资源的幅度以及该物种与群落中其他物种相互关系的总 和。它不只是说明物种的具体栖息地，还表示物种在群落中的地位、作用和重要性，所以生态位远比栖息地复杂。 完全重叠：当资源不足时，竞争优势较大的物种会把另一物种完全 排除，即竞争排除原理；当资源丰富时，有竞争关系的两个物种，可以共存。 部分重叠：当资源不足时，重叠部分由竞争优势较大的物种占有； 当资源丰富时，有竞争关系的两个物种，可以共存。 群 落 类型 形成原因：当多个种群利用同一资源或同共占有其他环境变量时，就会出 现生态位重叠。
基于二代高通量测序的环境微生物多样性分析 一般认为土壤、海洋、肠道等生态系统中的微生物数量繁多、种类多样。传统的培养方法只限于对环境样品中极少部分（0.1%-1%）可培养的微生物类群的研究，而变性梯度凝胶电泳（DGGE）、克隆文库等常规的分子生物学方法也因操作复杂、成本高、痕量菌发现困难等因素无法达到深入分析环境微生物多样性的目的。高通量测序技术的出现，极大的促进了对环境中不可培养微生物以及痕量菌的研究，为环境微生物多样性的研究开启了新的研究热潮。 微生物群落中物种的多样性依然是目前研究的重点。对群落结构的研究，将有助于了解种群结构的稳定性，进而了解种群内物种间的相互依赖、相互制约的内在联系，为将来构建功能性种群服务。鉴于微生物群落是一个多物种的集合体，其中高达95%以上的微生物物种无法分离也不能独立培养，拼装出每个独立个体的基因组现在也无法实现，细菌16S 或真菌ITS测序分析依然是现阶段微生物群落多样性和多态性分析的基石。 一、高通量测序背景介绍 高通量测序技术，可以一次对几十万到几百万条DNA分子进行序列测定，使得对PCR扩增产物直接进行序列测定成为可能。极大的促进了对环境中不可培养微生物以及痕量菌的研究，为环境微生物多样性的研究开启了新的研究热潮。目前高通量测序的主要平台代表有Illumina公司的Solexa基因组分析仪（Illumina Genome Analyzer）、罗氏公司(Roche)的454测序仪（Roch GS FLX sequencer）和ABI的SOLiD测序仪（ABI SOLiD sequencer）。微生物多样性分析中，以Illumina 及454测序平台应用最为广泛。 二、工作流程 1 PCR引物的设计 2 PCR扩增条件摸索 3琼脂糖凝胶电泳检测结果 4 全部样品进行PCR 5 PCR产物的凝胶回收及检测 6 PCR产物精确定量（Qubit 2.0 ）
地膜覆盖对土壤微生物群落结构的影响 摘要：地膜覆盖因其对改善耕层土壤的水热状况具有显著作用，在中国北方干旱半干旱地区被广泛应用。土壤的结构、通气性、水分状况、养分状况等对土壤微生物均有重要影响。本文研究了长期覆膜栽培条件下的土壤微生物种群和生物活性, 为地膜覆盖栽培技术的长期应用和持续发挥增产作用提供科学依据。 关键字：地膜覆盖；微生物群落结构 土壤微生物是陆地生态系统的重要组成部分,是土壤有机质及养分转化、循环的主要动力,在推动地球生物化学元素循环过程中起着重要作用[1]。土壤微生物组成的质与量的变化是土壤健康状况的重要敏感指示[2]。土壤微生物多样性可以定义为生命的丰富度,代表着微生物群落的稳定性,也反映土壤生态机制及土壤胁迫对微生物群落的影响。 土壤微生物群落结构主要指土壤中各主要微生物类群(包括细菌、真菌、放线菌等)在土壤中的数量以及各类群所占的比率,其结构和功能的变化与土壤理化性质的变化有关[3]。 1、水分对微生物的影响 水分微生物细胞中的结合态水约束于原生质的胶体系统之中，成为细胞物质的组成成份，是微生物细胞生活的必要条件。游离态的水是细胞吸收营养物质和排出代谢产物的溶剂及生化反应的介质；一定量的水分又是维持细胞渗透压的必要条件。由于水的比热高又是热的良导体，故能有效地吸收代谢过程中产生的热量，使细胞温度不致于骤然升高，能有效地调节细胞内的温度。微生物如果缺乏水分，则会影响代谢作用的进行。 水分的影响不仅取决于含量的多少，更重要的是其可给性。溶质浓度高低和固体表面对水的亲和力都影响水分对微生物的可给性。环境中水的可给性一般以活水度ａ ｗ （water activity）来表示。它是指在一定温度和压力条件 下，溶液蒸汽压（ｐ）与纯水蒸汽压（ｐ ０ ）之比，公式为 ａ ｗ＝ｐ／ｐ ０ 各环境中ａ ｗ值在0至1之间，纯水的ａ ｗ =1。水中有其他溶质时，溶质的 ａ ｗ值降低，溶质愈多，ａ ｗ 值越小，土壤中水活度在0.90至1.00之间。每种 微生物都有最适ａ ｗ值，超过或低于最适ａ ｗ 值，都会通过影响渗透压的变化而
水体生物膜微生物群落结构特征研究 姓名：XXX 学号：xxxxx 专业：环境科学与工程导师：XXX 1研究背景 水体生态系统中包含大量的水生生物及微生物系统，其中生物膜即为微生物菌群在水体中的表现形式之一。水体中的生物膜主要是由大量微生物附着在固体表面，并以水体中的营养物质为养分不断地生长繁殖，通过微生物胞外聚合物（Extracellular Polymeric Substances，以下简称EPS）对细胞的粘附、凝聚形成一定结构的微生物膜。生物膜广泛存在于河湖水体的表层沉积物、岩石及悬浮颗粒表面，它的存在对水体污染物质的吸附、降解起到很大的作用。水体生物膜中的微生物在水体物质循环及能量流动中起着重要作用，可影响水体中营养物质的分布及转化，同时生物膜特征的变化也主要是由于水体环境因子、营养元素的变化引起的，故水体生物膜特征是水体环境变化和演替的重要标志。 2研究意义 水体营养物质、温度及水动力是影响生物膜形成、生长的主要原因，同时微生物的生命活动可影响水体营养物质的分布及迁移转化。研究不同水体生物膜胞外聚合物含量、微生物群落结构特征对了解水环境变化、营养物质转换具有指导意义，对自然水体的自我修复、生态治理具有现实意义。 3研究内容 （1）不同水体生物膜EPS特征； （2）不同水体生物膜群落结构特征； （3）生物膜微生物群落与营养要素、EPS中蛋白、多糖的响应； 4创新点 大量的研究侧重于水体沉积物，而本研究主要侧重于上层水体边侧附着的生物膜分布特征，以及水流剪切力对生物膜的影响。
Research on Characteristics of Biofilm Microbial Community Structure in argodromile 1 Background Aquatic ecosystem contains a large number of aquatic organisms and microbial systems, including biofilm which is one of the manifestations of microbial flora in water. Biofilm is dominated by a large number of microorganisms which grow and reproduce with nutrients constantly, attached to a solid surface, with cells adhered and cohered to the extracellular polymeric substances(EPS) to form certain biofilm structure. Biofilm is widely present in sediments,surface of rock and suspended particles in water, its presence on the adsorption and degradation of water pollutants plays a significant role. Biofilms in water plays an important role in nutrient cycling and energy flow. affects the distribution and transformation of nutrients in water, the changes of water environment factors and nutrient elements can also affect the characteristics of the biofilm. Biofilm characteristics is an important symbol of water environment change and succession. 2 Significance Water nutrients, temperature, and hydrodynamics force are the main factor that affect the biofilm’s formation and growth, while microbial life events can also affect the distribution ,transformation and migration of nutrients in the water.Understanding the structure of the microbial community and biofilm extracellular polymer substances content in different kind of water has guiding significance to know the changes in water environment,and the conversion of nutrient.It also has practical significance for natural water body self-healing and ecological management. 3 Research (1) EPS characteristics of different water bodies; (2) Biofilm community structure characteristics of different water bodies; (3) The relationships between biofilm microbial communities and nutrients, proteins and polysaccharides in EPS.
《食品微生物学》授课教案 第二章微生物主要类群的形态、结构和功能 教学目的： 1、掌握原核生物和真核生物的主要区别。 2、掌握细菌细胞的形态结构、化学组成和生理功能以及细菌的繁殖特点和菌落特征。 3、掌握酵母菌细胞的形态结构、菌落特征的繁殖方式。 4、掌握霉菌细胞的形态结构、繁殖特点、菌落特征和生活史类型。 5、掌握噬菌体的形态结构以及烈性噬菌体和温和性噬菌体的繁殖特点。 6、掌握噬菌体与工业发酵的关系。 教学重点： 1、掌握细菌细胞的形态结构、化学组成和生理功能以及细菌的繁殖特点和菌落特征。 2、革兰氏染色的步骤与机理 3、掌握噬菌体的形态结构以及烈性噬菌体和温和性噬菌体的繁殖特点。 教学难点： 1、革兰氏染色的步骤与机理 2、掌握噬菌体的形态结构以及烈性噬菌体和温和性噬菌体的繁殖特点。 教学课时：8学时 教学方法：多媒体教学 教学内容：
原核微生物与真核微生物的区别归纳起来概括以下几方面，即细胞核、细胞膜、核糖体、繁殖等。 非细胞型：病毒 细胞型：原核微生物：细菌、放线菌等，无明显核，也无核膜、核仁。真核微生物：酵母菌、霉菌，有明显核，有核膜、核仁。 一、细菌 （一）细菌的形态和大小 1、基本形态： 球菌 杆菌：是细菌中种类最多的。 螺旋菌 2、细菌大小： 显微测微尺 （二）细菌细胞结构 分为基本结构和特殊结构。基本结构是细胞不变部分，每个细胞都有，如细胞壁、膜、核。特殊结构是细胞可变部分，不是每个都有，如鞭毛、荚膜、芽孢。 1、基本结构 1）细胞壁：位于细胞表面，较坚硬，略具弹性结构。 功能：维持细胞外形；保护细胞免受机械损伤和渗透压危害；鞭毛运动支点；正常细胞分裂必需；一定的屏障作用；噬菌体受体位点所在。 另外与细菌的抗原性、致病性有关。 革兰氏染色：
微生物群落多样性测序与功能分析 微生物群落测序是指对微生物群体进行高通量测序，通过分析测序序列的构成分析特定环境中微生物群体的构成情况或基因的组成以及功能。借助不同环境下微生物群落的构成差异分析我们可以分析微生物与环境因素或宿主之间的关系，寻找标志性菌群或特定功能的基因。对微生物群落进行测序包括两类，一类是通过16s rDNA，18s rDNA，ITS区域进行扩增测序分析微生物的群体构成和多样性；还有一类是宏基因组测序，是不经过分离培养微生物，而对所有微生物DNA进行测序，从而分析微生物群落构成，基因构成，挖掘有应用价值的基因资源。 以16s rDNA扩增进行测序分析主要用于微生物群落多样性和构成的分析，目前的生物信息学分析也可以基于16s rDNA的测序对微生物群落的基因构成和代谢途径进行预测分析，大大拓展了我们对于环境微生物的微生态认知。 目前我们根据16s的测序数据可以将微生物群落分类到种（species）（一般只能对部分菌进行种的鉴定），甚至对亚种级别进行分析， 几个概念： 16S rDNA（或16S rRNA）：16S rRNA基因是编码原核生物核糖体小亚基的基因，长度约为1542bp，其分子大小适中，突变率小，是细菌系统分类学研究中最常用和最有用的标志。16S rRNA基因序列包括9个可变区和10个保守区，保守区序列反映了物种间的亲缘关系，而可变区序列则能体现物种间的差异。16S rRNA基因测序以细菌16S rRNA基因测序为主,核心是研究样品中的物种分类、物种丰度以及系统进化。 OTU：operational taxonomic units (OTUs)在微生物的免培养分析中经常用到，通过提取样品的总基因组DNA，利用16S rRNA或ITS的通用引物进行PCR 扩增，通过测序以后就可以分析样品中的微生物多样性，那怎么区分这些不同的序列呢，这个时候就需要引入operational taxonomic units，一般情况下，如