基因工程微生物生态学研究进展

基因工程微生物(genctically enginccred microorganism,GEM)生态学的研究已成为微生物分子生态学的一项主要研究内容之一．随着分子标记和分子生物学检测手段的引入,传统的微生物生态学研究被注入了新的活力,在分子水平上探讨基因工程微生物与环境及环境中土著生物之间的关系已成为可能．基因工程微生物生态学是一门内容涉及分子生物学、微生物学、生态学等诸多学科的新型交叉边缘学科．本文提出加紧进行转基因生物生态学和转基因生物的风险评价的研究工作,建立适合中国国情的检测手段和评价标准,有助于我国基因工程微生物生态学的健康发展．     

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。     

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。     

种子微生物生态学研究进展

植物种子微生物生态学是研究与种子相联合的微生物的组成﹑功能﹑演替、它们之间关系及其与宿主之间相互关系的科学。种子中蕴含着丰富的微生物资源,它们对种子以及植物的健康具有重要的影响。不同种类植物种子联合的微生物群落由于受到种子本身及外界环境因素的影响而有所差异。论述了种子微生物生态学的概念、主要研究方法、种子微生物生态系统中的微生物种类、相关影响因素,以及种子微生物生态学研究的发展方向。种子微生物生态学的研究对生产实践有重要意义,同时也将丰富种子生物学的内容,对种子科学的发展起到促进作用。     

厌氧消化器中微生物生态学的研究

应用一套自行设计的以豆腐废水为原料实验性的半连续化的厌氧消化器可将甲烷发酵的各个阶段分开。从中分离到占优势和重要的水解和发酵性细菌、产氢产乙酸细菌和产甲烷细菌。艰解和发酵性细菌经鉴定是乳杆菌盾、链球菌属、双岐杆菌属、梭状芽孢杆菌属、丙酸杆菌属和螺旋体等属的细菌,其中有些菌株是上述属中的新种。产氢产乙酸细菌是氧化丁酸盐菌,初始分离时与氧化丁酸盐菌相配合的利用氢的细菌是消化器中的一种特有的产甲烷球菌。分离到的产甲烷细菌中有4个已知的种,还发现一个新种。本文还对上述细菌利用豆腐废水生成甲烷的一系列生化反应进行了归纳小结。从豆腐废水厌氧消化器中发现了一些未报道过的细菌新种,说明这样的微生物生态系是前人未曾研究过的。     

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。     

高速发展的景观生态学

景观生态学是生态学中一门年轻的分支学科,它的理论与方法和传统生态学有着本质的区别,它注重人类活动对景观格局与过程的影响.景观生态学为综合解决资源与环境问题提供了新的理论和方法,因而近年来受到高度重视.从景观生态学的理论框架、一般原理、研究方法和实际应用四个方面进行论述.     

微生物生态学研究方法进展

微生物培养及显微技术作为鉴定微生物种群的手段有很大的局限性,因为环境中大多数微生物处于“存活但不能培养”的状态。因此．不依赖于微生物培养的生物化学以及分子生物学方法正被广泛地用于微生物生态学研究。主要介绍了荧光技术。基于PCR的分析技术和PLFA等技术在表征微生物多样性研究中的某些进展。     

分子微生物生态学及其研究进展

分子微生物生态学是分子生物学实验技术应用于微生物生态学研究领域而发展形成的一门交叉学科,在研究微生物生态系统组成结构、功能的分子机理以及微生物与生物和非生物环境之间相互关系等方面显示了巨大的潜力．十几年来分子微生物生态学研究所取得的成就证明：分子生物学研究技术向微生物生态学领域的不断渗透,为微生物生态学研究领域注入了新的活力,尤其在微生物多样性、微生物区系分子组成及变化规律以及微生物系统进化研究方面取得了重大突破．本文根据近年分子微生物生态学的研究进展,就分子微生物生态学概念的提出、发展历程、主要研究领域、主要研究方法以及未来研究热点领域作以简要综述。     

Synthesizing traditional biogeography with microbial ecology: the importance of dormancy

The discovery of biogeographical patterns among microbial communities has led to a focus on the empirical evaluation of the importance of dispersal limitation in microbial biota. As a result, the spatial distribution of microbial diversity has been increasingly studied while the synthesis of biogeographical theory with microbial ecology remains undeveloped. To make biogeographical theory relevant to microbial ecology, microbial traits that potentially affect the distribution of microbial diversity need to be considered. Given that many microorganisms in natural environments are in a state of dormancy and that dormancy is an important microbial fitness trait, I provide a first attempt to account for the effects of dormancy on microbial biogeography by treating dormancy as a fundamental biogeographical response. I discuss the effects of dormancy on the equilibrium theory of island biogeography and on the unified neutral theory of biodiversity and biogeography, and suggest how the equilibrium theory of island biogeography can produce predictions approaching those of the Baas‐Becking hypothesis (i.e. everything is everywhere, but the environment selects). In addition, I present a conceptual model of the unified neutral theory of biodiversity and biogeography, generalized to account for dormancy, from which a full model can be constructed for species with or without dormant life history stages.     

Application of multivariate statistical techniques in microbial ecology

Recent advances in high‐throughput methods of molecular analyses have led to an explosion of studies generating large‐scale ecological data sets. In particular, noticeable effect has been attained in the field of microbial ecology, where new experimental approaches provided in‐depth assessments of the composition, functions and dynamic changes of complex microbial communities. Because even a single high‐throughput experiment produces large amount of data, powerful statistical techniques of multivariate analysis are well suited to analyse and interpret these data sets. Many different multivariate techniques are available, and often it is not clear which method should be applied to a particular data set. In this review, we describe and compare the most widely used multivariate statistical techniques including exploratory, interpretive and discriminatory procedures. We consider several important limitations and assumptions of these methods, and we present examples of how these approaches have been utilized in recent studies to provide insight into the ecology of the microbial world. Finally, we offer suggestions for the selection of appropriate methods based on the research question and data set structure.     

稳定性同位素探测技术在微生物生态学研究中的应用

稳定性同位素标记技术同分子生物学技术相结合而发展起来的稳定性同位素探测技术（stableisotope probing,SIP）,在对各种环境中微生物群落组成进行遗传分类学鉴定的同时,可确定其在环境过程中的功能,提供复杂群落中微生物相互作用及其代谢功能的大量信息,具有广阔的应用前景.其基本原理是：将原位或微宇宙（microcosm）的环境样品暴露于稳定性同位素富集的基质中,这些样品中存在的某些微生物能够以基质中的稳定（性同位素为碳源或氮源进行物质代谢并满足其自身生长需要,基质中的稳定性同位素被吸收同化进入微生物体内,参与各类物质如核酸（DNA和RNA）及磷脂脂肪酸（PLFA）等的生物合成,通过提取、分离、纯化、分析这些微生物体内稳定性同位素标记的生物标志物,从而将微生物的组成与其功能联系起来.在介绍稳定性同位素培养基质的选择及标记方法、合适的生物标志物的选择及提取分离方法的基础上,举例阐述了此项技术在甲基营养菌、有机污染物降解菌、根际微生物生态、互营微生物、宏基因组学等方面的应用.     

生物膜型污水脱氮系统中膜结构及微生物生态研究进展

生物膜法污水脱氮系统主要利用生物膜中脱氮功能微生物的代谢活动去除氮素,从而达到净化水质的目的,研究脱氮生物膜的微观结构和微生物生态是揭示生物膜脱氮机理从而提高脱氮效率的重要途径.本文综述了生物膜型污水脱氮系统类型、生物膜微观结构特征及其影响因素、生物膜型污水脱氮系统内氮素传质过程、脱氮机理和生物膜数学模型等方面的研究进展.另外,本文介绍了生物膜型污水脱氮系统内生物膜脱氮功能微生物分布特征,不同生物膜脱氮系统、底物、运行条件和时间对功能微生物群落影响,及新型脱氮功能微生物等方面的研究进展,为生物膜脱氮技术的深入研究提供参考.     

生物炭对农田土壤微生物生态的影响研究进展

生物炭作为新型土壤改良剂在国内外环境科学等领域受到广泛的关注.关于生物炭对土壤理化性质的改良研究较早,目前虽然已深入到土壤微生物生态的领域,但是大多数将土壤理化性质与土壤微生物生态分开考虑,缺乏对二者相互作用的系统评述.本文总结了施用生物炭后土壤理化性质的改变与土壤微生物群落变化之间的相互关系:生物炭不仅能够提高土壤pH值、增强土壤的持水能力、增加土壤有机质等,而且会影响土壤微生物的群落结构、改变细菌和真菌的丰度;施用生物炭后,土壤环境和土壤微生物之间互相影响互相制约,共同促进了土壤微生物生态系统的改良.本文旨在为生物炭改良农田土壤微生态的深入研究提供新的思路,从生态系统的角度促进生物炭环境效应影响的研究,使生物炭的应用更具有科学性和有效性,并对生物炭在相关领域的应用进行了展望.     

变性梯度凝胶电泳(DGGE)在微生物生态学中的应用

由于从环境样品中分离和培养细菌的困难,分子生物学方法已发展用来描述和鉴定微生物群落。近年来基于DNA方法的群落分析得到了迅速的发展,如PCR扩增技术,克隆文库法,荧光原位杂交法,限制性酶切片段长度多态性法,变性和温度梯度凝胶电泳法。DGGE已广泛用于分析自然环境中细菌、蓝细菌,古菌、微微型真核生物、真核生物和病毒群落的生物多样性。这一技术能够提供群落中优势种类信息和同时分析多个样品。具有可重复和容易操作等特点,适合于调查种群的时空变化,并且可通过对切下的带进行序列分析或与特异性探针杂交分析鉴定群落成员。DGGE分析微生物群落的一般步骤如下：一是核酸的提取,二是16S rRNA,18S rRNA或功能基因如可容性甲烷加单氧酶羟化酶基因(mmoX)和氨加单氧酶a一亚单位基因(amoA)片段的扩增,三是通过DGGE分析PCR产物。DGGE使用具有化学变性剂梯度的聚丙烯酰胺凝胶,该凝胶能够有区别的解链PCR扩增产物。由PCR产生的不同的DNA片段长度相同但核苷酸序列不同。因此不同的双链DNA片段由于沿着化学梯度的不同解链行为将在凝胶的不同位置上停止迁移。DNA解链行为的不同导致一个凝胶带图案,该图案是微生物群落中主要种类的一个轮廓。DGGE使用所有生物中保守的基因片段如细菌中的16S rRNA基因片段和真菌中的18S rRNA基因片段。然而同其他分子生物学方法一样,DGGE也有缺陷,其中之一是只能分离较小的片段,使用于系统发育分析比较和探针设计的序列信息量受到了限制。在某些情况下,由于所用基因的多拷贝导致一个种类多于一条带,因此不易鉴定群落结构到种的水平。此外,该技术具有内在的如单一细菌种类16S rDNA拷贝之间的异质性问题,可导致自然群落中微生物数量的过多估计。DGGE是分析微生物群落的一种有力的工具。不过为了减少DGGE和其它技术的缺陷,建议研究者结合DGGE和其它分子及微生物学方法以便更详细的观察微生物的群落结构和功能。