荒坡地种植巨菌草对土壤微生物群落
功能多样性及土壤肥力的影响
林兴生1，林占熺1*，林冬梅1，林辉1，罗海凌1，胡应平1，林春梅1，朱朝枝2
(1. 福建农林大学菌草研究所，福建福州350002；2. 福建农林大学金山学院，福建福州350002)
摘要:研究种植于荒坡地的不同生长年限（1年、2年、3年、5年）的巨菌草对土壤微生物群落功能多样性及肥力的影响，结果表明：不同生长年限巨菌草土壤微生物对不同碳源的利用随培养时间延长而增大，培养72～96 h变化最明显，培养144 h 后各土壤AWCD值均达到最大值。总体上AWCD 值大小依次为：2年生> 3年生> 1年生>5年生>CK，不同生长年限的巨菌草土壤AWCD值均比对照高，且差异显著，2年生AWCD 值最高，其次为3年生，1年生、5年生巨菌草土壤AWCD值差异不显著。对培养96 h土壤微生物利用碳源特性进行主成分分析，主成分1、主成分2能够区分不同生长年限巨菌草土壤的微生物群落特征，2年生、3年生巨菌草土壤微生物功能多样性与CK相比，差异显著。不同生长年限的巨菌草的SHANNON(H)、均匀度、BRILLOUIN指数均高于CK，且差异显著，2年生与3年生差异不显著，1年生与5年生差异不显著。总体上不同生长年限巨菌草的土壤的pH值、有机质、碱解氮、有效磷、速效钾的含量比对照高，除1年生巨菌草外，有机质、碱解氮含量均与对照差异显著。在荒坡上种植巨菌草，可增加土壤微生物群落功能多样性，在一定程度上提高土壤肥力。
关键词:巨菌草；土壤微生物群落；功能多样性；土壤肥力
中图分类号：文献标识码：文章编号：
Effect of Pennisetum sp. Planted in the Barren Hillside on Soil Microbial
Community Function Diversity and Fertility
LIN Xingsheng1, LIN Zhan-xi1, LIN Dong-mei1, LIN Hui1, LUO Hai-ling1,
HU Ying-ping1, LIN Chun-mei1, ZHU Chao-zhi2
(1.Juncao Research Institute, Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou 350002, China;
2.Jinshan College, Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou 350002, China)
Abstract: To study effect of Pennisetum sp. planted in the barren hillside for 1, 2, 3 and 5 years on the soil microbes community function diversity and the influence of fertility, the results indicated that carbon sources utilization for soil microbial increase as culture time went, change was the most obvious when cultured by 72 ~ 96 h, AWCD value reached the maximum when cultured by 144 h. Generally, AWCD was that of Pennisetum sp.planted for 2 years > 3 years > 1 year > 5years > CK , AWCD of Pennisetum sp. planted was higher than CK with significant difference, AWCD was highest for Pennisetum sp. planted by 2 years , followed by 3 years. Difference between 1 and 5 years was not significant. Principal component analysis of carbon source characteristics for soil microbial cultured by 96 h was done, principal component 1 and principal component 2 were able to distinguish among soil microbial community characteristics,
收稿日期：2012-09-
基金项目：科技部项目（国科发计[2011]685号）；国家林业公益性行业科研专项（201004019）；福建省科技重大项目(2009N5001)资助．
作者简介：林兴生（1973- ），男，福建人，副研究员，博士生，主要从事菌草技术研发、推广、援外和国际培训，E-mail:wittylin@https://www.doczj.com/doc/ad12523232.html,；*通讯作者Author for correspondence，E-mail:singelin@https://www.doczj.com/doc/ad12523232.html,
Pennisetum sp. planted by 2 years and 3 years was significantly different with CK. SHANNON (H), EVENNESS and BRILLOUIN index of Pennisetum sp.planted were higher than CK with significant difference, Pennisetum sp.planted by 2 years and by 3 years had no significant difference, by 1 years and by 5 years had no significant difference. Generally pH value, organic matter, alkali solution nitrogen, effective phosphorus and Rapidly-available potassium content of soil planted by Pennisetum sp. were higher than CK.. Organic matter and alkali solution content of where Pennisetum sp. planted for 2, 3, 5-year effective was different significantly with CK. Pennisetum sp. planted in barren hillside could enhance Soil microbial community Functional diversity and improve Soil fertility to a certain extent.
Key words: Pennisetum sp.; Soil microbial community; Functional diversity; Soil fertility
1986年，福建农林大学发明了菌草技术(Juncao Technology)，经过20多年的发展，已形成了配套综合技术。菌草是指营养适合食用菌、药用菌等微生物生长需要，太阳能利用率高，适应性强，具有某些优良特性，可作为食用菌、药用菌等微生物培养基并有综合开发利用价值的草本植物。菌草技术是指菌草优良品种选育，菌草栽培与加工，菌草生物转化，菌草综合利用的系列技术与工艺。菌草技术已传播到85个国家，已在我国31个省、市的386个县（市）应用［1,2］。
巨菌草(Pennisetum sp.)原产于非洲，隶属禾本科狼尾草属，适宜在热带、亚热带、温带生长和人工栽培。2005年，福建农林大学菌草研究所与南非夸祖鲁奈塔尔省合作，引进该草种，并作为一种高产、优质菌草推广，已在我国福建、宁夏、广西、海南等省及巴布亚新几内亚、卢旺达、莱索托等国种植。巨菌草属典型的四碳植物，太阳能转化率是阔叶树的4～7.46倍。巨菌草植株高大直立、丛生，株高一般为3～5 m，测得最高7.08 m，其根系发达，抗逆性强，产量高，年产鲜草达200～400 t·hm-2，粗蛋白含量高（种植4周达10.8%）。福建农林大学率先利用巨菌草栽培食、药用菌，还利用其废菌料生产菌物饲料及饲料添加剂［1,2］，目前开始探索巨菌草改善土壤、治理水土流失等环保功能。
土壤微生物的生理功能多样性和群落功能多样性与地上植物生长有密切关系[3]，一方面植物通过改变土壤微生物群落特征影响土壤环境［4］，另一方面土壤微生物在土壤有机质分解和生态系统养分循环的过程中发挥着关键作用[5]，影响植被的发育与演替[6]。不同的植物对土壤微生物群落的影响不同［7］，土壤微生物群落功能多样性反映了土壤微生物群落的生态特征，相关研究集中于施肥、农药、耕作方式及不同群落对土壤生物群落功能多样性的影响[8-11]，也有关于转基因棉、化感水稻对土壤生物群落功能多样性的报道[12，13]，有研究表明稻草还田[14]、不同腐熟程度有机物料[15]、玉米免耕秸秆覆盖[16]、毛竹凋落物[17]都会对土壤微生物群落功能多样性产生影响，此外汪仲琼等[18]比较了人工和天然湿地芦苇根际土壤细菌群落结构多样性，韩玉竹等[19]研究了象草根际微生物的种类、数量和时空分布动态，曾艳等[20]综述了互花米草对土壤生态系统的影响。关于草与土壤肥力方面，前人研究了紫花苜蓿[21]、百喜草[22]、红豆草[23]、生草[24]、稗草[25]、多年生禾草[26]对土壤肥力的影响，认为果园生草具有保持水土，优化果园生态环境，提高土壤肥力等优点。目前尚未见关于巨菌草对土壤微生物群落功能多样性及肥力影响的报道，本文研究了在荒坡上种植巨菌草对土壤微生物群落功能多样性及土壤肥力的影响，探讨巨菌草的生态功能，以期在开发利用巨菌草时，能形成社会、经济、生态三大效益共赢。
1 材料与方法
1.1 试验地概况
试验地点在福建省闽清县丰达生态农业大观园菌草示范基地，地理坐标为25°55′～26°33′N ， 118°30′～119°01′E ，年降水量1400～1900 mm ，年均气温19.7 ℃，境内年平均地面温度为21～23 ℃，最高值平均为37.3 ℃，最低值平均为15.3 ℃，极端高温曾达40 ℃，极端低温-7 ℃．福建闽清丰达生态农业大观园原为荒山荒坡地，后逐步开发为生态农业园，2006年该基地通过福建太阳草生物技术有限公司从福建农林大学引进巨菌草并在荒坡地种植，采用扦插法，将巨菌草茎秆截成段，每段2节，株行距为60 cm×80 cm 。此后该基地每年均种植巨菌草，用于园内的水土保持、食用菌种植、牛羊鱼饲养和旅游观光等。 1.2 样地设置与样品采集
在福建闽清丰达生态农业大观园菌草示范基地，土壤分别取自种植于荒坡生长年限不同（1年、2年、3年、5年）的巨菌草草地和未种植巨菌草的对照地，分别选择3块具有代表性的草地，每块草地面积为1 m × 1 m ，先除去地表的凋落物层，然后采用5点梅花法取样，垂直钻取0～20 cm 的土壤，充分混匀，除去植物残体、根系、石块等杂物，用无菌自封袋封装。将土样分为2组： 一组土样置于4 ℃的冰箱，用于测定土壤微生物群落功能多样性，另一组土样风干后用于测定土壤养分。 1.3 研究方法
1.3.1 Biolog-ECO 分析 采用 31 种碳源的生态板(Biolog-Eco)分析微生物群落的代谢特征，生态板有96个孔，3份重复，每份重复有32孔（包括31个单一碳源孔和1个对照孔）。称取10 g 鲜土（称量前测量含水量），加入90 ml 无菌生理盐水中稀释，用摇床振荡30 min ， 静止沉淀3～5 min ，然后进行100 倍稀释，以每孔150 μL 稀释液加入微孔板中，将制备好的菌悬液倒入无菌移液槽中，使用八孔移液器将其接种于微平板的 96 孔中。接种好的微平板放到铺有六层纱布的塑料盒中，为防止微平板鉴定孔中的菌悬液挥发，纱布保持一定的湿度，塑料盒用保鲜膜包裹，保鲜膜上用注射针头扎若干个小眼，以保证微生物的培养所需要的氧气，ECO 生态板置于 30 ℃恒温箱避光培养，分别于培养24 h 、48 h 、72 h 、96 h 、120 h 、144 h 时用ELISA 反应微平板读数器在590 nm 处读取吸光值。 1.3.2
颜色平均变化率测定 土壤微生物群落 ELSI A 反应采用 BIOLOG-ECO 平板每孔颜色平均变化率
(Average Well Color Development, AWCD)表示，AWCD = Σ(C - R ) /n ，公式中：C 为所测定的碳源孔的吸光值，R 为对照孔的吸光值，n 为培养基碳源种类数（本研究中为31）。
1.3.3 土壤微生物群落功能多样性指数计算 以培养96 h 土壤微生物利用单一碳源的AWCD 情况，参照植物生态学中的方法[8]计算：Shannon 指数H'= -∑=s
i i i n n 1
ln ；Simpson 指数J =1-)](/)([111
--∑=N N n n i s
i i ；Brillouin
指数 H = (1/N ) ln [N ! / (n 1!n 2! n 3! …)]；McIntosh 指数D MC =(N -
∑=s
i ni 1
)/(N -N )；
Shannon 均匀度E =H ′/ ln S ；McIntosh 均匀度指数 E =(N –D MC )/N - N /S 。式中：S 为颜色变化孔的数目；n i 为第i 孔的相对吸光值，N 为吸光值总和。
1.3.4 土壤理化性质分析 由福建省农业科学院土肥研究所测定，有机质采用K 2CrO 7容量法测定，速效钾采用NH 4OAc 浸提-火焰光度法测定，有效磷采用钼锑抗比色法测定，碱解氮采用碱解扩散法测定。 1.4 数据统计分析
数据统计、主成分分析采用SPSS16.0软件，主成分作图用Canodraw 软件。
2 结果与分析
2.1 不同生长年限的巨菌草土壤微生物功能多样性的BIOLOG 分析
2.1.1 碳源平均颜色变化率(AWCD)随时间变化 随培养时间延长，土壤微生物对不同碳源的利用程度增大，培养72～96 h 变化最明显，培养144 h 后各土壤AWCD 值均达到最大值。不同生长年限巨菌草土壤微生物对多聚物、氨基酸代谢的AWCD 值大小依次为：2年生> 3年生> 1年生> 5年生>CK ，最高的是2年生，培养144 h 多聚物、氨基酸代谢的AWCD 分别是CK 的1.98倍、1.75倍；对羧酸、酚酸代谢的AWCD 值大小依次为：2年生> 1年生> 5年生>3年生> CK ，最高的是2年生，培养144 h 羧酸、酚酸代谢的AWCD 分别是CK 的1.68倍、2.00倍；对糖类代谢的AWCD 值大小依次为：3年生> 2年生>5年生>1年生>CK ，最高的是3年生，培养144 h 的AWCD 是CK 的2.18倍；对胺类代谢的AWCD 值大小依次为：3年生> 2年生> 1年生> 5年生>CK ，最高的是3年生，培养144 h 的AWCD 是CK 的2.96倍。综合看不同生长年限的巨菌草土壤AWCD 值大小依次为：2年生> 3年生> 1年生> 5年生>CK ，不同生长年限的巨菌草土壤AWCD 值均比对照高，且差异显著，2年生AWCD 值最高，其次为3年生，1年生、5年生巨菌草土壤AWCD 值差异不显著（图1）。
A W C D
图1 不同生长年限巨菌草土壤微生物碳源平均颜色变化率(AWCD)
Fig. 1 Soil microbial carbon source average color change rate (AWCD) of Pennisetum sp.with different growth period
2.1.2 不同生长年限巨菌草土壤微生物利用碳源主成分分析根据培养96 h土壤微生物利用单一碳源的AWCD值，对不同土壤微生物利用单一碳源特性进行主成分分析，结果表明：从31个碳源中提取的与土壤微生物碳源利用相关的主成分8个，其中主成分1至主成分8分别能够解释变量方差的25.39%、18.89%、11.28%、9.31%、6.84%、5.60%、5.26%、4.71%，合计解释变量方差的87.27%。CK全部分布于主成分1、2的负端，除了5年生巨菌草外，1年生、2年生巨菌草主要分别于主成分1的负端和主成分2的正端，3年生巨菌草主要分布于主成分1的正端和主成分3的负端，均与CK差异显著(P<0. 05)，主成分1、主成分2能够区分不同生长年限巨菌草土壤的微生物群落特征，2年生、3年生巨菌草土壤微生物功能多样性与CK 相比，发生了显著的变化(图2)。对主成分的得分系数与单一碳源AWCD 进行相关分析表明，与主成分1显著相关的碳源主要是糖类（D-木糖D-xylose、β-甲基-D-葡萄糖β-Methyl-D-glucose、葡萄糖-1-磷酸Glucose-1-Phosphate），氨基酸（L-精氨酸L-Arginine、谷氨酰-L-谷氨酸Glycyl-L-Glutamic acid），羧酸（D-苹果酸D-Malic acid）和多聚物（D-甘露醇D-Mannitol），与主成分2显著相关的碳源主要是氨基酸（L-丝氨酸L-serine）。
2.1.3 不同生长年限巨菌草土壤微生物利用培养基的多样性指数[13]土壤微生物群落利用碳源类型的多与少可以用各种的多样性指数表示。从表1可看出，McIntosh指数不能区分不同生长年限巨菌草土壤微生物群落利用碳源类型的多与少差异，Simpson指数不能区分不同生长年限巨菌草土壤微生物群落利用碳源类型的差异，SHANNON(H)、均匀度、BRILLOUIN均能在一定程度上反映不同生长年限巨菌草土壤的利用碳源类型差异，不同生长年限的巨菌草在SHANNON(H)、均匀度、BRILLOUIN指数均高于CK，且差异显著(P<0. 05)，2年生与3年生差异不显著，1年生与5年生差异不显著。
表1 不同生长年限的巨菌草土壤微生物利用培养基多样性指数
Table 1 Diversity index for soil microorganisms using the culture medium of Pennisetum sp.with different growth period
生长年限Growth years SIMPSON(J) SHANNON(H)
均匀度
EVENNESS
BRILLOUIN McIntosh(D MC)
CK
1年生1-year 2年生2-year 3年生3-year 5年生5-year 0.9781±0.0103 a
0.9992±0.0015 a
0.9937±0.001 a
0.9941±0.0028 a
1.0061±0.0008 a
4.2733±0.0615 c
4.3699±0.0597 b
4.5701±0.104 a
4.4589±0.0065 ab
4.3445±0.0439 b
0.8626±0.0124 c
0.8942±0.0121 b
0.9225±0.021 a
0.9 ±0.0013 ab
0.8969±0.0089 b
2.6708±0.0916 c
3.061±0.1726 b
3.2807±0.0836 a
3.168±0.0428 ab
2.8668±0.034 b
0.9819±0.0022 a
0.9979±0.0048 a
1.0434±0.024 a
0.9842±0.0074 a
1.0153±0.0021 a
小写字母表示差异显著(P<0. 05) Different small letters indicated significant difference at 0. 05 level. 下同The same below.
表2 不同生长年限巨菌草的土壤肥力测定
Table 2 Soil fertility determination of Pennisetum sp.with different growth period
生长年限Growth years pH
有机质%
Organic
matter
碱解氮(mg·kg-1)
Alkali solution
nitrogen
有效磷(mg·kg-1)
Effective
phosphorus
速效钾(mg·kg-1)
Rapidly-available
potassium
CK 4.46±0.08 b 1.69±0.64 b 83.00±18.23 c 7.00±4.50 b 115.27±97.57 a
1年生1-year 4.61±0.32 b 2.14±0.13 b 91.30±8.30 bc 19.80±2.00 a 123.30±16.10 a
2年生2-year 4.86±0.47 b 3.14±0.17 a 158.50±11.10 a 11.30±1.20 b 145.60±45.83 a
3年生3-year 6.82±0.18 a 3.35±0.15 a 108.70±8.10 b 8.19±0.16 b 104.20±5.50 a
5年生5-year 4.61±0.28 b 3.12±0.22 a 160.40±7.50 a 18.10±2.10 a 128.00±12.50 a
2.2 巨菌草不同生长年限对土壤肥力的影响
除3年生巨菌草的速效钾含量外，不同生长年限巨菌草的土壤的pH值及有机质、碱解氮、有效磷、速效钾的含量总体上均比未种植菌草的土壤（CK）高，其中3年生巨菌草的土壤有机质最高，比对照高98.20%除1年生巨菌草外，与对照比均差异显著；5年生巨菌草土壤的碱解氮为160.40 mg·kg-1，比对照高93.2%，除1年生巨菌草外，与对照比均差异显著；1年生、5年生巨菌草土壤的有效磷含量与对照差异显著，2年生、3年生巨菌草土壤的有效磷含量与对照差异不显著；不同生长年限巨菌草土壤的速效钾与对照差异不显著。结果表明：种植巨菌草能在一定程度上提高土壤肥力（表2）。
3 讨论与结论
3.1 不同生长年限巨菌草对土壤微生物群落多功能性的影响
清华等[27]、周虹霞等[28]研究认为，互花米草的高生物量和高生产力为土壤微生物提供丰富的碳源，与光滩相比，互花米草所在的土壤中有更多微生物赖以生长的碳源种类，其生长的土壤中的微生物量也相应较高，Batten 等[29]报道互花米草地上部分群落密度大，极大影响地下微生物群落，王蒙[30]报道互花米草的生长会使裸滩土壤微生物增加，Ravit等[31]研究表明互花米草发达的根系对土壤微生物群落结构有显著影响。巨菌草同样具有高的生物量和发达的根系，本研究也表明与未种植巨菌草的荒坡比，在荒坡上种植巨菌草后会显著改变土壤微生物群落功能的多样性。
BIOLOG 氧化还原技术，是以微孔板碳源利用为基础的定量分析方法，为研究微生物群落功能多样性提供了一种更简单、更快速的方法, 已广泛应用于评价土壤微生物群落的功能多样性。土壤微生物利用碳源的能力和代谢活性的大小可通过AWCD反映出来，其值越高，土壤中微生物群落代谢活性也就越高[32]。孟庆杰等[33]研究了草地、农田和裸地等3个的生态系统土壤微生物功能多样性的动态变化，结果表明，土壤微生物平均颜色变化率(AWCD)和Shannon多样性指数均表现为草地最高，农田次之，裸地最低。本研究结果得出在荒坡上种植巨菌草比相同土壤条件未种植巨菌草的荒坡土壤微生物AWCD 高。但时鹏等[10]研究显示长期耕作加大了对土壤的扰动，破坏土壤结构，未干扰的撂荒土壤微生物碳源利用活性高土壤微生物多样性指数显著高于其他耕作处理。
利用主成分分析，可以比较不同处理间土壤微生物碳源利用的差异[10]。本研究发现，主成分1、主成分2解释了大部分的变异，CK全部分布于主成分1、2的负端，除了5年生巨菌草外，1年生、2年生巨菌草主要分别于主成分1的负端和主成分2的正端，3年生巨菌草主要分布于主成分1的正端和主成分3的负端，均与CK差异显著(P<0. 05)，2年生、3年生巨菌草土壤微生物功能多样性与CK相比，发生了明显的变化，不同生长年限的巨菌草草地土壤微生物的碳源利用能力均与对照差异显著，种植巨菌草对土壤微生物产生
较大影响。
3.2 不同生长年限巨菌草对土壤肥力的影响
本研究结果显示，在荒坡上种植巨菌草，随生长年限增加，土壤有机质含量呈先升后降趋势，但均比同一土壤条件未种植巨菌草的荒坡高，这与生草、花互米草的相关研究结果基本一致，孙霞等[24]报道生草能提高0~60 cm 土层有机质含量，种植禾本科牧草有机质年积累0.11%，豆科牧草年积累0.15%，随着生草年限的增加较深土层土壤有机质也趋于增加。在崇明滩的调查研究发现，互花米草群落的氮库比本地群落海三棱藨草和芦苇高[34]，江苏沿海互花米草入侵碱蓬带的研究显示，互花米草入侵8~14 a，其土壤有机碳比本地植物碱蓬生长的土壤升高27.0% ~69.6%[35]。荒坡上种植巨菌草能提高土壤有机质，可能是由于巨菌草根系发达，能改善土壤颗粒结构，此外巨菌草落叶等植物残体，增加了土壤腐殖质，在微生物作用下形成矿质营养逐渐向土壤淋析，补充了土壤营养，这类似于作物残体还田的作用，作物残体可培肥土壤、保持及提高土壤有机质含量。研究表明，作物残体施入土壤后，显著影响土壤有机质组成[36]，可提高土壤孔隙度，降低容重，改善土壤通透性和保水保肥性能，增强土壤缓冲性[37]。Hooker 等[38]研究发现，玉米秸秆还田，显著增加了常规耕作土壤中有机碳的含量。
现有研究表明，互花米草入侵光滩和草本植物滩涂，使得土壤全磷含量升高。王红丽等[39]报道互花米草入侵崇明东滩潮滩芦苇湿地，芦苇、米草共生区土壤全磷含量(0.7 g?kg-1 )大于芦苇湿地(0.3g?kg-1)，互花米草入侵红树林湿地，土壤全磷含量升高。孙霞等[24]报道生草对N、P、K 营养的影响主要表现在0~ 40 cm 土层，生草能提高0~ 40 cm 土层水解N、速效P及速效K 含量。本研究也得出了相似的结果，在荒坡上种植巨菌草在一定程度上能提高土壤碱解氮、有效磷、速效钾的含量。
3.3 结论
在荒坡上通过种植巨菌草，可以增加土壤微生物群落功能多样性，同时有利于提高土壤肥力，生长年限为2年、3年的巨菌草土壤微生物群落功能多样性及土壤有机质含量最高，表明种植巨菌草2~3年有显著的生态功能。
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《土壤里的微生物》教学设计（第1课时） “土壤里的微生物”是科版七年级下册第13章第2节的容。是上一节课容的基础上，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。 教材分析 课标对本节的要“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
土壤微生物测定 土壤微生物活性表示土壤中整个微生物群落或其中的一些特殊种群状态，可以反映自然或农田生态系统的微小变化。土壤微生物活性的表征量有:微生物量、C/N、土壤呼吸强度和纤维呼吸强度、微生物区系、磷酸酶活性、酶活性等。 测定指标： 1、土壤微生物量(MierobialBiomass，MB) 能代表参与调控土壤能量和养分循环以及有机物质转化相对应微生物的数量，一般指土壤中体积小于5Χ103um3的生物总量。它与土壤有机质含量密切相关。 目前，熏蒸法是使用最广泛的一种测定土壤微生物量的方法阎，它是将待测土壤经药剂熏蒸后，土壤中微生物被杀死，被杀死的微生物体被新加人原土样的微生物分解(矿化)而放出CO2，根据释放出的CO2:的量和微生物体矿化率常数Kc可计算出该土样微生物中的碳量。 因此碳量的大小就反映了微生物量的大小。 此外，还有平板计(通过显微镜直接计数)、成份分析法、底物诱导呼吸法、熏蒸培养法(测定油污染土壤中的微生物量—碳。受土壤水分状况影响较大，不适用强酸性土壤及刚施 用过大量有机肥的土壤等)、熏蒸提取法等，均可用来测定土壤微生物量。 熏蒸提取-容量分析法 操作步骤： （1）土壤前处理和熏蒸 （2）提取 -1K2SO 4（图将熏蒸土壤无损地转移到200mL聚乙烯塑料瓶中，加入100mL0.5mol·L 水比为1:4；w：v），振荡30min（300rev·min -1），用中速定量滤纸过滤于125mL塑料瓶中。熏蒸开始的同时，另称取等量的3份土壤于200mL聚乙烯塑料瓶中，直接加入100mlL0.5mol·L -1K2SO4提取；另作3个无土壤空白。提取液应立即分析。 （3）测定 吸取10mL上述土壤提取液于150mL消化管（24mmх295mm）中，准确加入10mL0.018 mol·L -1K2Cr2O7—12mol·L-1H2SO4溶液，加入2~3玻璃珠或瓷片，混匀后置于175±1℃ 磷酸浴中煮沸10min（放入消化管前，磷酸浴温度应调至179℃，放入后温度恰好为175℃）。冷却后无损地转移至150mL三角瓶中，用去离子水洗涤消化管3~5次使溶液体积约为80mL， 加入一滴邻菲罗啉指示剂，用0.05mol·L -1硫酸亚铁标准溶液滴定，溶液颜色由橙黄色 变 为蓝色，再变为红棕色，即为滴定终点。 （4）结果计算
(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
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
初中生物新课程标准教材 生物教案( 2019 — 2020学年度第二学期 ) 学校： 年级： 任课教师： 生物教案 / 初中生物 / 七年级生物教案 编订：XX文讯教育机构
土壤里的微生物 教材简介:本教材主要用途为通过学习生物这门课程，可以让学生打开对世界的认识，提高自身的见识，本教学设计资料适用于初中七年级生物科目, 学习后学生能得到全面的发展和提高。本内容是按照教材的内容进行的编写，可以放心修改调整或直接进行教学使用。 一、教学目标 (一)认知目标 1．介绍细菌、放线菌和真菌的形态结构、营养方式和生殖方式。 2．介绍微生物在自然界里的作用 (二)技能目标 培养学生的观察能力、分析问题的能力 (三)情感目标 1．通过对微生物在生产生活中应用的学习，培养理论与实践相结合的习惯。 2．通过介绍我国人民利用微生物造福社会的事例，激发学生的民族自豪感。 二、教学重点与难点 1．教学重点：微生物的形态、结构、营养方式。 2．教学难点：微生物的营养方式和生殖。
四、教学过程 （一）导入 一、认识细菌： 引入新课，教师接着指出：细菌分布广泛，无论是空气、水、土壤还是每个人身上都有细菌生活。但它是单细胞生物，个体十分微小，所以我们用眼睛看不到，下面我们就要了解一下细菌的形态和结构特点。 细菌形态①用高倍显微镜演示细菌的三种形态；②可以用显微投影仪投影放大细菌的三种形态。③播放细菌显微结构和亚显微结构的录像片段。细菌三种形态的示意图。接着教师总结出细菌的形态：单细胞个体，从形态上分为：球菌、杆菌和螺旋菌三类。 （3）细菌的结构特点，让学生与前面所学过的植物细胞结构进行比较找出相同点和不同点。注意强调：细菌细胞没有成形的细胞核是细菌细胞与植物细胞在结构上的重要区别，所以细菌不属于植物范围。另外，有些细菌具有特殊结构如：①有的细菌具有鞭毛可在水中游动。②有的细菌在细胞壁外有荚膜、具有保护作用。 关于芽孢，教师应该指出：能否形成芽孢是细菌总的特征，不是所有细菌都能形成芽孢。芽孢是该菌种的休眠状态，称休眠体。注意说明芽孢的形成不是细菌的繁殖方式，一个细菌只能生成一个芽孢，在适宜条件下，一个芽孢萌发形成一个菌体。芽孢对恶劣环境有很强的
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。
《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，
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/ad12523232.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
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。
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/ad12523232.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
1．土壤是微生物生长和栖息的良好基地 土壤具有绝大多数微生物生活所需的各种条件，是自然界微生物生长繁殖的良好基地：其原因在于土壤舍有丰富的动植物和微生物残体，可供微生物作为碳源、氮源和能源。土壤台有大量而全面的矿质元素，供微生物生命活动所需。土壤中的水分都可满足微生物对水分的需求。不论通气条件如何，都可适宜某些微生物类群的生长。通气条件好可为好氧性微生物创造生活条件；通气条件差，处于厌氧状态时又成了厌氧性微生物发育的理想环境。土壤中的通气状况变化时，生活其问的微生物各类群之间的相对数量也起变化。土壤的pH值范围。3．5～10．0之间，多数在5.5～8．5之间，而大多数微生物的适宜生长pH也在这一范围。即使在较酸或较碱性的土壤中．也有较耐酸、喜酸或较耐碱、喜碱的微生物发育繁殖，各得其所地生活着。土壤温度变化幅度小而缓慢．夏季比空气温度低，而冬季又比空气温度高，这一特性极有利于微生物的生长。土壤的温度范围恰是中温性和低温性微生物生长的适宜范围。 因此，土壤是微生物资源的巨大宝库。事实上，许多对人类有重大影响的微生物种大多是从土壤中分离获得的，如大多数产生抗生素的放线菌就是分离自土壤。 2．土壤中的微生物数量与分布 土壤中微生物的类群、数量与分布，由于土壤质地发育母质、发育历史、肥力、季节、作物种埴状况、土壤深度和层次等等不同而有很大差异。lg肥沃的菜园土中常可含有108个甚至更多的微生物，而在贫瘠土壤如生荒土中仅有103～107个微生物，甚至更低。土壤微生物中细菌最多，作用强度和影响最大，放线菌和真菌类次之，藻类和原生动物等数量较少，影响也小。 (1)细菌 土壤中细菌可占土壤微生物总量的70％～90％，其生物量可占土壤重量的 1/10000左右。但它们数量大，个体小，与土壤接触的表面积特别大，是土壤中最大的生命活动面，也是土壤中最活跃的生物因素．推动着土壤中的各种物质循环。细菌占土壤有机质的1％左右。土壤中的细菌大多为异养型细菌，少数为自养型细菌。土壤细菌有许多不同的生理类群，如固氮细菌、氨化细菌、纤维分解细菌、硝化细菌、反硝化细菌、硫酸盐还原细菌、产甲烷细菌等在土壤中都有存在。细茼在土壤中的分布方式一般是黏附于土壤团粒表面，形成菌落或菌团，也有一部分散布于土壤溶液中，且大多处于代谢活动活跃的营养体状态。但由于它们本身的特点和土壤状况不一样．其分布也很不一样。 细菌积极参与着有机物的分解、腐殖质的合成和各种矿质元素的转化； (2)放线菌 土壤中放线菌的数量仅次于细菌．它们以分枝丝状营养体缠绕于有机物或土粒表面，并伸是于土壤孔隙中。1g土壤中的放线菌孢子可达107～108个．占土壤微生物总数的5％～30%．在有机物含量丰富和偏碱性土壤中这个比例更高。
哈尔滨师范大学 学年论文 题目植物与微生物关系研究进展 学生李春葳 指导教师王全伟副教授 年级 2009级 专业生物科学 系别生物科学系 学院生命科学与技术学院 哈尔滨师范大学 2012年5月
论文提要 植物与其生长环境中的微生物关系密切，两者形成了植物—微生物共生体系统。植物影响着其周围及体内的微生物的群落结构，这些微生物又通过其生命活动影响植物的生长发育。了解与认识植物与微生物的相互作用对于农业生产具有重要意义。本文就植物类型及植物根系分泌物对微生物群落结构及多样性的影响,植物根际微生物、叶围微生物和内生菌(包括内生真菌、内生细菌以及内生放线菌)对植物生长发育的影响等进行综述，并就其将来的研究方向做了展望。
植物与微生物关系研究进展 李春葳 摘要:植物与其生长环境中的微生物关系密切,两者形成了植物—微生物共生体系统。植物影响着其周围及体内的微生物的群落结构,这些微生物又通过其生命活动影响植物的生长发育。了解与认识植物与微生物的相互作用对于农业生产具有重要意义。本文就植物类型及植物根系分泌物对微生物群落及其多样性的影响,植物根际微生物、叶围微生物和内生菌(包括内生真菌、内生细菌以及内生放线菌)对植物生长发育的影响等进行综述,并就其将来的研究方向做了展望。 关键词:植物植物根际微生物内生菌叶围微生物 植物与微生物的相互作用主要包括植物与根际微生物的互作、植物与叶围微生物的互作、植物与内生菌的互作及植物对微生物多样性的影响等。植物与周围环境生物的相互作用在自然界中普遍存在,其中以植物与微生物的互作为重要形式之一。本文就植物类型及植物根系分泌物对微生物群落及其多样性的影响,植物根际微生物、叶围微生物和内生菌(包括内生真菌、内生细菌以及内生放线菌)对植物生长发育的影响等进行综述,并就其将来的研究方向做了展望。 １植物根际有益微生生物与植物的关系 植物根际有益微生物主要指对植物生长和健康具有促进作用的土壤微生物。这些微生物可以通过一些途径，促进植物定植、生长和发育[1、2]。根据根际有益微生物主要作用可以将其分为植物根际促生微生物PGPM（plant growth promoting micribiology）和生防微生物BCA（biological control agents）2大类。 1.1植物促生微生物 植物促生微生物主要包括根瘤菌（Rhizobium）、菌根菌等。固氮微生物（自生固氮菌、联合固氮菌和共生固氮菌）可以通过固定大气中的Ｎ 从而增加植物对氮素的吸收。ＷｕＦ ２ Ｂ发现，苗期海岛棉(Gossypium barbadense)接种自生固氮菌（Azotobacter sp.）、巴西固氮螺菌（Azospirillum brasilense）、多糖芽孢杆菌（Bacillus polymyxa）和根瘤菌后，其功能叶中氮、磷、叶绿素含量以及生物学产量均明显提高[3]。尽管固氮微生物在非豆科植物以外的其他植物根际所占比例很小（1％），但对某些植物来说其根际固氮微生物所固定的氮素对其生长来说仍是重要氮源[1]。有些植物根际促生微生物（主要是菌根真菌）可以通过影响植物根系形态及生理特征，如增加植物根系吸收面积、改变植物根系通透性从而影响植物对N、P、K的吸收[4]。陈洁敏等[5]研究表明，分别接种3种AMF（泡囊丛枝菌根真菌）的玉米（Zeamays）对氮和磷的吸收比未接种的玉米增加了41.14％～78.29％。一些植物根际促生微生物可以通过产生有机酸或酶一类的代谢产物作用于土壤中以螯合形式存在的营养元素，从而使其活化，特别是许多AM真菌对P直接进行活化，从而增加了土壤中植物可利用的P。也有研究表明，菌根可以增加植物对水分的吸收，从而提高植物的抗旱能力。
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