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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]。
盐湖地区土壤微生物多样性与功能研究进展盐湖地区土壤微生物多样性与功能研究进展土壤微生物是地球生物圈中重要的组成部分，对于土壤生态系统的功能发挥具有重要的作用。
在盐湖地区，土壤中存在着特殊的生态环境和极端的气候条件，这对土壤微生物的多样性和功能产生了一定的影响。
随着生物技术的快速发展，对盐湖地区土壤微生物多样性及其功能的研究也取得了一系列进展。
盐湖地区的土壤微生物多样性受到多种因素的影响，其中盐分和水分是最主要的两个因素。
盐湖地区土壤中的盐分浓度较高，这导致土壤中的微生物群落结构与一般土壤有所不同。
研究发现，盐湖地区土壤中的嗜盐微生物（halophiles）占据了主导地位。
嗜盐微生物能够适应高盐浓度环境，其菌群组成和功能特性与常规土壤微生物存在差异。
此外，盐湖地区的土壤常常存在水分亏缺的情况，这对土壤微生物的生存和繁殖也带来了一定的挑战。
某些微生物通过分泌特殊的生物胶物质（如胞外多糖）来保持细胞在干旱条件下的稳定性，并在水分恢复后重新激活生命活动。
盐湖地区土壤微生物的功能研究表明，它们参与了多种重要的土壤生态过程和功能。
首先，土壤微生物是土壤有机质的分解者和转化者，能够分解复杂的有机物质为可利用的养分，为植物提供养分来源。
嗜盐微生物在高盐环境中也能够分解有机物，维持土壤生态系统的健康。
其次，土壤微生物参与了土壤固氮过程，一些嗜盐微生物具有固氮功能，能够将空气中的氮转化为植物可利用的形式。
此外，土壤微生物还参与了土壤中的硫、磷等元素的循环过程，对土壤中的元素转化和循环有着重要的影响。
近年来，通过高通量测序技术的快速发展，对盐湖地区土壤微生物多样性和功能的研究取得了一系列的进展。
通过对土壤样品中的16S rRNA基因和功能基因的测序，可以了解到盐湖地区土壤微生物的群落组成、结构及其功能潜力。
同时，还可以探索土壤微生物群落的变化规律和驱动因素，为盐湖地区土壤生态系统的保护和可持续利用提供科学依据。
总结起来，盐湖地区的土壤微生物多样性受到盐分和水分的影响，其中嗜盐微生物占据了主导地位。
土壤微生物组学研究的最新进展近年来，土壤微生物组学研究逐渐成为热门话题，受到了广泛的关注。
随着高通量测序技术及生物信息学工具的不断发展，利用微生物组学方法研究土壤微生物群落结构和功能的研究也得到了迅速发展。
本文将从土壤微生物组的特点、测序方法、微生物群落变化等方面，介绍土壤微生物组学研究的最新进展。
一、土壤微生物组的特点土壤微生物组的特点决定了它与其他微生物组有所不同。
首先，土壤样品中的微生物数量十分庞大，并且不同种类的微生物数量有明显的差异。
其次，土壤微生物具有十分丰富的多样性，可能包括细菌、真菌、古细菌、放线菌、病毒等不同类型的微生物。
此外，土壤微生物群落还与环境因子密切相关，因此，种类、数量和功能都受到了环境因素的影响。
二、测序方法目前，利用高通量测序技术，可以快速、准确地分析土壤微生物组。
其中，16S rRNA、ITS等标记基因序列是微生物组学研究中最为常用的分析方法。
通过对微生物标记基因序列进行扩增、测序和分析，可以了解土壤微生物群落结构和功能。
另外，整合元组组学和微生物组学是当前在土壤微生物组学研究领域中新兴的研究方向。
元组组学结合微生物组学，不仅可以分析土壤微生物群落的结构和功能，更具有寻找微生物基因组中的有用基因的潜力。
这种整合方法不仅可以发掘更多的微生物类型和基因资源，还可以促进对不同环境下的微生物代谢通路及其功能的深入研究。
三、微生物群落变化土壤微生物群落因为环境、时间等多种原因会发生变化。
例如，地球温暖化、人类活动等都会对微生物群落和土壤环境产生不同程度的影响。
同时，微生物在逆境下也能够自适应，并发展出特有的生长模式和代谢通路。
因此，对微生物群落的研究有助于理解生态系统的演变，发现一些微生物抗逆机制，探索生物信息学与生态学之间的交叉应用。
近年来，越来越多的研究表明，土壤微生物组学研究可以帮助我们理解微生物群落的变化，促进调控环境的目的。
例如，通过通过土壤改良、外源物添加、农业药物、循环农业、绿色农业等丰富的农业实践，可以提高微生物活性和多样性，以期最大程度地发挥微生物功能。
土壤微生物多样性的概念土壤微生物多样性又称微生物群落结构,是指生命体在遗传、种类和生态系统层次的变化[1] 。
它代表着微生物群落的稳定性,也反映土壤生态机制和土壤胁迫对群落的影响。
生物多样性还可以定义为生命的丰富度( richness of life) ,通常以土壤生物区系的变化和生物化学过程间的相互贡献来反映。
由于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[2] 。
生物多样性作为指标在监测土壤变化和对胁迫的反映方面是重要的,同时对进一步了解土壤微生物群落状态也十分有用。
随着人们对环境资源保护意识的逐步加强和因人类影响而造成的多样性损失的客观存在,目前学术界对多样性问题倍加关注。
在微生物群落研究中,微生物的均衡性、丰富性和多样性是常用的指标[3] 。
[ 1 ] Pankhurst CE et al . Defining and assessing soil healt h and sustainable productiving [ A ] . 1997. Biological Indicators of soil Health[ C] CAB international . [ 2 ] 孙波,等. 土壤质量与持续环境Ⅲ. 土壤质量评价的生物学指标[J ] . 土壤, 1997 , 29 : 225～234.[ 3 ] Kennedy AC et al . Soil microbial diversity and t he sustainability of agricultural soils [J ] . Plant and Soil ,1995 (170) : 75～86.土壤微生物多样性研究的核心内容应是自然或干扰条件下土壤微生物的群落结构、种群消长、生理代谢、遗传变异及其演替规律,尤其是环境变更或管理分异条件下土壤质量的微生物学监测、评价与调控,以及土壤微生物种质资源的开发与应用。
土壤微生物群落的多样性及其对土壤生态系统的影响研究土壤是生命的基石，而微生物则是构成土壤生态系统不可或缺的一部分。
微生物主要指细菌、真菌和放线菌等，与土壤密切相关，在碳、氮等循环中具有重大作用。
然而，在城市化和农业化等人类活动的影响下，土壤生态系统已经受到严重破坏。
因此，研究土壤微生物群落的多样性以及其对土壤生态系统的影响，对保护土壤生态系统具有重要意义。
一、土壤微生物群落的多样性1.微生物多样性指什么微生物多样性是生物多样性之一，指的是土壤中微生物物种的种类和数量。
土壤微生物包括各种细菌、真菌、放线菌等，它们在生态系统中发挥着重要的作用，是土壤有机物质分解和花粉飘浮的关键环节。
微生物多样性相对于物种多样性、基因多样性等，更贴近土壤中微小生物的生活形态，更能体现微生物在生态系统中的作用。
2.土壤微生物群落多样性的影响因素土壤微生物群落多样性与土壤中的环境因素息息相关，其中包括温度、湿度、酸碱度、有机质含量等。
此外，人类活动也在一定程度上影响着土壤微生物群落多样性，如持续的农业化和化肥的过度使用会使土壤中的微生物群落发生变化。
3.土壤微生物群落多样性的测量测量土壤微生物群落多样性有多种方法，如用分子生物学技术分析土壤样品中微生物群落的DNA序列，DNA测序后可得到微生物群落的信息。
此外，还可以采用土壤酶活性测定、微生物生长率等方法综合评价土壤微生物群落多样性。
二、土壤微生物群落对土壤生态系统的影响1.促进有机质分解微生物分解土壤中的有机质和生物残渣，这是土壤微生物在生态系统中的重要作用之一。
在有机质分解的过程中，土壤微生物通过吸收有机质并将其转化成无机物，从而促进了土壤养分的再生和再利用。
因此，土壤的微生物多样性对土壤中有机质分解有着重要作用。
2.维护土壤的生命周期通过代谢作用，土壤微生物群落的成员能够在不同的生命活动阶段中进行定居、繁殖和代谢等活动。
这些活动可以促进土壤生物的循环，从而帮助维持土壤的生命周期。
《草地生态系统土壤微生物群落以及土壤代谢特征的研究》篇一草地生态系统土壤微生物群落及其土壤代谢特征的研究摘要：本文旨在探讨草地生态系统土壤微生物群落的结构及其与土壤代谢特征的关系。
通过对不同草地生态系统的土壤样本进行深度分析，本文揭示了土壤微生物群落组成的多样性、空间分布特征及其对环境变化的响应，并探讨了其与土壤代谢活动的相互作用机制。
一、引言草地生态系统作为地球上重要的生态系统之一，对维持生态平衡和生物多样性具有重要意义。
土壤微生物群落作为草地生态系统的重要组成部分，对土壤质量、植被恢复及环境变化响应具有显著影响。
因此，研究草地生态系统土壤微生物群落及其土壤代谢特征对于理解生态系统的功能和稳定性具有重要意义。
二、研究方法本研究采用多尺度、多方法的研究策略，包括野外采样、实验室分析以及生物信息学分析。
通过对不同草地类型、不同地理位置的土壤样本进行采集和分析，综合运用PCR、DGGE、高通量测序等分子生物学技术手段，研究土壤微生物群落的结构和多样性。
同时，结合土壤酶活性、有机质含量等指标，分析土壤代谢特征。
三、草地生态系统土壤微生物群落组成与多样性1. 群落组成：研究发现，不同草地生态系统的土壤微生物群落组成存在显著差异，这主要与气候条件、植被类型和土壤类型等因素有关。
2. 多样性：通过高通量测序等技术手段，我们发现土壤微生物群落具有较高的多样性，包括细菌、真菌、放线菌等多个门类的微生物。
四、土壤微生物群落的空间分布特征研究发现，土壤微生物群落在空间上呈现出一定的分布规律。
靠近植被覆盖的区域，微生物群落的丰富度和多样性较高；而在裸露土壤或受扰动较大的区域，微生物群落的丰富度和多样性相对较低。
这表明土壤微生物群落的空间分布与植被覆盖、土壤环境等因素密切相关。
五、土壤微生物群落对环境变化的响应1. 气候变化：研究发现，气候变暖导致某些适应高温的微生物种类增多，而一些适应低温的微生物种类减少。
这表明土壤微生物群落对气候变化的响应具有一定的适应性。
生物多样性土壤生态学研究随着环保意识的普及，生态环境问题成为人们越来越关注的话题。
作为生态系统的基础，土壤是维系生态系统平衡的重要组成部分。
近些年来，围绕土壤生态学的研究日益增多，尤其是对于土壤生物多样性的研究，逐渐成为热门领域。
一、什么是生物多样性土壤生态学？生物多样性土壤生态学是研究土壤中物种多样性、群落结构和生态功能的学科，也是从生态学、土壤学、微生物学等角度来探讨土壤生态系统的重要学科。
在这个学科中，研究对象主要包括各种土壤生物，如细菌、真菌、植物、动物等。
二、生物多样性土壤生态学研究的意义？1. 反映大气污染情况和土壤健康状况生物多样性土壤生态学在调查研究过程中，我们可以通过分析土壤微生物的类型和数量，以及存在于土壤中的动植物数量、种类等指标，来反映大气污染情况和土壤健康状况。
因此，这一领域的研究将有助于提高我国土壤监测、治理和改善污染问题的水平。
2. 了解生态系统的结构与功能生物多样性土壤生态学的研究可以了解土壤中存在的各种生物群落和生态功能。
研究人员通过深入了解土壤微生物、土壤动物和土壤植物等生物多样性的相关情况，不仅可以进一步探讨生态系统中不同生物之间的关系，还可以通过观察变化趋势，以衡量环境中的生态可持续性。
3. 有效治理资源沙漠化和水土流失地带在我国，资源沙漠化和水土流失严重，治理工作迫在眉睫。
生物多样性土壤生态学研究将有助于了解在不同环境条件下，土壤中存在的哪些生物对于土壤稳定和水土保持相对重要；以及如何运用这些信息，有针对性地进行治理。
三、生物多样性土壤生态学研究方法生物多样性土壤生态学研究主要使用野外调查、实验室鉴定以及模型分析这三种方法。
1.野外调查野外考察是获取土壤样品最有效的方式之一。
可以了解土壤中存在的不同生物之间的相互作用关系，并确定这些生物对不同的生态系统功能和服务的贡献。
2.实验室鉴定实验室鉴定主要通过分析土壤中的DNA序列、细胞数、碳氮含量、酶活性等指标，了解土壤中存在哪些细菌、真菌、植物和动物，以及它们之间的生态作用关系。
基金项目科技部国际科技合作计划项目资助（编号：２００４ＤＦＢ００２０）；兰州理工大学学生科技创新基金资助。
作者简介张旭霞（１９８１－），女，陕西乾县人，硕士研究生，研究方向：恢复生态学。
收稿日期２００７!０６!１３与植物存在形态和分化的多样性不同，微生物的多样性在形态和分化方面表现并不突出，而主要表现在物种、生理生化和基因水平上。
目前，人们已经知道的微生物，仅细菌包括放线菌，就近５０００种［１］，然而这仅占所有细菌的０．１％～１．０％，还有绝大多数迄今为止还无法进行分离培养，土壤微生物多样性已引起国内外学者的极大重视。
为此，笔者就目前土壤微生物多样性研究方法进行了评述，以便在今后研究中选择适宜的研究方法。
１经典研究方法介绍１．１原理利用一定的培养基和方法（表１）选择所需要的生物，富集培养的策略是复制与小生境尽可能一样的资源和条件，然后探测这个小生境里可能栖居的微生物类群，因而具备进一步作微生物组成分析的优越性。
１．２优势与存在的问题经典的方法不仅简单易于掌握，而且在测定数量的同时可以分离出纯培养菌，并可进一步做微生物组分分析。
不论目前使用的是哪一种方法，所得到的结果都只能给人们一个相对的概念。
但是相对的概念也是有意义的，毕竟反映了土壤微生物生命活动的一定规律［２］。
因此，目前国内依然比较普遍地使用这些方法。
传统的土壤生态系统中，微生物群落多样性及结构的分析大多是将微生物进行分离培养，然后通过一般的生物化学性状或者特定的表现型来分析，因而其结果仅局限于从固体培养基上分离微生物。
随着人们对土壤中微生物原位生存状态的研究，越来越发现常规的分离培养方法很难全面地估价微生物群落多样性。
从土壤中简单提取和平板培养计数不能得到土壤微生物在土壤生态系统中的生活特征和生态功能的信息［３］。
纯培养方法和原理大多是从研究有关医用微生物的方法中引用过来的，有些方法对土壤微生物研究并不很适合。
如在自然土壤生态环境下，许多土壤微生物处于贫营养状态，而在实验室用营养丰富的牛肉汁蛋白胨来测定土壤活细菌的总数时，因大量的贫营养微生物不适宜生长，其测定结果误差大；一般实验室在分离培养土壤细菌时，通常只是在２８℃下培养，尽管土壤中存在高温型细菌，但土壤中的低温型细菌却被忽视了。
土壤微生物研究原理与方法土壤微生物是指存在于土壤中的微小生物体，包括细菌、真菌、放线菌、古菌、原生生物等。
它们在土壤中扮演着重要的角色，参与有机物质的分解、养分循环以及土壤生物活性等过程。
因此，研究土壤微生物对于理解土壤生态系统的功能和稳定性具有重要意义。
本文将介绍土壤微生物研究的原理和方法。
1. 土壤微生物研究原理土壤微生物研究的原理主要包括以下几个方面：（1）微生物群落结构：土壤微生物群落结构是指土壤中微生物的种类组成和数量分布。
通过研究微生物群落结构，可以了解土壤微生物的多样性和功能多样性，揭示微生物之间的相互作用和对土壤环境的响应。
（2）微生物代谢活性：微生物在土壤中的代谢活性反映了其对有机质和养分的利用能力。
通过研究土壤微生物的代谢活性，可以评估土壤微生物的生物量和活性，从而了解土壤的新陈代谢情况。
（3）微生物的生态功能：微生物在土壤生态系统中具有多种生态功能，包括有机质的分解、养分的转化和循环、抗生素的合成等。
研究微生物的生态功能可以揭示微生物与土壤环境之间的相互作用和影响，为土壤养分管理和生态系统恢复提供理论支持。
2. 土壤微生物研究方法土壤微生物研究方法主要包括土壤微生物的提取和分离、微生物群落结构的分析、微生物代谢活性的测定以及微生物的生态功能评价等。
（1）土壤微生物的提取和分离：土壤中微生物的提取和分离是研究土壤微生物的第一步。
常用的方法包括土壤样品的稀释平板法、渗滤法、摇瓶培养法以及膜过滤法等。
对于某些特定微生物群落的研究，可以选择特定的培养基和培养条件，以分离出目标微生物。
（2）微生物群落结构的分析：微生物群落结构的分析常用的方法有生物多样性测定方法（如PCR-DGGE、PCR-TGGE、16S rRNA基因测序等）、荧光原位杂交（FISH）技术、下一代测序技术（NGS）等。
这些方法可以帮助我们了解土壤微生物的多样性、种类和数量分布。
（3）微生物代谢活性的测定：微生物代谢活性的测定常用的方法有农业基础磷酸酶活性测定法、氢氧化酶活性测定法、呼吸代谢测定法、膜透性测定法等。
微生物在生态系统中的多样性与功能研究微生物是指无法裸眼看到的微小生物体，包括细菌、真菌、病毒、原生动物等。
微生物的数量巨大，其在地球生态系统中扮演着重要的角色。
在自然资源保护、环境治理和食品安全等方面，微生物的功能和影响受到了广泛的研究和认可。
本文将探讨微生物在生态系统中的多样性和功能，并分析其相关研究进展。
一、微生物在生态系统中的多样性生态系统是指有机体与周围环境之间相互作用的生物系统，包括生物、非生物和环境三个方面。
微生物是其中不可或缺的一部分，它们广泛分布于不同的环境和共生系统中。
其中，水体和土壤是微生物分布的主要载体，而且每立方厘米土壤或水体中的微生物数量可高达几百万个。
微生物的多样性是指生态系统中微生物群体的种类及其数量的变化程度。
研究表明，微生物多样性是自然生态系统的重要组成部分。
例如，土壤微生物的多样性形成了复杂的生态网，其中微生物之间通过养分、有机质和能量的转移实现相互作用。
而在水生生态系统中，微生物群体则参与了底物降解、生物转化和氮循环等过程。
值得一提的是，微生物的多样性并不仅仅局限于物种的多样性，也包括在生物化学反应和生态功能方面的多样性。
研究科学家通过分离鉴定具有相同表型和基因型的微生物，将它们划分为不同的生态学功能群（FEG），分析它们在生态系统中的生物与环境之间的相互作用。
依据不同的FEG分类方法，我们可以划分出不同类型的微生物多样性，为我们理解微生物生态系统的进化、分化和生理特性提供了新的方法。
二、微生物在生态系统中的功能微生物在生态系统中扮演着复杂而又重要的角色。
总体而言，微生物在生态系统中的功能可从以下几个方面进行分类：（1）有机质分解和营养循环：微生物在自然生态系统中能够快速分解有机物质，将其转化为水和二氧化碳等无害物质并释放出养分。
这是维持自然界生态系统不断物质和能量代谢流动的基础。
例如，在土壤中，养分交换作用由微生物维持，它们通过分泌酶或利用植物根系的分泌物促进根系吸收养分，同时也利用根系分泌物得到自身所需的有机质。
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:AAdvancement of methods in studying soil microbial diversityYAO 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 1Key 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86广西农业生物科学第27卷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。
