文档介绍：Biolog生态板的应用原理及碳源构成
摘要:指出了Biolog生态板作为基于氧化还原反应的一种研究环境微生物群落代谢功能的载体,广泛应用于土壤微生物群落功能多样性研究,介绍了Biolog生态板研究微生物群落水平碳源利用的原理、Biolog生态板31种碳源的分类及其性质,并结合实例,阐释了Biolog数据分析时常用的主成分分析法,旨在为解读Biolog实验数据提供参考依据。
关键词:Biolog生态板;环境微生物群落;碳源;分类;主成分分析法
收稿日期:2011-05-31
基金项目:山东省高等学校实验技术研究项目(编号:2005~412)资助
作者简介:孔滨(1981―),男,山东曲阜人,硕士,助理实验师,主要从事土壤生态学研究。
中图分类号::A文章编号:1674-9944(2011)07-0231-04
1引言
在过去大量的研究中,SCU方法多是利用革兰氏阴性板(Gram-negative plates,简称GN板),该板由95种碳源组成,最早设计主要是用于细菌的鉴定[1]。之后,为了研究的需要,设计了生态板(Ecology plates,简称ECO板),ECO板有31种碳源,其中的6种碳源在GN 板中没有,至少有9种是根系分泌物的组分,ECO板相对于GN 板利用了更多生态有关的化合物,更适合于土壤微生物群落功能多样性研究,并且由于节省了碳源,每块板可以同时完成3个重复,降低了使用成本。
2Biolog 生态板研究环境微生物群落功能多样性的原理
-还原反应
新陈代谢简称代谢,是生物体表现其生命活动的重要特征之一。代谢包括数以千计的不同酶的催化反应,这些复杂的酶促进有机反应的实现,多是经过反应部位的接近和取向的效应,形成过渡态而发生的。氧化-还原反应是生物代谢过程中的一类重要反应,其实质是电子的得失,电子从电子供体传递给电子受体。当代谢物被氧化,两个电子通常同时传递,并伴随着底物两个质子(H+)的释放。底物的氧化作用亦称作脱氢反应,其形式上等同于两个氢质子的释放[2]。列举一反应式说明其过程:
RHCO-NH2乙醇脱氢酶HHCO-NH2+H+.
此反应中一个氢质子及一对电子从底物传递至吡啶环,另一个氢成为溶液中的质子。
四唑染色测定法于1942年由德国莱康()教授发明,其原理是根据四唑盐类由原初氧化态转变为还原态时呈现明显的颜色(粉红色,紫色,红色,蓝紫色和蓝色)变化,来直接检测生化代谢活性。
***化3-(1-萘基)-2,5-二苯基-2H-四唑?f(Tetrazolium violet,四唑紫)是一种常用的四唑盐,在氧化-还原反应发生的基质脱氢(包括脱电子)生化反应过程中,四唑紫能够优先得到电子显示紫色,得电子越多,紫颜色越深。细菌代谢所需的能量主要是从生物氧化作用获得,生物学底物在生物体内氧化分解的过程,主要以脱氢和失电子的方式进行。因此,应用四唑盐显色法可以用来评价细菌的代谢活力。细菌利用碳源的能力越大,则紫色越深。四唑紫显色反应过程如下:
生态板的应用原理
ECO板上有96个微孔,每32个孔为1个重复,每板共计3个重复。32个微孔中除对照孔外各个孔内都含有一种不同的有机碳源和相同含量的四唑紫染料。将微孔内的有机碳源作为微生物的唯一能量来源,微生物接种到微孔板上的孔中后,若能利用碳源,即能够对其进行生物氧化,有电子转移,四唑紫就能优先俘获电子而变成紫色。颜色的深浅反映了微生物对相应碳源的利用能力。通过Biolog系统的微平板读数器,测定ECO板在590nm波长下的光密度值(OD值),完成数据的采集与存储。运用主成分分析(PCA)或相似类型的多变量统计分析方法展示不同微生物群落产生的代谢特征指纹(Metabolic Profiles)。其理论依据是Biolog代谢类型的变化与群落组成的变化相关[3]。
3Biolog 生态板碳源分类与性质
利用Biolog方法对不同研究对象进行测定时,产生的数据量非常大,为了充分挖掘隐含在实验数据中的信息,阐明不同微生物群落对不同碳源的利用差异,首先需要弄清ECO板的碳源结构,对微平板内31种有机碳源进行分类,为后续统计分析、解释实验结果作参考。
结合有机化合物化学官能团、微生物生理代谢途径和生态功能3个方面,将ECO板的31种碳源底物分为6大类[1]:糖类及其衍生物,羧酸,氨基酸,多聚物,酚酸类和***类(表1)。
从化学结构讲,糖类化合物是多羟基的醛或***。以多聚物形式存在的葡萄糖和其他糖类不仅是自然界矿化过程的主要物质,而且它们也以单体的形式存在,是大多数异养微生