土壤微生物多样性的科学内涵及其生态服务功能
土壤微生物群落的多样性和功能
土壤微生物群落的多样性和功能土壤微生物群落是指生活在土壤中的微生物种类和数量的总称。
土壤微生物是土壤生态系统中最为重要的组成部分之一，它们通过各种代谢和分解作用，促进有机物的分解和循环，增加土壤质量，对环境的保护和维护起着重要的作用。
土壤微生物的多样性土壤微生物的种类众多，据估计，每一克土壤中就有几千种微生物群落，包括细菌、真菌、放线菌、原生动物和线虫等多种生物。
它们在土壤中分布广泛，各自占据不同的生态位。
土壤微生物的多样性是土壤生态系统的重要组成部分，它能反映土壤的生物学多样性。
微生物的多样性受到许多因素的影响，如土壤温度、湿度、氧气含量、有机质含量、土壤pH值等因素。
在相同的环境条件下，土壤微生物的组成和数量也会随着区域的不同而产生很大的差异。
土壤微生物的功能土壤微生物在土壤生态系统中的功能非常重要，它们通过代谢、分解和循环作用，维持着土壤的健康与稳定性。
土壤微生物的主要功能可以分为以下几个方面：1. 分解和转化有机质：土壤微生物通过吸收有机质、分泌酶类等方式将有机物转化为无机物，促进有机物的分解和循环。
2. 改善土壤结构：土壤微生物可以通过分泌胶质和胞外聚合物等物质，来促进土壤结构的改善和稳定，提高土壤的透气性和保水性，有利于水分和养分的流通和利用。
3. 保护环境：土壤微生物可以产生对酸、碱、盐和有毒物质具有净化作用的物质，对环境的保护和维护起着重要的作用。
4. 促进植物生长：土壤微生物可以通过固氮、产生各种生长因子和维生素、分泌酶类等多种方式，促进植物的生长和发育。
土壤微生物的多样性和功能对生态系统的影响土壤微生物的多样性和功能直接影响着土壤生态系统的稳定性和可持续性。
微生物的多样性越丰富，土壤生态系统的稳定性就越高，土壤养分的循环和利用效率也越高。
而生态系统的稳定性和适应性高，则意味着它具有更强的耐性和适应性，更容易对抗外部环境的变化和干扰。
另外，土壤微生物的功能也影响着植被的生长和发育。
土壤微生物群落的多样性与功能
土壤微生物群落的多样性与功能第一章概述土壤微生物群落是土壤生态系统中非常重要的组成部分，其多样性和功能对生态系统的稳定性和可持续性具有重要的影响。
土壤微生物群落中有大量的细菌、真菌、放线菌和原生动物等微生物存在，这些微生物参与了许多土壤生物、化学和物理过程，如富营养化、有机物分解、植物营养吸收等。
本文将探讨土壤微生物群落的多样性和功能及其在土壤生态系统中的重要作用。
第二章土壤微生物群落的多样性土壤微生物群落是一个组成复杂、结构多样的生态系统。
从分类群的角度来看，土壤微生物群落包含细菌、真菌、放线菌和原生动物等多种生物。
根据文献报道，土壤微生物群落的物种丰富度和组成结构受到多种因素的影响，如土壤类型、气候和人类活动等。
一般而言，土壤中的微生物数量和多样性随着土壤深度的增加而减少，这是由于土壤中的有机物质含量、土壤结构和水分等因素的变化所导致的。
土壤微生物群落的多样性是与土壤生态系统中其他部分相互影响的，例如植物、动物和其他微生物等。
土壤微生物群落的多样性可通过DNA测序技术进行研究，这种技术可以准确地确定土壤微生物群落的物种组成和数量分布。
第三章土壤微生物群落的功能土壤微生物的作用非常重要，其功能包括以下几个方面。
1. 有机物分解土壤中的有机物质是重要的养分来源，土壤微生物是分解有机物的主要生物，对土壤有机质的分解与转化加速了循环作用，促进土壤养分的利用和循环，为下一轮的植物生长提供了养分基础。
2. 植物营养吸收土壤微生物可分解土壤中的有机物质，将有机质转化为植物可用的无机养分，植物通过吸收这些无机养分满足生长和发育的需要。
3. 植物病害防治土壤微生物与植物之间形成了相互作用关系，一些有益微生物可利用一些植物病原菌和虫害抑制剂,减少作物的病害发生率，保护作物的生长。
4. 土壤生态系统的稳定性土壤微生物在土壤生态系统中参与了许多过程，如土壤有机物分解和植物营养吸收，这些过程对土壤生态系统的稳定性和可持续性有着重要的影响。
微生物在土壤生态系统中的多样性与功能研究
微生物在土壤生态系统中的多样性与功能研究土壤，这个我们脚下看似平凡的物质，实际上是一个充满生机和活力的生态系统。
在这个系统中，微生物扮演着至关重要的角色。
它们数量庞大、种类繁多，其多样性和功能对土壤的健康、生态平衡以及农业生产等方面都有着深远的影响。
微生物的多样性在土壤中可谓令人惊叹。
从细菌到真菌，从放线菌到原生动物，每一种微生物都有着独特的形态和生理特性。
细菌是土壤微生物中数量最多的类群之一，它们形态各异，有的呈球状，有的呈杆状，还有的呈螺旋状。
真菌则以菌丝的形式在土壤中生长，形成复杂的网络结构。
放线菌具有独特的菌丝体结构，能够产生多种抗生素。
原生动物则在土壤中扮演着消费者的角色，它们以细菌和其他微生物为食，维持着土壤生态系统的平衡。
这些微生物在土壤中的分布也不是随机的，而是受到多种因素的影响。
土壤的质地、酸碱度、水分含量、温度以及有机物质的含量等都会影响微生物的种类和数量。
例如，在肥沃的黑土中，微生物的多样性通常较高，因为丰富的有机物质为它们提供了充足的营养来源。
而在贫瘠的沙地中，微生物的种类和数量则相对较少。
微生物在土壤生态系统中具有多种重要的功能。
首先，它们在土壤的物质循环中起着关键作用。
例如，微生物能够分解有机物质，将其转化为植物可以吸收利用的养分。
在这个过程中，细菌和真菌协同工作，将复杂的有机物分解为简单的无机物，如二氧化碳、水和各种矿物质。
这不仅为植物提供了营养，还有助于维持土壤的肥力。
其次，微生物能够促进土壤结构的形成和稳定。
一些微生物可以分泌粘性物质，将土壤颗粒粘结在一起，形成团粒结构。
这种结构有利于土壤通气、保水和保肥，为植物的生长创造了良好的条件。
同时，微生物的活动还能够改善土壤的孔隙度，增加土壤的透气性，促进根系的生长和发育。
再者，微生物在土壤的生物防治方面也发挥着重要作用。
一些有益微生物可以产生抗菌物质，抑制病原菌的生长和繁殖，从而减少植物病害的发生。
例如，某些芽孢杆菌能够产生抗生素，对多种植物病原菌具有拮抗作用。
土壤动物多样性及其生态功能
土壤动物多样性及其生态功能一、本文概述本文旨在探讨土壤动物多样性及其生态功能的重要性，阐述土壤动物在生态系统中的作用，以及保护和恢复土壤动物多样性的必要性。
我们将首先介绍土壤动物多样性的概念、种类和分布，然后分析土壤动物在土壤生态系统中的功能和作用，包括其对土壤结构、土壤肥力和生物地球化学循环的影响。
我们还将探讨土壤动物多样性受到威胁的原因，以及保护和恢复土壤动物多样性的策略和方法。
通过本文的阐述，我们希望能够提高人们对土壤动物多样性的认识和保护意识，为生态系统的可持续发展做出贡献。
二、土壤动物多样性的基本概念土壤动物多样性是指土壤中各种动物种类的丰富度、数量分布及其相互关系的总和。
它涵盖了从微观的细菌、原生动物，到宏观的节肢动物、哺乳动物等各类生物。
土壤动物多样性不仅体现在物种数量的多少，还涉及到物种的遗传变异、生态位分化、群落结构以及种间关系等多个层面。
这些动物的种类繁多，功能各异，它们在土壤生态系统中的作用不可忽视。
土壤动物多样性对于维持土壤生态系统的稳定性和健康至关重要。
土壤动物通过分解有机物、混合土壤颗粒、促进养分循环等方式，对土壤的物理、化学和生物性质产生深远影响。
土壤动物是生态系统中的重要消费者和分解者，它们在食物链中扮演着重要角色，对维持生态系统的能量流动和物质循环起着关键作用。
土壤动物还可以通过捕食或竞争等方式，对土壤中的其他生物产生直接或间接的影响，从而调节整个生态系统的结构和功能。
因此，土壤动物多样性是土壤生态系统的重要组成部分，对于理解土壤生态系统的功能和调控机制具有重要意义。
土壤动物多样性也是生物多样性研究的重要领域之一，对于保护生物多样性和维护生态平衡具有重要意义。
三、土壤动物的生态功能土壤动物在生态系统中发挥着多种重要功能，对土壤的结构、养分循环、有机物质的分解以及土壤微生物的活性都有着深远的影响。
土壤动物通过摄食、移动和排泄等活动，对土壤的物理性质产生影响。
它们的活动能够改善土壤的通气性和透水性，增加土壤的孔隙度，有利于植物根系的生长和发育。
土壤微生物营养生态系统功能与多样性研究
土壤微生物营养生态系统功能与多样性研究土壤微生物是土壤生态系统中不可或缺的成分，其在土壤生态系统中的功能与多样性一直是研究的热点。
本文将从土壤微生物的营养生态系统功能和多样性两个方面进行探讨。
一、土壤微生物的营养生态系统功能土壤微生物在土壤生态系统中具有丰富的功能。
首先，它们是土壤有机质分解和循环的主要参与者。
通过分解有机质，土壤微生物将有机质中的养分释放为可被植物吸收利用的形态，维持了土壤肥力的水平。
同时，土壤微生物也通过分解有机质释放出二氧化碳等气体，参与了土壤的碳循环。
其次，土壤微生物在农业生产中发挥着重要的作用。
它们可以合成植物所需的激素和维生素，促进植物的生长和发育；可以抑制病原微生物的生长，减少病害的发生；还可以参与固氮作用，为农作物提供可利用的氮源。
因此，对于提高土壤肥力、增加农作物产量和保护农作物免受病虫害的侵害，研究土壤微生物的营养功能具有重要意义。
此外，土壤微生物还参与了土壤的污染物降解。
例如，一些土壤微生物可以分解有机污染物，降低其对环境的危害；一些微生物还可以将重金属离子转化为无机盐，减少土壤中重金属的积累。
因此，研究土壤微生物的营养功能对于土壤污染修复和环境保护也有着重要的意义。
二、土壤微生物的多样性研究土壤微生物的多样性指的是土壤中微生物的种类及其相对丰度的多样程度。
研究表明，土壤微生物的多样性对于维持土壤功能的稳定和提高土壤抗逆性具有重要作用。
首先，土壤微生物的多样性与土壤功能密切相关。
多样性较高的土壤微生物群落能够更好地分解有机物，循环养分，提高土壤的肥力；多样性较高的微生物群落还能够提高土壤抵抗病虫害和抗逆性。
因此，研究土壤微生物的多样性对于维持土壤生态系统的功能稳定具有重要的意义。
其次，多样性研究对于土壤生态系统的保护和恢复也具有指导意义。
随着人类活动的不断扩张，土壤生态系统遭受了严重的干扰和破坏，土壤微生物的多样性也受到了影响。
通过研究土壤微生物的多样性，可以更好地了解土壤生态系统的健康状况，为保护和恢复土壤生态系统提供科学依据。
土壤微生物多样性的科学内涵及其生态服务功能_林先贵
土壤微生物多样性的概 念是人类在生物 多样 性研究的发展过程中逐渐演绎出来的 , 一般作为土 壤生物多样性的主体部分开展研究 [ 9] 。 1991年 , 国 际生物多样性合作研究计划 “ DIVERSITAS”的发起 揭开 了全球 生物多 样性研 究的序 幕 ;1995 年 , DIVERSITAS计划新方案首次纳入 了 “土壤 生物多样 性 ”内容 ;2002年 , 联合国粮农组织因应设立了 “土 壤生物多样性研究 议程 (Soilbiodiversityinitiative, SBI)”。 至此 , 世界各国也陆续组织开展有关研究 , 推动了人们对土壤生物多样 性和关键生态学 过程 中土壤生物功能的理 解[ 10] 。 例如 , 英国于 1998 ～ 2004年实 施了 “土壤 生物 多样 性 计划 ”。 我国 在 2004年成立了国际生物多样性计划中国 国家委员 会 (CNC-DIVERSITAS), 并 于 2006年将 “农田 土壤 生物多样性 ”列为中国科学院知识创新工程重要方 向项目 。 显然 , 土壤微生物多样性作为全球性研究 迄今仅有 10余年时间 , 但基于土壤微生物学长期以 来的学科积累 [ 11] , 包括世界各国在生物多样性合作 计划之前的科学探索 , 特别是缘于生物多样性领域 研究技术的迅猛发展 , 土壤微生物多样性研究不仅 内容上不断丰富 , 而 且研究成果也在 不断充实 , 独 具一格的理论体系和学科框 架也在逐步形成 和完 善之中[ 10] 。
摘 要 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 , 当前 研究主 要集中 在物种多 样性 、遗传多 样性 、结构 多样性 及功能 多 样性等 4个方面 。 土壤微生物多样性作为全球性研究迄今 仅有 10余 年时间 , 但已呈现 对象广 、内容 多 、水 平 宽 、方法新等特点 , 特别是分子生物学技术在很大程度 上决定并体现了其 研究水平和发展进程 。 然而 , 如何进 一步改进土壤微生物的培养技能 、加强土壤宏基因组学分析与应用 、耦合土壤微生物多样性与生态功能 、揭示土 壤微域结构的影响机制是土壤微生物多样性研究的 4个关键科学问题。 当然 , 土壤微生物多样性的生态系统服 务功能是其根本价值所在 , 主要包括有机物分解、物质循环和生态安全调控等 3个方面 。 今后 , 土壤微生物多样 性研究应紧紧围绕其与土壤生物过程 、生态服务功能三者之间的联系 , 着重建立土壤微生物多样性的研究指标 和方法体系 , 进而阐明人类生产活动影响土壤微生物多样性及其生态服务功能的土壤生物过程 。
土壤微生物多样性的基本概念与核心内容
土壤微生物多样性的基本概念与核心内容顾名思义，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、真菌、病毒、原生动物和显微藻类等。
研究指出，土壤是微生物的大本营，是微生物生长和繁殖的天然培养基，土壤微生物资源在自然界中最为丰富多样。
所谓土壤微生物多样性，即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。
一般认为，土壤微生物多样性存在于基因、物种、种群以及群落等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。
从生物角度来看，生态系统是指各种生物与其周围环境所构成的自然综合体。
在土壤生态系统中，土壤生物之间相互依赖、彼此制约，同时又与周围的环境因子相互作用、往复调控。
尽管土壤微生物及其与生物环境之间的关系复杂多样、因种而异，但总体上可归纳为互生、共生、寄生、拮抗、捕食及竞争等六大关系。
鉴此，土壤微生物多样性研究的核心内容应是自然或干扰条件下土壤微生物的群落结构、种群消长、生理代谢、遗传变异及其演替规律，尤其是环境变更或管理分异条件下土壤质量的微生物学监测、评价与调控，以及土壤微生物种质资源的开发与应用。
理论上讲，土壤微生物多样性的研究对象应是包括森林、草原、农田、湿地等在内的所有陆地土壤以及包括江河湖海等各类地表水域在内的全部底泥。
事实上，土壤学家关注的往往是陆地表面和浅水域底部。
尽管如此，土壤微生物多样性已是异常复杂，因为微生物对温度、pH、渗透压和大气压等的适应范围极广，土壤中任何一个能产生能量的生境往往均有微生物的存在。
因而，开展土壤微生物多样性研究技术难度大、方法要求高，当前主要集中在物种多样性、遗传多样性、结构多样性及功能多样性等4个水平。
1、土壤微生物的物种多样性土壤微生物的物种多样性是指土壤生态系统中微生物的物种丰富度和均一度，这是微生物多样性的最直接表现形式。
根据原位的、不经培养的微生物系统发育学研究发现，自然界中95%～99%的微生物种群尚未被分离培养或描述过，从而推算地球上仅细菌就有10万～50万种。
土壤生态系统中的微生物多样性和功能
土壤生态系统中的微生物多样性和功能土壤是地球上最活跃的生态系统之一，其中微生物聚集着丰富的生物多样性。
微生物包括细菌、真菌、病毒、原生动物等，它们在土壤中扮演着重要的角色。
微生物在土壤形成和发展中起着至关重要的作用，有助于将有机物质转化为植物可吸收的养分，维持土壤pH值平衡，防止土壤侵蚀等。
本文将从微生物多样性和功能两个方面探讨土壤生态系统中的微生物。
一、微生物多样性微生物是生物多样性中最丰富的群体，该群体中有许多未被发现的物种。
在玉米、水稻等作物的根际土壤中，可以发现约1000种微生物，这还不包括存在于深层土壤中的微生物。
微生物的多样性对于土壤生态系统及其维持与保留至关重要。
一方面，微生物之间的竞争和相互作用使得土壤中更加稳定和有序。
另一方面，不同种类的微生物有着不同的生物功能，为土壤生态系统提供了更多的服务。
二、微生物功能微生物在土壤生态系统中扮演着多种角色。
首先，微生物参与到有机质的分解和转化中，将其分解成营养物质。
它们将这些营养物质转化为植物的供体吸收，从而帮助植物生长发育。
其次，微生物在土壤中形成一种特殊的完整碳氮磷循环，能够使土壤中的氮气氮磷等元素的流通得到控制。
这能够有效地减少氮气等有害元素在土壤中的积累，并极大地促进了植物的生长。
同时，微生物还能保持土壤水分和保护植物根系。
微生物是土壤中重要的细胞降解和生物化学反应的驱动力，因此对于土壤的健康和生态系统的保护非常关键。
三、土壤中微生物多样性和功能的保护随着人类活动的不断增长，土壤已经面临了极大的压力。
这些压力包括人类活动、森林砍伐、城市化进程、农药和其他化学物质的使用等。
这些行为干扰了土壤微生物多样性和功能，给土壤生态系统的健康带来了威胁。
因此，要保护土壤微生物多样性和功能，就需要采取相应的措施。
首先，需要采用可持续的土壤管理策略，以最小化人类活动对土壤的不利影响。
其次，需要避免过度施肥和化学物质的使用，以保护微生物在土壤中的生物循环。
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生物多样性研究起到了突出贡献 。 目前 , 从不同角度对土壤微生物多样性进行直
接或间接研究的方法很多 , 但每一种方法均有其优 缺点 。 因此 , 为了获取较为全面的微生物多样性信 息 , 在条件许可的情况下应尽可能将其中的几种方 法结合起来 。其中 , 分子生物学技术是以核酸分析 为主 , 当前的土壤微生物 DNA分析在很大程度上决
究的核心内容应是自然或干 扰条件下土壤微 生物 的群落结构 、种群消长 、生理代谢 、遗传变异及其演 替规律 , 尤其是环境变更或管理分异条件下土壤质
＊ 中国科学院知识创新工程重要方向项目 (kzcx2-yw-408)资助 通讯作者 , E-mail:xglin@ 作者简介 :林先贵 (1955 ～ ), 男 , 研究员 , 博士生导师 , 主要从事土壤与环境微生物学研究 收稿日期 :2007 -12 -30;收到修改稿日期 :2008 -03 -04
第 45卷 第 5期 2008年 9月
土 壤 学 报
ACTA PEDOLOGICA SINICA
Vol.45, No.5 Sep., 2008
土壤微生物多样性的科学内涵及其生态服务功能＊
林先贵 1, 2 胡君利 1, 2
(1 土壤与农业可持续发展国家重点实验室 (中国科学院南京土壤研究所 ), 南京 210008) (2 中国科学院南京土壤研究所 -香港浸会大学土壤与环境联合开放实验室 , 南京 210008)
够说明微生物群落结构的变化 , 从而可以对土壤微 生物群落进行识别和定量描述 。 1.4 土壤微生物的功能多样性
土壤微生物 的功能多样性 是指土壤微生 物群 落所能执行的功能范围以及这些功能的执行过程 , 如分解功能 、营养传递功能以及促进或抑制植物生 长的功能等 , 这些对土壤生态功能及自然界元素循 环具有重要意义 。 目前一般采 用底物诱导下 的代 谢响应模式测算土壤微生物 群落的代谢功能 多样 性[ 8] 。 正是由于微生物具有多 种多样的代谢 方式 和生理功能 , 因而 可以适应各种 不同的生态环境 , 并以不同的生活方式与其他生物相互作用 , 从而构 成了地球上丰富多彩的生态体系 。
摘 要 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 , 当前 研究主 要集中 在物种多 样性 、遗传多 样性 、结构 多样性 及功能 多 样性等 4个方面 。 土壤微生物多样性作为全球性研究迄今 仅有 10余 年时间 , 但已呈现 对象广 、内容 多 、水 平 宽 、方法新等特点 , 特别是分子生物学技术在很大程度 上决定并体现了其 研究水平和发展进程 。 然而 , 如何进 一步改进土壤微生物的培养技能 、加强土壤宏基因组学分析与应用 、耦合土壤微生物多样性与生态功能 、揭示土 壤微域结构的影响机制是土壤微生物多样性研究的 4个关键科学问题。 当然 , 土壤微生物多样性的生态系统服 务功能是其根本价值所在 , 主要包括有机物分解、物质循环和生态安全调控等 3个方面 。 今后 , 土壤微生物多样 性研究应紧紧围绕其与土壤生物过程 、生态服务功能三者之间的联系 , 着重建立土壤微生物多样性的研究指标 和方法体系 , 进而阐明人类生产活动影响土壤微生物多样性及其生态服务功能的土壤生物过程 。
1 土壤微生物多样性的基本概念与核 心内容
顾名思义 , 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 、真菌 、病毒 、原 生动物和显微 藻类 等 。 研究指出 , 土壤 是微生物的大本 营 , 是微 生物 生长和繁殖的天然培养基 , 土壤微生物资源在自然 界中最为丰富多样 。 所谓土壤微生物多样性 , 即指 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 。一般认为 , 土壤微生物多 样性存在于基因 、 物种 、种群以及群落等 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 [ 1, 2] 。
土壤微生物的结 构多样性是指土 壤微生物群
落在细胞结构组分上的多样化程度 , 这是导致微生 物代谢方式和生理功能多样化的直接原因 。 例如 , 微生物标记物分析法通过提取和分析 微生物群落 中可以用作不同类群标记性指纹的生 化组分或胞
外产物来获取微生物群落组成和结构 多样性的信 息 [ 7] 。因为不同菌群的特征谱图不同 , 在高度专一 性基础上又具有多样性 , 所以标记物的组成变化能
关键词 土壤微生物多样性 ;分子 生物学技术 ;土壤生物过程 ;生态服务功能 中图分类号 S154.3 文献标识码 A
土壤微生物多样性是一门近来在土壤学 、微生 物学及生物多样性领域均给予较多关 注的新兴交 叉学科 。纵观而言 , 土壤微生物多样性研究对于探 索自然生命机制 、开发超常 生物资源 、应对全球气 候变化 、治理各类环境污染 、维持生态 服务功能及 促进土壤持续利用等方面具有重要意义 。 然而 , 目 前国内尚缺乏对土壤微生物多样性理 论体系的系 统整理 , 在科学表述 、学科架构及关键 问题上存在 一些模糊 , 这在一定程度上影响了该学科的健康成 长 。鉴此 , 本文紧紧围绕土壤微生物多样性的科学 内涵 , 凝练总结包括基本概 念 、关键科 学问题及生 态服务功能等系列理论问题 , 回顾归纳本学科的发 展简史与国内外研究进展 , 讨论并提出本领域进一 步研究的发展趋向 , 以期对当前我国土壤微生物多 样性及其生态服务功能研究有所参考 。
从生物角度来看 , 生态系统是指各种生物与其 周围环境所构成 的自然综合体 。 在土壤生态 系统 中 , 土壤生物之间相互依赖 、彼此制约 , 同时又与周 围的环境因子相互作用 、往复调控 。尽管土壤微生 物及其与生物 环境 之间的 关系 复杂多 样 、因种 而 异 , 但总体上可归纳为互生 、共生 、寄生 、拮抗 、捕食 及竞争等六大关系 [ 3] 。 鉴此 , 土壤微生物多样性研
定并体现了土壤微生物多样性的研究 关 研究大致可分为以下 4个步骤 :土壤微生物 DNA的 提取与纯化 、多聚酶链式反应 、变性处理 (如电泳 、 酶切 、转印 、杂交 、显影 等 )以及 DNA的检验 与测 序 [ 13] 。然而 , 随着分子生物学技术在土壤微生物多 样性研究中的广泛应用[ 14] , 土壤微生物分子生态学 技术已经发展形成了一个庞大的方法集群 , 其当前 的整体发展状况可概述如下 。 2.1 经典分子生物学方法历久不衰
土壤微生物的遗 传多样性是指土 壤微生物在 基因水平上所携带的各类遗传物质和 遗传信息的
总和 , 这是微生物多样性的本质和最终反映 。与高 等生物相比 , 微生物的多样性在基因水平上更为突 出 , 不同种群间的遗传物质和基因表达具有很大的 差异[ 6] 。 根据研究手段不同 , 微生物遗传多样性一 般表现在基因组大小和基因数目的多样性 、遗传物 质化学 组成 和 DNA序列 的 差 异 、 rRNA基 因 (如 16SrRNA、18SrRNA基因 )序列的差异以及由基因 序列所揭示的遗传背景多样性等方面 。 1.3 土壤微生物的结构多样性
纵观国际研究概况 , 当前的土壤微生物多样性 研究体现 了对 象广 、内 容多 、水平 宽 、方法 新等 特 点 。 首先从研究对象来看 , 主要是面 向森林 、草原 和农田生态系统 , 同时也包括 海岸带 、矿区 、湿地 、
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土 壤 学 报
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沙漠等特殊生境 ;而从研究 内容来看 , 主要分为自 然生态系统的土壤微生物群落结构与功能演化 , 干 扰 、退化或污染 土壤 的微生 物群 落结构 与功 能变 化 ,土壤微生物多样性与土壤生物过程之间的关 联 , 根际与微域的土壤微生 物多样性等 ;再从研究 水平来看 , 可以归纳为细胞 或菌落形态 、种群或群 体生理 、群落结构与功能 、基因序列与表达等 4个层 面 ;最后从研究方法来看 , 大致可分为 传统和现代 两大类 , 前者包括菌群培养 计数 、菌体 观察鉴别及 土壤生 物 过程 强 度 测 定 等 [ 12] , 后 者 主要 包 含 以 PLFA(Phosphorlipidfattyacid, 磷脂脂肪酸 )技术为 代表的生物化学方法 、以 BIOLOG技术为代表的生 理 学 方 法 (Community-levelphysiologicalprofiling, CLPP)和以 PCR(Polymerasechainreaction, 多聚酶 链式反应 )技术为代表的分子生物学方法等 [ 13] 。其 中 , PLFA技术通过分 析微生物细胞结 构稳定组分 脂肪酸的种类及组成比例来考察土壤 微生物的结
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林先贵等 :土壤微生物多样性的科学内涵及其生态服务功能
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量的微生物学监 测 、评价与 调控 , 以及 土壤微生物 种质资源的开发与应用 。
理论上讲 , 土壤微生物多样性的研究对象应是 包括森林 、草原 、农田 、湿地等在内的所有陆地土壤 以及包括江河湖海等各类地表水域在 内的全部底
泥 。事实上 , 土壤学家关注的往往是陆地表面和浅 水域底部 。 尽管如此 , 土壤微生物多样性已是异常 复杂 , 因为微生物对温度 、pH、渗透压和大气压等的 适应范围极广 , 土壤中任何一个能产生能量的生境 往往均有微生物的存在[ 4] 。 因而 , 开展土壤微生物 多样性研究技术 难度大 、方 法要求高 , 当前主要集 中在物种多样性 、遗传多样 性 、结构多 样性及功能 多样性等 4个水平 。 1.1 土壤微生物的物种多样性
土壤微生物的物 种多样性是指土 壤生态系统
中微生物的物种丰富度和均一度 , 这是微生物多样 性的最直接表现形式 。 根据原位的 、不经培养的微 生物系统发育学研究发现 , 自然界中 95% ～ 99%的 微生物种群尚未被分离培养或描述过 , 从而推算地 球上仅细菌就有 10万 ～ 50万种 [ 5] 。因为绝大多数 微生物种群尚不能分离培养 , 所以目前着重研究一 些对人类关系最为密切的微生物种类 , 并通过培养 基最大限度地培养各种菌落 , 由此了解土壤中可培 养的微生物种群 。 1.2 土壤微生物的遗传多样性