BIOLOG在土壤微生物群落功能多样性研究中的应用

微生物功能多样性信息对于明确不同环境中微生物群落的作用具有重要意义 ,而微生物群落的定量描述一直是微生物学家面临的最艰巨的任务之一。目前 ,以群落水平碳源利用类型为基础的BIOLOG氧化还原技术为研究土壤微生物群落功能多样性提供了一种简单、快速的方法 ,并得以广泛应用。但它仍然是一种以培养为基础的方法 ,显示的代谢多样性类型也不一定反映整个土壤微生物群落的功能多样性。因此 ,这种方法优点明显 ,缺陷也存在 ,并且在应用过程中还有很多关键的操作要点与技巧。本文综述了BIOLOG研究土壤微生物群落功能多样性的原理、BIOLOG研究土壤微生物群落功能多样性的方法与技巧、应用过程中容易产生的问题及可能克服的办法 ,同时还提出了值得进一步研究的问题。旨在促进对BIOLOG测定土壤微生物群落功能多样性的了解 ,为正确运用这种方法开展土壤微生物群落功能多样性研究提供科学依据和理论指导。     

核酸分析方法在土壤微生物多样性研究中的应用

土壤微生物多样性一般包括微生物分类群的多样性、遗传(基因)多样性、生态特征多样性和功能多样性。传统的分离培养方法和土壤微生物的生化研究手段具有一定的局限性,核酸分析方法为土壤微生物多样性研究注入了新活力。本文主要综述了近年来国内外研究土壤微生物多样性所采用的核酸提取方法及核酸分析方法。重点阐述了基于PCR的分子指纹技术、核酸杂交技术、基因芯片等核酸分析方法的原理、优缺点和应用。各种土壤微生物多样性研究方法的综合应用可扬长避短,起到相互补充的作用,从而能够提供更加丰富而准确的土壤微生物群落结构及种群丰度变化等方面的信息,也将成为这一领域今后的发展趋势。     

变性梯度凝胶电泳(DGGE)技术在土壤微生物多样性研究中的应用

应用变性梯度凝胶电泳(DGGE)谱图分析技术对土壤微生物多样性进行描述,可以克服传统微生物分离纯化培养方法和显微技术的局限性.本文介绍了变性梯度凝胶电泳指纹图谱分析方法及其在土壤微生物多样性中的应用,包括对土壤特殊微生物生理类群,自然环境条件下微生物多样性变化,污染土壤微生物的多样性,不同种植制度下的土壤微生物多样性,转基因植物、微生物介入的土壤微生物多样性等方面的研究.     

污染土壤的微生物多样性研究

土壤微生物多样性是土壤微生物生态学的重要研究内容，目前已成为国际上生态学发展的崭新方向之一。土壤微生物多样性包括微生物群落功能多样性、结构多样性及分子遗传多样性，是指示土壤生态系统稳定性及其功能的重要传感器。本文基于分离培养以及生物标志分子方法。从不同生态层次上认识微生物多样性，较全面、系统地综合评述国内外污染土壤环境的微生物群落功能、结构及分子遗传多样性的研究进展，并针对新形势下土壤污染所面临的新问题，探讨了近期土壤微生物生态学过程研究的重要手段与科学问题。     

土壤微生物多样性研究的新方法

传统的分离培养和鉴定土壤微生物方法所具有的困难性和局限性 ,是造成难以深入了解土壤微生物生态学特性和多样性组成方面的主要障碍。本文运用分子生物学技术 ,以澳大利亚两种主要森林类型的土壤微生物多样性研究为实例 ,介绍了从土壤中直接提取土壤微生物DNA的方法以及末端限制性酶切片段长度多态性 (T RFLP)分析的基本原理和方法。作者认为 ,用该方法提取的土壤真菌DNA的纯度高 ,完全适合PCR扩增和T RFLP分析的要求。T RFLP已成为国外深入研究土壤微生物多样性的理想方法之一     

土壤微生物群落多样性研究方法及进展

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DNA,进行G C%含量的分析,或杂交分析,或进行PCR,产物再进行DGGE/TGGE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。     

分子生物学方法在污染土壤微生物多样性研究中的应用

综述了应用于污染土壤微生物多样性分析的各种分子生物学方法 ,包括DNA中mol%G C丰度的分析、核酸杂交技术、DNA复性动力学研究及基于PCR技术的DNA指纹图谱分析等方法。阐述了这些方法的主要应用及各自的优势和局限性     

土壤微生物多样性研究的DGGE/TGGE技术

分子生物学技术比传统的培养方法可得到土壤微生物种群多样性更全面的信息。变性梯度凝胶电泳(Denaturing gradient gel electrophoresis, DGGE)和温度梯度凝胶电泳(Temperature gradient gel electrophoresis, TGGE)可分离PCR扩增的DNA片段,已成为研究土壤微生物群落多样性的重要手段。本文综述了DGGE/TGGE技术在土壤微生物多样性研究中的应用进展,分析了该方法的主要影响因素及其优点和存在的问题。     

山麻鸭不同部位肠道形态和肠道微生物区系特点及受日粮鱼油的影响

本研究旨在通过16S rDNA V3-V4区测序了解山麻鸭(Anas platyrhynchos)5个不同肠道部位(十二指肠,空肠,回肠,盲肠和直肠)形态及微生物区系特点,并分析日粮添加鱼油对该特征的影响.实验鸭随机分为2组,分别饲喂基础日粮和基础日粮+2％鱼油,实验周期为28 d.分别通过组织染色和16SrDNA V3-V4区测序技术检测山麻鸭肠道形态和肠道微生物区系.回肠中的绒毛高度/隐窝深度(VH/CD)最大,直肠其次.直肠杯状细胞数目(GCC)最多,而其他肠道部位差异不显著.十二指肠所获OTUs(operational taxonomic units)数目最少,而回肠最多,日粮添加鱼油整体上减少了各肠段OTUs数目.α多样性分析表明十二指肠中微生物丰度最低,而鱼油显著降低直肠微生物多样性.通过对乳杆菌属、梭菌纲、巨单胞菌属和弯曲菌目的进一步LefSe(linear discriminant analysis coupled with effect size)分析发现,在所有肠道部位中,回肠除肠道形态最佳外,相关微生物数量最多,因此是山麻鸭进行消化吸收的主要部位.日粮添加2％鱼油整体上对肠道形态造成了不利影响,并降低了肠道微生物多样性.本文为全面了解山麻鸭不通肠道部位组织形态及微生物组成提供了可靠依据,并为研究鱼油在山麻鸭生产中的添加效果提供了肠道的研究基础.     

微生物菌剂对菠菜生长特性及土壤微生物多样性的影响

通过化肥减量20%和40%并配施微生物菌剂试验,研究菌剂对菠菜营养生长的影响,并通过提取土壤微生物总DNA,进行16S rDNA的PCR-DGGE研究微生物多样性。结果表明:在菠菜生长后期,配施菌剂处理的叶绿素含量(SPAD值)和叶绿素荧光参数(Fv/Fm)较高,其中,T5(化肥减量40%+菌剂减量40%)处理SPAD为52.856,T3(化肥减量20%+菌剂减量40%)处理Fv/Fm为0.797,而在生长前期则表现为T1(全量化肥)处理较高;菠菜可食部分硝酸盐含量以对照(CK,不施肥)处理最高,为1 009.21 mg.kg-1,添加微生物菌剂处理(T2~T5)都明显少于CK和T1处理;对氮、磷、钾养分的吸收利用率以T2(化肥减量20%+全量菌剂)处理最好;菠菜产量化肥减量处理(T2~T5)较T1处理均增产,T4(化肥减量40%+全量菌剂)处理的增产量最大,平均产量达到277.73 g.盆-1,增加170%;常规化肥(T1)处理的土壤微生物丰富度指数最低,香农-威尔指数(Shannon-Wierner index)为0.398,较CK 0.498有所下降,而施用微生物菌剂的各处理(T2~T5)为0.547~0.983,土壤微生物多样性指数明显提高。微生物菌剂对菠菜起到显著促生作用,以T4处理最好,对提高菠菜土壤微生物多样性方面以T3处理最好。     

长三角地区有机农药污染地下水的微生物群落分析

选择长江三角洲地区一处长期受到有机农药污染的浅层含水层,采集水样,采用不依赖于培养的16SrDNA序列分析方法,对该污染地下水中的微生物群落特征进行了分析和鉴定。结果表明,这种分析方法完全可行,该有机污染含水层具有较好的微生物多样性,且可能有一种未经鉴定的新菌种。     

PCR-RFLP技术分析沼气池厌氧活性污泥细菌的多样性

应用PCR-RFLP和rRNA分析法研究了户用沼气池厌氧活性污泥细菌的多样性。采用直接提取法提取了户用沼气池微生物宏基因组DNA,构建了细菌的16S rDNA克隆文库。随机挑取了144个准确含有16S rDNA的阳性克隆进行PCR-RFLP分析,聚类得到46个OTUs（operational taxonomic units）,其中3个OTUs是优势类群,分别占14％,10％和9％,21个OTUs只含有单个克隆。随机挑取了26个克隆进行测序,并构建了系统发育进化树。结果表明：农村户用沼气池中细菌种类较为丰富,占优势的类群分别为Firmicutes（28％）、Delta-proteobacteria（18％）和Bacteroidetes（17％）,大多数16S rDNA序列与GenBank数据库中未培养细菌相似性最高（91％～99％）,为进一步研究、利用沼气池能源提供了基础资料。     

植物源有机物料对果园土壤微生物群落多样性的影响

【目的】苹果园土壤肥力持续下降,禽畜废弃物肥源严重不足,施用植物源有机肥成为生产中改善果园土壤状况的重要措施之一。本试验利用BIOLOG微平板技术研究了盆栽条件下添加植物源有机物料及其腐殖化过程驱动因子对果园土壤微生物群落多样性的影响,探讨葡萄糖、 尿素和蚯蚓在植物源有机物料向土壤碳库转化中的作用,为揭示果园土壤质量的演变机制提供参考。【方法】取苹果园020 cm土层土壤,与苹果枝条、 玉米秸秆和果园杂草粉碎物混合,栽植2a生苹果砧木山定子幼苗,分别添加尿素、 葡萄糖和蚯蚓,利用BIOLOG微平板技术进行土壤微生物群落多样性分析。不同处理的土壤浸提液在 BIOLOG生态测试板中培养,取培养96 h时微平板光密度值进行多样性指数计算,分别用丰富度指数S 表示被微生物群落利用的基质数量,多样性指数表示反应孔与对照孔光密度值之差和整块板总差的比值,均匀度指数 E表示可培养微生物的种类均匀度,优势度指数Ds用于评估某些最常见种的优势度。对土壤微生物群落利用BIOLOG微平板中六类碳源（碳水化合物类、 氨基酸类、 羧酸类、 多聚物类、 芳香族类和胺类）的情况进行主成分分析,明确不同处理微生物对碳源利用能力的差异。【结果】有机物料种类、 小分子有机物和蚯蚓数量均对平均吸光值（AWCD值）有显著影响,在培养0~24 h,玉米秸秆+葡萄糖+12条蚯蚓（T4）和果园杂草+葡萄糖（T9）处理的AWCD值明显高于其他处理,微生物群落的活性较强,碳源开始利用较早。2496 h时,AWCD呈指数增长,120 h后趋于平缓,以玉米秸秆+葡萄糖+12条蚯蚓（T4）、 苹果枝条+葡萄糖+6条蚯蚓（T2）、 果园杂草+葡萄糖（T9）处理斜率最大,其次为玉米秸秆+尿素+6条蚯蚓（T6）和苹果枝条+尿素（T1）处理; 小分子有机物种类对微生物群落丰富度指数（S）和优势度指数（Ds）的影响显著,丰富度指数（S）以苹果枝条+葡萄糖+6条蚯蚓（T2）最大,优势度指数（Ds）以玉米秸秆+葡萄糖+12条蚯蚓（T4）最大,各处理的多样性指数（H）和均一度指数（E）差异不显著; 对碳源利用主成分起分异作用的主要是碳水化合物类和多聚物类。【结论】与秸秆和杂草处理相比,苹果枝条处理土壤微生物群落多样性较丰富,加入葡萄糖为土壤微生物提供可迅速利用的碳源,微生物功能多样性也显著增加; 蚯蚓活动对微生物群落多样性的影响比葡萄糖小,尿素对微生物群落多样性的影响也较小,但同时添加尿素和葡萄糖有助于微生物多样性的增加。     

Tufa microbial diversity revealed by 16S rRNA cloning in Taroko National Park, Taiwan

Tufa is a carbonate sediment contains inorganic and organic substances such as algae, microorganism and invertebrate. Microbial diversity of tufa found in Taroko National Park was investigated using 16S rRNA cloning and fluorescent in situ hybridization (FISH). Eleven 16S rRNA phylotypes and 37 genus and group of bacteria were identified. Of total 381 clones isolated, proteobacteria occupied 25-30% whereas cyanobacteria dominated 16-28% in total microbial population in the three sites. Acidobacteria, agricultural soil bacterium, verrucomicrobia and firmicutes were, generally, distributed in the three sampling sites. Among the three sampling sites, Baiyang walkway is found to be the most diverse site in its tufa microbial composition, indicated by species richness plot and FISH.     

盐沼湿地中植物根围土壤细菌群落结构和多样性的16S rDNA分析

The structure and diversity of the bacterial communities in rhizosphere soils of native Phragmites australis and Scirpus rnariqueter and alien Spartina alterniflora in the Yangtze River Estuary were investigated by constructing 16S ribosomal DNA （rDNA） clone libraries. The bacterial diversity was quantified by placing the clones into operational taxonomic unit （OTU） groups at the level of sequence similarity of 〉 97%. Phylogenetic analysis of the resulting 398 clone sequences indicated a high diversity of bacteria in the rhizosphere soils of these plants. The members of Alphaproteobacteria, Betaproteobacteria, Gammaproteobacteria, and Deltaproteobacteria of the phylum Proteobacteria were the most abundant in rhizobacteria. Chao 1 nonpaxametric diversity estimator coupled with the reciprocal of Simpson＇s index （l/D） was applied to sequence data obtained from each library to evaluate total sequence diversity and quantitatively compare the level of dominance. The results showed that Phragmites, Scirpus, and Spartina rhizosphere soils contained 200, 668, and 382 OTUs, respectively. The bacterial communities in the Spartina and Phragraites rhizosphere soils displayed species dominance revealed by 1/D, whereas the bacterial community in Scirpus rhizosphere soil had uniform distributions of species abundance. Overall, analysis of 16S rDNA clone libraries from the rhizosphere soils indicates that the changes in bacterial composition may occur concomitantly with the shift of species composition in plant communities.     

Vineyard soil bacterial diversity and composition revealed by 16S rRNA genes: Differentiation by geographic features

Here, we examine soil-borne microbial biogeography as a function of the features that define an American Viticultural Area (AVA), a geographically delimited American wine grape-growing region, defined for its distinguishing features of climate, geology, soils, physical features (topography and water), and elevation. In doing so, we lay a foundation upon which to link the terroir of wine back to the soil-borne microbial communities. The objective of this study is to elucidate the hierarchy of drivers of soil bacterial community structure in wine grape vineyards in Napa Valley, California. We measured differences in the soil bacterial and archaeal community composition and diversity by sequencing the fourth variable region of the small subunit ribosomal RNA gene (16S V4 rDNA). Soil bacterial communities were structured with respect to soil properties and AVA, demonstrating the complexity of soil microbial biogeography at the landscape scale and within the single land-use type. Location and edaphic variables that distinguish AVAs were the strongest explanatory factors for soil microbial community structure. Notably, the relationship with TC and TN of the <53 μm and 53–250 μm soil fractions offers support for the role of bacterial community structure rather than individual taxa on fine soil organic matter content. We reason that AVA, climate, and topography each affect soil microbial communities through their suite of impacts on soil properties. The identification of distinctive soil microbial communities associated with a given AVA lends support to the idea that soil microbial communities form a key in linking wine terroir back to the biotic components of the soil environment, suggesting that the relationship between soil microbial communities and wine terroir should be examined further.     

生物复混肥对土壤微生物群落功能多样性和微生物量的影响

在温室盆栽条件下,采用Biolog微平板法和氯仿熏蒸浸提法,研究了玉米施用等养分量的无机肥、有机无机复混肥和生物复混肥后土壤微生物群落功能多样性及土壤微生物量的变化。结果表明:生物复混肥处理的土壤微生物平均颜色变化率(AWCD)、微生物群落Shannon指数(H)和微生物群落丰富度指数(S)均最高;施用生物复混肥可明显提高土壤微生物对碳源的利用率,尤其是多酚化合物类和糖类;不同处理土壤微生物碳源利用特征有一定差异,生物复混肥在第1主成分上的得分值为正值,其他各处理在第1主成分上的得分值基本上为负值,起分异作用的主要碳源是糖类和羧酸类。在玉米生长期间各处理土壤微生物量大致呈先升高后逐渐平稳的趋势,且土壤微生物量碳、氮、磷的含量均以生物复混肥处理最高,最高值分别为333.21mg.kg 1、53.02 mg.kg 1和22.20 mg.kg 1。研究表明,生物复混肥的施用比等养分量的有机无机复混肥处理能显著提高土壤微生物群落碳源利用率、微生物群落丰富度和功能多样性,显著增加土壤微生物量碳、氮、磷的含量,有利于维持良好的土壤微生态环境。     

利用高通量测序对三江平原小叶章湿地土壤细菌多样性的研究

利用黑龙江省科学院自然与生态研究所三江平原野外实验研究站内3个不同小叶章生态类型湿地土壤样品,直接提取土壤微生物总DNA,应用Miseq测序技术对16S rDNA进行序列测定和分析。结果表明:不同小叶章湿地土壤细菌群落结构发生了显著变化,土壤细菌多样性和丰富度随着土壤含水率的增加而降低。草甸化湿地和沼泽化草甸湿地优势种群为酸杆菌,变形菌次之;沼泽化湿地优势种群为变形菌,酸杆菌次之。土壤含水率的增加减少了酸杆菌的分布,而增加了变形菌的分布。16S rDNAheatmap分析则表明,湿地水位的变化对酸杆菌和变形菌的群落结构影响最大。