【牡丹土壤微生物細(xì)菌多樣性研究現(xiàn)狀調(diào)查研究報(bào)告4700字】

牡丹土壤微生物細(xì)菌多樣性研究現(xiàn)狀調(diào)研分析報(bào)告目錄TOC\o"1-2"\h\u5043一.研究方法 118086二.影響牡丹土壤細(xì)菌多樣性的因素 390782.1.牡丹本身 381232.2土壤類型 4224622.3溫度和水分 4149572.4管理方式 532424三.研究現(xiàn)狀 62002四.牡丹土壤細(xì)菌多樣性研究進(jìn)展 723217參考文獻(xiàn) 8摘

要:土壤細(xì)菌是土壤生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分,在土壤有機(jī)物質(zhì)分解和養(yǎng)分釋放、能量轉(zhuǎn)移等生物地化循環(huán)中起著重要作用。隨著人們對(duì)生物多樣性重要性認(rèn)識(shí)的不斷深入及研究方法的不斷改進(jìn),土壤細(xì)菌多樣性,尤其是功能多樣性的研究工作逐漸受到生態(tài)學(xué)家的重視。本文從土壤細(xì)菌多樣性的影響因素以及研究方法等方面闡述了目前國內(nèi)外土壤細(xì)菌多樣性的研究現(xiàn)狀,并對(duì)其未來研究方向進(jìn)行了展望。關(guān)鍵詞:土壤;細(xì)菌;多樣性;展望一.研究方法隨生化、分子遺傳學(xué)和分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展，一些全新的方法應(yīng)用于土壤細(xì)菌研究。這些新的方法對(duì)多樣性的分析提高到遺傳多樣性的水平上。有多種行之有效的分子生物學(xué)技術(shù)（ZhouJ．Z．a(chǎn)ndTiedje，1995；HolbenandJanssonetal.，1988）。除了分子雜交、16SrRNA序列分析外，常用的還有如RFLPs、RAPD、REP－PCR、ERIC－PCR等方法。這些分子基因技術(shù)能夠?qū)⒛切┮驗(yàn)椴荒鼙慌囵B(yǎng)而不能用通常方法鑒定的生物種類篩選出來。利用聚合酶鏈反應(yīng)（PCR）擴(kuò)增16SrRNA的方法最常用到。由于16SrRNA基因比較保守，通過分析能夠基本反映土壤細(xì)菌的多樣性（WardandWeller，1990）。其方法步驟可簡(jiǎn)單概括為，采集土壤樣品，在液氮中研磨，提取DNA，得到DNA粗提物，利用凝膠電泳加微型過濾柱或其他的方法進(jìn)行純化。然后將純化的DNA作為進(jìn)行聚合酶鏈反應(yīng)的模板，對(duì)目標(biāo)DNA進(jìn)行擴(kuò)增放大并經(jīng)過電泳檢測(cè)。用限制性內(nèi)切酶對(duì)克隆產(chǎn)物進(jìn)行消化，電泳分離，應(yīng)用分析軟件對(duì)電泳膠片進(jìn)行分析，將相同的基因型聚合到一起，各不相同的基因型為惟一的基因型，每一個(gè)惟一基因型為一個(gè)操作分類單位（OTU）。盡管這項(xiàng)技術(shù)不須進(jìn)行特定生物體的描述，但要弄清楚環(huán)境中細(xì)菌的數(shù)量和聯(lián)系，特別是與已知序列的基因相似性。而且需要一個(gè)大的數(shù)據(jù)庫，也不適合數(shù)百個(gè)樣本的分析（Colwell．R．R．a(chǎn)ndD．L．Hawkworth，RFLPs即限制性片段長(zhǎng)度多態(tài)性。最早Grodzicker用在adenoviyuses溫度敏感株的突變基因上。其做法一般是通過限制性內(nèi)切酶識(shí)別雙鏈DNA分子中的特定序列，并在特定位點(diǎn)將DNA切開。各種原因造成的DNA的微小改變會(huì)造成限制性內(nèi)切酶識(shí)別序列的改變，即消除和產(chǎn)生新的特定酶切位點(diǎn)。另外，大片段的缺失或轉(zhuǎn)移也會(huì)造成某些酶切條帶的改變。這樣對(duì)兩個(gè)個(gè)體的DNA分子特定的酶就會(huì)在DNA不同的位點(diǎn)切割，DNA分子酶解后，形成不同長(zhǎng)度的DNA片段。這些大小不等的片段通過凝膠電泳時(shí)會(huì)形成不同的帶。用分子探針雜交并利用放射性自顯影在感光底片上成像，可找出不同帶的位置。作為一種遺傳標(biāo)記，RFLPs具有以下優(yōu)點(diǎn)：可直接研究基因的組成，其變異比形態(tài)學(xué)變異更穩(wěn)定，其表現(xiàn)不受環(huán)境條件的影響。而且，這項(xiàng)技術(shù)反映的是整個(gè)基因組的遺傳信息，區(qū)分能力更強(qiáng)。RAPD即隨機(jī)擴(kuò)大多態(tài)性DNA技術(shù)。其原理是根據(jù)DNA聚合酶鏈反應(yīng)技術(shù)（PCR），由人工隨機(jī)合成的DNA分子為引物，以基因組DNA為模板，通過基因放大器進(jìn)行多態(tài)性DNA片段的隨機(jī)合成。如果某一引物分子與某一片段的模板DNA具有互補(bǔ)的核酸順序，該引物分子就會(huì)結(jié)合到單鏈的模板DNA上去。在具有四種游離脫氧核糖核苷三磷酸的情況下，通過DNA聚合酶連接，DNA鏈就會(huì)從引物3＇－OH開始接上與模板DNA分子互補(bǔ)的各種核苷酸，合成一段新的互補(bǔ)DNA鏈。對(duì)整個(gè)基因組的DNA分子而言，某一引物可能會(huì)與單鏈DNA的許多地方結(jié)合。對(duì)擴(kuò)增產(chǎn)物進(jìn)行電泳、染色分析，就可直接在紫外光線下看到新合成的DNA分子片段形成的帶。這種隨機(jī)放大的多態(tài)性DNA分子就作為分子圖譜中的一個(gè)位點(diǎn)，將16SrRNA分析與RAPD技術(shù)結(jié)合起來進(jìn)行研究效果較好。二.影響牡丹土壤細(xì)菌多樣性的因素2.1.牡丹本身牡丹通過影響土壤有機(jī)碳和氮的水平、土壤含水量、溫度、通氣性及pH值等來影響土壤細(xì)菌多樣性。牡丹是土壤細(xì)菌賴以生存的有機(jī)營養(yǎng)物和能量的重要來源,影響著土壤細(xì)菌定居的物理環(huán)境,如牡丹凋落的花瓣的類型和總量、水分從土壤表面的損失率等。牡丹的存在有利于增加土壤細(xì)菌多樣性和細(xì)菌生物量；反之,牡丹的破壞可能改變細(xì)菌組成并降低細(xì)菌多樣性。Zak等(2003)采用PLFA方法研究了牡丹種類多樣性與土壤細(xì)菌的關(guān)系,結(jié)果表明PLFA的含量與植物種類數(shù)量相關(guān)性顯著,隨著植物多樣性的增加,土壤中細(xì)菌和放線菌的PLFAs數(shù)量降低,而真菌的PLFAs卻增加。Johnson等(2003)的研究表明,在北美草原,可能由于土壤中的菌根真菌對(duì)不同植物的影響不同,使得牡丹多樣性發(fā)生變化.2.2土壤類型近年來大量實(shí)驗(yàn)都證明了土壤類型是土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)和密度的主要影響因素(Chiarinietal.,1998；Gelsominoetal.,1999;DaSilvaetal.,2003)。Yang等(2000)研究了土壤有機(jī)碳與土壤細(xì)菌功能多樣性的關(guān)系,結(jié)果表明,兩者之間存在明顯的相關(guān)性,維持土壤有機(jī)碳含量對(duì)保持細(xì)菌多樣性很重要。Sessitsch等(2001)用T-RFLP技術(shù)研究了長(zhǎng)期不同施肥條件下的土壤顆粒中細(xì)菌多樣性,結(jié)果表明土壤顆粒越細(xì)小,有機(jī)質(zhì)含量越高,土壤顆粒中的細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)越復(fù)雜,多樣性越高。Staddon等(1998)對(duì)加拿大西部不同氣候帶的土壤細(xì)菌多樣性和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究,結(jié)果表明土壤細(xì)菌功能多樣性與土壤pH值呈正相關(guān),但隨緯度增加而降低。O’Donnell等(2001)研究也發(fā)現(xiàn),土壤pH值是影響土壤細(xì)菌多樣性的重要因子。2.3溫度和水分溫度和水分對(duì)土壤細(xì)菌多樣性的影響存在交互性,具有協(xié)同效應(yīng)(周才平和歐陽華,2001),因此可以用季節(jié)的概念來說明不同溫度和水分對(duì)細(xì)菌多樣性和活性的影響(Papatheodorouetal.,2004)。例如,Liu等(2000)用Biolog分析方法證明,在美國新墨西哥州北部Chihuahuan沙漠牧場(chǎng)中細(xì)菌的功能多樣性在夏季最高,春季最低；在夏季干旱試驗(yàn)區(qū)比在夏季和春季的對(duì)照中更低；Lipson和Schmidt(2004)對(duì)高山凍土土壤細(xì)菌群落的研究結(jié)果表明,細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)組成具有季節(jié)性變化規(guī)律；Schadt等(2003)對(duì)苔原凍土土壤中真菌群落結(jié)構(gòu)的研究表明,從冬季到夏季,子囊菌(Ascomycota)所占比例下降,擔(dān)子菌(Basidiomycota)和結(jié)合菌(Zygomycota)比例上升。Nemergut等(2005)對(duì)高山和北極地區(qū)土壤細(xì)菌的研究綜述中指出,夏季溫度高,植物代謝旺盛,向土壤中釋放一些根際分泌物而刺激細(xì)菌繁殖；到了秋季植物停止生長(zhǎng),細(xì)菌以能利用植物凋落物的真菌為主；再到了冬季,適寒性細(xì)菌則大量繁殖。2.4管理方式土壤的管理方式包括農(nóng)藥的應(yīng)用、施肥、耕作方式等,這些人為的影響因素通過改變土壤的理化性質(zhì)而影響細(xì)菌多樣性。農(nóng)藥包括除草劑、殺真菌劑和殺蟲劑等,不同農(nóng)藥對(duì)土壤細(xì)菌的影響不同,可能對(duì)土壤細(xì)菌產(chǎn)生不同程度的抑制作用,也可能使土壤細(xì)菌多樣性和生物量減少,還可能使土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生改變(鐘文輝和蔡祖聰,2004a)。Fantroussi等(1999)研究了經(jīng)敵草隆(diuron)、利谷隆(linuron)和綠麥隆(chlorotoluron)3種脲除草劑處理10年后的土壤中細(xì)菌群落的變化,結(jié)果表明,使用除草劑后,土壤細(xì)菌多樣性降低,其群落結(jié)構(gòu)和代謝能力受到明顯影響；Sigler和Turco(2002)用PCR-DGGE法對(duì)殺菌劑百菌清在草坪、森林和農(nóng)業(yè)土壤上的應(yīng)用研究結(jié)果表明,百菌清使土壤細(xì)菌和真菌的群落結(jié)構(gòu)都發(fā)生改變；殺蟲劑也可能影響土壤細(xì)菌多樣性和活性,如Yang等(2000)對(duì)殺蟲劑triadimefon的研究表明,殺蟲劑在DNA水平上影響土壤細(xì)菌群落多樣性,且受殺蟲劑污染的土壤的有機(jī)碳含量和細(xì)菌生物量中碳含量都較低。施肥對(duì)土壤細(xì)菌多樣性及活性的影響非常復(fù)雜,可能與肥料的種類、施用方式(施用量、長(zhǎng)期施用或短期施用)、土壤類型和利用方式等因素有關(guān)。Marschner等(2001)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,長(zhǎng)期施用有機(jī)肥使得G+/G–和細(xì)菌/真菌的比例提高,細(xì)菌和真核細(xì)菌群落多樣性受土壤有機(jī)碳和C/N比的影響；而Sun等(2004)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果則是：自然的和經(jīng)過有機(jī)肥處理的土壤細(xì)菌群落多樣性相似,但是與化肥處理的差異明顯,石灰處理對(duì)多樣性的影響較小。Sarathchandra等(2001)認(rèn)為無機(jī)氮肥和磷肥對(duì)土壤細(xì)菌多樣性無明顯影響。土地耕作方式包括傳統(tǒng)耕作、免耕、連作、輪作等,不同的耕作方式會(huì)對(duì)土壤細(xì)菌多樣性造成不同的影響。三.研究現(xiàn)狀由于技術(shù)手段的限制，傳統(tǒng)上人們往往認(rèn)為細(xì)菌的地理分布與大型動(dòng)植物的分布有著根本區(qū)別，即細(xì)菌是全球性隨機(jī)分布的。隨著分子生物學(xué)技術(shù)在細(xì)菌生態(tài)學(xué)研究中的應(yīng)用，近年來發(fā)現(xiàn)土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)和多樣性同樣具有一定的地理分布格局，顛覆了人們傳統(tǒng)上對(duì)于細(xì)菌全球性隨機(jī)分布的認(rèn)識(shí)。這些研究證明了細(xì)菌的分布在空間上是非隨機(jī)的，卻仍沒有回答細(xì)菌的這種非隨機(jī)分布是如何產(chǎn)生和維持的，即哪些因子驅(qū)動(dòng)了細(xì)菌多樣性的空間分布特征.近日，中科院生態(tài)環(huán)境研究中心賀紀(jì)正課題組有關(guān)大尺度下土壤細(xì)菌多樣性變化驅(qū)動(dòng)機(jī)制的研究取得重要成果，論文發(fā)表于Nature系列雜志《國際細(xì)菌生態(tài)學(xué)會(huì)會(huì)刊》（TheISMEJournal）上（Differencesinsoilbacterialdiversity:drivenbycontemporarydisturbancesorhistoricalcontingencies?TheISMEJournal(2008)2,254–264）。他們采用分子生物學(xué)技術(shù)，結(jié)合先進(jìn)的統(tǒng)計(jì)分析方法，對(duì)大量土壤樣品細(xì)菌多樣性特征進(jìn)行了系統(tǒng)分析，發(fā)現(xiàn)歷史進(jìn)化（以地理上分隔的不同取樣點(diǎn)或土壤類型、土壤剖面層次來表征）是驅(qū)動(dòng)大尺度下（約1000公里）土壤細(xì)菌多樣性變化的主控因子，其對(duì)土壤細(xì)菌多樣性變化的貢獻(xiàn)約為60%；當(dāng)代環(huán)境擾動(dòng)（以不同的取樣時(shí)間和施肥處理來表征）也可造成局部土壤細(xì)菌多樣性變化，其對(duì)土壤細(xì)菌多樣性變化的貢獻(xiàn)約為20%；另有約20%的貢獻(xiàn)來自于該研究尚未考察到的因子。這一研究首次在大尺度下對(duì)土壤細(xì)菌多樣性的變化給出了定量表征，并為開展類似的土壤細(xì)菌生物地理學(xué)研究提供了方法思路。該項(xiàng)研究成果表明，歷史進(jìn)化和現(xiàn)代環(huán)境擾動(dòng)對(duì)土壤細(xì)菌多樣性變化的作用模式與大型動(dòng)植物有相似之處，可能有一些對(duì)所有類型生物都適用的生物地理分布規(guī)律存在.四.牡丹土壤細(xì)菌多樣性研究進(jìn)展隨著人們對(duì)土壤細(xì)菌多樣性研究的不斷深入,今后的研究工作將集中在如下四個(gè)方面：4.1新技術(shù)新方法的應(yīng)用。隨著分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展,目前的新型技術(shù)如DNA芯片技術(shù)、環(huán)境全基因組測(cè)序技術(shù)和穩(wěn)定同位素標(biāo)記技術(shù)等,為土壤細(xì)菌多樣性研究提供了新的方法,從而能將細(xì)菌在基因?qū)用嫔纤l(fā)生的變異與環(huán)境因子相結(jié)合,為土壤細(xì)菌多樣性功能與生態(tài)系統(tǒng)平衡以及各功能群落結(jié)構(gòu)之間關(guān)系的研究提供有力的支持。4.2各種研究方法有機(jī)結(jié)合。目前對(duì)單一方法的研究已經(jīng)基本成熟,今后有必要加強(qiáng)對(duì)各種研究方法的靈活應(yīng)用,根據(jù)各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)將其有機(jī)結(jié)合,取長(zhǎng)補(bǔ)短,消除單一方法的誤差,提供更加全面準(zhǔn)確的細(xì)菌多樣性變化信息。4.3對(duì)土壤細(xì)菌功能多樣性和功能群的研究。土壤細(xì)菌功能多樣性與土壤功能關(guān)系密切,土壤細(xì)菌功能多樣性是土壤功能的保證,同時(shí)也是恢復(fù)土壤功能的基礎(chǔ)。迄今為止,研究較多的功能多與C、N、S等元素的物質(zhì)循環(huán)和污染物降解過程相關(guān),其他生態(tài)過程(例如磷循環(huán))的相關(guān)功能研究結(jié)果則很少。而細(xì)菌多樣性研究的一個(gè)明顯的趨勢(shì)是將細(xì)菌的功能多樣性提到了更為突出的位置,在物種尺度之上,更強(qiáng)調(diào)功能群的劃分,圍繞某一土壤生態(tài)功能群開展研究正成為土壤生物多樣性研究的重要趨勢(shì)4.4將細(xì)菌多樣性與地區(qū)、區(qū)域及全球范圍的生態(tài)學(xué)動(dòng)態(tài)分析結(jié)合起來。目前人們所能了解的詳細(xì)的群落多樣性信息大部分來自于幾類易于研究的群落類型如農(nóng)田、森林、草地生態(tài)系統(tǒng),巖岸潮間帶,溫帶湖泊等。而對(duì)其他類型群落及其相互作用結(jié)合起來進(jìn)行研究,將為我們了解細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的普遍模式提供重要幫助。因此,細(xì)菌多樣性與地區(qū)、區(qū)域及全球范圍的生態(tài)學(xué)動(dòng)態(tài)分析相結(jié)合;擴(kuò)大細(xì)菌多樣性研究的群落范圍將成為未來細(xì)菌多樣性研究的熱點(diǎn)。參考文獻(xiàn)[1].夏北成．1998．牡丹對(duì)土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的影響．應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，9（3）：296～300[2]陳華癸，陳文新等．1981．土壤細(xì)菌學(xué)．上?？茖W(xué)出版社[3].劉潤(rùn)進(jìn)等．1995．野生植物菌根菌的初步調(diào)查．萊陽農(nóng)學(xué)院學(xué)報(bào)，12（2）：125～128[4].Lijbert，Brussaard．1997．土壤中的生物多樣性與生態(tài)系統(tǒng)功能．Ambio，26（8）：555～562[5].AngertE.R.,K.D.ClementsandN.R.Pace.1993.Thelargestbacterium.Nature,362:239~241[6].Bakken,L.R.1985.Separationandpurificationofbacteriafromsoil.Appl.Environ.Microbiol.,49:1482~1487[7].Borneman,J.,P.W.Skroch,K.M.O'Sullivan,J.A.Palus,N.G.Rumjanek,J.L.J.Nienhuis,andE.W.Triplett.[8].1996.MolecularmicrobialdiversityofanagriculturalsoilinWisconsin.Appl.Environ.Microbiol.,62:1935~1943[9].DavidM.Ward,RolandWeller,andMaryM.Bateson.1990.16SrRNAsequencesrevealnumerousuncultured[10].microorganismsinana