土壤微生物群落多样性解析法:从培养到非培养

土壤微生物群落多样性是土壤微生物生态学和环境科学的重点研究内容之一.传统的土壤微生物群落多样性解析技术是指纯培养分离法(平板分离和形态分析法以及群落水平生理学指纹法).后来,研究者们建立了多样性评价较为客观的生物标记法(磷脂脂肪酸法和呼吸醌指纹法).随着土壤基因组提取技术和基因片段扩增(PCR)技术的发展,大量的现代分子生物学技术不断地涌现并极大地推动了土壤微生物群落多样性的研究进程.这些技术主要包括:G+C％含量、DNA复性动力学、核酸杂交法(FISH和DNA芯片技术)、土壤宏基因组学以及DNA指纹图谱技术等.综述了这些技术的基本原理、比较了各种技术的优缺点并且介绍了他们在土壤微生物群落多样性研究中的应用,展望了这些技术的发展方向.     

口腔未培养微生物分离培养策略的研究进展

口腔微生物是人体微生物组的重要组成部分,其群落组成丰富且独特。现有研究显示,口腔微生物与龋病、牙周炎等口腔健康问题有直接的联系,因而具有重要的研究价值。随着高通量测序技术的发展,人们对口腔中未培养微生物多样性的认识不断加深,这进一步催生对微生物分离培养技术需求的增加。为此,本文将围绕口腔未培养微生物及其分离培养策略的研究进展,首先介绍口腔中未培养微生物的研究现状;其次分析口腔微生物分离培养中可能的限制因素;最后综述微生物分离培养技术发展及其在口腔未培养微生物研究中的应用。全文旨在为口腔未培养微生物的分离培养提供思路和技术参考。     

油藏微生物群落研究的方法学

油藏微生物群落的解析和认知是开发和应用微生物采油技术的基础。利用各种提高油藏微生物可培养性的方法和非培养技术解析不同油藏微生物的群落结构、功能和多样性,对定向调控油藏微生物群落、开发和应用有效微生物驱油技术具有重要的指导意义。通过调查新近发展的提高微生物可培养性的方法和措施以及不依赖于培养的分子微生物生态学技术,总结了油藏微生物群落研究方法学的最新进展。提高微生物可培养性的方法和措施主要通过模拟微生物的生存环境,减少富营养的毒害作用、添加信号分子维持微生物细胞间的作用和提供新型电子供体和受体等手段采用稀释法、高通量培养法等方法得以实现;不依赖于培养的分子微生物生态学技术主要包括荧光原位杂交、末端限制性片断长度多态性分析、变性梯度凝胶电泳和构建克隆文库等技术。这些方法学的进展为更有效的获得各种油藏微生物资源、调控油藏微生物群落以提高石油采收率提供理论指导。     

基于16S rRNA基因测序分析微生物群落多样性

微生物群落多样性的研究对于挖掘微生物资源,探索微生物群落功能,阐明微生物群落与生境间的关系具有重要意义。随着宏基因组概念的提出以及测序技术的快速发展,16S rRNA基因测序在微生物群落多样性的研究中已被广泛应用。文中系统地介绍了16S rRNA基因测序分析流程中的四个重要环节,包括测序平台与扩增区的选择、测序数据预处理以及多样性分析方法,就其面临的问题与挑战进行了探讨并对未来的研究方向进行了展望,以期为微生物群落多样性相关研究提供参考。     

土壤微生物多样性研究方法

概述了研究土壤微生物多样性的主要方法．传统上,土壤微生物群落的分析依赖于培养技术,使用各种培养基最大限度地培养各种微生物群体,但仍只能培养和分离出一小部分土壤微生物群落．使用Biolog分析、磷脂脂肪酸分析和核酸分析等方法,可研究和表征那些现在还不能够被培养的土壤微生物。从而获取关于土壤微生物群落多样性的更多和更完整的信息．     

连续流生物反应器技术在微生物培养中的应用

自然环境中99%微生物在实验室条件下仍是不能被培养的,称之为"未培养"微生物或微生物"暗物质"。对其进行研究不仅有助于认识环境中微生物代谢多样性,丰富生命之树,同时未培养微生物还蕴含着巨大的新基因和新天然产物资源。但传统培养技术的局限性阻碍了"未培养"微生物资源的开发和利用。虽然随着分子生物学技术的发展,可以直接从环境中获得未培养微生物的遗传信息,分析微生物的广泛代谢多样性,但微生物的生理特征和代谢产物等分析仍然需要建立在研究纯菌株的基础上。目前,已经有很多新颖的培养技术被研发,如原位培养技术、共培养技术和连续流生物反应器培养技术等用于挖掘未培养微生物资源。本文主要介绍了连续流生物反应器培养新技术的发展与改进,探讨了"未培养"微生物培养技术及设备的发展方向,以进一步促进"未培养"微生物资源的开发与利用。     

环境微生物培养新技术的研究进展

遍布于地球上各种生境中的微生物具有丰富的物种多样性.迄今为止,能够在实验室条件下培养的微生物仅仅是其中的一小部分,微生物物种的绝大多数还都难以在现有培养技术和条件下进行繁殖和生长.人们把那些尚未在实验室获得培养生长的微生物称之为未培养微生物(Uncultured microorganisms).本文概述了一些制约微生物培养生长的影响因素,重点介绍了近年来出现的一些新颖独特的环境微生物培养技术和方法,包括稀释培养法、高通量培养技术、模拟自然环境的扩散盒技术、土壤基质膜装置、细胞微囊包埋技术等.此外,本文还总结了通过改善微生物培养条件、设计开发新型的微生物培养基等方面取得的令人瞩目的进展.这些新颖培养技术和培养方法的出现,显著提高了微生物的可培养性,发现和鉴定了许多新的微生物物种,极大地丰富了可培养微生物的多样性和微生物资源,并为深入研究和开发微生物奠定了良好的资源研究基础.     

转基因作物对土壤微生物多样性影响的研究方法

土壤微生物是土壤生态系统的一个重要组成部分,对土壤中的生物化学循环起着不可替代的驱动作用。转基因作物在生长过程中会不可避免地与土壤微生物发生交流,开展转基因作物对土壤微生物群落影响的研究对于科学评价转基因作物的潜在风险具有重要意义。随着现代生物技术的不断发展,土壤微生物多样性及其分析方法已经从传统的分离培养发展到从种群角度去研究整个土壤微生态系统内的微生物。但是由于土壤微生物的各种特性(如大部分不可培养、体积微小及群体效应等)和仪器设备检测性能的局限性,单一的研究方法会存在一些弊端,还需要结合其他的手段共同研究土壤生态系统中的微生物多样性。目前,人们对土壤微生物多样性的研究主要包括物种多样性、功能多样性、结构多样性及遗传多样性等4个方面,国内外关于转基因作物对土壤微生物多样性及其群落结构影响的研究方法很多,对常见的研究方法进行了总结,并提出了今后转基因作物对土壤微生物多样性及群落结构影响的研究策略。     

分子生物学在石油微生物多样性研究中的应用

该文较系统地概述了目前以16SrRNA为基础的核酸探针检测技术、利用引物的PCR技术、DNA序列分析技术和电泳分离及显示技术在油藏微生物群落多样性和石油环境污染研究中的研究进展,并探讨了未来分子生物学技术在石油微生物研究中的发展方向。     

日偏食对乌鲁木齐空气微生物群落功能多样性的影响

为了了解日偏食对空气微生物群落碳代谢的影响,利用BIOLOG指纹图谱方法分析日偏食前后乌鲁木齐空气微生物群落碳代谢功能多样性的变化。结果表明,日偏食当天空气微生物的碳源代谢能力高于其他几天。微生物群落多样性指数方差分析显示,当天(2009年7月22日)Shannon-Wiener多样性指数最高;主成分分析表明对碳源利用起分异作用的主要是羧酸类物质。日偏食会影响乌鲁木齐空气微生物群落功能多样性。     

Microbial communities adhering to the obverse and reverse sides of an oil painting on canvas: identification and evaluation of their biodegradative potential

In this study, we investigated and compared the microbial communities adhering to the obverse and the reverse sides of an oil painting on canvas exhibiting signs of biodeterioration. Samples showing no visible damage were investigated as controls. Air samples were also analysed, in order to investigate the presence of airborne microorganisms suspended in the indoor atmosphere. The diversity of the cultivable microorganisms adhering to the surface was analysed by molecular techniques, such as RAPD analysis and gene sequencing. DGGE fingerprints derived from DNA directly extracted from canvas material in combination with clone libraries and sequencing were used to evaluate the non-cultivable fraction of the microbial communities associated with the material. By using culture-dependent methods, most of the bacterial strains were found to be common airborne, spore-forming microorganisms and belonged to the phyla Actinobacteria and Firmicutes, whereas culture-independent techniques identified sequenced clones affiliated with members of the phyla Actinobacteria and Proteobacteria. The diversity of fungi was shown to be much lower than that observed for bacteria, and only species of Penicillium spp. could be detected by cultivation techniques. The selected strategy revealed a higher microbial diversity on the obverse than on the reverse side of the painting and the near absence of actively growing microorganisms on areas showing no visible damage. Furthermore, enzymatic activity tests revealed that the most widespread activities involved in biodeterioration were esterase and esterase lipase among the isolated bacterial strains, and esterase and N-acetyl-β-glucosaminidase among fungi strains.     

Microbial diversity associated with ascidians: a review of research methods and application

This paper reviews research in microbial diversity associated with ascidians (commonly known as sea squirts). The application of culture-dependent and culture-independent techniques is introduced in detail and these methods are analyzed for their advantages and limitations. Because of the limitations of available media and cultivation conditions, culture-dependent methods can only reveal a limited portion of the microorganisms in ascidians. However, the acquisition of typical microbial community members in culture remains a valuable resource for exploring their bioactive potential and relationships with the ascidian hosts. The application of metagenomic library methods has greatly accelerated ascidian metabolites studies. The next-generation sequencing techniques have led to the acquisition of an unprecedented quantity of ascidian microorganism data, providing the most comprehensive information about ascidian microbial diversity. Ascidians provide unique ecological niches that harbor an unexpected diversity of microorganisms different from planktonic bacteria in the local seawater. Microbial communities associated with ascidians tend to be species-specific and tissue-specific. Different tissue of the same ascidian may be associated with different microbial communities.     

分子生物学方法在环境微生物生态学中的应用研究进展

随着分子生物学方法的不断发展和改进,微生物在生态系统中的作用被更好的挖掘出来。目前快速发展的先进的分子生物学技术,已经开始应用于分析环境微生物的多样性、微生物的生物地理学及微生物对气候变化的响应等。一般环境微生物的研究目标主要有3个,即确定微生物的种类和多样性、微生物的功能或潜在作用及在特定时间点活跃的微生物等。然而,现有微生物的研究方法复杂多样,容易给研究者在方法的选择上带来困惑。将从微生物的多样性和功能研究两个方面介绍和分析相应的分子生物学方法,尤其是近年来快速发展的高通量测序、宏组学和单细胞水平研究方法(如纳米二次离子质谱与荧光原位杂交相结合的方法)等新技术及其应用情况,以期为研究者选择合适的研究方法进行环境微生物的研究提供依据。     

微生物的遗传多样性

微生物是生物圈中不可或缺的重要组成部分, 维系着自然界生态平衡。随着分子生物学技术的发展, 微生物遗传多样性的研究从形态学水平、蛋白水平进入到了DNA水平。而高通量测序技术和宏基因组技术的发展, 不仅为我们理解微生物的遗传多样性提供了更加丰富的信息和有力的证据, 也对于合理利用生物资源、保护生态平衡等方面具有重要意义。文章就微生物遗传多样性研究的相关内容, 如物种的分离鉴定、微生物群体遗传结构、物种形成以及系统发育和进化等方面的研究进展进行综述。     

现代分子生物学技术在瘤胃微生态系统研究中的应用

瘤胃中栖息着大量的微生物,由于这些微生物组成复杂且有些细菌在体外无法培养,目前对这些微生物的了解仍然很少。现代分子生物学技术的发展为研究瘤胃微生物提供了有效的方法,利用核酸探针、基因序列分析、遗传指纹技术、全细胞杂交和实时定量PCR等技术可以对瘤胃微生物的分类及进化关系、区系结构图、重要酶的表达以及目的微生物的准确定量进行更为深入和透彻的研究。发展和利用这些技术不仅可以研究微生物之间的关系以及微生物与饲料颗粒之间时间与空间的关系,还能直接在细菌自然生长的环境中对其各种特征进行研究。     

Dealing with water stress and microbial preservation

The relevance of preserving microorganisms has been well accepted for several decades. Interest is now shifting towards investigating adequate preservation methods to improve microbial survival rates and to preserve new taxa of previously considered unculturable microorganisms. In addition, a growing interest in preserving fragile microbial consortia or communities with biotechnological interest motivates the improvement of preservation methods. In the present study, we reviewed the effect of water availability in microbial diversity shift. We describe the effect of drought on microorganisms at the molecular level and their molecular responses to this life-threatening challenge focusing on the production of xeroprotectants. We also review the interspecies interactions of those drought-tolerant microorganisms with other sensitive organisms including neighbouring prokaryotes and eukaryotes such as plants, and the potential role of these microorganisms at determining the ecological composition of stressed environments. We emphasize the importance of applying the knowledge derived from the molecular mechanisms used by desiccation-tolerant microorganisms for the improvement of the preservation techniques. An overview of the current and newer techniques for preserving microorganisms and microbial communities is provided. The biotechnological interest in preserving pure cultures, microbial consortia and communities is also discussed.     

人工湿地氮去除关键功能微生物生态学研究进展

人工湿地是一种能有效处理水体氮素污染的生态技术,其中微生物是驱动人工湿地系统中氮素去除的重要引擎。近20年来,随着分子生物学技术的广泛应用,有关人工湿地氮去除功能微生物生态学方面研究取得了一些重要进展。以硝化-反硝化作用和厌氧氨氧化作用这两种重要的人工湿地微生物脱氮途径为主,针对氨氧化细菌/古菌、厌氧氨氧化菌和反硝化菌等关键脱氮功能微生物的研究,重点归纳总结了目前有关这几类关键功能菌群在人工湿地中的丰度、活性、多样性、分布特征与影响因素,及其对废水中氮去除的作用,并在此基础上对今后的重点研究工作提出了展望。面向未来人工湿地氮去除关键功能微生物的研究应侧重其在污水净化和温室气体减排等方面的生态功能研究,同时加强其代谢过程与机制以及不同功能菌群间的关联研究。