微生物群落结构和多样性解析技术研究进展

微生物群落结构和多样性是微生物生态学和环境科学研究的热点内容，对于开发微生物资源，阐明微生物群落与其生境的关系，揭示群落结构与功能的联系，从而指导微生物群落功能的定向调控具有重要意义。基本按照年代顺序概述了常用的微生物群落结构及多样性解析技术，同时也体现了解析技术由片面向全面、由低分辨水平向高分辨水平的发展过程。20世纪70年代以前，对环境微生物群落结构及多样性的认识依赖传统的培养分离方法，方法的分辨水平低，认识是不全面的和有选择性的；20世纪70年代和80年代，在微生物化学成分分析的基础上建立了生物标记物方法(醌指纹法、磷脂脂肪酸法等)，对微生物群落结构和多样性的认识进入到较客观的层次上；在80和90年代，以DNA为目标物的现代分子生物学技术(rRNA基因测序技术、基因指纹图谱等)比较精确地揭示了微生物种类和遗传的多样性，并给出了关于群落结构的直观信息。指出了每种解析技术的功能特点和局限性，并展望了解析技术的发展趋势是原位、快速、灵敏、高通量和准确定量。     

重庆缙云山常绿阔叶林群落物种多样性与土壤因子的关系

探讨了缙云山常绿阔叶林物种多样性的变化特征，并运用去势典范对应分析(DCCA)方法，分析了不同样方中土壤因子与群落多样性指数之间的关系．结果表明：(1)17个样方中物种丰富度指数是草本层最高，均匀度指数是乔木层最高．(2)土壤含水量和水解氮与乔木层物种丰富度和均匀度相关性明显，有效磷和乔木层均匀度有明显相关；全氮含量和有机质含量与草本层物种的均匀度有明显相关．(3)多酚氧化酶活性和乔木层物种的均匀度有明显相关，转化酶活性与乔木层物种丰富度和均匀度均有一定相关，多酚氧化酶活性和酸性磷酸酶活性与草本层的物种均匀度和丰富度有明显相关．图2表3参20     

两个CANON污水处理系统中氨氧化古菌的丰度和多样性研究

近期,氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea,AOA)在各类环境中的发现,打破了人们原来认为氨氧化主要是由氨氧化细菌(ammonia-oxidizing bacteria,AOB)完成的观点.但是在全程自养脱氮(completely autotrophic nitrogen removal over nitrite,CANON)污水处理系统中关于AOA的研究却鲜有提及.利用PCR、克隆、实时荧光定量PCR(quantitative real time PCR,q PCR)等分子生物学技术,对1个小试(lab-scale,L)和1个中试(pilot-scale,P)CANON系统中的生物膜和活性污泥絮体两种形态的污泥进行AOA数量和种属特征的研究.结果表明:1系统L和P中,AOA的amo A基因数量平均值(以dry sludge计)分别为2.42×106copies·g-1和6.51×106copies·g-1;2 AOA的amo A基因丰度随污泥形态不同数量相差很大:L系统中,生物膜AOA amo A丰度约为活性污泥絮体的11.1~15.1倍;P系统中,污泥絮体AOA amo A数量是生物膜中的2.8倍;3多样性方面:P系统的AOA多样性较低,仅出现一个OTU,该OTU属于Nitrosopumilus subcluster 5.2类群;L系统AOA多样性较高,共有8个OTU出现,分别属于Nitrososphaera subcluster 9、subcluster 8.1、subcluster 4.1、subcluster 1.1和Nitrosopumilus subcluster 5.2这5个类群.总之,在同一个CANON系统中,污泥形态不同,AOA的丰度和群落结构相差较大;AOA可能发挥着氨氧化的作用.     

黄河源区斑块化退化高寒草甸土壤细菌群落多样性变化

为研究海拔变化和退化过程中高寒草甸土壤细菌群落多样性的变化规律,利用MiSeq高通量测序技术,分析不同海拔活动斑块、非活动斑块、恢复斑块和高寒草甸土壤细菌群落多样性,利用冗余分析对细菌多样性和环境因子进行分析.结果发现,3种类型斑块中主要的土壤细菌门均是变形菌门（Proteobacteria）、放线菌门（Actinobacteriota）和酸杆菌门（Acidobacteriota）.细菌优势属为RB 41 、鞘脂单胞菌属（Sphingomonas）和慢生根瘤菌属（Bradyrhizobium）.RB 41 和慢生根瘤菌属相对丰度随海拔升高而下降,随斑块演替而增加,但3种类型退化斑块相对丰度均显著低于高寒草甸（P<0.05）.退化斑块土壤碳固定功能的细菌丰度,大于健康高寒草甸.不同斑块的细菌Chao1指数和物种数显著高于高寒草甸（P<0.05）.冗余分析发现,生物结皮盖度和全氮是海拔4013 m处细菌优势门的主要影响因子;生物量、全氮和pH对高海拔4224 m细菌优势门影响较大.生物量和全钾显著影响海拔4013 m的细菌属分布,海拔4224 m地区莎草科盖度和速效氮为细菌优势属的主要影响因子.生物结皮和pH对细菌多样性影响较大.不同海拔地区细菌的影响因子发生着较大变化,在研究细菌多样性变化的过程中,不仅要关注高寒草地退化的影响,还应考虑海拔高度的作用.     

石油污染地下水中细菌多样性研究

采集了某废弃炼油厂的石油污染地下水样品,提取水中微生物总DNA,构建细菌16S rDNA克隆文库,并通过16S rDNA序列的系统发育分析,对样品中的细菌种群多样性以及群落结构进行了研究.结果表明,文库中阳性克隆的16S rDNA序列分属10个细菌类群,分别为γ-Proteobacteria(49.1%)、α-Proteobacteria(12.9%)、β-Proteobacteria(11.1%)、Bacteroidetes(9.2%)、Verrucomicrobia(6.7%)、Acidobacteria(2.5%)、δ-Proteobacteria(1.2%)、Actinobacteria(1.2%)、Planctomycetes(0.6%)、Unidentifiedbacteria(5.5%).在这一生态系统中,γ-Proteobacteria类细菌占据主导地位,接近50%,尤其是假单胞菌属(Pseudomonas)微生物在文库中的比例达35.6%.该石油污染地下水样品中细菌与许多其它已知的降解菌亲缘关系较近,如鞘胺醇单胞菌(Sphingomonas)、红球菌(Rhodococcus)和短波单胞菌(B...     

序批式生物反应器填埋场脱氮微生物多样性分析

为探究序批式生物反应器填埋场脱氮过程中的微生物作用机制,本研究采用建立脱氮功能基因(amoA、nosZ)克隆文库及PCR-RFLP技术对序批式生物反应器填埋场垃圾稳定化后期的主要脱氮功能微生物多样性进行分析.结果表明,矿化垃圾反应器中检测到的氨氧化细菌存在高度多样性,大部分为未知类群,且均为不可培养菌或未经分离获得的细菌,经系统发育树分析系统内氨氧化细菌以β-变形菌门中的亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)为主;新鲜垃圾反应器中反硝化细菌种群丰富,主要有β-变形菌纲中的陶厄氏菌属(Thauera)和硫杆菌属(Thiobacillus).Thauera属在好氧条件下具有反硝化特性,Thiobacillus属中的脱氮硫杆菌(Thiobacillus denitrificans)是一种硫自养反硝化菌,可见新鲜垃圾单元稳定化后期以好氧反硝化和自养反硝化的脱氮途径为主.此外文库中检测到的一部分反硝化细菌可能归属于α-变形菌纲的慢生根瘤菌科(Bradyrhizobiaceae).     

分子生物技术在环境工程微生物领域中的应用

目前分子生物技术发展日新月异,已渗透到各相关学科。本文综述了分子生物技术的基本原理与方法,及其在环境工程微生物领域的应用。讨论了分子生物技术在环境工程微生物的检测应用及在污泥、生物膜、底泥和土壤等微生物种群的多样性分析方面,以及环境工程菌的挑选和培养等方面的研究成果及其巨大研究前景,对该技术在环境工程领域的应用与发展提出了一些见解。     

Bacterial diversity in paclobutrazol applied agricultural soils

The aim of this study was to investigate the bacterial communities on paclobutrazol [(2RS, 3RS)-1-(4-Chlorophenyl)-4, 4-dimethyl-2-(1H-1,2,4-triazol-1-yl) pentan-3-ol]–applied agricultural soils by denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE) of polymerase chain reaction (PCR) amplified 16S rDNA gene fragments. Three different agricultural soil samples were collected from paclobutrazol applied mango and waxapple orchards, peanut fields and untreated rice fields as a control for DGGE analysis. The DGGE pattern of PCR- generated 16S rDNA gene fragments indicated that the bacterial populations from four paclobutrazol–applied soils of peanut fields were closely related to each other and two paclobutrazol–applied soils of mango and waxapple orchards harbored closely related bacterial communities. But, paclobutrazol–free agricultural soils comprised relatively a different bacterial group. However, the bacterial populations of mango and waxapple orchard are completely different from the bacterial communities of peanut field. Further purification and sequence analysis of 40 DGGE bands followed by phylogenetic tree assay showed similar results that soil bacteria from paclobutrazol applied mango and waxapple orchard are phylogenetically related. Based on the phylogenetic analysis, the clone M-4 was clad 100 % (bootstrap value) with Mycobacterium sp. The Mycobacterium sp. has been proved to degrade the phenolic compounds such as phenol, 4-chlorphenol, 2,4-dichlorophenol and paclobutrazol molecule containing chlorobenzene ring.     

长期不同施肥处理对红壤水稻土酶活性及微生物群落功能多样性的影响

江西红壤生态试验站长期定位试验中不同施肥处理红壤水稻土酶活性及微生物群落功能多样性的研究结果表明,不同施肥条件下土壤酶活性及微生物群落功能多样性差异较大,土壤脲酶和脱氢酶活性可以作为土壤肥力的指标。经过20 a施肥管理及水稻种植,土壤酶活性及生物量有很大提高;但是B IOLOGTM生态测试板测定结果显示,施肥使微生物生物群落物种丰富度有所减少,施P土壤酶活性、微生物群落功能多样性均大于未施P土壤,采用秸秆还田处理的群落物种均一性高于未采用秸秆还田处理。     

长江上游向家坝库区鸟类多样性研究及生境价值评估

2011年利用样线法对长江上游向家坝库区夏、秋季鸟类进行了实地考察,共记录110种鸟类,隶属15目39科。通过5个调查点、2个对照点不同生境鸟类的多样性研究发现：（1）夏、秋季库区不同生境鸟类的Shannon Wiener 指数较低,几乎均未超过1.5,鸟类物种多样性相对贫乏;（2）库区各生境鸟类Pielou指数均超过了0.75,说明库区环境虽以人工植被为主,但并不单调;（3）阶地疏林灌丛、竹林与常绿落叶阔叶混交林的鸟类相似性差异最小〖JP2〗,而二者与芦苇、荩草丛滩地的差异最大,库区鸟类在不同生境中的分布存在着显著不同。在上述研究的基础上,从物种多样性和河流景观保护的角度,对库区鸟类的不同生境类型进行多要素综合分析,结果显示: 山地森林生境的物种多样性相对丰富,生态价值最高,而河滩和阶地疏林灌丛、竹林生境具备一定的景观特色,也有相当的生态价值