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1、43卷1期微生物学报Vol.43No.12003年2月ActaMicrobiologicaSinicaFebruary20033Biolog方法在环境微生物群落研究中的应用席劲瑛胡洪营钱易(清华大学环境科学与工程系环境模拟与污染控制国家重点实验室北京100084)ApplicationofBiologSystemintheStudyofMicrobialCommunityXiJinyingHuHougyingQianYi(DepartmentofEnvironmentalScienceandEngineering,TheStateKeyLaboratoryofEnvironment
2、alSimulationandPollutionControl,TsinghuaUniversity,Beijing100084,China)关键词:Biolog方法,环境微生物群落,代谢功能中图分类号:Q93-3文献标识码:A文章编号:000126209(2003)0120138204环境微生物群落研究具有非常重要的理论和应用价值。本文介绍了一种测定微生物代谢的Biolog微平板法,以及这种新方法在环境微生物群落研究方面的应用成果。1环境微生物群落研究的意义与手段1.1环境微生物群落的研究内容环境微生物是由多个种群(population)组成的微生物群落(community),不
3、同种群之间存在着共生、互利、共存、竞争等各种复杂的关系,在物质循环和能量转化过程中发挥着重要作用。对环境微生物群落的研究可以从微生物的量,代谢活性,群落结构及代谢功能等几个不同层面上进行。其中,微生物群落结构、代谢功能以及两者的关系是环境微生物群落研究的核心内容。1.2环境微生物群落的研究意义研究微生物群落结构及其代谢功能,可以揭示环境中污染物迁移转化的生物学基础,提供评价和预测环境质量和安全性的基本信息;并且可以从群落水平上了解和评价生物修复和生物处理技术的机理与效果,同时为控制和优化微生物群落结构,强化其代谢功能提供理论指导。1.3环境微生物群落的研究手段传统的研究方法主要通过
4、分离培养纯的微生物菌种,对分离出来的纯菌种分别研究。这种方法存[1]在着一定局限性,如可分离培养的微生物种类有限,分离培养后微生物的生理特性易发生改变等。近年来,各种基于生物标志物(biomarker)的测定方法(微生物醌法,脂肪酸法等)和分子生物学方[2]法(FISH,TGGE,DGGE等)相继得到了广泛应用。这些方法无须分离培养就可反映微生物的群落结构信息,但却无法获得有关微生物群落总体活性与代谢功能的信息,Biolog方法则弥补了这一不足。2Biolog方法的原理、操作与数据分析2.1Biolog方法的原理与特点Biolog方法的测定原理:微生物在利用碳源过程中产生的自由电子
5、,与四唑盐染料发生还原显色反3国家973(G199045711)和教育部留学回国人员科研启动基金和清华大学的资助作者简介:席劲瑛(1977-),男,江苏镇江人,清华大学环境科学与工程系博士研究生。收稿日期:2002203208,修回日期:20022072121期席劲瑛等:Biolog方法在环境微生物群落研究中的应用139应,颜色的深浅可以反映微生物对碳源的利用程度。由于微生物对不同碳源的利用能力很大程度上取决于微生物的种类和固有性质,因此在一块微平板上同时测定微生物对不同单一碳源的利用能力(solecarbonsourceutilization,SCSU),就可以鉴定纯种微生物或比
6、较分析不同的微生物群落。[3][4]该方法由美国的BIOLOG公司于1989年开发成功,最初应用于纯种微生物鉴定,至今已经能够鉴定包括细菌,酵母菌和霉菌在内的2000多种病原微生物和环境微生物。1991年,Garland和Mill开始[4]将这种方法应用于土壤微生物群落的研究。Biolog方法用于环境微生物群落研究,具有以下特点:11灵敏度高,分辨力强。对多种SCSU的测定可以得到被测微生物群落的代谢特征指纹(metabolicfinger2print),分辩微生物群落的微小变化。21无需分离培养纯种微生物,可最大限度地保留微生物群落原有的代谢特征。31测定简便,数据的读取与记录可
7、以由计算机辅助完成。微生物对不同碳源代谢能力的测定在一块微平板上一次完成,效率大大提高。2.2Biolog系统的组成与操作方法[3]Biolog系统主要包括Biolog微平板,微平板读数器和一套微机系统。具体说明如表1所示。表1Biolog系统组成与说明系统组成说明共96孔,孔中含有营养盐和四唑盐染料TTC;其中1孔不含碳源为对照孔,其它95孔Biolog微平板含有不同单一碳源读数器测定一定波长下每个小孔内的吸光度及变化微机系统与读数器相连,自动完成数据采集、传输、存
