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     

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。     

高通量测序技术在微生物分子生态学研究中的应用

微生物在众多的自然和人工生态系统中发挥着核心的作用,但能够被培养分离的微生物在大部分生态系统中只占极少一部分,极大地限制了人们对微生物组成、功能及其潜在应用的认识。分子生物学方法,尤其是高通量测序技术应用到微生物生态学研究中,为认识微生物多样性、群落结构组成及其生态功能提供了有利手段。高通量测序作为一种新兴的免培养分子生物学技术,具备检测快速、准确、信息全面丰富等特点。随着高通量测序技术的不断升级换代,测序通量、读长和准确度的不断提升以及成本的大幅下降,该技术在过去十几年间被迅速应用于土壤、水体和肠道等微生物区系的研究中。本文简述了基于高通量测序技术的PCR产物测序技术和宏基因组学测序技术的原理、发展历程、数据分析方法与应用,以及宏基因组学测序技术在病毒学领域的应用,以期为微生物分子生态学研究提供参考。     

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。     

微量热法在土壤微生物研究中的应用进展

一切生命过程都伴随着热效应。微量热法可对这些热效应进行精确的跟踪,并表征其过程。微量热法已广泛应用于医药、生化等研究领域,但在土壤微生物研究中却鲜有应用。本文简要介绍微量热法的原理和实验方法,综述其在土壤微生物研究中的应用现状并展望其应用前景,以期为土壤微生物研究提供新的思路和技术。     

元蛋白质组学在土壤微生物生态功能研究中的应用

元蛋白质组学是近年出现的一种基于蛋白质组学对微生物群落进行研究的新技术,其定义为对特定环境的所有微生物蛋白质进行的即时的、大规模的分析。虽然目前对元蛋白质组学的研究还处在起步阶段,但是它已在特定环境的微生物研究中显现出其强大的功能。本文通过对目前元蛋白质组学常用研究策略和技术进行比较,概述土壤元蛋白质组的提取、纯化、分离与功能鉴定等方面的研究现状,并对土壤元蛋白质组学研究的意义进行了展望。土壤元蛋白质组学的发展深受提取方法的影响,现有的方法很难提供既可成功分离又易于鉴定的蛋白质,而土壤蛋白鉴定的主要问题在于土壤蛋白质含量低,通过质谱分析对蛋白质鉴定时缺乏足够的序列-数据库信息。一旦这些问题得以解决,土壤元蛋白质组学便能在土壤微生物生态功能研究方面得到更加广泛和深入的应用。     

土壤中有机复合污染物微生物组转化机制与调控原理：进展与展望

实际污染土壤中有机污染物通常以复合污染状态存在,有机复合污染物的微生物降解过程及其作用机制显得更为复杂。土壤微生物类群多样,具有丰富的功能多样性。而有机复合污染物的降解通常由微生物组操控,通过微生物群落代谢网络完成污染物的去除。近年来,研究者逐渐关注有机复合污染土壤中微生物群落适应机制-微生物组转化过程-合成微生物组设计-原位微生物组修复等方面的研究,对认知污染土壤治理和修复具有重要的科学意义。本文以具有代谢协同性及功能互补性的微生物组为切入点,系统阐述土壤中有机复合污染物的微生物组转化机制与调控原理等,探讨微生物组在复合污染土壤绿色可持续原位生物修复中的发展前景。     

铀尾矿周边污染土壤微生物群落结构与功能研究

为给铀尾矿周边污染土壤环境监测及生态修复提供科学参考依据,以我国某铀尾矿周边的污染土壤为研究对象,采用常规稀释平板法和Biolog—Eco微平板反应系统研究了高、中、低污染区的土壤微生物群落结构及功能多样性。结果表明,放射性污染从高到低的各级取样点的三类微生物数量大小为细菌〉真菌〉放线菌;与对照相比,各样点的AWCD下降了37．6％~92．0％,AWCD、Shannon指数（H）、Simpson指数（D）与放射性核素的含量基本呈反比关系,而与有机质、全氮、碱解氮显著正相关;不同土壤微生物群落问的代谢特征随着污染程度的变化而变化,主成分分析表明这种变化主要体现在碳水化合物上。     

指纹图谱技术在动物肠道微生物多样性研究中的应用

随着分子生物技术的发展,不可培养微生物多样性研究的难题得到了解决。肠道微生物处于特殊的生态环境条件下,分子生物学技术的应用使得肠道微生物多样性的研究进入了一个崭新的阶段。本文主要介绍了基于16S rRNA基因片段的一些肠道微生物研究工作中常用的分子生物学分析方法,主要包括变性梯度凝胶电泳(DGGE),温度梯度凝胶电泳(TGGE),单链构象多态性(SSCP),限制性片段长度多态性(RFLP),放大片断长度多态性(AFLP)和随机扩增多态性DNA(RAPD)等指纹图谱技术。     

Culture-independent molecular techniques for soil microbial ecology

The advent of nucleic acid-based molecular methods, in particular the polymerase chain reaction (PCR), has revolutionised the study of soil microbial ecology, previously constrained by an inability to culture the majority of cells detected by direct microscopic observation. Extraction of DNA and RNA directly from cells in soil circumvents the requirement to grow microorganisms in laboratory culture, avoiding problems associated with the differential growth rates of the estimated 1% that can be grown routinely. However, not all cells that contain DNA are capable of growth, and in some conditions such as air-dried soil, DNA can be extracted from non-viable microorganisms after 140 years of storage. To investigate the active microbial community, RNA can also be isolated directly from soil. Analysis of ribosomal RNA (rRNA) indicates the dominant active population in any particular set of conditions and the large, constantly increasing electronic database of gene sequences for the small subunit of rRNA (16S for prokaryotes, 18S for eukaryotes) provides identification of many soil bacteria, archaea and fungi with varying degrees of certainty to the genus, species or sub-species level. More precise information on which functional genes are active can be obtained from messenger RNA (mRNA). Newer methods including high-throughput (massively parallel) sequencing and microarrays offer further advances. We describe a range of molecular techniques used to investigate soil microbial communities, discuss how they relate to other methods for investigating bacterial and fungal activity, and explore their drawbacks and limitations.     

土壤微生物分子生态学研究方法

主要介绍了目前在土壤微生物生态学研究中的常用分子生物学方法,包括核酸探针杂交技术、基于PCR技术的研究方法、特异DNA片段的序列分析、DNA扩增片段梯度凝胶电泳检测技术等。     

不同利用方式下红壤微生物生物量及代谢功能多样性的变化

研究了不同农林利用方式下红壤微生物生物量和代谢功能多样性等土壤质量指标的变化.结果表明:不同利用方式对土壤质量各指标造成了显著的影响;稻田的微生物生物量碳、氮最高,林地和草地微生物生物量次之,旱地的微生物生物量碳、氮最低(分别是稻田利用方式的4.3% 和 13.7%);稻田的微生物代谢功能多样性最高,旱地、林地和草地的细菌代谢功能多样性较低,旱地的真菌代谢功能多样性最低;微生物生物量和代谢功能多样性可以作为反映土壤质量变化的早期敏感的指标,用来衡量管理措施的改变对土壤质量造成的影响.     

中国土壤生物学研究的回顾与展望

土壤生物是土壤发生与发展的重要推动力,是土壤生态系统中最为活跃的组成部分。本文在系统查阅近10年来国内外土壤生物学文献的基础上,分析了中国土壤生物学研究的现状特点,从土壤生态学、土壤生物化学、土壤微生物学、土壤?植物系统、土壤动物学几个方面概括了土壤生物学研究的主要进展。结合国际土壤科学发展的前沿和热点问题,建议重点开展土壤生物与全球环境变化、土壤生物与土壤质量、土壤生物多样性与生态功能、微生物宏基因组学与活性物质开发、土壤污染与生物修复、土壤酶学与元蛋白质组技术等方面的研究。     

Variations in microbial community composition through two soil depth profiles

Soil profiles are often many meters deep, but with the majority of studies in soil microbiology focusing exclusively on the soil surface, we know very little about the nature of the microbial communities inhabiting the deeper soil horizons. We used phospholipid fatty acid (PLFA) analysis to examine the vertical distribution of specific microbial groups and to identify the patterns of microbial abundance and community-level diversity within the soil profile. Samples were collected from the soil surface down to 2 m in depth from two unsaturated Mollisol profiles located near Santa Barbara, CA, USA. While the densities of microorganisms were generally one to two orders of magnitude lower in the deeper horizons of both profiles than at the soil surface, approximately 35% of the total quantity of microbial biomass found in the top 2 m of soil is found below a depth of 25 cm. Principal components analysis of the PLFA signatures indicates that the composition of the soil microbial communities changes significantly with soil depth. The differentiation of microbial communities within the two profiles coincides with an overall decline in microbial diversity. The number of individual PLFAs detected in soil samples decreased by about a third from the soil surface down to 2 m. The ratios of cyclopropyl/monoenoic precursors and total saturated/total monounsaturated fatty acids increased with soil depth, suggesting that the microbes inhabiting the deeper soil horizons are more carbon limited than surface-dwelling microbes. Using PLFAs as biomarkers, we show that Gram-positive bacteria and actinomycetes tended to increase in proportional abundance with increasing soil depth, while the abundances of Gram-negative bacteria, fungi, and protozoa were highest at the soil surface and substantially lower in the subsurface. The vertical distribution of these specific microbial groups can largely be attributed to the decline in carbon availability with soil depth.     

脱硫废弃物施用对盆栽油葵碱化土壤微生物多样性的影响

在宁夏平罗西大滩前进农场,利用盆栽试验以油葵为指示植物设置了脱硫废弃物5个不同施用量处理改良碱化土壤,采用Biolog Eco-plate技术对土壤微生物群落功能多样性进行了分析.结果表明:脱硫废弃物施用处理都能够降低土壤pH值0.06～0.29个单位;降低土壤全盐含量0.72～1.35 g/kg;脱硫废弃物施用能够明...     

一个红壤剖面微生物群落的焦磷酸测序法研究

利用定量PCR和454焦磷酸测序法,研究了湖南湘阴县一典型红壤剖面微生物相关基因的多度及微生物(古菌、细菌、真菌)群落结构.结果显示,随剖面深度增加,土壤黏粒含量增多,有机质和全氮含量、碳氮比则下降.每克干土微生物基因拷贝数也趋于下降,其值为:10 7.09～ 109.30(古菌16S rDNA),108.10～109.70(细菌16S rDNA),106.54～107.95(真菌18S rDNA),10 7.24～108.61(古菌amoA基因),104.76～106.25(细菌amoA基因),105.94～ 107.88(nirK基因),106.81～109.21(nirS基因),107.03～ 109.46(nosZ基因).焦磷酸测序得到了6 459条古菌16S rRNA基因序列,平均长度为496 bp;28 626条细菌16S rRNA基因序列,平均长度为448 bp;4 683条真菌18S rRNA基因序列,平均长度为534 bp.OTU(97％相似度)分析表明,微生物群落d-多样性与所测土壤理化性质均无显著相关.Jaccard差异度分析表明同一剖面各土壤层次间微生物群落结构更为相似,而不同位点的三个表层土之间的差异较大;Mantel检验发现,与微生物群落变化相关的主要土壤因子是黏粒含量.在所有土样中,古菌以泉古菌门中的热变形菌纲(89％)为主,其分布与土壤黏粒含量相关.细菌的主要类群为酸杆菌门(33％)、变形菌门(17％)、绿弯菌门(12％)、厚壁菌门(10％)和放线菌门(7％),分类地位不明确的细菌约占11％.其中,酸杆菌门和变形菌门的相对多度在表层土中高于非表层土;而绿弯菌门和厚壁菌门的相对多度则在非表层土中更高,与土壤深度呈显著正相关.所有真菌序列分属于三个门,即子囊菌门(87％)、担子菌门(9％)和球囊菌门(4％),在纲一级的分类水平上,各样品间群落结构无明显差异.     

猪粪和土壤样品中微生物DNA提取方法的比较

猪粪施于土壤可能会对土壤微生物多样性造成影响，为选用同一种DNA提取方法用于土壤和猪粪微生物DNA的提取，该文采用了化学裂解法和试剂盒法同时从土壤和猪粪样品中提取微生物DNA，并对这两种方法的提取DNA的效果进行了比较。结果表明，试剂盒法不能用于提取土壤中的微生物DNA；可以从猪粪中提取到DNA，PCR扩增能得到目的产物，但重复性不高。化学裂解法提取的土壤微生物DNA浓度高但纯度低，纯化后纯度增加，但DNA有所损失，用于PCR扩增时结果不理想；处理猪粪样品，提取的DNA浓度较低但纯度较高，PCR扩增结果比较理想。由此可见，化学裂解法用来提取猪粪样品中的微生物DNA是可行的，但需寻求更好的土壤样品微生物DNA的提取方法。