从微生物组到合成功能菌群

微生物组是指特定微环境中的微生物群落及其组学,自然界中的生物过程几乎都是通过微生物组完成的。随着测序技术的发展和成本降低,微生物组已经成为微生物生态学研究的热点领域。继合成生物学之后,基于微生物组的合成功能菌群研究正在兴起,在人类健康、农业、工业和生态等领域都有广泛的应用前景。本文从微生物组到合成功能菌群的角度系统论述了其在不同领域的研究现状与发展趋势,为微生物组从理论研究到应用提供思路。     

土壤微生物资源管理、应用技术与学科展望

土壤中蕴藏着高度的微生物多样性,在陆地生态系统中发挥着非常重要的功能,加强对土壤微生物资源的综合管理与开发应用是提升生态系统稳定性与生产力及农产品质量的重要途径。首先,土壤微生物多样性具有全球性的重大意义,有待完善对土壤微生物的检测与监测技术研究,进而实现土壤微生物多样性与土壤功能的耦合以及对土壤质量的评定;其次,土壤微生物作为一种宝贵的生产资料和可持续资源,要加强其在土壤肥力强化与保育、土壤障碍消减与调节、土壤污染控制与修复等3个领域的应用研究。最后,未来土壤微生物学发展将会形成土壤微生物系统学、土壤微生物过程学与土壤微生物功能学3个子学科,要建立土壤微生物种质资源库与遗传信息库,推进土壤微生物生理代谢过程、生物化学过程及生态行为过程的研究,联结土壤微生物与土壤功能的关系,并从土壤中的功能微生物出发对环境变化作出积极响应和主动调控。此外,原创性方法的建立与应用是限制土壤微生物学发展的技术瓶颈,联合生物地理学与生物信息学破译重要基因的特定生态功能,并将其应用到生态模型以及生态系统未知领域的研究中去,是土壤微生物学面临的挑战。     

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。     

分子生物学方法及其在海洋微生物生态中的应用

微生物在生态系统中起着独一无二的生态作用.微生物生态学的发展和工农业、环境保护及社会科学有着紧密的联系.海洋作为地球上最大的生境,孕育着大量的生物资源,是研究微生物生态的主要来源.综述微生物生态研究相关的分子生物学方法及海洋微生物生态的应用进展.     

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。     

与时俱进的我国环境微生物学研究

环境微生物学作为微生物学与环境科学相结合的交叉学科,已经在环境污染治理、废弃物资源化利用和生物地球化学循环等方面发挥着重要作用。《微生物学通报》本期推出的"环境微生物学主题刊"报道了专论与综述16篇、研究报告17篇,内容涵盖环境微生物生态学及生物修复、环境微生物资源的发掘与利用、环境微生物学研究前沿、环境污染修复与微生物多样性、环境微生物生理学及生物制剂等应用领域,期望该主题刊的出版有助于加强我国环境微生物学研究者间的交流和合作,推动环境微生物学学科的进一步发展。     

黄土高原水体浮游微生物及沉积微生物研究进展

黄土高原跨越我国半干旱、干旱及半湿润地区,是世界上面积最大的黄土分布区。近些年来,由于气候变化和人类活动的加剧,黄土高原的河流湖库面临着水少、水浑、水污等威胁,因此亟需开展此区域水体的生态健康评价以提出生态保护和管理措施。除了鱼类、底栖动物和浮游植物生态学外,以微生物为核心的微生物生态学研究在环境现状指示、生态健康评价方面也占有重要作用。本文首先探讨黄土高原的范围及其水体的生态学研究进展,选择了黄土高原的"广义"划分区域(北纬33°41′～41°16′,东经100°54′～114°33′),其次整合国内外不同水体中浮游及沉积微生物的群落结构、功能及生物完整性指数(index of biological integrity, IBI)生态指示作用的相关研究,指出微生物群落结构、功能特征及IBI指数的动态变化是自然与人为因素综合作用的结果,同样也指示了生态、环境现状。目前,针对黄土高原微生物生态指示作用的研究主要集中于土壤环境中微生物群落结构指标,利用功能参数以及IBI指数进行生态指示的研究较少。黄土高原横跨7个省,范围广,面积大,未来针对黄土高原中部地带、西北地区核心——陕西省的河流湖库微生物进行研究能够以小见大,更全面地反映区域水生态系统健康状况。     

现代生物化学与分子生物学研究技术在植物微生物生态学中的应用

植物微生物生态学是研究植物微生态系统的一门学科,以植物组织细胞内微生物的组成、功能、演替,以及微生物之间和微生物与宿主之间的相互作用关系为研究对象。现代生物化学与分子生物学技术在植物微生物生态学研究领域的作用日益明显。介绍了上述技术及其在植物微生物生态学研究领域的应用进展,并对其在该领域的利用和发展进行了展望。     

中国微生物生态学的进展——《微生物生态学专刊》序言

2014年10月在北京召开的“2014年中国生态学会微生物生态专业委员会暨国际学术研讨会”标志着我国微生物生态学研究专业学术组织已经走过了30年的历程。经过几代微生物生态学研究者的不懈努力,我国的微生物生态学从无到有,不断开拓和发展,使得我国微生物生态学研究的队伍不断壮大,在若干方向的研究水平处于国际前沿。为了展现我国微生物生态学研究的最新进展,《微生物学通报》针对本次研讨会组织出版了本期“微生物生态学专刊”,以期促进微生物生态学及相关交叉研究领域的发展。     

快速发展中的环境微生物科学与技术—“第十二次全国环境微生物学学术研讨会”专刊序言

第十二次全国环境微生物学术研讨会于2009年11月在武汉华中科技大学顺利召开,本次会议围绕"环境微生物与人类健康"的主题,在环境微生物学前沿、微生物与环境健康及人类健康、环境微生物资源挖掘与利用,以及环境微生物技术与环境污染防治、生态修复、废弃物资源化利用和再生能源等诸多领域展开深入研讨,充分反映了我国环境微生物学界取得的最新进展,为了展现国内环境微生物及相关交叉领域科研工作者取得的最新进展,《微生物学通报》针对"第十二次全国环境微生物学术研讨会"组织出版了这期"环境微生物专刊",期望该专刊的出版有助于促进我国环境微生物学相关领域的交流和发展。     

微生物共培养技术的研究进展

摘要:本文对微生物共培养的发展历史及其在食品、农业、工业及污水净化等方面的应用进行了综述,并对已知的共培养微生物之间的生态学关系进行了总结。人们利用微生物联合共培养、序列共培养和共固定化细胞混菌培养等技术来获得新的代谢产物,提高产量,改造传统发酵工业,生产能源物质,提高底物利用率,扩大底物范围,降解有毒物质。共培养微生物之间可能具有协同代谢作用、诱导作用、种间群体感应、基因转移等多种生态学关系。对共培养微生物之间的微生态机理进行深入系统的研究,有助于充分发挥共培养技术的应用潜力。     

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。     

rRNA技术及其在分子微生物生态上的应用

传统的基于微生物培养与纯种分离的技术所具有的局限性,以及分子生物学及其有关技术的长足进展,使微生物生态学的研究进入了分子的阶段.其中rRNA技术的建立、发展及其成功应用,为分子微生物生态和微生物系统分类学的研究掀开了崭新的一页.对rRNA分子技术的研究进展、以之为基础的主要方法及其在环境微生物研究中的应用,以及应用过程中所存在的一些潜在问题及其解决办法等作了详细综述.     

微生物单细胞分离方法研究进展

自然界中大多数微生物处于未培养状态,被称为“微生物暗物质”。随着微生物单细胞分离方法的不断更新,利用新技术、新方法应对微生物纯培养的挑战获得了重要进展,这些新的分离及培养策略对推动微生物资源学的发展具有重要意义。尽管宏基因组学和基因组学数据相关成果日益增多,但微生物单细胞的分离与培养对于系统研究微生物的生态功能、遗传进化等仍至关重要。本文主要概述了目前使用的或正在研发的膜扩散培养法、微流控分选、荧光激活细胞分选、单细胞拉曼分选、光镊技术、显微操作技术等单细胞分离技术的原理与应用,及其在微生物单细胞分离和培养方面的优点与不足,同时展望了这些单细胞分离技术未来的发展和应用前景。     

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。     

稳定性同位素核酸探针技术DNA-SIP 原理与应用

稳定性同位素核酸探针技术DNA-SIP(Stable isotope probing),是将复杂环境中微生物物种组成及其生理功能耦合分析的有力工具.微生物的体积在μm尺度,因此,自然环境中微生物群落在μm尺度下生理过程的发生、发展,其新陈代谢物质在环境中累积与消减的动力学变化规律,形成了微生物生理生态过程,决定了不同尺度下生态系统物质和能量的良性循环.利用稳定性同位素示踪复杂环境中微生物基因组DNA,实现了单一微生物生理过程研究向微生物群落生理生态研究的转变,能在更高更复杂的整体水平上定向发掘重要微生物资源,推动微生物生理生态学和生物技术开发应用.本文重点探讨了DNA-SIP的技术原理、主要技术瓶颈及对策,初步展望了DNA-SIP为基础的环境微生物基因组学发展趋势.     

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。     

荧光原位杂交技术及其在环境微生物生态学中的应用研究

荧光原位杂交技术是一种能够同时对微生物进行定性、定量和研究微生物群落空间分布情况的有力工具。简要介绍了荧光原位杂交技术的方法,并对其在人为创制环境和自然环境中特征性微生物种群及群落生态学中的应用研究进行了讨论,指出了该种技术在应用中存在的问题与缺陷,最后对荧光原位杂交技术在堆肥微生物生态中的应用及与其他方法的组合应用进行了展望。     

《中国微生态学杂志》稿约

1．刊登内容及征稿范围：有关国内外人体微生态学、动物微生态学、植物微生态学等各领域的基础研究、应用研究、发展动态、成果和技术方法,包括生态制品的研究,正常微生物群与微环境的平衡关系以及微生态失调造成疾病的防治研究、实验室技术等。     

《中国微生态学杂志》稿约

1、刊登内容及征稿范围：有关国内外人体微生态学、动物微生态学、植物微生态学等各领域的基础研究、应用研究、发展动态、成果和技术方法,包括生态制品的研究,正常微生物群与微环境的平衡关系以及微生态失调造成疾病的防治研究、实验室技术等。