毛乌素沙地水源圈植物群落的分布格局

水源圈是干旱地区普遍存在的现象.以毛乌素沙地围栏牧场水源点为中心,在辐射状样带上等间距取样调查10户围栏牧场的植物群落,并对植物群落及植物功能群的丰富度、盖度与其距水源点距离进行回归分析和间接梯度分析.结果表明:随着距水源点距离的增加,毛乌素沙地植物群落的特征呈现出明显的梯度变化,植物群落及其功能群的丰富度增大,植物群落总盖度、灌木和禾草的盖度均表现出增加趋势,而杂类草的盖度却呈现下降趋势.植物群落结构和组成的变化反映了水源点附近沙地上的放牧梯度.水源圈是研究我国北方地区草场退化格局及其驱动因素的切入点.     

乌素沙地水源圈植物群落的分布格局

水源圈是干旱地区普遍存在的现象.以毛乌素沙地围栏牧场水源点为中心,在辐射状样带上等间距取样调查10户围栏牧场的植物群落,并对植物群落及植物功能群的丰富度、盖度与其距水源点距离进行回归分析和间接梯度分析.结果表明：随着距水源点距离的增加,毛乌素沙地植物群落的特征呈现出明显的梯度变化,植物群落及其功能群的丰富度增大,植物群落总盖度、灌木和禾草的盖度均表现出增加趋势,而杂类草的盖度却呈现下降趋势.植物群落结构和组成的变化反映了水源点附近沙地上的放牧梯度.水源圈是研究我国北方地区草场退化格局及其驱动因素的切入点.     

水源圈研究进展

在干旱、半干旱区草场上,由于饮水的需求导致牲畜经常性地集中在水源点周围,从而使草地生态系统以水源点为中心呈梯度退化,形成水源圈.按照放牧影响程度的大小,以水源点为中心由内向外可将水源圈划分为“牺牲带”、过渡带和自然带3部分,水源圈内的植被、土壤等对放牧的响应也呈梯度变化.由于水源圈内存在着“天然的放牧梯度”,使其成为研究放牧对植被、土壤的影响和自然资源保护及其可持续利用的绝佳场所.本文对水源圈的概念、研究的发展历程和研究方法等进行了综述,并对国内研究现状进行了评述,以促进干旱、半干旱区草场的科学管理和可持续利用.     

分子生态学研究进展

介绍了这个新学科的基本内容,其特征是ＤＮＡ标记的应用。结合我国最近几年动植物自然种群的分子研究,介绍国际分子生态学各个领域的进展：①分子生态学的技术;②分子种群生物学;③分子环境遗传学;④分子适应。实验结果显示：只要方法灵敏,ＤＮＡ具有最高水平的多样性。即使是原先认为遗传变异很少的大熊猫和野生大豆,使用灵敏的方法,也能证实生物个体遗传组成的唯一性。种群内ＤＮＡ的高度多态性,不同景观生态类型种群之间低水平遗传分化,说明自然种群绝大多数多态ＤＮＡ位点是中性、近中性突变。至今没有发现盐渍条件下植物个体耐盐性水平与多态ＤＮＡ有相关性,更证实这一点。发现少数多态ＤＮＡ位点与形态分化有关或呈明显的地理梯度,暗示其适应意义。自然种群这两种生态学功能不同的多态ＤＮＡ的存在,说明有必要重新讨论遗传多样性研究和保存中的取样策略。分子遗传研究也指导生态系统和物种的保育。文章最后从分子生物学的方法论和已经阐明的生态过程的众多分子信息提出分子生态学的新思路。建议分解生态系统,找出一个或少数物种和环境构成生态系统的基本功能单位,研究所涉及的基因及基因对基因的相互作用。进一步提议首先分析最简单的生态系统里发生的专一过程的分子细节。     

基于功能基因的微生物碳循环分子生态学研究进展

碳循环是生态系统中重要的生物地球化学元素循环之一。微生物参与碳固定、甲烷代谢、碳降解等多个重要的碳循环过程,深入了解微生物群落在碳循环过程中的功能和作用,有助于获悉微生物对全球气候变化的响应、适应和反馈机制,这也是微生物生态学研究的关键问题之一。传统的研究多集中于微生物分离培养技术,无法覆盖绝大部分未培养微生物,并且无法深入解析碳循环过程中微生物群落的结构和功能,宏基因组学技术的出现克服了这些缺陷,成为研究微生物群落结构和功能的有效手段。本文对目前宏基因组学的主要技术——定量PCR、DNA分子指纹图谱、基因芯片、克隆文库和高通量测序等技术进行了简要介绍,着重介绍了参与碳固定、甲烷生成和氧化、碳降解等主要碳循环过程的关键功能基因的研究现状,最后对碳循环过程中微生物宏基因组学研究的未来发展进行了总结与展望。     

分子生态学方法在微生物肥料质量监测中的应用

应用PCR—DGGE技术对某微生物肥料的质量进行了跟踪监测,并结合分离培养和克隆文库分析对其菌种组成进行了检测。结果表明,同一生产批次3个不同包装样品的细菌和真菌DGGE（denaturing gradient gel eleetrophoresis）图谱相似性为80％-100％,3个不同生产批次之间DGGE图谱相似性为80％-88％,表明该微生物肥料的菌种组成的稳定性较好。但分离培养和克隆文库分析结果显示样品的菌种组成与产品标签说明之间存在较大差异。对于产品标注的6种微生物组成,只有Lactobacillus属的微生物可与之对应,其他检测到的Bacillus、Monascus、Brevibacillus、Psudomonas和Penicillium属的微生物并未包括在产品说明中。研究表明用分子生态学方法可以比较客观准确的对微生物肥料质量进行评估和峪测。     

海洋微生物的化学生态学研究进展

近年来,海洋生物的化学生态学研究已成为国际化学生态学研究的亮点之一.该领域的研究不仅为生物进化研究提供了理论依据,也对海洋生态养殖、海洋生态环境保护以及海洋资源的可持续发展具有重要意义.本文从海洋动物、植物、微生物三方面综述了它们与海洋微生物之间的化学生态学关系.海洋动物与微生物的化学生态学作用主要包括抗菌、抗附着、共生3种关系.以发现具有生态学效应的化学信号物质的分子结构为主线,介绍了海洋植物和微生物方面的研究进展,并对该领域的关键性问题和发展方向进行了展望.     

微生物分子生态学研究方法及其存在的缺陷

微生物群落多样性是微生物生态学和环境学研究的重点之一.分子生物学方法应用于微生物群落结构分析使得对环境样品中占大多数的不可培养微生物的研究成为了可能.然而,PCR过程中的偏差(bias)会引起结果并不能如实地再现原始的群落结构,随着多个宏基因组项目的研究,发现所谓的“通用引物”并不能覆盖全部的微生物类型,即使可以添加简并碱基,也无法与通过宏基因组得到的rRNA序列完全匹配,这导致了在诸多研究中会忽略环境中的微生物群落.即使是不经过PCR扩增的元基因组和元转录组学研究方法,对于分子微生物群落也存在着一定的问题.     

Effect of geographical sources and biochemical traits on plant litter decomposition in a peatland

不同地理来源的泥炭地植物残体在同一环境中的分解速率一直缺乏比较研究。该研究沿纬度梯度, 选择大九湖、哈泥和满归3处泥炭地, 以三地的10种植物为分解材料, 使用分解袋包装, 埋藏于长白山哈泥泥炭地, 开展为期1年的分解实验, 研究地理来源及生物化学属性对泥炭地植物残体分解的影响。结果表明, 如不考虑物种差异, 从总体上看, 随着纬度增加, 3处泥炭地植物残体的初始氮(N)含量下降, 初始木质素含量、碳氮比(C/N)和木质素/N上升。经一年分解后残体分解速率因植物类群不同而不同, 桦木属(Betula)和薹草属(Carex)植物残体的干质量损失率均接近50%, 远大于泥炭藓属(Sphagnum)植物(约为10%)。3处来源地植物残体干质量损失率总体上无差异, 但比较同种植物残体发现, 来自中纬度泥炭地哈泥的中位泥炭藓(S. magellanicum)的干质量损失率(19%)远高于来自高纬度泥炭地满归的(9%)。制约残体分解的因素因植物类群不同而不同, 残体初始总酚/N是决定属间残体干质量损失率差异的重要指标。薹草属植物初始N含量和C/N与残体分解速率、泥炭藓属植物初始Klason木质素含量和总酚/N与残体分解速率均呈正相关关系。该研究一定程度上表明, 若以纬度降低指代气候变暖, 当前持续的气候变暖可能通过改变高纬度泥炭地的植物组成和植物的生物化学属性, 来改变植物残体分解速率, 进而影响泥炭地的碳汇功能。     

胃肠道微生物及其分子生态学技术研究进展

由于与人类健康和疾病密切相关,胃肠道微生物研究已成为当今的热点研究领域。目前研究的分子手段已经从单纯的分析微生物群落结构组成,发展到通过宏转录组学、宏蛋白组学和代谢组学等"组学"技术揭示胃肠道微生物群落的相应功能。本文结合我们的研究工作,综述了国内外胃肠道微生物及其分子生态学技术的研究进展。     

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。     

微生物分子生态学发展历史及研究现状

微生物群落多样性是微生物生态学和环境学研究的重点之一。分子生物学方法应用于微生物群落结构分析使得对环境样品中占大多数的不可培养微生物的研究成为了可能。由于功能上高度保守,序列上的不同位置具有不同的变异速率,核糖体RNA（rRNA）是目前在微生物分子生态学上最为有用以及应用最广泛的分子标记,通过rRNA序列比对,可以分析不同分类水平的系统发育关系。元基因组学研究方法通过对环境样品中的各种微生物群落的总的基因组进行分析,充分展示了环境微生物代谢途径,极大地扩展了对微生物的认识。快速发展的高通量测序极大地促进了各项微生物生态学技术的发展,带来了新的突破。     

土壤真菌多样性及分子生态学研究进展

真菌是土壤中一类重要的微生物,参与有机质分解,与植物共生为植物提供养分,同时病原真菌也会引起粮食产量的降低．土壤真菌多样性在维持生态系统的平衡和为人类提供大量未开发资源上起到了独特而重要的作用．本文从物种多样性、生境多样性、功能多样性角度阐述了土壤真菌多样性,并从农田、林地、草地、极端环境与一些复杂环境土壤真菌多样性层面综述了土壤真菌多样性分子生态学研究进展。同时论述了一些影响真菌多样性的因素,并对土壤真菌多样性研究的前景提出展望．     

用于分子生态学研究的土壤微生物DNA提取方法

利用SDS高盐法和变性剂加SDS高盐法对土壤微生物总DNA进行了提取,然后通过电泳加树脂柱回收和连续2次树脂柱回收方法进行了纯化.结果表明,变性剂加SDS高盐法的DNA提取效率明显高于前者,电泳加树脂柱法的纯化效果更好.通过PCR扩增表明,经过纯化后的DNA,都可以进行16SrDNA扩增和nirK、nosZ、nifH等功能基因的扩增.因此,变性剂加SDS高盐法是一种更为高效、可靠且适合于环境微生物分子生态学研究的DNA提取方法.     

石油烃污染及修复过程中的微生物分子生态学研究进展

针对环境中广泛存在的石油烃污染问题,从分子生态学的角度总结石油烃降解过程中的微生物生态学研究进展。着重介绍分子生态学的研究方法及与石油烃降解相关的降解基因和基因芯片的最新研究进展,同时对存在的问题和今后的研究方向进行总结。     

Linking soil process and microbial ecology in freshwater wetland ecosystems

Soil microorganisms mediate many processes such as nitrification, denitrification, and methanogenesis that regulate ecosystem functioning and also feed back to influence atmospheric chemistry. These processes are of particular interest in freshwater wetland ecosystems where nutrient cycling is highly responsive to fluctuating hydrology and nutrients and soil gas releases may be sensitive to climate warming. In this review we briefly summarize research from process and taxonomic approaches to the study of wetland biogeochemistry and microbial ecology, and highlight areas where further research is needed to increase our mechanistic understanding of wetland system functioning. Research in wetland biogeochemistry has most often been focused on processes (e.g., methanogenesis), and less often on microbial communities or on populations of specific microorganisms of interest. Research on process has focused on controls over, and rates of, denitrification, methanogenesis, and methanotrophy. There has been some work on sulfate and iron transformations and wetland enzyme activities. Work to date indicates an important process level role for hydrology and soil nutrient status. The impact of plant species composition on processes is potentially critical, but is as yet poorly understood. Research on microbial communities in wetland soils has primarily focused on bacteria responsible for methanogenesis, denitrification, and sulfate reduction. There has been less work on taxonomic groups such as those responsible for nitrogen fixation, or aerobic processes such as nitrification. Work on general community composition and on wetland mycorrhizal fungi is particularly sparse. The general goal of microbial research has been to understand how microbial groups respond to the environment. There has been relatively little work done on the interactions among environmental controls over process rates, environmental constraints on microbial activities and community composition, and changes in processes at the ecosystem level. Finding ways to link process-based and biochemical or gene-based assays is becoming increasingly important as we seek a mechanistic understanding of the response of wetland ecosystems to current and future anthropogenic perturbations. We discuss the potential of new approaches, and highlight areas for further research.     

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。     

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.     

Impact of varying electron donors on the molecular microbial ecology and biokinetics of methylotrophic denitrifying bacteria

The goal of this study was to identify bacterial populations that assimilated methanol in a denitrifying sequencing batch reactor (SBR), using stable isotope probing (SIP) of ¹³C labeled DNA and quantitatively track changes in these populations upon changing the electron donor from methanol to ethanol in the SBR feed. Based on SIP derived ¹³C 16S rRNA gene clone libraries, dominant SBR methylotrophic bacteria were related to Methyloversatilis spp. and Hyphomicrobium spp. These methylotrophic populations were quantified via newly developed real‐time PCR assays. Upon switching the electron donor from methanol to ethanol, Hyphomicrobium spp. concentrations decreased significantly in accordance with their obligately methylotrophic nutritional mode. In contrast, Methyloversatilis spp. concentrations were relatively unchanged, in accordance with their ability to assimilate both methanol and ethanol. Direct assimilation of ethanol by Methyloversatilis spp. but not Hyphomicrobium spp. was also confirmed via SIP. The reduction in methylotrophic bacterial concentration upon switching to ethanol was paralleled by a significant decrease in the methanol supported denitrification biokinetics of the SBR on nitrate. In sum, the results of this study demonstrate that the metabolic capabilities (methanol assimilation and metabolism) and substrate specificity (obligately or facultatively methylotrophic) of two distinct methylotrophic bacterial populations contributed to their survival or washout in denitrifying bioreactors. Biotechnol. Bioeng. 2009;102: 1527–1536. © 2008 Wiley Periodicals, Inc.