土壤微生物研究实验

【研究背景】土壤是微生物栖居的主要场所。微生物在土壤中的分布及生命活动与土壤肥力、植物营养、植物病害和植被状况等密切相关。微生物是生态系统的重要组成部分，推动着能量流动和物质循环，在生物地球化学循环中扮演着重要的角色，许多酶和抗生素等生物活性物质均来自于微生物。据统计，每克土壤约含有107个微生物细胞，但用传统技术培养的微生物仅占微生物总数的0.01％～10％而大部分微生物处于不可培养的状态，因此，相当多的菌种由于无法培养而不能被充分的开发和利用。另外，土壤微生物对所生存的微环境十分敏感，是常用的土壤生态系统变化的预警及敏感指标。将近些年发展起来的分子生物学技术（如PCR-DGGE、ARDRA、RFLP等）运用到土壤微生物生态学的研究，可避开传统的微生物分离培养过程，直接探讨土壤中微生物的多样性变化及其与环境的关系，克服因土壤微生物可培养性的差异引起的分析偏差。这些分子生物学方法主要通过提取土壤中微生物总DNA，并对特定DNA序列（如16S rDNA基因）进行扩增，通过分析扩增产物的多样性来推断微生物群落的多样性。因此，从自然环境土壤中提取高纯度、高质量的微生物总DNA对后续研究都是相当重要的。【实验器材】1．实验材料不同生态环境的根际土壤样品。2．试剂DNA抽提缓冲液（根据提取方法选择）、SDS（十二烷基磺酸钠）、EDTA（乙二胺四乙酸）、DNA Marker、苯酚／氯仿／异戊醇（25∶24∶1）、70％酒精，16S rDNA通用引物。3．仪器和用具离心机、水浴锅、电泳仪及电泳槽。【实验设计思路】1．从土壤中提取微生物总DNA（1）裂解细胞。方法包括：①物理法，如玻璃珠研磨振荡、超声波、微波、冻融、煮沸、研钵研磨等。②化学法，如用表面活性剂SDS、热酚、高盐等。③酶解法，如用裂解酶、溶菌酶、蛋白酶、无色肽酶、链霉蛋白酶等。④联合裂解法，是物理、化学方法的综合利用。（2）提取核酸。一般采用酚／氯仿／异戊醇抽提法。（3）核酸的纯化。方法有：①电泳法。在1％低熔点脂糖凝胶中电泳，切下含DNA的凝胶，回收。②分子筛法。用Sephadeex G50和G200纯化核酸。③选择沉淀法。用亚精胺-HCl在低盐条件下沉淀DNA，回收。④商品纯化柱法。2．总DNA的纯度判断土壤中含有大量的腐殖酸，因此在提取的过程中会有腐殖酸污染。腐殖酸可以螯合Mg2＋，或和DNA、蛋白质发生共价结合，从而抑制酶的活性，影响后续的实验操作。由于腐殖酸在230nm处有个吸收峰，通过估算OD260/OD230值可确定所提取的DNA中腐殖酸的污染程度：OD260/OD230值越高，表明DNA纯度越高；反之，腐殖酸污染越严重。由于蛋白质在280nm处有个吸收峰，通过估算OD260/OD280值可确定DNA中蛋白质的污染程度：纯的DNA的OD260/OD280值为1.8；越接近1.8表明DNA越纯；小于1.8表示有蛋白质或酚污染。3．总DNA直接用于PCR扩增为了验证提取的DNA是否含有杂质，以细菌16S rDNA通用引物进行PCR扩增，能直接扩增到16S rDNA片段，说明提取的DNA比较纯，可以直接用于后续操作。【研究目标】（1）建立一种适合的土壤微生物总DNA的提取方法。（2）提取的DNA质量达到可直接用于PCR分析的要求。

土壤微生物虽然看不见摸不着，但是却和我们生活息息相关的，而针对其多样性和复杂性的研究技术也是日新月异，那接下来就通过以下的综述来学习一下最新的资讯吧。高点数综述告诉你土壤微生物研究的新机会在哪儿！拥抱未知：解开土壤微生物的复杂性Embracing the unknown: disentangling the complexities of the soil microbiome作者：Noah Fierer期刊：Nature Reviews Microbiology时间：2017.8影响因子：31.851一、研究背景1g土壤中包含了上千种物种的信息，其中包括病毒、微生物、动物以及植物，因此土壤在自然生态系统中扮演者重要的角色。目前基于DNA的16S、基因组和宏基因组与基于RNA的宏转录组等技术的使用极大地提高我们对土壤微生物多元化的认识，并对土壤特定的微生物的功能研究有较全面的理解，但仍有大部分的土壤微生物未被研究。而如何管理土壤微生物群落结构提高农业生产力和可持续使用是目前的研究热点之一，其中提高对土壤微生物与环境生态系统的关联性的认识尤其重要。二、文章思路图1 综述文章思路三、内容详解1、土壤微生物多样性在复杂的土壤环境中包含不同的微生物群落，而相邻的微生物群落之间的微生物种类、丰度和特征上可能存在千差万别。1.1微生物多样性与特征在全球范围内土壤环境差异巨大，多年研究表明，土壤的酸碱度、有机碳浓度和盐浓度等都是影响土壤环境形成的重要原因。即使在确定的土壤深度，根际附近（图2.a）、断面区域（图2.d）和动物活动区域（图2.c）的环境特征也会有明显差异。微生物在多变的土壤环境中生存往往受到严重的限制，已有大量的报道证明了其生存与生长的困难：首先即使人工定殖大量细菌最终也无法在长时间后仍然存活；并且适合微生物生存的有效土壤不足总土壤的1%；还有在土壤中超过95%的微生物可能处于不活跃甚至是休眠状态。图2.不同情况下土壤环境与微生物的差异土壤中的微生物总量在特定的时间内会受到生物或非生物因素的影响。在全球范围内，湿度可作为土壤微生物总量的最佳预测指标，往往湿度高的生态系统（如东南亚地区，见图1）的土壤含有更高的微生物丰度。然而并非所有土壤中的微生物类别都具有相似的丰度，相比于病毒与古细菌，真菌与细菌具有明显的丰度优势。目前已有报道在土壤中发现的多数古细菌是罕见的，这与其不可培养和数据库无收录有关，这种现象在细菌和真菌也普遍存在。虽然我们还无法完整地探讨土壤微生物的多样性，但全球微生物科学家的研究工作已经拓展了对土壤微生物群落结构和对生态环境的作用的认识，并且在不断进步中。土壤微生物的种类和比例的差异与环境是密切关联，影响因素包括土壤理化特征、空间特征和采样方式等（图3）。有研究推测与地上植被群落变化相关，但相对于之前提到的因素，植被因素的影响需要长时间演变形成。图3.影响土壤微生物群落结构的因素1.2微生物取样鉴于土壤环境的多变性和复杂性，需要重视取样的有效性，原因如下：首先土壤环境和微生物群落并不一定能关联起来；其二精确取样可能会忽略了土壤微生物群落中的互作共生关系；最后即使是相邻取样点的微生物差异大，增加了分析的难度，因此不同的研究目的需要设计针对性取样方案。值得注意的是，16S和宏基因组是现在用于研究土壤微生物结构的有效手段，但是测序错误、分析方法和数据库收录不全的问题仍需要解决。2.微生物群落功能深入了解土壤微生物群落功能有助于辅助预测土壤微生物对自然生态系统的影响。2.1微生物对土壤生态的影响在土壤内部微生物之间进行物质交换而改变土壤条件，也有研究报道土壤微生物产生的代谢物影响地上植被、大气甚至是整个生态系统，因此了解其中起关键作用的特定微生物对于深入认识生态环境的变化至关重要。例如确定负责金属鳌合的微生物群落，那么帮助预测土壤对金属污染的转化能力，但仍需要注意环境的变化影响土壤土壤微生物群落的变化，因此相关研究都需要因地制宜。图4.土壤微生物的生化过程2.2微生物群落结构与功能的关系微生物群落功能与生态系统变化之间的联系，一直是研究难题，首先微生物对环境的调控是以网络的方式进行，涉及多种微生物共同协作；其二，不活跃或休眠的微生物对分析产生干扰；其三，基于DNA（如16s和宏基因组）的得到的丰度信息真实反映其丰度和功能信息；最后，微生物难以培养导致研究结论无法验证。2.3研究土壤微生物的策略在植物群体研究中，会根据相似的特征将植物划分成不同的群体再和生态环境进行关联分析，而这思路已经证明为有效，因此类似的思路也能应用到土壤微生物与环境的关联中。以1977年提出的CSR框架为基础（图5），进行适当的修改再应用到微生物群落研究中，将有利于找到与特定环境变化相关的微生物群体，但用此思路针对整体性的环境变化进行微生物群落研究的可用性还有待探讨。图5. CSR框架划分原理2.4微生物与土壤质量管理特定的微生物丰度可以作为土壤质量的指标之一，并且以此为基础，进行合理的微生物定殖能改善土壤条件，从而提高农业生产力与持续性。但面对不同地方的环境和土壤的多变性，微生物定殖方案需要因地制宜，因此个性化方案的敲定是主要的难关。3.未来研究发展方向3.1改良培养策略基于单细胞技术能攻克不可培养细菌的基因组信息获得问题，但基于基因组层面理解其功能与环境之间关系容易存在偏差。例如研究细菌酶代动力学、抗生素耐受性等问题，细菌的培养方式的改善是必须进行的。3.2病毒对土壤微生物的影响土壤中的病毒多样且大部分的功能未知，但病毒对微生物以及土壤的影响已有大量的报道，随着宏病毒组技术的成熟，研究土壤微生物与病毒之间的互作作用将会是下一个热点。3.3基因水平转移在土壤微生物之间，基因水平转移是普遍存在的，这意味着微生物的基因组不是静止不变。抗生素抗性和植物共生等基因的水平转移无疑是加快微生物的变异速度，提供了新的研究方向同时也增加了研究难度。四、总结微生物领域研究不能停留在多样性的认识，需要深刻认识到其复杂性并从中提取对人类活动具有实际价值的微生物信息，实现从提高农业产量到对自然生态系统变化做出符合现实的预测。您可能还喜欢：宏病毒组高分文章亮相Nature Reviews Genetics!美格基因携手朱永官院士团队强势推出高通量qPCR芯片检测服务！

黑龙江日报6月12日讯 “普通人很难想象到，在1克土壤当中微生物个体数目能达到几十亿，这意味着对微生物而言，指甲大小的一个空间就如同它们的星球。它们个头虽小却具有大作用。假如没有它们，地球上的生命体系将无法维持。”东北林业大学教授、生态学博士周正虎饶有兴趣地向记者做着介绍。29岁的周正虎出生于陕西省汉中市驿坝村，那是个大山里的小山村。高考之前，周正虎从没走出去过。最终，他用自己的勤奋实现了愿望，那一届，他们村子里考出来两个大学生。而他选择了龙江，选择了东北林业大学。本科、硕士、博士，周正虎通过勤奋一路走过来。如今他已发表学术论文16篇，其中被国际Top刊物收录的论文有8篇。这些研究成果也得到了中国林学会的认可，去年留校后他还获得了中国科协“青年人才托举工程”的资助。已经入夏，这是土壤微生物研究试验的黄金期，周正虎也因此从未有过暑假。这个时候，他会常住位于野外的生态站，“享受”难耐的湿热和蚊虫的叮咬，还有苦力活。他经常抡着大锤，将一米长的钢管砸入土中，以获取土壤样品，扛着七八十斤的样品翻山越岭是常事。土壤微生物是他研究的主要方向，属于基础性研究。现在全球对土壤微生物还知之甚少，因此这个领域被业界称为‘黑盒子’，很多未知亟需探求。周正虎说：“黑龙江是全国的林业大省，我希望自己能和广大同行一起投身到我省的森林生态建设中。”

今天要分享给大家的是一篇发表在Nature上的一篇佳作全球表层土壤微生物的结构和功能，美格基因的技术支持对本篇佳作进行了详细解读，一起来欣赏一下吧。作者利用宏基因组+16S+18S+ITS的方法，对全球189个地点，7560个样本进行了微生物群落结构和功能、微生物与环境关联的系统分析。多组学方法相结合，采样量可观，数据量巨大，结果鲜明而显著。这是一项超大规模，超大范围的微生物研究，可从中汲取精华，学以致用。一、文章摘要为了更好地理解土壤功能，模拟土壤微生物的全球分布模式和功能基因库，以及细菌、真菌群落多样性和功能之间的生物和环境关联非常有必要。作者通过对全球表土样本（189个地点、7560个样品）的宏基因组和标记基因数据进行分析，发现以下几个重要的结果：1、细菌的遗传多样性在温带环境中最高。2、与地理距离相比，环境变异对微生物基因组的组成影响更大。3、真菌和细菌表现出的全球性的生态位分化，与降水和土壤pH有关。4、海洋和表层土壤生境中的抗生素抗性基因体现了细菌-真菌强烈的拮抗作用，也表明生物间的相互作用是影响微生物群落的重要因素。5、竞争和环境都影响细菌和真菌群落的丰度、组成以及编码基因的功能，表明这些微生物对全球营养循环的相对贡献存在地理差异。二、研究背景微生物群落在生物地球化学过程中的特定作用体现在它们的分类组成、生物相互作用以及基因功能。目前微生物-生物地理研究大多集中于单个的分类群以及它们的多样性和组成如何对当地非生物土壤因素（如pH等）做出反应，但其全球模式、生物之间相互作用对微生物生物地理的影响依然未知。另外，除了环境因素，生物间相互作用可能严重影响细菌群落。本研究分析了189种表土共7560个样品（涵盖世界上所有陆地地区和生物群落）中系统发育、物种多样性及丰度对生物或非生物因子的响应。三、部分方法1、样品采集沿纬度梯度，对全球不同植被类型（森林、草地、苔原等）的1450个样点的复合土壤样品进行采样。（图1）。图1 采样点的地理描述2、DNA提取和数据分析取2g样品提取总DNA。其中，189个样品用于宏基因组，以及197个样品用于宏条形码分析。四、主要结果1、全球表土微生物多样性分布规律从极地到热带，很多宏观生物(尤其是植物)的多样性增加，这种趋势叫做纬度的多样性梯度（LDG）。作者研究了LDG是否适用于微生物的全球分布模式，发现与典型的LDG相反，细菌的分类和基因功能多样性在中纬度地区达到最高值，而向极地和赤道地区，多样性呈现下降的趋势（图2a，c）。与细菌相反，LDG更适用于真菌整体的分类多样性，但是并不适用于功能多样性。温带微生物群落的真菌功能多样性最低，和纬度呈现反向单峰关系(图2b, d)。虽然真菌分类多样性向极地下降，但是真菌总生物量和真菌/细菌生物量的比值则越往极地越高，这个现象的部分原因可能是，随着纬度的增加细菌的生物量下降。图2 全球土壤样品中细菌和真菌分类学和基因功能多样性的纬度分布2、微生物群落与环境变量的关系为了更加具体地研究环境参数和全球范围内微生物分类分布、基因功能之间的关联，作者使用了多元回归建模的方法。结果发现，细菌多样性、相对丰度、生物量等都可以通过土壤pH、营养浓度以及较小程度的气候变化来解释（图3，图4）。其中，细菌群落组成和土壤pH相关性最强，其次是气候变量，尤其是年平均降水量（MAP）。而细菌基因功能多样性和MAP的相关性最强（图3c，g），LDG曲线走势更陡峭，这可能由于特定代谢功能和气候的相关性强于和土壤条件的关系。尽管土壤和气候变量和真菌群落存在一定的相关性，但是土壤碳氮比是真菌生物量、相对丰度以及基因功能组成的重要预测指标（图4b, d)。图3 土壤PH和MAP与细菌、真菌分类多样性以及功能多样性的关系图4 全球土壤样品中细菌和真菌的主要分类和功能类别的相关性及最佳随机森林模型3、抗生素抗药基因的研究 (ARGs)由于资源竞争影响真菌和细菌的生物量，作者提出假设，细菌/真菌生物量比值与真菌的流行及细菌的抗生素抗性能力相关。随着高碳/氮比环境中真菌抗生素产量的增加，真菌利用复杂碳基质的活动比细菌更多。与假设一致，研究发现，真菌生物量和细菌/真菌生物量的比值，均与ARGs的相对丰度相关（图5）。土壤碳氮比和水分是影响细菌/真菌丰度比值、全球ARGs相对丰度的主要因素（图6）。图5 ARG的相对丰度和微生物生物量的关系图6 土壤和海洋中ARG的相对丰度的最优结构方程模型以上就是美格基因技术关于全球表层土壤微生物的结构和功能的解读了。美格基因引进了高通量qPcr测序服务，如有兴趣敬请到美格基因网站了解。您可能还喜欢：研究思路｜高通量qPCR芯片检测案例解读（第1期）16S高分文章｜人体肠道微生物研究发表于Gut!美格基因Meet Microbes定制会议推出！

【能源人都在看，点击右上角加'关注'】北极星环境修复网讯:摘要：随着人口的增长及经济的快速发展，工业“三废”的排放不断增加，土壤有机污染不断加剧，对人体的健康和生态环境的安全构成了极大的威胁。目前针对典型的有机污染物，主要采用具有费用低、无二次污染、易操作等优点的生物修复法，包括堆肥、生物反应器等，且这些修复技术的主体均是微生物，由于微生物对环境具有较强的适应性、变异性，在生存过程中分化出多种多样的代谢类型，并能较强地适应生存环境。目前随着遗传、基因组、蛋白质组学和代谢组学技术的研究发展，大大丰富了关于生理学、生态学、生物化学和微生物代谢途径调控机制各个方面的知识。所以未来我们可以通过实验研究优势降解菌的降解能力及对污染物的适应机理，通过宏基因测序研究土壤微生物群落构成以及群落功能和代谢通路，提高菌种对石油烃、多环芳烃和卤代烃的降解效率。为自然环境条件下复合有机污染物的降解提供数据支持与理论依据。关键词 土壤有机污染，微生物修复，降解菌1.引言土壤是人类赖以生存的基本自然资源，是植物生长繁殖的基础，土壤环境状态与人类社会的生存与繁衍息息相关。土壤污染是指人类活动所产生的污染物质通过多种途径进入土壤，其数量和速度超过了土壤的环境容量和自净能力，污染物质的积累逐渐占据优势，导致土壤自然功能的失调，土壤质量下降，影响作物的生长发育，最终危害人体健康的现象。土壤复合污染是指两种及以上的性质不同的污染物在土壤环境中发生联合作用，且每种污染物浓度均超过土壤浓度标准，导致土壤质量和功能明显下降的现象。按照污染物性质，土壤复合污染分为有机复合污染、无机复合污染和无机–有机复合污染。根据土壤中污染物来源，土壤复合污染分为同源复合污染和异源复合污染。与水土污染相比，土壤污染具有隐蔽性与滞后性，因此被称为“看不见的污染”。土壤具有污染物的源与汇功能，包含大气污染和水污染在内的所有污染的90%最终都要进入土壤，因此，土壤污染是生态恶化的一个缩影。同时，污染土壤中的污染物在一定的环境下可通过雨水冲刷进入地表水或地下水，污染水环境；或通过植物生长进入食物链，危害生物甚至人类的安全。2.土壤污染治理现状及主要存在的问题2.1.土壤污染现状随着人口的增长及经济的快速发展，工业“三废”(废气、废水和废渣)的排放不断增加，同时受到长期不合理污灌的影响，以及现代农业生产过程中过量使用化肥、农药、农膜等化学物质的污染，造成各种新、老污染物在土壤环境中长期叠加和累积，其多以复合污染的状态存在，使土壤的污染源呈多样化的特点，我国面临的土壤复合污染问题越来越突出。2014年环境保护部和国土资源部联合发布的《全国土壤污染状况调查公报》中指出，全国土壤环境状况总体不容乐观，耕地土壤环境质量堪忧，全国土壤中污染物总超标率为16.1%，其中耕地土壤点位超标率为19.4% 。土壤污染危害巨大，土壤污染一方面影响农产品的质量，加剧了我国人多地少的矛盾；另一方面，土壤污染直接导致农产品中污染物残留量超标、农产品质量下降，影响农产品出口贸易，甚至污染物通过食物链富集危害人体健康和生态安全。土壤污染问题己成为制约可持续发展、关系国计民生的重大环境问题之一。目前，常见的土壤复合污染形式有重金属复合污染、有机污染物复合污染、重金属–有机污染物复合污染；其中，土壤有机复合污染主要与有机农药的生产、使用和工业“三废”的排放有关，较为常见的污染物为有机氯农药(OCPs)、多环芳烃(PAHs)、多氯联苯(PCBs)以及石油烃(TPHs)等。据统计，我国目前至少有3600万公顷土壤受到农药、石油烃和多环芳烃等有机化合物的污染。与重金属复合污染相比，土壤有机复合污染更广泛、更复杂，其结果也更难以预测。目前，土壤有机复合污染己从局部扩展到区域，从城市延伸到郊区、乡村，形成点源与面源污染共存，生活污染、农业污染和工业污染叠加，各种新旧污染与二次污染相互复合或混合的态势。2.2.主要污染物的危害石油烃(TPH)由复杂的非水性和疏水性混合物组成，如正构烷烃，香烃等，这些化学物通过食物链运输积累，表现长期的毒性，对整个地球大环境都有或多或少的影响。多环芳烃(PAHs)是一种广泛分布于空气、土壤和水体中的持久性有机污染物，有致畸、致癌、致突变性，且多环芳烃的生物富集率高，生物可利用性低，对人体的健康和生态环境的安全构成了极大的威胁，土壤环境中备受关注的持久性有机污染物，被列为优先控制的有毒有机污染物。卤代烃(VCHs)物质对人体都有急性或慢性、直接或间接的致病作用，有的积累在人体组织内部，会改变细胞DNA结构，使人体组织产生致癌变、致畸变和突变。2.3.有机污染修复技术针对有机污染土壤已发展了的一系列修复技术，欧洲国家与美国先后对污染土壤进行修复和治理，我国起步相对较晚，但到目前为止，也形成了一系列的污染土壤修复技术，并应用于实践中。常用的降解方法包括物理修复法、化学降解法、生物修复法和化学–生物联合修复法等。物理修复法是指利用物理手段对有机污染土壤进行治理修复，主要有热脱附、气相抽提、电动修复以及超临界流体技术等修复技术；化学修复方法是利用化学作用将土壤中的污染物分解成无毒小分子，从而达到土壤修复的目的，一般适用于高浓度污染场地的处理，主要的修复技术包括土壤淋洗技术、化学氧化、等离子体降解和光催化降解等；生物修复主要利用生物的生命代谢活动分解土壤中的污染物，常见的污染土壤生物修复技术包括植物修复、动物修复以及微生物修复。其中生物修复法因具有费用低、无二次污染、易操作等优点一直被认为是降解有机污染物的优先方法。2.4.生物修复技术生物修复污染土壤主要是利用植物和微生物对有毒有害物质的吸收和降解作用。生物修复技术是将土壤环境中的危害性污染物降解成二氧化碳和水或其他无公害物质的工程技术。其中植物修复是指通过利用植物忍耐或超量吸收积累某种或某些化学元素的特性，或利用植物及其根际微生物通过吸收、降解、过滤和固定等过程将污染物降解转化为无毒物质达到净化环境污染的技术。但早期的生物修复主要是指微生物修复，也是研究得最早、最深入、应用最广泛的一种生物修复方法。2.5.微生物修复技术微生物修复主要指采取一定的措施以促进微生物对土壤中有毒有害物质的降解、转化和去除，包括强化土著微生物降解(生物刺激)和投加外源高效降解微生物(生物强化)两种方式。现已衍生出现场处理、就地处理、堆肥、生物反应器等一系列生物修复技术。这些修复技术的主体均是微生物，应用这些技术处理有机污染物污染土壤己有广泛研究。研究表明，微生物降解是去除有机污染物的主要途径之一，其他生物修复技术也都离不开微生物的作用。由于微生物对环境具有较强的适应性、变异性，在生存过程中分化出多种多样的代谢类型，并能较强地适应生存环境。在有机污染物污染土壤中，经过自然驯化，逐渐形成多种能降解有机污染物的微生物品种或品系，微生物种类、被降解的对象不同，对环境中有机污染物的降解途径可能也不一样。3.展望目前随着遗传、基因组、蛋白质组学和代谢组学技术的研究发展和该技术在有机污染物生物修复领域中的应用，大大丰富了关于生理学、生态学、生物化学和微生物代谢途径调控机制各个方面的知识。尤其是根据16S rRNA和18S rRNA基因可以预测一个特定环境中微生物种群的进化特征。本项目通过实验研究优势降解菌的降解能力及对污染物的适应机理，提高菌种对石油烃、多环芳烃和卤代烃的降解效率，明确环境因子对有机污染土壤微生物生物学特性的影响。同时，通过宏基因测序研究土壤微生物群落构成以及群落功能和代谢通路。为自然环境条件下复合有机污染物的降解提供数据支持与理论依据。原标题:有机污染土壤的微生物修复技术研究进展免责声明：以上内容转载自北极星环保网，所发内容不代表本平台立场。全国能源信息平台联系电话：010-65367702，邮箱：hz@people-energy.com.cn，地址：北京市朝阳区金台西路2号人民日报社

新华社南京10月22日电（记者王珏玢）记者22日从中国科学院南京土壤研究所获悉，中国、西班牙学者近期发现，土壤中的关键菌群与农作物产量关系密切。保护土壤中的关键菌群，或能达到减肥增产的效果。领导此项研究的中科院南京土壤所研究员褚海燕介绍，以往观念里，影响农作物产量的因素主要是旱涝、霜冻等气候灾害，以及化肥施用和病害等。但其实，土壤中种类最多、生物量最大的微生物群体，也在农作物生长过程中发挥重要作用，却常常被人们忽略。此次，研究团队基于安徽蒙城小麦试验田的数据，系统研究了土壤微生物与农作物产量的关系。研究人员对土壤样品中的细菌、真菌、线虫等各类土壤生物进行了统计，结果发现，土壤中的关键微生物菌群，如固氮菌、解磷菌、光合菌等，与农作物生长息息相关。这些微生物菌群，能够增强土壤中碳、氮、磷、硫等元素的循环，促进小麦对养分的吸收。土壤中关键微生物菌群丰富完好的样品，潜在植物病原菌也明显减少，小麦产量更高。“这一研究说明，微生物菌群在维持土壤功能、提高农作物产量方面发挥着重要作用。这也为今后的农业生产提供了指导，保护土壤中关键菌群的多样性，可能能达到减肥增产的效果。”褚海燕说。相关研究成果已于近期刊登在生态学领域权威刊物《国际微生物生态学会会刊》上。（完）

土壤微生物共同生活在生态网络中，形成生态簇，彼此强烈共存。这些生态簇中的类群是重要的生态单元，具有共同的环境偏好。理论上，一个生态网络内高度相连的类群比关联较少的类群能够支持更高水平的生态系统功能。已有研究发现植物群落中核心节点的相对丰度对生态系统功能的重要性。然而，微生物群落的核心节点如何影响土壤生态功能的研究未见报道。基于此，中国科学院南京土壤研究所褚海燕课题组在较大空间尺度下采集了华北平原麦田243个土壤样品，利用高通量测序、高通量定量PCR技术分别测定了土壤中的真菌、细菌群落以及与养分循环相关的功能基因的丰度。通过建立土壤微生物类群的关联网络，研究人员发现微生物网络中核心节点类群的相对丰度与土壤养分循环功能基因的丰度呈显著正相关，包括C固定、C降解、N循环、P循环和S循环等基因。进一步，研究人员通过结构方程模型验证了核心菌群对土壤功能基因的促进作用，并揭示了其主控因素。这项研究表明，在微生物网络中被归类为核心节点的微生物类群的相对丰度与土壤功能潜力高度相关。这些核心菌群能够影响土壤的生态功能，对于大尺度下理解和管理（通过操纵微生物关键物种）农业生态系统具有重要意义。该研究与中科院城市环境研究所、清华大学、西班牙相关研究机构合作完成。研究成果发表在Environment International上。土壤微生物网络节点与土壤功能基因的耦合关系论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0160412020318249?via%3Dihub

科技日报华盛顿6月24日电 （记者刘海英）美国能源部下属劳伦斯伯克利国家实验室、橡树岭国家实验室等机构研究人员24日在《自然通讯》杂志发表研究报告称，他们使用一种名为BONCAT+FACS的技术，几个小时就能成功鉴别出土壤样本中存在的活性微生物。研究人员称，该研究可能会改变目前科学家对土壤微生物的研究范式，对于农业可持续发展和环境工程研究具有重要意义。BONCAT是“生物正交非标准氨基酸标记”的缩写，由美国加州理工学院遗传学家于2006年发明，用于分离细胞中新制造的蛋白质。能源部研究人员改进了这一方法，开发出BONCAT+FACS（荧光激活细胞分选）技术，使他们能够根据荧光标记分子的存在与否对单细胞生物进行分类。相比以前的微生物鉴定方法，新技术不仅更简化、可靠，也更节省时间，整个过程只需要几个小时，是一种有效的土壤微生物研究手段。研究人使用该方法测量了田纳西州橡树岭地区两个土壤样本中的微生物种群活性，成功分离出了样本中存在的活性微生物。土壤中含有地球上最多样化的微生物群落。每一克土壤中都有成千上万种微生物，它们是陆地生态系统的支柱，也是农业可持续发展的关键。但由于大多数土壤微生物无法在实验室的培养物中生长，因此要研究这些微生物的活动和相互作用很困难。早在500多年前，达芬奇就指出，人类“对天体运动的了解远甚于脚下的土壤”。时至今日，土壤微生物依然是科学家面临的重要研究课题。新研究则表明，BONCAT+FACS是一种有效的工具，能够帮助科学家揭示土壤过程与特定微生物种群之间的关系。研究人员表示，利用BONCAT+FACS技术，能够有效地原位检测土壤微生物活性组分，确定在特定时间里有哪些微生物是活跃的，又有哪些微生物处于休眠状态，这有助于科学家深入了解微生物如何对正常的栖息地波动和极端气候事件（如干旱和洪水）作出反应，进而推动土壤微生物研究。对于利用微生物来改善农业用地，提高作物抗性，推动环境工程发展具有重要意义。总编辑圈点土壤不光是破碎的矿物岩石和动植物残体，还要有复杂的微生物群体，才能成为农作物繁盛的基底。如果没有真菌和细菌等小家伙分解大分子，土壤就没有肥力，而且特定植物会有一套微生物生态系统配合共生。新的快速筛查微生物的技术，能让人类更快掌握某地土壤状况，无论是保护微系统，还是种植适合的农作物，都将更加简单。

外来入侵生物造成的生态破坏与经济损失使探究外来种入侵原因愈发重要。长久以来，高竞争能力被认为是外来种能够入侵的重要原因。以往研究多关注两物种竞争（一个本地种与一个外来种的竞争），较少探究多物种竞争。同时，竞争有不同的类型，其中，对资源的竞争被广泛研究，但是竞争也可通过其它营养级产生。因此，中国科学院东北地理与农业生态研究所生物入侵生态学研究团队与德国康斯坦茨大学生态学研究团队合作，实验研究第三个物种是否会通过改变土壤微生物来改变外来种和本地种的竞争结果。研究人员利用植物-土壤反馈的研究手段（图1），第一阶段，选择4种外来植物和6种本地植物分别对土壤进行驯化（即随着植物的生长，它会改变土壤微生物的构成），并设置一个没有植物的对照。植物生长15周后，研究人员收获土壤，并采样进行扩增子测序得到土壤细菌和真菌的群落结构。第二阶段，将新一批植物（5种外来植物和5种本地植物）种在收获的土壤，共设置5个竞争处理：外来/本地种的单种，外来/本地种的单物种种群，以及外来本地种的混种群落。研究发现，在没有第三个物种（即土壤没有被驯化），或第三个物种是本地植物的情况下，后来的外来植物和本地植物的平均生物量无显著差异，表明其竞争能力没有显著差异（图2）。然而，当第三个物种是外来植物时，后来的外来植物竞争能力高于本地植物。该发现支持“入侵灾难”假说（invasional meltdown hypothesis），即外来种会互相促进彼此的入侵，取代本地种。此外，研究还发现不同植物对土壤微生物群落的影响不同，且外来种两两之间的土壤微生物群落相似度较低（图3a），土壤微生物群落相似度低的物种之间的负作用小（图3b），揭示该研究中“入侵灾难”由土壤微生物驱动的发现。研究工作由德国康斯坦茨大学博士张致杰（论文第一作者）、东北地理所研究员刘艳杰（论文通讯作者）等共同完成，相关研究成果发表在Nature Ecology & Evolution上。论文链接图1.实验设计图2.土壤驯化对外来植物（橘色）和本地植物（紫色）平均生物量的影响。高平均生物量代表更高竞争能力。在外来植物驯化的土壤上，后来的外来植物平均生物量高于后来的本地植物图3.不同植物土壤微生物群落的相似度（a）。蓝色代表相似度低，红色代表相似度高。左上角为外来植物之间的相似度，右下角为本地植物之间的相似度，中间为外来植物与本地植物之间的相似度。土壤微生物群落相似度与土壤遗留效应的关系（b）。正的土壤遗留效应代表植物对土壤驯化促进后来植物的生长。本图仅展示内生真菌，细菌，整体真菌的结果具有相同趋势，但不显著，具体可见原文【来源：中国科学院科技产业网】声明：转载此文是出于传递更多信息之目的。若有来源标注错误或侵犯了您的合法权益，请作者持权属证明与本网联系，我们将及时更正、删除，谢谢。 邮箱地址：newmedia@xxcb.cn