分子生物学技术在草原土壤微生物研究中的应用

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1、分子生物学技术在草原土壤微生物研究中的应用第37卷第2期2008年3月内蒙古师范大学(自然科学汉文版)JournalofInnerMongoliaNormalUniversity(NaturalScienceEdition)Vo1.37No.2Mar.2008分子生物学技术在草原土壤微生物研究中的应用吴永胜,李浩,马万里,卢萍,吕桂芬(内蒙古师范大学生命科学与技术学院生物多样性保护研究中心,内蒙古呼和浩特010022)摘要:根据国内外土壤微生物的发展动态,对土壤微生物的传统研究方法和现代分子生物学方法应用特点进行了评述和分析,同时对分子生物学技术在草原土壤

2、微生物研究中的应用前景进行了展望.关键词:土壤微生物;草原土壤;分子生物学技术中图分类号:Q938.13文献标识码:A文章编号:1001—8735(2008)02—0241—08在草地生态系统中,以土壤微生物为主体的地下部亚系统具有重要的生态功能,它们不仅是土壤中物质循环的调节者,而且是有机物质库和速效养分的一部分,参与有机物的分解转化并固定养分,对土壤肥力,植被生产力和生态系统功能等具有不可替代的作用[1].研究土壤微生物有助于深入了解其在草原生态系统结构,功能,演替及恢复过程中的作用,为地下部亚系统和地上部亚系统之间相互关系的探讨提供重要依据.然而长期

3、以来,对草原生态的研究主要集中在地上部分.对地下微生物多样性变化及其生态意义方面的研究比较有限,内容大多涉及草原土壤微生物的数量动态变化,土壤微生物量分布与季节性变化关系,土壤微生物数量与土壤生态因子间的相互关系,污染对草原土壤微生物群落的影响,不同沙地和农田土壤微生物区系季节动态变化,草原恢复阶段土壤微生物类群数量的分布特征,土壤酶活性等,且研究手段多停留在传统方法上,应用分子生物学手段研究草原土壤微生物生态的工作十分有限[6Ⅲ1.土壤微生物的研究难以取得突破性和滞后于其他相关领域研究的主要原因,一方面是因为大量微生物的不可培养性造成的研究障碍,另一方面

4、是受限于技术手段的落后.例如,对于土壤细菌,通常是先分离细菌细胞,再在培养基上培养和鉴定.而事实上,土壤中只有少部分细菌可以通过此法得到,大部分细菌不能培养成功,这使得土壤中许多细菌的遗传信息难以被发现.土壤真菌也是这样,许多真菌菌丝体在土壤中处于休眠或不活动状态,用常规调查方法只能了解到其中的一小部分,很难得到大多数种类的信息[1.分子生物学技术的发展和PCR技术的出现,使人们可以避开传统的分离培养过程而直接探讨土壤微生物的种群结构及其与环境的关系[1卜¨引.只要土壤样品中微生物细胞内的靶核酸序列(即DNA)存在,PCR技术就可以把土壤样品提取液中少量的

5、细菌细胞或真菌菌丝体DNA进行扩增并检测出来,用于研究微生物群落结构,组成和功能等.目前,一些分子生物学新技术已被广泛应用,不仅突破和弥补了传统方法的不足,使得对某些土壤微生物的研究成为可能,而且从分子水平上丰富了阐述生态学机理的途径.本文对目前土壤微生物生态研究中的现代分子生物学技术手段进行综述,以期为草原生态系统的全面研究提供分子生物学技术途径.1土壤微生物生态学研究中的分子生物学技术土壤微生物研究方法经历了从传统方法(如样品富集培养和分离,显微直接计数,活菌计数法等)到生化收稿日期t2007--06—15基金项目;国家自然科学基金资助项目(30560

6、030);留学回国人员科研启动项目(2005)f内蒙古自治区高校科研项目(NJ05099)作者简介{g:~(198z-),男(蒙古族),内蒙古通辽市人,内蒙古师范大学硕士研究生f马万里(1963一),男,内蒙古乌兰察布市人,内蒙古师范大学教授,主要从事植物生态学,生物多样性保护研究.?242?内蒙古师范大学(自然科学汉文版)第37卷方法(如B10LOGY微量分析法,磷脂脂肪酸分析法PLFA等),再到分子生物学技术方法的发展阶段.瑚].1.1核酸提取核酸提取既是分子生物学研究的前提和基础,也是能否获得环境微生物多样性信息和群落结构原位信息的关键步骤之一.土壤

7、微生物DNA的提取方法很多,大体上可归为以下两类.1.1.1直接提取方法直接提取方法是直接运用各种化学和物理方法裂解土壤中的微生物细胞提取DNA.这种方法的关键是能否充分裂解土壤中的微生物细胞,使细胞中的DNA释放出来.目前应用较多的有溶菌酶或蛋白酶K法,SDS法,SDS和蛋白酶K法,SDS—CTAB法,液氮处理和冻融法以及以上方法的结合运用和商品试剂盒提取等.玻璃珠打碎法(bead—beating)是多数文献建议使用的方法,其微生物多样性较一般方法高,但对DNA的损伤也大,如果获得的基因组DNA片断小于1kb时就不太适合进行PCR扩增,因此应根据样品的特

8、点选择提取方法L3.直接提取法的特点是提取效率较高,有时能达到9O