文档介绍：微生物群落结构和多样性解析技术研究进展
车玉伶1,王慧1,胡洪营1,梁威2,郭玉凤1
1. 清华大学环境科学与工程系,北京 100084;2. 中国科学院水生物所,湖北武汉 430072
摘要: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。
关键词:微生物群落结构;微生物多样性;解析技术;研究进展
中图分类号: 文献标识码:A 文章编号:1672-2175(2005)01-0127-07
微生物群落的种群多样性一直是微生物生态学和环境学科研究的重点。近几年来,微生物群落结构成为研究的热点。首先,群落结构决定了生态功能的特性和强弱。其次,群落结构的高稳定性是实现生态功能的重要因素。再次,群落结构变化是标记环境变化的重要方面。因此,通过对目标环境微生物群落的种群结构和多样性进行解析并研究其动态变化,可以为优化群落结构、调节群落功能和发现新的重要微生物功能类群提供可靠的依据。
从年代上来看,微生物群落结构和多样性解析技术的发展可以分为三个阶段。20世纪70年代以前主要依赖传统的培养分离方法,依靠形态学、培养特征、生理生化特性的比较进行分类鉴定和计数,对环境微生物群落结构及多样性的认识是不全面和有选择性的,方法的分辨水平低。在70和80年代,研究人员通过对微生物化学成分的分析总结出了一些规律性的结论,从而建立了一些微生物分类和定量的方法即生物标记物方法,对环境微生物群落结构及多样性的认识进入到较客观的层次上。在80和90年代,现代分子生物学技术以DNA为目标物,通过rRNA基因测序技术和基因指纹图谱等方法,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。
1 传统培养分离方法
传统培养分离方法是最早的认识微生物群落结构和多样性的方法,自1880年发明以来一直到现在仍被广泛使用。传统培养分离方法是将定量样品接种于培养基中,在一定的温度下培养一定的时间,然后对生长的菌落计数和计算含量,并通过在显微镜下观察其形态构造,结合培养分离过程生理生化特性的观察鉴定种属分类特性。培养分离方法采用配比简单的营养基质和固定的培养温度,还忽略了气候变化和生物相互作用的影响,这种人工环境与原生境的偏差使得可培养的种类大大减少(%~10%[1])。而且,此方法繁琐耗时,不能用于监测种群结构的动态变