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农田生态系统微生物多样性研究方法及应用 毕明丽 宇万太 (中国科学院沈阳应用生态研究所，沈阳 110016) 摘要：微生物在农田生态系统中占据着很重要的作用，其结构和功能的多样性及变化在一定程度上反映了农田生 态系统的基本状态，因此非常有必要应用有效的方法来研究农田微生物的多样性、分布及行为等。但是通过传统 的微生物培养和鉴定方法得到的微生物信息很片面，不足以代表微生物在农田生态系统中的真实情况。而近几十 年来兴起的微生物研究新方法突破了传统方法的限制，极大地促进了微生物学的发展。本文介绍了现在常用的微 生物多样性研究方法及其在农田生态系统中的应用现状。 关键词：微生物多样性；研究方法；分子生物学；农田生态系统 微生物是农田生态系统的重要组成部分，在动植物残体分解、养分循环、氮的固定、土壤结构与肥力保持 和病虫害防治等方面都起着很重要的作用[1]，微生物的多样性和群落结构在一定程度上反映了农田生态系 统的基本状况，保持微生物的生态过程和多样性是农业生产赖以生存的基础。通过研究农田生态系统中微 生物的分布和多样性，探讨农田生态系统的影响因素及其作用机理，可以为今后制定农业管理计划提供科学 依据，具有很重要的理论和实践意义。 农田生态系统中微生物种类极其丰富，文献记载1g农田土壤中就含有几百万细菌、数十万真菌孢子、 数万个原生动物和藻类[2]，它们在农田生态系统中起着至关重要的作用。然而，由于微生物本身的复杂性、 环境的多变性以及研究方法的限制，人们所认识的微生物仅仅占很小一部分。传统的分离培养方法得到的 微生物还不及微生物总数的1％[3]，因此传统的微生物研究方法具有较大的局限性。而近几年来蓬勃发展 的微生物研究新方法，如磷脂脂肪酸法、B10LOG法、荧光原位杂交技术以及基于PCR的核酸技术等等，突 破了传统培养方法的限制，得到了广泛的应用，对微生物的研究起到了很大的促进作用。本文就现在常用的 微生物多样性研究技术及其在农田生态系统中的应用状况作一叙述，以利于今后的研究。 传统微生物研究方法 传统的微生物培养方法是根据目标微生物选择相应的培养基进行培养和分离纯化，然后通过菌落数、外 观形态及生理生化特征来对微生物进行分析[4]。人们用传统的平板培养法积累了大量的数据，但是很多微 生物还不能在现有的实验室条件和技术下被培养，因此传统培养法大大低估了微生物多样性[5]。 李仲强等[6]用平板培养法研究了耕作制度对稻田土微生物区系的影响，结果表明，复种能对土壤中细菌 机肥配施有机肥可以提高土壤细菌、真菌和放线菌数量，也可以显著增加氨化细菌、硝化细菌和自生固氮菌 数量；王丽宏等哺]研究了前茬冬季覆盖作物对稻田土壤微生物的影响，结果表明冬季紫云英和黑麦草覆盖在 翌年水稻田翻耕前土壤好气细菌、真菌和放线菌数量均比冬闲地低。 82 土壤科学与生态安全和环境健康 Acid，PLFA) 2磷脂脂肪酸法(PhospholipidFatty 磷酸脂肪酸是微生物缨胞膜的重要组成成分，存在予几乎所有活体微生物细胞膜，在分布总PLFA图 谱孛某些特征稽肪酸瑟不圈微生物是特舅的》3，困扰可黻遘避分衔PLFA麴种类及维残魄铡来鉴别徽熏狻 的群落结构。PI。FA方法适合作总微生物群落分析，但不适合作专一的微生物种类研究c∞】，其分析结果鸯 微生物生长条件、磷脂脂肪酸的稳定性、萃取率等因素有荧【4H11。 暖气候纛施耱都会对主壤微生物群落结构产生影嚷；Feng等靼对不露攀誉苓匾深度的撩花缝主壤微垒物 进行了研究，指出免耕条僚-F PLFA量比耕作±壤高，徽生物的季节变化主要由植物生长和环境变量(澄度 和温度等)导致的土壤环境决定；Bossio等cl4]研究了淹育对水稻土微生物的影响，指出淹甯降低了总PLFA 总量和真菌特征脂肪酸的相对含量；蔡燕飞等[15]研究了生态有机肥对患有番茄青枯病的番茄连作地中微生 物区系的影镌，结果表明施用生态有机肥畿明显改变±壤微生物的PLFA指纹，并提高农豳主壤生态系统 的稳定性；Biinemann疆钉等对5年玉米连伟、玉米一猪屎豆轮作耱磷耱惩量进行了研究。结祭表明轮终程遴? 真菌和G一细菌的生长，磷肥对微生物群落结构的影响只有在连作时才表现出来；轮作处理作用效果大于磷 肥处理。 3 B薹oLOG微平板分析方法