磷脂脂肪酸谱图分析方法及其在微生物生态学领域的应用

应用磷脂脂肪酸谱图分析技术对微生物群落进行定量分布,克服了传统的微生物培养方法和显微技术的局限性。介绍了磷脂脂肪酸谱图分析方法及其在微生物生态学领域中的应用,包括对微生物群落的生物量、群落结构、营养状况和新陈代谢活动等方面的研究。     

磷脂脂肪酸方法在土壤微生物分析中的应用*

磷脂脂肪酸(PLYA)是活体微生物细胞膜的重要组分,不同类群的微生物能通过不同的生化途径合成不同的PLFA,部分PLFA可以作为分析微生物量和微生物群落结构等变化的生物标记。在土壤微生物分析中,越来越多地采用了PLFA方法。主要对PLFA方法在土壤微生物分析中的应用做一综述。     

磷脂脂肪酸法在土壤微生物群落分析中的应用

土壤微生物群落的组成一直是土壤学、微生物学和生态学研究的热点问题。我国在这方面的研究处于国际前列,越来越多的研究成果在国际重要刊物上发表。而磷脂脂肪酸(PLFA)法在土壤微生物群落分析中占有举足轻重的地位,国内外学者都热衷于使用该方法。但是PLFA法的使用仍存在一些不足的地方,需要研究学者们慎重使用。本文综述了国际上相关研究,概述了PLFA方法使用的发展历史,应用及挑战。总结了使用和数据解读时需要注意的问题,整理了PLFA法相关的生物标记以及与新方法结合的设想,方便以后研究的开展。     

土壤微生物群落磷脂脂肪酸PLFA生物标记多样性

磷脂脂肪酸(PLFA)生物标记法是一种可定性和定量分析土壤中微生物群落多样性的方法.研究以烟田土壤为例,应用生态学评价方法,即丰富度 (S)、均匀度(J)、Simpson优势度(D)、Shannon-Wiener(H1)、Brillouin(H2)和McIntosh(H3)多样性指数等测度方法,分析土壤中微生物群落PLFAs生物标记的多样性.研究结果表明,供试土壤微生物群落中,先后出现了43种PLFAs,将其聚类分析,可以将所获得的PLFAs分成五大类:第Ⅰ类为高含量、高频次和多样性,PLFA为18:1ω9c的真菌生物标记;第Ⅱ类为高含量、高频次和多样性,PLFA为16:0的假单胞菌生物标记;第Ⅲ类为高含量、高频次,多样性中等,PLFA为16:1ω5c的甲烷氧化菌生物标记;第Ⅳ类为中等含量,频次较高,多样性中等,含有表征好氧菌的i15:0、a15:0、i16:0和a17:0的PLFA,还有表征厌氧菌的18:1ω7c以及硫酸盐还原菌的16:0 10Me;第Ⅴ类为低含量,低频次和多样性,其特征生物标记有表征好氧菌的I 15:0 3OH、15:1 I G、a16:0、i16:1 G、i16:1 H、17:0、i17:0、15:0 2OH、15:0 3OH、17:0和17:0 2OH的PLFAs,存在有表征真菌的18:3ω6c (6,9,12)、放线菌的17:0 10Me和18:0 10Me以及表征原生动物的20:4ω6,9,12,15c.说明供试土壤中能够起主导作用的功能菌依次是真菌、假单胞菌、甲烷氧化菌和部分的好氧菌、厌氧菌及硫酸盐还原菌,将为合理调节土壤微生态系统提供指导,是一种可行的评价土壤微生物群落多样性的新方法.     

磷脂脂肪酸技术及其在土壤微生物研究中的应用

以复杂群落形式存在的土壤微生物是C等养分的生物地球化学循环的主要参与者,而存在于活体微生物细胞膜的磷脂脂肪酸(PLFAs)分布广泛、含量相对恒定、周转迅速、对环境因素的变化敏感、分析方法较简单,因此该技术已广泛应用于土壤微生物学研究。阐述了PLFAs概念、命名、种类、意义、提取方法及操作过程中应注意的问题,介绍了MIDI、GC-MS和HPLC-ESI-MS等鉴定手段。概述PLFAs技术应用途径和目的,及其在土壤微生物量、结构、代谢状态、不同农业措施对土壤微生物影响以及土壤生物修复等研究领域的应用。同时,讨论了PLFAs技术的不足。例如,对原位土壤微生物群落特定菌种指征有时不够明确;估算真菌生物量时不够准确;不能用于分析古菌;不同提取法结果区别较大且易受土壤腐殖酸等有机质干扰;供试土样必须-80℃或冻干保存。因此,利用PLFAs技术研究土壤微生物时,应辅以其他生物标识物及相应分析手段,才能更准确地反映土壤微生物群落组成、代谢途径与机理。     

微生物分子生态学技术在污水处理系统中的应用

微生物分子生态学作为分子生物学与微生物生态学交叉而形成的学科,在污水处理方面广泛应用。本文从分子生态学实验技术角度,综述了目前污水处理系统中微生物群体结构、多样性及其与功能相关性的研究进展,探讨了分子生态学技术的发展与应用前景,并指出研究该体系微生物对于认识微生物系统发育地位具有重要意义。     

CARD-FISH技术及其在微生物生态学研究中的应用

催化报告沉积荧光原位杂交技术(Catalyzed reporter deposition-fluorescence in situ hybridization,CARDFISH)是基于传统的FISH技术发展而来,由于其较高的灵敏度及稳定性,可以检测微生物的rRNA、mRNA和DNA上的目标基因等,获得环境微生物的群落及功能信息,现已成为微生物生态学研究领域中的重要技术手段。近些年,CARD-FISH与同位素示踪技术、纳米二次离子质谱技术(Nano SIMS)、扫描电子显微镜(SEM)、流式细胞仪等技术方法的联合使用,不仅可以研究复杂环境中微生物的物种组成、数量及其高分辨形态学信息,而且可以获得微生物在单细胞水平的生理代谢信息及其活性,对在单细胞水平认识原位环境微生物的生理生态功能具有重要意义。本文重点介绍了CARD-FISH的技术路线和要点,并探讨CARD-FISH与相关技术联用在环境微生物生态学研究中的应用及进展。     

PCR-DGGE技术及其在微生物生态学中的应用

现代分子生物学技术PCR-DGGE是一种分析微生物群落的有效工具,可以用于研究生态系统中微生物多样性和群落动态性。本文简要介绍了PCR-DGGE技术原理及其在微生物生态学领域的应用,并对该技术的局限性进行了评价。     

微生物生态学研究方法的新进展

微生物生态学是研究微生物群体与其周围的生物和非生物环境条件相互作用关系的科学。近些年 ,在此领域的方法学上有许多新的进展。通过各种荧光染料对微生物进行直接染色或定量 PCR的方法可进行微生物现存量的研究。测定整个群落的碱基组成和 DNA的复杂性或者自然环境样品中直接扩增的 16 Sr DNA的分析可估计出总的群落的遗传结构及其复杂性。在单个细胞水平上分析微生物群落结构多是采用 FISH(荧光原位杂交 )的方法。     

不同放牧与围封高寒灌丛草地土壤微生物群落结构PLFA分析

土壤微生物群落可以指示土壤质量变化,是土壤生态系统变化的预警及敏感指标。采用磷脂脂肪酸(PLFA)分析方法研究了高寒杜鹃灌丛草地不同强度放牧及围封后,土壤微生物群落结构特征的变化规律和响应。结果显示,高寒杜鹃灌丛草地土壤总PLFA量、细菌生物量、真菌生物量和放线菌生物量均随着放牧强度的增大而显著降低(P0.05)。重牧灌丛草地,围封后的土壤总PLFA量、细菌生物量、放线菌生物量、G~+/G~-和压力指数显著高于放牧处理,而细菌/真菌比显著低于放牧处理;中牧灌丛草地,围封后的土壤总PLFA量、细菌生物量、细菌/真菌比显著高于放牧处理,而真菌生物量和压力指数显著低于放牧处理;轻牧灌丛草地,围封处理的土壤各生物量和生物量比值与放牧处理无显著差异。PLFA主成分分析表明:主成分一(PC1)主要包括14:0、15:0、10Me16:0和18:1ω9c等直链饱和脂肪酸和单不饱和脂肪酸,占PC1的53.68%;主成分二(PC2)主要包括由i16:0、16:1ω7c、i17:0、cy17:0、17:0、18:1ω9t、18:0和cy19:0等支链饱和脂肪酸和环丙烷脂肪酸组成,占PC2的51.34%;各处理样地土壤微生物群落结构相似;围封处理的响应程度大于放牧处理。相关性分析表明,土壤总PLFA量、细菌生物量、真菌生物量和放线菌生物量与土壤有机碳、全氮均呈极显著正相关,细菌/真菌比值与土壤有机碳、全氮呈极显著负相关。以上表明过度放牧降低了高寒灌丛草地土壤微生物活性,显著降低了土壤微生物生物量,适度放牧和围封可维持土壤微生物群落结构的稳定,围封有利于过度放牧草地土壤微生物的恢复。     

The functional significance of the microbial biomass in organic and conventionally managed soils

In order to achieve sustainability in managed ecosystems we must understand management impacts on soil processes and clarify the regulatory role of the microbial community on these processes. Crop rotation and organic management practices are thought to have positive impacts on the microbial biomass; however, the specific impacts of crop rotation organic management on soil microbial ecology are largely unknown. The effect of organic management on soil microbial ecology was investigated using soils collected from the Rodale Institute Research Center's long-term Farming Systems Trial (FST) experiment. The FST, begun in 1981, included a manured and a cover cropped organic rotation and a conventionally managed grain based rotation. Soil respiration rates and¹³C-isotope fate in a companion study suggest that the biomass characteristics of the FST treatment soils were different in November 1991. However, direct measurement of the microbial community at this time using Phospholipid Fatty Acid Analysis (PLFA) did not identify statistically significant treatment based differences in soil biomass characteristics. Variability among the PLFA profiles of treatment replicates was as great as variability between farming systems. Treatment based trends were observed among selected PLFAs, particularly those present in large amounts, that were consistent with indirect biomass and biomass-dependent measures. Overall, PLFA profiles, soil respiration rates and¹³C-cycling suggested that the organic cover cropped soil had the Largest and most heterogeneous microbial population while the biomass of the organic-manure amended soil was the least heterogeneous, and the most metabolically active. Present address: University of Illinois, 11025. Goodwin ave. Urbana, IL 61801, USA     

萘对川西亚高山森林土壤微生物量、丰度和磷脂脂肪酸的影响

萘作为土壤动物化学抑制剂已在土壤动物生态功能的研究中广泛使用,但其非目标效应使其应用仍存在很大的不确定性。为了解在亚高山森林土壤应用萘抑制土壤动物群落的非目标效应,以川西亚高山森林土壤为研究对象,采用微缩实验研究了土壤微生物生物量、丰度和磷脂脂肪酸对萘胁迫的短期响应。结果表明,萘处理和对照的土壤微生物生物量碳(MBC)、真菌丰度以及细菌、真菌、革兰氏阳性菌(G~+)和革兰氏阴性菌(G~-)PLFAs含量在整个培养期间表现为降低的变化趋势,二者的土壤微生物生物量碳和G~+PLFAs含量以培养52d最低,细菌、真菌和G~-PLFAs含量以培养的45d最低。萘处理和对照的微生物生物量氮(MBN)含量表现出先升高后降低的动态,微生物生物量碳氮比(MBC/MBN)则表现为相反趋势。对照的真菌/细菌PLFAs比值呈现先升高后降低的动态,以培养的17d最高,但萘处理的真菌/细菌PLFAs比值无明显变化规律;萘处理的G~+/G~-PLFAs比值表现为降低的变化趋势,对照的G~+/G~-PLFAs比值表现为先降低后升高的趋势。萘处理仅显著影响了G~+/G~-PLFAs比值,但萘处理和采样时间的交互作用显著影响MBC/MBN、细菌丰度、真菌/细菌丰度比以及细菌、真菌的PLFAs含量、真菌/细菌PLFAs比值、G~+/G~-PLFAs比值。萘作为土壤动物抑制剂对川西亚高山森林土壤微生物群落的非目标效应具有时间变异性。     

Phospholipid fatty acid profiling of microbial communities–a review of interpretations and recent applications

Profiling of microbial communities in environmental samples often utilizes phospholipid fatty acid (PLFA) analysis. This method has been used for more than 35 years and is still popular as a means to characterize microbial communities in a diverse range of environmental matrices. This review examines the various recent applications of PLFA analysis in environmental studies with specific reference to the interpretation of the PLFA results. It is evident that interpretations of PLFA results do not always correlate between different investigations. These discrepancies in interpretation and their subsequent applications to environmental studies are discussed. However, in spite of limitations to the manner in which PLFA data are applied, the approach remains one with great potential for improving our understanding of the relationship between microbial populations and the environment. This review highlights the caveats and provides suggestions towards the practicable application of PLFA data interpretation.     

不同荒漠植物根际土壤微生物群落结构特征

于2015年7月在甘肃安西极旱荒漠国家级自然保护区采集膜果麻黄(Ephedra przewalskii)、红砂(Reaumuria songarica)、合头草(Sympegma regelii)、泡泡刺(Nitraria sphaerocarpa)和珍珠猪毛菜(Salsola passerina)5种典型荒漠植物根际土壤样品,利用磷脂脂肪酸(PLFA)法结合Sherlock微生物鉴定系统分析了土壤微生物群落结构。结果表明,5种荒漠植物根际土壤微生物磷脂脂肪酸种类和组成差异显著,其中表征革兰氏阳性菌的18:0 iso、16:0 iso和17:1 isoω9c分别为红砂、珍珠猪毛菜特有表征放线菌的18:1ω7c 10-methyl仅在珍珠猪毛菜根际存在。总PLFAs、真菌、放线菌和真菌/细菌在珍珠猪毛菜中显著最高,革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌在膜果麻黄和珍珠猪毛菜根际显著高于其他植物,AM真菌在合头草根际有最高值。结构方程模型分析表明,与植物相比,土壤因子对微生物群落结构影响更为显著,其中易提取球囊霉素对放线菌有显著影响,土壤碱解氮是革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌的主要影响因子。同时,土壤微生物群落结构可用于检测不同荒漠植物根际微环境土壤退化状况。     

基于PLFA指纹图谱表征浓香型酒糟醅微生物群落结构

以9株白酒酿造过程中常见的菌株为对象,研究了不同种属菌株的细胞膜特征组分磷酸脂肪酸(PLFA)的特征,以及检出量与菌株生物量之间的关系.结果表明:供试细菌、放线菌、霉菌和酵母菌的PLFA指纹图谱存在显著差异,各菌株的PLFA指纹图谱可作为区别种属的依据.不同供试菌株生物量在一定范围内与检出的总PLFA量或16:0含量呈线性关系.将不同生物量的革兰氏阳性菌G+、革兰氏阴性菌G-和真菌分别加入糟醅后,检出的PLFA相对含量与对照差异显著.基于PLFA的指纹图谱能够定量或半定量地表征糟醅微生物群落结构特征及动态变化.经对多家酿酒企业糟醅PLFA组成的检测及微生物群落结构的剖析,该方法具有普适性.