微生物群落结构和多样性解析技术研究进展
引用格式：车玉伶,王慧,胡洪营,梁威,郭玉凤.微生物群落结构和多样性解析技术研究进展[J].生态环境,(01):-.
被引：下载：（数据来源：中国知网）
导读
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。
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。
主要内容
本文涉及以下解析技术：
1传统培养分离方法
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(仅占环境微生物总数的0.1%-10%)。
此方法，繁琐耗时，不能用于监测种群结构的动态变化。
2群落水平生理学指纹方法(CLPP)
CLPP分析方法就是通过检测微生物样品对多种不同的单一碳源基质的利用能力，来确定那些基质可以作为能源。从而产生对基质利用的生理代谢指纹。
BIOLOG方法能够有效地评价土壤和其它环境区系的微生物群落结构，其优点是操作相对简单快速，而且少数碳源即能区别碳素利用模式的差别。然而，BIOLOG体系仅能鉴定快速生长的微生物。
3生物标记物方法
通常是微生物细胞的生化组成成分，其总量通常与相应生物量呈正相关。由于特定结构的标记物标志着特定类型的微生物，因此一些生物标记物的组成模式(种类、数量和相对比例)可作为指纹估价微生物群落结构。由于分类的依据是从混合微生物群落中提取的生化组成成分，潜在地包括所有的物种，因而具有一定的客观性。并且分析简便快速，适于定性甚至半定量地检测微生物体系的动态变化。
包括：醌指纹法(QuinonesProfiling)、脂肪酸谱图法(PLFAs、WCFA-FAMEs和其它方法)。
4现代分子生物学方法
以微生物基因组DNA的标记序列为分类依据，通过分析不同DNA分子的种类及其数量来反映微生物的种群结构。可以用于微生物群落结构分析的基因组DNA的序列信息包括：核糖体操纵子基因序列(rRNA)、已知功能基因的序列、重复序列和随机基因组序列等。最常用的标记序列是核糖体操纵子基(rRNA)。rRNA(rDNA)在细胞中相对稳定，同时含有保守序列及高可变序列，是微生物系统分类的一个重要指标。
主要包括：群落水平总DNA分析方法、核酸杂交技术、克隆文库分析法、基因指纹图谱方法。
研究结论
总的来说，目前的每一类方法都有自身的功能和局限性，也都在发展和完善当中并相互补充相互推动。传统培养分离方法积累了种群分类的大量数据，为生物标记物方法和现代分子生物学技术提供了良好的背景材料(例如用作标准品或分子工具)，在功能特性的认识上有独特的优势。
生物标记物方法可快速进行单个环境微生物样品的群落结构和多样性解析，但在定性上依赖于传统培养分离方法。现代分子生物学提高了解析的灵敏度，在基因水平上扩大了物种多样性的视野，其中基因指纹技术可同时分析多个样品，直观显示了种群结构变化情况，有助于分析调控因子对群落结构和群落功能的影响。
为了达到指导功能调控的目的，微生物群落结构和多样性解析技术的发展趋势是原位、快速、灵敏、高通量和准确定量。
本文编辑：刘立宝
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