海洋微生物多样性及其分子生态学研究进展

海洋微生物多样性的深入研究将有助于微生物资源更好的开发和利用,海洋微生物多样性有很大的研究价值和研究空间。海洋中大多数微生物处于未可培养状态,在分子生态学基础上对海洋未可培养微生物进行研究是当今微生物多样性研究的主要方向。近年来相关研究进展迅速,研究方法不断更新。主要从分子生态学角度对微生物多样性研究现状进行概述并详细分析探讨了相关的研究方法,而且从分子生态学与海洋微生物多样性研究相结合的层面,对本领域的研究进行展望。旨在为海洋微生物多样性的研究及海洋资源的可持续开发与利用提供参考。     

叶酸调控对高尿酸血症大鼠肠道微生物的影响

探究叶酸对高尿酸血症大鼠肠道微生物的影响,为治疗高尿酸血症提供新思路。将SPF 级雄性大鼠分为空白对照组、模型组和叶酸组,采集大鼠的粪便样本,采用16S rRNA高通量测序技术分析肠道微生物的多样性、群落组成以及结构的变化。研究结果显示,Alpha多样性和Beta多样性分析表明,空白对照组、模型组和叶酸组大鼠粪便中微生物多样性和群落组成存在明显差异,其中模型组大鼠粪便微生物具有较高的物种丰度和种群差异性。对门分类水平上的物种丰度分析发现,微生物种群主要由厚壁菌门（Firmicutes）和拟杆菌门（Bacteroidetes）组成;对属分类水平上的物种丰度分析发现,微生物种群由乳杆菌属（Lactobacillus）、Muribaculaceae、拟杆菌属（Bacteroides）、柯林斯菌属（Collinsella）、梭菌属（Clostridium）、罗姆布茨菌（Romboutsia）、劳特氏菌属（Blautia）和毛螺菌科NK4A136群（Lachnospiraceae NK4A136_group）等菌属组成,与空白对照组相比,模型组中Muribaculaceae和柯林斯菌属的丰度显著升高,乳杆菌属、梭菌属、罗姆布茨菌和毛螺菌科的丰度显著下降;叶酸组中Muribaculaceae、拟杆菌属、柯林斯菌属和劳特氏菌属的丰度显著升高,梭菌属、罗姆布茨菌和毛螺菌科的丰度显著下降。研究探索了叶酸干预调控高尿酸血症大鼠肠道微生物的变化,为治疗高尿酸血症提供参考。     

农业土壤微生物基因与群落多样性研究进展

介绍了群落基因组多样性、结构多样性与功能多样性相互关系的研究方法 ,重点论述了近年来农业土壤微生物群落遗传、结构与功能多样性的研究进展。同时总结了耕作措施和养分管理对农业土壤微生物群落多样性的影响 ,提出微生物序列分析、比较基因组学和微生物芯片技术与传统研究技术结合将有助于对微生物群落结构与功能和生物与环境因素对土壤微生物群落影响的深刻理解     

海洋微生物多样性的研究进展

海洋微生物多样性（marine microorganisms diversity)是指所有海洋微生物种类、种内遗传变异和它们的生存环境的总称。本文介绍了海洋微生物多样性方面的研究和利用进展,包括研究微生物多样性方法的改进,有价值的海洋微生物功能性产品的开发;关于海洋微生物抗肿瘤、抗病毒药物的研究等。     

《微生物学》中“微生物物种多样性”的教学内容和教学方式探讨

微生物学是各类高校生命科学学院及医、药、农、林、食品等有关专业本科生的必修专业基础课,地位十分重要。对微生物多样性的研究是各相关领域中的重要研究热点,且不断取得丰硕的研究成果。然而,目前大多数高等教育规划教材《微生物学》缺乏对微生物多样性知识点、研究方法及相关领域研究进展的系统介绍,在一定程度上局限了学生对该知识点的学习和掌握,不利于拓展学习视野。在分析了相关概念、研究方法并对比国内外主流《微生物学》相关教材的基础上,结合教材的专业倾向,我们建议在《微生物学》教材中适当增加微生物多样性知识点内容及该领域研究进展,让学生与时俱进,进一步接轨专业研究前沿。     

土壤管理措施及环境因素对土壤微生物多样性影响研究进展

本文综述了土壤管理措施及环境因素对土壤微生物多样性影响的研究进展,并介绍了土壤微生物多样性的研究方法,土壤微生物多样性包括微生物物种多样性、遗传多样性和生态多样性。传统上,土壤微生物群落的分析依赖于培养技术,但使用该技术只能培养和分离出一部分土壤微生物群落。现在国际上普遍使用Biolog分析、磷脂脂肪酸(PLFA)分析和核酸分析等多种现代技术研究和表征土壤微生物多样性。土壤微生物多样性受土壤管理措施和多种环境因素的影响。农药可能使土壤微生物多样性减少或改变其结构和功能;施有机肥有利于维持土壤微生物的多样性及活性;但在施用无机肥的影响上目前的报道有矛盾之处。农业土壤减少耕作可能增加微生物多样性和生物量;轮作可能比单一栽培耕作更有利于维持土壤微生物的多样性及活性。土壤微生物多样性也受土壤有机质、植被、季节变化等因素的影响,且通常遭受干旱、过度放牧、营养缺乏等的胁迫作用。     

城市土壤微生物多样性研究进展

城市化对生物多样性的影响是当前生态学研究的热点之一, 引起了人们的广泛关注。土壤微生物多样性是城市生物多样性的重要组成部分, 对维持城市生态系统的健康稳定具有重要意义和作用。近年来, 已有研究关注城市土壤微生物群落结构及多样性, 回答了一些关键问题, 但缺乏系统的总结与论述。基于此, 本文分析了城市化对土壤微生物特性、群落组成、功能和多样性的影响, 总结了影响城市土壤微生物多样性的主要因素, 发现城市化改变了土壤微生物组成和功能, 并且对细菌和真菌多样性的影响存在差异, 城市环境因子通过直接和间接作用共同影响土壤微生物多样性。进一步探讨了城市土壤微生物多样性的维持与保护, 并对今后城市土壤微生物研究需要关注的问题进行了展望, 包括: (1)城市化对城市绿地土壤微生物多样性的影响机制; (2)城市土壤微生物多样性变化对生态系统多功能性的影响; (3)土壤微生物多样性与人类健康的关系。以期为城市土壤生物多样性保护研究提供参考。     

中国微生物物种多样性研究进展

微生物是分布最为广泛的生命形式,几乎分布到地球上的所有生境,具有丰富的物种多样性。我国地域辽阔,跨越热带至寒温带,气候条件多样,地理环境与生态系统类型复杂,是世界上生物多样性最丰富的国家之一。我国已开展了大量微生物多样性研究,并证实我国多样的生境蕴藏着丰富的微生物物种多样性。目前我国已报道真核微生物(菌物)约14,700种,其中包括真菌约14,060种、卵菌约300种、黏菌约340种,而真菌中有药用菌473种、食用菌966个分类单元。特别是近年来通过免培养的分子生物学技术发现我国存在丰富的原核微生物多样性。本文概述了传统方法和现代分子生物学技术在我国原核微生物(古菌、细菌)和真核微生物(真菌、卵菌、黏菌)物种多样性研究的最新进展。     

微生物群落多样性数学表征方法及其在污水处理系统研究中的应用

微生物群落在调节全球气候、人类健康和工业生物技术应用中扮演着重要角色。定量表征微生物群落多样性是认识微生物群落基本特征、动态变化和功能的前提。本文介绍了常用的α多样性指数,包括物种数目、Shannon-Weaver指数、Simpson多样性指数和Hill多样性指数;并介绍了其他多样性评估方法及其原理,包括能够评价样本对微生物群落各物种覆盖程度的稀释性曲线和Good’s coverage指数,以及能估算群落多样性的Chao1、ACE指数和基于物种丰度分布曲线的模型方法;并以最大规模的生物技术应用——污水处理厂为例,介绍了这些方法在认识微生物群落多样性中的应用。现有研究表明:所检测到的城市污水处理厂中微生物群落的物种数目和Shannon-Weaver指数随检测方法解析通量(样本大小)的增加而增大;但现有方法仍无法反映城市污水处理厂微生物群落的真实多样性。基于特定的物种丰度分布曲线对DNA样本数据进行模拟和重建,结果表明对群落物种数目的评估存在较大的不确定性;Shannon-Weaver指数,特别是Simpson多样性指数等受低丰度物种影响较小,可以准确计算,是评价和比较微生物群落分类学多样性的好手段。改进模型拟合方法和加大取样深度能提高微生物群落物种数目的评估精度。此外,认识微生物群落其他方面的多样性如系统发育多样性和功能多样性,也对认识微生物生态特征具有重要意义。     

微生物多样性及其分布的研究进展:模式与过程

生物多样性产生和维持机制长期以来是生态学研究的核心问题。人们通过实验观察和理论推导揭示了很多群落生物多样性的共有模式及其背后的生态学过程,而相关的工作主要集中在动植物等大型生物中。微生物是地球上数量最多、分布最广,以及在生态系统过程中发挥极其重要作用的生物类群,但人们对其群落多样性的认识还非常有限。将介绍目前人们对能够独立自由生活的微生物多样性分布模式的探索,总结对其背后的生物学和生态学过程的研究现状,并探讨当前面临的挑战。     

无机化学肥料和农药对土壤微生物的影响初探

研究了微生物群落在实验室培养条件下对不同土壤环境所产生的变化。在实验室中模拟农田环境,并且在农药和无机肥料的影响下,观察土壤中微生物群落60 d内的功能多样性的变化。实验土壤有4种类型:无农药和化肥影响的土壤(S1);有农药杀灭菊酯和甲基托布津的影响(S2);加入(NH_4)_2HPO_4(S3);加入农药杀灭菊酯、甲基托布津和无机化学肥料(NH_4)_2HPO_4(S4)。实验用BIOLOG GN微平板鉴定系统测定四种土壤的颜色平均变化率(AWCD)值,通过比较S1、S2、S3和S4样本在不同培养天数的AWCD-时间曲线,讨论了农药和无机化学肥料对土壤微生物的影响。     

Positive correlation between soil bacterial metabolic and plant species diversity and bacterial and fungal diversity in a vegetation succession on Karst

The hypothesis that positive links exist among plant taxonomic diversity, belowground microbial taxonomic and metabolic diversities was tested for four secondary vegetation successional stages (tussock (T), shrub (S), secondary forest (SF) and primary forest (PF)) in Huanjiang county, SW China. Soil bacterial communities were characterized by DNA fingerprinting and metabolic profiling. Along the succession, Shannon diversity indices followed the order SF>PF>S>T for plant taxonomic diversity, T>SF>PF>S for bacterial operational taxonomic diversity, SF>T>S>PF for fungal operational taxonomic diversity, and SF>PF>S>T for bacterial metabolic diversity. Significant positive correlations were found between bacterial and fungal taxonomic diversities. However, there was no significant correlation between soil microbial taxonomic diversity and bacterial metabolic diversity. Two-way ANOVA revealed that vegetation and season, as well as their interaction, had significant effects on soil microbial (fungal and bacterial) taxonomic diversities, but that there were no seasonal effects on metabolic diversity. However, PCA and MANOVA revealed highly significant differences among the bacterial community-level physiological profiles, reflecting the successional sequence. The findings from this survey support the notion that there are strong interactions between aboveground and belowground communities and suggest that bacterial metabolic and plant taxonomic diversities, but not microbial taxonomic and metabolic diversities, can be correlated.     

Genotype and rhizobium inoculation modulate the assembly of soybean rhizobacterial communities

Rhizosphere bacterial communities are vital for plants, yet the composition of rhizobacterial communities and the complex interactions between roots and microbiota, or between microbiota, are largely unknown. In this study, we investigated the structure and composition of rhizobacterial communities in two soybean cultivars and their recombinant inbred lines contrasting in nodulation through 16S rRNA amplicon sequencing in two years of field trials. Our results demonstrate that soybean plants are able to select microbes from bulk soils at the taxonomic and functional level. Soybean genotype significantly influenced the structure of rhizobacterial communities and resulted in dramatically different co‐occurrence networks of rhizobacterial communities between different genotypes of soybean plants. Furthermore, the introduction of exogenous rhizobia through inoculation altered soybean rhizobacterial communities in genotype‐dependent manner. Rhizobium inoculation not only stimulated the proliferation of potential beneficial microbes but also increased connections in rhizobacterial networks and changed the hub microbes, all of which led to the association of distinctive bacterial communities. Taken together, we demonstrated that the assembly of soybean rhizobacterial communities was determined by both genotype and the introduction of exogenous rhizobia. These findings bolster the feasibility of root microbiome engineering through inoculation of specific microbial constituents.     

芦苇克隆整合对石油污染湿地土壤微生物群落结构和生物量的影响

克隆植物形体相连的无性个体(分株)之间可以进行水分、养分和光合产物的传递和共享,并且这种克隆整合可以显著提高分株对环境胁迫的耐受能力,从而可能进一步影响分株周围的土壤微生物群落结构和生物量。尽管国内外已经开展了大量有关克隆整合对分株耐受胁迫能力影响的研究,但克隆整合对土壤微生物群落结构和生物量影响的研究却十分缺乏。以黄河三角洲芦苇(Phragmites australis)湿地生态系统为研究对象,将直径60 cm的圆形样方进行三个水平的石油添加处理(不添加石油或每年添加5 mm或10 mm厚的石油),同时通过切断或不切断样方内外芦苇根状茎的连接来控制克隆整合的有无。实验连续开展了两年(2014—2015年),每年8月份在样方内进行土壤样品取样,在实验室内采用磷酸脂肪酸(PLFA)法测定土壤微生物总量及主要微生物类群含量,并测定土壤微生物生物量碳和氮含量。取样时间显著影响土壤微生物PLFA总量、微生物碳和氮含量,这3个变量在2015年均显著高于2014年。石油添加在2015年显著增加了土壤微生物PLFA总量,但在2014年却无显著效应;同时,石油添加在2014年降低了土壤微生物碳和氮含量,而在2015年却增加了其含量。然而,无论在2014年还是2015年,芦苇的克隆整合对土壤微生物PLFA含量、微生物碳和氮含量均没有显著影响。土壤微生物PLFA总量与土壤微生物碳和氮含量呈正相关关系。这些结果表明,石油污染可以显著影响湿地土壤微生物动态,但克隆整合却无显著效应。     

喀斯特峰丛洼地不同退耕模式土壤微生物多样性

利用变性梯度凝胶电泳和Biolog_Eco生态培养平板技术,调查了喀斯特自然退耕(NT,撂荒)、人工种植经济林(CM,木豆-板栗)、免耕(PI,牧草-任豆)和传统耕作(MB,玉米-大豆)4种退耕模式下的土壤微生物遗传分类和土壤细菌代谢功能多样性.结果表明:退耕模式显著影响了土壤微生物群落结构和细菌代谢模式, 其中真菌群落更依赖于退耕模式,而细菌群落对季节变迁更敏感;短时期(6～7年)不同退耕模式下土壤中细菌遗传分类多样性没有显著性差异(P>0.05),经济林与牧草地土壤真菌遗传分类多样性显著高于撂荒和传统耕作地(P<0.05);免耕牧草地土壤细菌代谢功能多样性显著低于其他模式(P<0.05).因此,真菌遗传多样性和细菌代谢多样性较细菌遗传多样性对退耕模式响应更敏感;土壤细菌群落对季节的变化比真菌敏感;木豆 板栗经济林对维持土壤微生物遗传和细菌代谢功能多样性具有优势,是较好的退耕模式.     

沙土微生物多样性与土壤肥力质量的咸水滴灌效应

采用Biolog-eco法、PLFA法和PCR-DGGE法,对塔里木沙漠公路防护林中不同矿化度滴灌水作用下的土壤微生物多样性进行了研究,利用土壤综合肥力指数(IFI)定量评价了土壤综合肥力质量,分析了土壤肥力质量与土壤微生物的关系。结果表明:滴灌水条件下,土壤微生物的多样性(碳源代谢、遗传基因和脂肪酸种类)差异明显,而高矿化度滴灌水条件下土壤微生物活性较低。IFI值在不同矿化度灌水的林地间差异极显著,在不同土层间差异显著;IFI值随灌水矿化度升高而减小;0—5 cm表层土壤的IFI值明显小于其下层的土壤。土壤微生物代谢多样性和脂肪酸多样性指数与土壤IFI值存在乘幂函数关系,而土壤微生物遗传多样性指数与IFI值有多项式关系,对土壤肥力质量起着明显的正向贡献。     

Diel pattern in the structure and function of the gut microbial community in Lymantria dispar asiatica (Lepidoptera: Lymantriidae) larvae

In the present study, diel pattern in gut microbial communities in insects were evaluated. Lymantria dispar asiatica fourth instar larvae (72 ± 2 hr after molting) at noon (LdD) and midnight (LdN) were used for a comparative analysis of the gut microbial community. Ten bacterial operational taxonomic units (OTUs) were shared between LdD and LdN samples. One bacterial OTU was specific to LdD. The dominant gut microbes were OTU72 in LdD and OTU75 in LdN. A linear discriminant analysis effect size cladogram suggested that ten bacterial OTUs maintain significant differences in relative abundances between LdD and LdN. These results agreed with the discrete ellipses between LdD and LdN in principal coordinates analysis plots. Additionally, using phylogenetic investigation of communities by reconstruction of unobserved states, the gut microbial community was assigned to 23 functional terms, among which 22 exhibited significant differences between LdD and LdN. To conclude, the present study documented a diel pattern in the gut microbial community of L. dispar asiatica larvae.     

土壤微生物总活性研究方法进展

微生物总活性是指在某一时段内微生物所有生命活动的总和,它直接决定着微生物行使生理、生态功能的能力,是微生物学研究的热点,也是难点。迄今为止,还没有建立直接测定微生物总活性的方法,只能用一些相关指标来间接反映它。目前常用的指标主要包括微生物的呼吸速率、生长速率以及胞内RNA含量等。与其它一些基质和环境相比,测定土壤中的微生物总活性更为困难。通过总结研究土壤微生物总活性常用的3种方法,在简略概括传统的土壤微生物呼吸测定法的基础上,详细介绍了放射性同位素标记法和RNA直接表征法的原理和操作流程,整理归纳了一些重要应用案例,比较分析了不同方法的优缺点,以期为选择研究土壤微生物总活性的适宜方法提供依据。     

利用小亚基核糖体RNA 技术分析温室黄瓜近根土壤古菌和真菌多样性

土壤古菌和真菌在温室生态系统是仅次于细菌的微生物,具有类似于细菌的重要生态功能。通过构建古菌16S rRNA和真菌18S rRNA基因克隆文库,分析温室黄瓜近根土壤古菌和真菌群落结构组成,为开发利用温室这一特殊的生态环境中丰富的微生物资源以及理解微生物与植物间的互作提供参考依据。采用研磨-冻融-溶菌酶-蛋白酶K-SDS热处理以及CTAB处理等理化方法,提取和纯化微生物总DNA,构建古菌16S rRNA和真菌18S rRNA基因克隆文库。利用DOTUR软件将古菌和真菌序列按照相似性97％的标准分成若干个可操作分类单元 (OTUs)。土壤古菌克隆文库主要包括泉古菌门和未分类的古菌两大类,并有少部分广域古菌类群,所有泉古菌均属于热变形菌纲,共45个OTUs;真菌克隆文库包括真菌门的大多数亚门真菌,共24个OTUs,未发现担子菌亚门真菌。古菌多样性比较丰富,且发现少量的广域古菌 (甲烷菌),这一情况可能与温室长期高温高湿,高有机质含量,土壤处于缺氧环境有关;土壤真菌的优势种群为子囊菌,占到土壤真菌的80％以上,这可能与绝大多数植物真菌性病害属于土传病害,通过菌丝体、菌核或子囊壳在土壤病残体中越冬有一定的关系。     

Microbial diversity and function in Antarctic freshwater ecosystems

Freshwater lakes occur through much of Antarctica and are characterized by short food chains dominated by microbes. Comparatively few studies have been made of continental freshwater lakes until recently, with the main emphasis being on the less extreme maritime Antarctic lakes. The wide range of trophic status seen at the northern extremes of the maritime Antarctic reduces markedly further south, but a wide range of micro-organisms occur throughout the latitudinal range. Information on seasonal and spatial patterns of microbial activity for freshwater lakes demonstrate rapid changes in community composition at certain times of year despite constant low temperatures. Benthic communities of cyanobacteria and bacteria are a feature of most lakes and are involved in a wide range of geochemical cycling. There is a need for more detailed taxonomic information on most groups and considerable potential for molecular studies.