赤潮过程中“藻-菌”关系研究进展

微生物对促进海洋物质循环,维持水生环境的生态平衡具有重要作用。在赤潮事件中,基于微生物(尤其是细菌)的多样性和重要性,它们与藻类之间的相互关系成为了研究的热点。过去20年里,人们从不同角度对"藻-菌"间的关系进行了探索,包括物理学过程、生物学过程、环境过程以及化学过程。就化学过程而言,它作为一种较早出现的技术,在以往的研究中带给人们许多认识藻菌关系的方法。随着学科的渗透,化学法有了拓展与延伸,为人们认识藻菌关系带来了新的契机。从化学生态学领域来梳理"藻-菌"关系中涉及的现象和行为,包括菌对藻的有益面、菌对藻的有害面、以及藻类应答细菌行为的化学途径;并从信号语言(群体感应、化感作用)的角度来阐释两者之间的互生或克生关系。通过文献综述的方式来解读藻菌关系的互作过程和机理,为认识赤潮的发生和防控方法提供借鉴。     

藻际环境微生态结构与功能的研究进展

藻际环境是以藻类分泌物为骨架构成的微型生态结构,包含多样的生物和非生物,主要是微生物、胞外多糖、蛋白质和核酸等物质.藻际环境为复杂的藻菌互动提供平台,也为藻际系统的物质代谢、能量流动和信息交流提供基础.藻际环境不仅可以形成特殊的生态位,而且藻菌作用对多种生源要素循环起到了关键的作用;同时,藻际多糖的沉降为碳封存做出了重...     

微生物在藻际环境中的物质循环作用

浮游植物作为海洋初级生产力的主要驱动者,其功能的发挥与共生微生物密不可分.藻类(甲藻、硅藻或蓝藻)的栖息环境中存在多样的共生细菌,各类细菌拥有不同的组成比例,但某些异养细菌在藻际环境中总是占据优势地位,如变形杆菌、黄杆菌及放线菌等.基于微生物在调节微食物网、促进物质循环和维持生态系统平衡中的重要意义,本文主要以赤潮事件的藻际环境为例,尝试梳理上述主导性“常驻微生物”在“藻-菌”共生体物质转化中的作用.特别是针对近些年来倍受关注的黄杆菌和玫瑰杆菌,着重例述了它们在物质代谢中的行为与生态策略,以更好地理解常驻物种在藻际生态位中的生态行为与协同进化.     

藻际环境中胞外聚合物的研究进展

微藻向细胞周围释放营养物质而形成了独特的藻际微环境,吸引了大量细菌的定殖。藻际环境中藻菌关系错综复杂,其间充斥着多样的物质交换与信息交流。以胞外聚合物(extracellularpolymeric substances,EPS)为代表的有机质在其中起着纽带作用。微藻和细菌都可以产生EPS,其过程受多种因素的调节。EPS在藻际环境中具有重要的生态功能,包括参与生物被膜(biofilm)的形成,影响藻菌共生关系的建立以及调节藻际微生物群落组成等。此外,EPS中的一大类别透明胞外聚合物颗粒(transparent exopolymer particles,TEP)还介导了海洋溶解有机碳向颗粒有机碳的转化,参与了海洋碳循环过程。本文以EPS的产生、组成以及对碳转化的影响为重点,综述了其在藻际生态位(Niche)中的生态功能,以期为深入理解藻际环境中的有机质特征和藻菌共生关系提供理论依据。     

海洋中藻菌相互关系及其生态功能

海洋中藻类与细菌密不可分,具有错综复杂的互作关系(如互利共生、敌对拮抗或竞争抑制等),共同构成了海洋生态系统结构与功能的重要调控者。在藻类细胞周围往往存在着特殊的藻际微环境,其中生存着独特的微生物群落,因此藻际环境成为藻菌相互作用的主战场。藻际环境中细菌群落的构建具有一定的规律。在自然生态系统中,藻菌互作影响赤潮生消动态过程,并在水质修复中具有重要作用潜力。同时,藻类和细菌作为驱动海洋固碳与储碳的主要生物因子,在海洋碳循环中具有尤为重要的作用。本文对海洋中藻菌互作关系的研究现状进行了综述,并在此基础上,对未来研究提出了几点展望。例如,目前对海洋中藻菌关系受病毒的调控作用了解甚少,值得未来深入研究。     

锥状斯氏藻藻华期间群体感应信号菌株的动态变化

群体感应信号(quorum sensing, QS)是细菌的一种特殊交流方式, 它具有调节种群密度、生物膜形成、毒素产生以及色素的形成等多种功能。藻菌关系是藻华过程中重要的一环, 为了探求藻华过程中信号微生物的动态变化, 我们以深圳大鹏湾的锥状斯氏藻(Scrippsiella trochoidea)藻华中的QS 菌株为研究对象, 应用报告菌株和环境微生物宏基因组方法, 监测了藻华爆发期间信号微生物的动态变化过程, 并构建了藻类、QS 微生物与其它微生物的相关性关系。结果表明:在筛选的QS 菌株中经去冗余和重复后成功鉴定了7 种不同的细菌, 分别是冷杆菌Psychrobacter cryohalolentis、普罗维登斯菌Providencia sneebia、假单胞菌Pseudomonas stutzeri、微小杆菌Exiguobacterium sp. AT1b、产酸克雷伯菌Klebsiellaoxytoca、球形赖氨酸芽孢杆菌Lysinibacillus sphaericus 和鲍氏不动杆菌Acinetobacter baumannii。相关性分析发现P.sneebia 的丰度与藻类数量变化呈正相关, 而L. sphaericus 和P. stutzeri 的丰度与藻类数量变化呈负相关, 其它QS 微生物中未见显著相关性。综合实验的结果来看, QS 微生物在藻际微生物的群体结构中扮演着一定的生态作用, 它帮助我们从一个新的视角了解藻华过程中QS 微生物的丰度变化和网络关系, 为认识藻菌关系提供了新的思路。     

藻际环境中微生物胞间通讯行为及作用

藻际环境中,微生物通过营养物质交换和活性物质释放相互作用,进而引发共生、竞争或合作等行为.结合环境条件的影响,藻际环境一般具有稳定而多样的微生态结构.以上行为发生的基础是以信号分子为媒介的微生物胞间通讯作用.本文系统综述了藻际环境的特征、藻际胞间通讯行为以及藻际胞间信号分子的类别与作用机制.特别针对痕量信号分子特性,结...     

微生物在珊瑚礁生态系统中的作用与功能

珊瑚礁是由珊瑚、鱼类、底栖生物、藻类以及微生物等多种生命形式组成的聚集体,代表着一类典型的海洋生态系统.珊瑚礁存在于热带和亚热带的寡营养环境,拥有极高的初级生产力和生产效率,被誉为“海底热带雨林”.微生物在珊瑚礁生态系统的生物地球化学循环、物质转化以及健康维护上具有重要作用.随着分子生态学的发展,微生物在珊瑚中的作用和功能日益凸显.本文总结了微生物生态学的研究现状,包括珊瑚生态系统中微生物的定植方式,共生微生物的特性(专一性、可塑性、协同进化),共生微生物与珊瑚疾病的关系与信号调节,以及微生物应对全球变化(气温升高、海水酸化、富营养化)的响应.从“珊瑚 微生物”共生体的发生、共生微生物的特性与生态功能,以及全球环境变化下微生物的衍生效应来梳理最新理论与成果,明确珊瑚微生物生态学机制,为更好地保护珊瑚资源、维护海洋生物多样性提供理论借鉴.     

全球变化背景下内蒙古草原土壤微生物多样性维持机制研究进展

全球变化对人类环境的影响是近几十年世界广泛关注的热点之一。内蒙古草原不仅是我国重要的牲畜和饲料生产基地, 而且有着不可替代的生态系统功能。土壤微生物是地球上多样性最高的生物类群, 在驱动碳氮循环等多种生态系统过程中发挥着至关重要的作用。由于研究技术的限制和群落结构复杂等原因, 土壤微生物生态学研究还处于描述性阶段, 理论研究还很缺乏。鉴于此, 利用分子生物学技术尤其是新一代测序技术, 从理论层面上系统地研究全球变化背景下我国北方草地微生物多样性的维持机制具有重要意义。本文在比较各种环境变化对土壤微生物群落的相对影响的基础上, 分析全球变化对微生物多样性影响的物理化学和生态学机制, 并对未来内蒙古草原微生物多样性的重点研究领域进行了展望, 包括: (1)加强全球变化多因素综合研究; (2)加强微生物多样性维持的生态学机制的研究; (3)加强地上与地下多样性关联机制的研究; (4)加强全球大尺度多生态系统的整合研究。     

土壤生态系统微生物多样性-稳定性关系的思考

自20世纪50年代以来,生物多样性与生态系统稳定性的关系一直是生态学中重点讨论的理论问题之一.在当今人类活动对自然生态系统产生重大影响的情况下,全面理解生态系统多样性与稳定性的关系,有助于我们更好地应对环境变化和生物多样性丧失等生态问题.在陆地生态系统中,关注重点多集中在地上植物生态系统;而对地下生态系统,尤其是对微生物多样性与系统稳定性关系的研究尚重视不够.事实上,土壤微生物作为生命元素循环的驱动者,主导和参与地下生态系统中一系列重要生态过程,对土壤能否正常有序地执行各项生态功能至关重要.对土壤微生物多样性的研究,能使我们明确土壤中微生物对各种环境条件(包括自然和人为因素)变化的响应机制,更好地维持土壤生态系统的稳定性及其生态服务功能.本文在介绍土壤微生物多样性概念、研究方法、地下生态系统稳定性的基础上,重点讨论了土壤微生物多样性对土壤生态系统稳定性的影响,对多样性-稳定性关系在土壤微生物生态学中的应用进行了较为深入和全面的思考.作者提出,土壤微生物系统是一个动态变化的自组织系统,通过遗传来维持其组成和结构的相对稳定性,通过变异而适应外界干扰,共同构成土壤微生物系统的抵抗力(resistance)和恢复力(resilience),维护土壤生态系统的稳定性.今后土壤微生物多样性-稳定性关系的研究,需要注重地上与地下生态系统的结合与统一,借鉴宏观生态学理论来构建微生物生态学的理论框架,建立微生物多样性-稳定性关系的机理模型,从定性描述向定量表征方向发展.     

微生物生态学理论框架

微生物是生态系统的重要组成部分,直接或间接地参与所有的生态过程。微生物生态学是基于微生物群体的科学,利用微生物群体DNA/RNA等标志物,重点研究微生物群落构建、组成演变、多样性及其与环境的关系,在生态学理论的指导和反复模型拟合下由统计分析得出具有普遍意义的结论。其研究范围从基因尺度到全球尺度。分子生物学技术的发展,使人们可以直接从基因水平上考查其多样性,从而使得对微生物空间分布格局及其成因的深入研究成为可能。进而可以从方法学探讨微生物生物多样性、分布格局、影响机制及其对全球变化的响应等。在微生物生态学研究中,群落构建与演化、分布特征(含植物-微生物相互关系)、执行群体功能的机理(生物地球化学循环等)、对环境变化的响应与反馈机理是今后需要关注的重点领域。概述了微生物生态学的概念,并初步提出其理论框架,在对比宏观生态学基础理论和模型的基础上,分析微生物多样性的研究内容、研究方法和群落构建的理论机制,展望了今后研究的重点领域。     

海洋细菌生态学的若干前沿课题及其研究新进展

海洋细菌在海洋生态系统中的重要作用随着微食物环的提出被深入认识和充分肯定。本文概述了海洋细菌在微食物环中的重要生态作用及微食物环的研究进展,海洋细菌在碳的生物地球化学循环中的重要性,海洋细菌的活性及其群落结构与功能,分析了藻际环境特性和藻际微生物在赤潮多发海域的生态作用,提出了我国海洋细菌生态学研究的若干新思考与新任务,强调了基于"以菌治藻"的新理念,开展针对于赤潮灾害防除的"微食物环-赤潮-关键微生物菌群"耦合互作这一重要科学问题研究的必要性及紧迫性。     

水稻土中硫酸盐还原微生物研究进展

硫是水稻必需的营养元素之一.硫酸盐还原是硫元素生物地球化学循环中的关键步骤,在稻田土壤表层和水稻根际都十分活跃.介导硫酸盐还原过程的硫酸盐还原菌(sulfate- reducing bacteria, SRB)是稻田土壤中重要的功能菌群.它们不仅是硫元素生物地球化学循环的重要参与者,也是土壤中有机污染物降解的主要力量之一,发挥着重要的生态和环境功能.综述了稻田土壤中微生物参与的硫酸盐还原过程、SRB的生物多样性以及目前研究稻田土壤SRB主要采用的分子生态学方法,如末端限制性片段长度多样性(T-RFLP)、变性梯度凝胶电泳(DGGE)、实时荧光定量PCR(real-time PCR)、荧光原位杂交(FISH),并对水稻土壤中SRB的分子生态学研究方向进行了展望.     

山地土壤微生物分布格局研究进展

土壤微生物在调控生物地球化学循环和维持生态系统功能方面起着重要作用。研究土壤微生物多样性分布格局具有重要生态学意义。本文概述了山地土壤微生物多样性分布格局的研究进展,讨论了土壤微生物多样性与影响因素的关系,并对以后的研究提出了展望。     

沉水植物茎叶微界面及其对水体氮循环影响研究进展

沉水植物茎叶表面常富集了水中各类物质,包括有机质、泥沙、菌胶团、藻类、微生物等,形成厚度不等的附着层,形成特殊的茎叶微界面,其具有特殊的氧化-还原异质环境,并能为氮素循环细菌提供有机质,是水中氨化、反硝化及厌氧氨氧化等脱氮行为的重要基础,因此,了解沉水植物茎叶微界面组分、微环境变化特征及其对氮循环的调控作用,对于正确认识和利用沉水植物的生态调控功能、改善水环境质量具有十分重要的意义。基于此,就沉水植物茎叶微界面物质组成、微环境特征及其对水体氮循环影响研究现状进行了归纳总结,并对今后的研究方向进行了简要展望。     

坛紫菜养殖周期中的藻际微生物多样性

摘要:【目的】坛紫菜是我国江浙海区栽培地主要经济藻类。观察紫菜养殖过程中藻际微生物的群落特点及变化,研究藻际环境中的微生物因素在紫菜栽培中的作用,为保证紫菜健康生长及病害防治提供理论与实验基础。【方法】采用传统纯培方法和PCR-DGGE 技术分离归类坛紫菜养殖周期中的藻际微生物,并利用16SrDNA (细菌)和18S rDNA(真菌)序列测定及在线BLAST比对鉴定到属,比较分析不同生长阶段、不同养殖海区及养殖过程的坛紫菜藻际微生物的多样性特点。【结果】在坛紫菜养殖过程中总共分离到467株细 菌,共41个属。分类结果显示藻际细菌归属于变形菌门(Alphaproteobacteria和Gammaproteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)和拟杆菌门(Bacteroidetes),优势菌群为α-变形菌纲和γ-变形菌纲。分离到55株真菌,共15个属。分类结果显示绝大多数真菌归属于子囊菌门(Ascomycota),仅1株归属于担子菌门(Basidiomycota)伞菌纲(Agaricomycetes)。细菌多样性大于真菌。坛紫菜藻际细菌有19个特异菌属,对照海水细菌有13个特异菌属;从丝状体中分离到大部分真菌和放线菌,坛紫菜养殖丝状体和不同叶状体养殖阶段的藻际微生物类别差异明显。在分离的坛紫菜藻际微生物中发现了与引起细菌性红烂病的海科贝特菌(Cobetia marina)、引起白斑病的紫菜茎点菌(Phoma porphyrae)高度相似的菌株,以及与典型的腐霉如镰孢霉菌(Fusarium sp.)和曲霉(Aspergillus sp.)高度相似的菌株。【结论】坛紫菜养殖过程中藻际微生物的多样性受到紫菜生长形态、养殖时间及养殖环境等因素的影响。在藻际微生物中发现与紫菜致病菌高度相似的微生物,作为潜在致病微生物应得到重视。     

土壤微生物生态过程与微生物功能基因多样性

土壤微生物在陆地生态系统中具有重要的生态功能,包括参与地球化学物质循环、污染物降解、环境剧烈变化的缓冲等.土壤微生物的生态功能与土壤功能联系密切,微生物群落结构与组成变化会直接影响土壤功能的发挥.土壤微生物通过具有生物活性的酶参与一系列的代谢活动,编码酶的功能基因成为微生物功能标记物.近10年中,以功能基因多样性为核心的分子生态学研究迅速发展,为从功能基因角度了解土壤微生物的生态功能提供了一个新的切入点.本文综述了与土壤微生物生态功能相关的功能基因多样性研究进展,并对该领域的发展前景提出展望.     

草藻型稳态转换对湖泊微生物结构及其碳循环功能的影响

湖泊是地球表层系统中水、土、气等各个圈层相互作用的联结点,对区域物质如碳等元素循环具有重要影响.微生物是湖泊等水生态系统中的重要组成部分,是湖泊等生态系统中碳等元素物质循环的主要驱动者,是深入了解湖泊碳循环过程的关键.受人类活动等影响,湖泊生态系统,尤其是浅水湖泊生态系统往往表现出以高等水生植物(草型)为主要初级生产者的清水稳定态和以浮游藻类(藻型)为主要初级生产者的浊水稳定态,而随着湖泊营养负荷和湖泊环境条件的变化,这两个不同的稳定态之间可以发生转换或者剧变,这种剧变不仅影响湖泊生态系统中的微生物结构,而且对湖泊中有机碳的形成、循环过程及其微生物驱动机制产生重大影响.本文重点就湖泊生态系统中有机碳的转换与微生物关系以及草藻型稳定态的转换对微生物结构及其碳循环功能的影响等进行综述,进一步分析其中的关键科学问题,以期为深入了解湖泊生态系统中碳等元素循环的微生物驱动过程与机制提供帮助.     

土壤微生物群落构建理论与时空演变特征

土壤微生物作为陆地生态系统的重要组成部分,直接或间接地参与几乎所有的土壤生态过程,在物质循环、能量转换以及污染物降解等过程中都发挥着重要作用。对土壤微生物时空演变规律及其形成机制的研究,不仅是微生物演变和进化的基础科学问题,也是预测微生物及其所介导的生态功能对环境条件变化响应、适应和反馈的理论依据。讨论了土壤微生物群落的定义、测度方法和指标,认为群落是联系动植物宏观生态学与微生物生态学的基础,群落构建机制是宏观和微观生态学都需要研究的核心科学问题;从生态学的群落构建理论出发,阐述了包括生态位理论/中性理论、过程理论和多样性-稳定性理论在土壤微生物时空演变研究中的应用,以及微生物群落在时间和空间上的分布特征及其尺度效应;确立了以微生物群落构建理论为基础、不同时空尺度下土壤微生物群落演变特征为主要内容的微生物演变研究的基本框架。     

藻菌共生处理污水的机制与应用研究进展

在污水处理领域,藻菌共生有同步脱氮、除磷效率高、排放温室气体量低、生物质可资源化回收等优势,近年来受到学者的重视.目前鲜有综述污水处理中藻类与细菌、真菌及混合藻菌间互作机制的文章.本文从藻类-细菌、藻类-真菌、混合藻-混合菌3个方面介绍藻菌共生处理污水的研究进展,重点阐述藻菌间营养物质交换、信号传导及生物絮凝3种不同互...