环境土壤学课程论文(何治辰)

《环境土壤学》课程论文

年级班别： 133

学 号： 1308010304

姓 名： 何治辰

指导教师： 张超兰

2015年5月20日

土壤微生物多样性及作用的研究进展

摘要：土壤是孕育万物的摇篮，人类文明的基石，土壤中的微生物是土壤的重要组成部分，是土壤有机质和土壤养分转化和循环的主要动力，土壤中各种生化过程它都起着非常重要的作用。本文从土壤微生物多样性的定义、研究方法、影响因素及其作用来阐述目前土壤微生物多样性的研究进展， 并对未来的研究方向提出一点看法。

关键词：、微生物多样性、研究方法、研究进展

Advances of Studies on Soil Microbial Diversity and It’s

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Abstract：Soil is the cradle of all things, the foundation of human civilization, the soil microorganism is an important component of soil, soil organic matter and soil nutrient transformation and circulation of the main power, all kinds of biochemical processes in the soil it plays a very important role. This article from the definition of soil microbial diversity, research methods, influencing factors and its effect on the progress of research on soil microbial diversity, and put forward a little to the future research direction.

Key words:Microbial diversity.The research methods.The research progress

前言

土壤中含有各种各样的有机和无机营养物，它是微生物生长和繁殖的天然培养基。土壤的条件也是十分复杂的，而且多变。土壤微生物是指土壤中借助光学显微镜才能看到的微小生物，包括原核微生物如细菌、蓝细菌、放线菌及超显微结构微生物，以及真核生物如真菌、藻类（蓝藻除外）、地衣和原生动物等。微

生物积极参与土壤物质转化过程，在土壤形成、肥力演变、植物养分有效化和土壤结构的形成与改良、有毒物质降解及净化等方面起着重要作用。土壤微生物是从 19世纪中叶发展起来的土壤肥力和植物营养一些问题及微生物固氮作用支生命科学的分支学科，并重点对农业生产中 进行了研究．如：有机物的分解过程、植物氮素营 养来源、硝酸盐在土壤中形成原因等，以及 l9世纪中叶根瘤菌分离鉴定，从多方面揭示了土壤微生物及其重要功能．至20世纪初叶，土壤微生物学研究的深入人们在长期的研究和实践中积累了一些行之有效的方法和技术手段．如样品的采集、富积培养和分离，最大或然值计数等等 。

1.土壤微生物多样性的定义

土壤微生物是土壤中一切肉眼看不见或看不清楚的微小生物的总称，通常意义上应当包括古菌、细菌、放线菌、真菌、病毒、原生动物和显微藻类等。土壤是微生物生长和繁殖的天然培养基。土壤微生物 多样性是指土壤生态系统中所有的微生物种类、它们拥有的基因以及这些微生物与环境之间相互作用的多样化程度及生命体在遗传、种类和生态系统层次上的变化。土壤微生物多样性包括在栖息地中微生物分类群的多样性和微生物分类群内的遗传多样性，以及包括群落结构的变异、相互作用的复杂性、营养水平和共位群数量在内的生态多样性。目前土壤微生物多样性研究主要从物种、功能和遗传多样性3个层面展开。土壤微生物多样性存在于基因、物种、种群以及群落4个层面，是土壤生态系统的一个基本生命特征，也是时间和空间的函数。

2.土壤微生物多样性的研究方法 由于生活中的微生物比如许多真菌和放线菌的菌丝体在土壤中大部分时间都是处于休眠或不活动状态，人们很难全面了解和深入研究微生物的多样性，目前国内外的研究方法主要可以分为以下几种：（1）传统的微生物平板纯培养方法（2）Biolog微平板分析方法（3）脂肪酸分析方法（4）分子生物学方法。

2.1 传统的微生物培养法

传统的微生物就是依据目标微生物选择相应的培养基，然后通过各种微生物的生理生化特征及外观形态等方面进行分析鉴定．这种方法对于衡量小群体多样性方面是一种快速的方法．由于这种方法人为限定了一些培养条件，无法全面反映微生物生长的自然条件，常常造成某些微生物的富集生长，而另一些微生物缺

失．因此传统的研究方法只能反映极少数微生物的信息，所测结果误差较大，埋没了大量极有应用价值的微生物资源。因此传统的研究方法只能作为一种辅助手段，并且只有与其他先进方法结合起来才能较为客观和全面的反映微生物群落结构的真实信息，但这种方法在分离具有一定功能的特殊目标物种时非常适用，利用该方法已获得许多了很有应用价值的微生物种类，并应用于基因介导及生态恢复等方面。

2.2 BIOLOG微平板法

BIOLOG系统是Garland和Miss1991年建立起来的一套用于研究土壤微生物群落结构和功能多样性的方法。这种方法是根据微生物对单一碳源底物的利用能力的差异，当接种菌悬液时，其中的一些孔中的营养物质被利用，使孔中的氧化反应指示剂四氯唑紫呈现不同程度的紫色，从而构成了该微生物的特定指纹。经过BIOLOG系统配套软件分析，并与标准菌种的数据库比较之后，该菌株的分类地位便被确认出来。

但目前的数据库中菌种资料不完善，有些只能得到相似的类群。因此，对于微生物的分类鉴定，仅靠Biolog系统的方法是远远不够的，需结合其他方法如微生物生理生化和表型分析等进行。同时，根据Biolog颜色反应数据组合模式，利用主成分分析和聚类分析方法可以获得土壤微生物群落结构和代谢功能方面的信息。虽然不同微生物对同一C源的利用能力是有差异的，但微生物对不同单一C源的代谢指纹差异不能简单地归纳为微生物群落数量和结构的差异，同时，Biolog微平板法描述的只是土壤中快速生长型或富营养微生物类群的活性，而不能反映土壤中生长缓慢的微生物信息，包括Biolog方法在内的微生物培养方法测定的土壤微生物种类数量不到16SrRNA方法测定的微生物数量的1%，因而大大低估了土壤中微生物的实际情况。

2.3 脂肪酸甲酯（Fatty Acid Methyl Ester，FAME）谱图分析

目前，FAME谱图分析已成为土壤微生物多样性的较为常用研究方法之一。该方法首先是利用有机溶剂将土壤微生物中的磷脂脂肪酸浸提出来，然后再进行分离纯化，最后利用标记脂肪酸，通过气相色谱（GC）等仪器分析方法，得到土壤微生物磷脂脂肪酸组成图谱，进而得到不同脂肪酸的含量和种类，即所谓的FAME指纹剖面。根据FAME的多样性，利用相关的计算机分析软件和相关数据库

可同时得到土壤微生物的群落结构组成多样性、比例以及微生物生物量等方面的信息。

FAME分析方法不需要对土壤微生物进行培养，可以直接提取原位土壤微生物群落的脂肪酸。但FAME分析结果的准确性与微生物体内的磷脂脂肪酸是否提取完全、稳定以及实验过程是否造成污染等有很大关系。另外，该方法一个明显的缺陷是实验条件要求高，耗时长，成本高，因而在实际研究工作中常受到一定的限制。

2.4 分子生物学方法

分子生物学技术是近几年来比较新颖科学的研究方法，它包含：

DGGE（denaturing gradient gel electrophoresis）即变性梯度凝胶电泳，是根据PCR扩增产物中长度系统但不同G+C含量的rDNA片段混合物在电泳胶中的移动位置不一样，进而形成不同rDNA指纹剖面，故可直接反映土壤微生物rDNA的多态性。

RFLP（restriction fragmentlength polymorphism）即限制性片段长度多态性技术是利用PCR扩增产物用限制性内切酶进行切割并电泳，以酶切后DNA片段长度变化来表现出来，通过DNA转印及分子杂交方法检测。由于RFLP技术具有快速、方便等优点，因此RFLP技术非常适用于复杂的微生物系统中种类结构的研究。

ARDRA（Amplitied rDNA Restriction Analysis）技术是依据原核生物DNA序列的保守性，将扩增的rDNA片段进行酶切，然后通过酶切图谱来分析菌间多样性。ARDRA技术使研究微生物更直接有效。不受培养条件的限制，为实现对自然环境中微生物及多样性的检测和认识，真实地了解微生物的特性提供了可能性。非常适用于复杂的微生物系统中种类结构的研究和不同自然状况下共生态菌的分类学研究。

PCR（polymerase chain reaction）即聚合酶链式反应，是一种体外扩增核酸序列从而得到多个核酸拷贝的技术，可用于土壤微生物DNA扩增，并对扩增产物进行定量或定性分析。

由于土壤本身的多样性和复杂性，土壤中各种微生物的DNA提取效率不一，各生物的rRNA和16sRNA排列不同，所以至于哪种方法更好不能以一概全，需要

各种方法综合研究，不断的改善现有的研究方法。

3.土壤微生物多样性的作用

土壤微生物是土壤生态系统中的活跃组成部分，是土壤中物质循环和生化反应的主要动力，根据微生物的种群分布、生活特性及转化的有机质等因素，土壤微生物多样性的作用主要有5个方面：（1）促进植物生长；（2）改善土壤结构；

（3）促进养分循环；（4）促进腐质酸的形成；（5）创造物理屏障 ，减少病原菌侵害。

4.土壤微生物多样性研究展望

本文介绍了一些国内外研究土壤微生物的方法，也从不同角度分析了各方法的实用性，但是土壤微生物多样性研究涉及的内容较广，层次较多，光靠目前单一研究方法不足以让我们全面认识到土壤微生物，在未来研究过程中应灵活应用各种方法，取长补短，消除单一方法的误差，争取取得准确全面的研究数据。

而随着现代基因工程技术的发展，笔者相信土壤微生物作为巨大的基因资源库，对其的研究利用将会给人类带来丰富的财富。

参考文献

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