微生物资源开发利用.doc

浅析土壤微生物的多样性摘 要：土壤中生活着丰富的微生物类群,是一个重要的地下生物宝库.土壤微生物是土壤中的主要分解者,对环境起着天然的“过滤”和“净化”作用,在自然生态系统的功能发挥和维持能力方面极其重要.植物、土壤和微生物相互作用,它参和土壤有机质的分解、腐殖质的形成等生化过程.另外,又是土壤养分的储备库和植物生长可利用养分的一个重要来源,是土壤肥力水平的活性指标,在土壤生态系统中起着非常重要的作用.因此,加强土壤微生物多样性研究对植物多样性保护具有重要意义.关键词：土壤微生物多样性，土壤养分，微生物 土壤是一个固、液、气三相组成的高度异质环境 ,发育着丰富的微生物群落 (主要有细菌、放线菌和真菌三大类 ) ,它们不仅是土壤中物质循环的调节者 ,而且也是有机物质库和速效养分的一部分1 土壤微生物多样性的概念土壤微生物多样性指生命体在遗传、种类和生态系统层次上的变化. 它代表着微生物群落的稳定性 ,也反映土壤生态机制和土壤胁迫对群落的影响 . 土壤微生物多样性还可以定义为微生物生命的丰富性, 通常以土壤生物区系的变化和生物化学过程间的相互关系来反映。土壤微生物多样性指生命体在遗传、种类和生态系统层次上的变化.它代表着微生物群落的稳定性 ,也反映土壤生态机制和土壤胁迫对群落的影响 .土壤微生物多样性还可以定义为微生物生命的丰富性 ( richness of microorganism) ,通常以土壤生物区系的变化和生物化学过程间的相互关系来反映.土壤微生物多样性包括在栖息地中微生物分类群的多样性和在微生物分类群内的遗传多样性 ,以及包括群落结构的变异、相互作用的复杂性、营养水平 ( tropic level)和共位群 ( guild)数量 (功能多样性 )在内的生态多样性。目前土壤微生物种类多样性研究主要从以下几个层面展开 ,即微生物遗传多样性、微生物分类多样性、微生物的生态功能多样性以及微生物系统发育多样性1. 1 土壤微生物遗传多样性遗传多样性 (亦称基因多样性 )指生物体内决定性状的遗传因子及其组合的多样性 ,它包括三个方面: 染色体多态性、蛋白质多态性和 DNA多态性.染色体多态性主要从染色体数目、组型及其减数分裂时的行为等方面进行研究 .蛋白质多态性一般通过氨基酸序列分析和同工酶 (或等位酶 )电泳两种途径分析. DNA多态性通过 RFLP 、DNA指纹、PCR 、RAPD等技术进行分析.1. 2 土壤微生物分类多样性传统意义上的生物多样性研究 ,以及生物多样性和生态系统结构和功能关系的研究 ,主要是根据分类多样性标准进行的，分类多样性的研究主要是在分类研究的基础上 ,对分类群 (通常是物种 )的丰富度和均匀度进行测定 ,然后利用多样性指数来确定物种的多样性，分类多样性实际上在某种程度上等同于物种多样性 ,物种多样性指一定区域内物种的多样性化及其变化 ,包括一定区域内生物区系的状况 (如受威胁状况和特有性等 )、形成、演化、分布格局及其维持机制等1. 3 土壤微生物生态功能多样性土壤微生物积极参和土壤物质转化过程 ,在土壤形成、肥力演变、植物养分有效化和土壤结构的形成和改良、有毒物质降解及净化等方面起着重要作用 ,具有多样的生态功能 .由于人类对自然环境、自然资源的过度开发和强烈干预 ,使得地球上数以万计的物种消失或濒临灭绝 ,生境遭受严重破坏 ,生物多样性丧失 ,生态系统稳定性减弱 ,资源日益枯竭.土壤微生物是陆地生态系统中重要的生命体 ,对所生存的微坏境十分敏感.因此土壤微生物指标已被公认为土壤生态系统变化的预警及敏感指标 2 土壤微生物多样性研究2. 1 植被和土壤微生物多样性植物和土壤微生物之间通过植物的凋落物和植物根系分泌物建立起密切的联系.植物的多样性可以通过其凋落物和根系的分泌物导致植物和微生物之间的协同进化 ,促进土壤微生物的多样性.因此 ,土壤微生物和植物的相互作用主要表现在和植物根系和凋落物的相互作用。地上部分丰富的物种多样性可以引起作为地下生物资源的凋落物质量和类型的多样性 ,而资源的异质性则可以引起分解者 (土壤微生物 )的多样性 、植物群落的结构和组成的变化会导致植物物种组成的差异 ,并对分解者产生重大影响.植物物种的丧失能够引起土壤中分解者群落的变化 ,以及有机物质降解的变化 .这种影响主要是基于凋落物及根系分泌物的特性 ,尤其是化学组成特性.也有证据表明 ,长期协同进化导致植物可以选择那些有利于自身凋落物快速分解的分解者 ,即植物和分解者之间存在协同作用. 通过研究发现植物物种组成及群落结构能够明显地改变植物根际土壤微生物的群落结构和多样性。2. 2 土壤污染和土壤微生物多样性土壤微生物在其生命活动过程中需要能量和养分,并对温度 、通气性等有一定要求 . 许多对植物或动物有害的物质如酸害、杀虫剂 、重金属等超过一定限度同样会影响或危及土壤微生物.鉴此, 有人提出借助土壤微生物对重金属的效应来进行土壤污染诊断和确定土壤环境容量标准. 如: 姚健等利用 R A P D 分子遗传标记法研究农用化学品污染对土壤微生物群落 D N A 序列多样性的影响 ,结果表明 4种不同污染程度的土壤微生物群落序列在其均匀度指数 、 丰富度指数等方面均存在差异3 土壤微生物作用研究3. 1 促进植物生长土壤微生物是土壤 植被系统中比较活跃的组成成分 ,是土壤中物质循环的主要动力. 土壤微生物生物量既是土壤有机质和养分转化和循环的动力, 又可作为土壤中植物有效养分的储备库. 因此,它行使着对陆地生命至关重要的功能 ,在植物生长过程中有一定的负面影响 ,但主要表现对植物生长的促进作用. 主要有以下几方面:一、分解有机物质,参和有机物质合成,改善土壤结构;二、促进养分循环和有效性;三、 增加植物抗性 ,促进植物对养分的吸收3. 2. 促进养分循环土壤微生物是土壤有机质的分解者和转化者 ,各种土壤生物以植物残体提供的有机质作为主要的能量来源 ,通过对有机质的取食和分解实现有机质中养分的转化, 进一步通过土壤生物所参和的 N 、P 和其它元素的循环将有机质转化为植物所需的养分 ,进入植物新的组织 ; 土壤微生物也是土壤生态系统中库和流的一个巨大的原动力 ,尤其在养分缺乏的生态系统中土壤微生物既是养分的源又是养分的库3.3 增加植物抗性 、 促进植物对养分的吸收生物固 N将大气中氮转化为植物可利用形态 ,补偿土壤氮源, 生物固 N占全球固 N量的75%. 现已经发现 100多属中的原核生物固 N 菌种 ,在土壤氮素持续供给中起到重要作用. 固 N的作用以共生固氮 、联合固氮、自生固 N体系占生物固 N 量的 60% 以上3. 4 促进腐质酸的形成土壤微生物能促使根系周围的有机质形成腐殖酸, 促进植物生长发育. 土壤中的有机质由正在分解的残留物、担负分解残留物的生物所形成的副产品 、 微生物本身和抗性更强的土壤腐殖酸盐所组成. 在母本植被, 特别是针叶林下, 积累了大量无色的腐殖酸 ,它们是微生物群体活动的产物,在这些微生物中真菌有着很大的作用 . 微生物啐片衍生或木质素局部降解衍生的一种酚 ( 儿茶酚 ) 和土壤中的氨基酸在微生物酶系的作用下反应生成氨基醌中间产物, 然后再缩合成棕色的含氮腐殖酸盐 . 一般认为 ,腐殖质化合物中的氮素和碳水化合物部分是微生物原生质的主要组成部分 ,它是在微生物死亡后从细胞中释放出来的 . 腐殖酸盐含有大量功能团,既能改良土壤,又能刺激作物生长4、结语 生态系统地上和地下部分之间具有密切联系 ,即: 地上部分丰富的物种多样性可以引起作为地下生物资源的凋落物质量和类型的多样性 ,而土壤微生物多样性对地上植物多样性又具有反馈作用.土壤中发育着丰富的微生物群落 ,它们参和土壤生物化学过程、有机物的分解转化、菌根的形成、和植物互利共生以及对生物多样性和生态系统功能的影响 .因而 ,对土壤微生物多样性的研究将为植物多样性的研究和保护提供新的思路和途径。参考文献:杨海君; 肖启明; 刘安元 土壤微生物多样性及其作用研究进展 南华大学学报(自然科学版) 2005-12-30吴才武; 赵兰坡