环境DNA技术在地下生态学中的应用.PDFVIP

第 35 卷第 15 期 2015年 8月 生 态 学 报 ACTA ECOLOGICA SINICA Vol.35,No.15 Aug.,2015 http: / / 基金项目:国家自然科学基金项目; 国家“973冶项目(2012CB416904); 江苏高校优势学科建设工程资助项目 收稿日期:2013鄄09鄄29; 摇 摇 网络出版日期:2014鄄10鄄16 *通讯作者 Corresponding author.E鄄mail: bai鄄lian.li@ DOI: 10.5846 / stxb201309292390 于水强, 王文娟, B. Larry Li.环境 DNA技术在地下生态学中的应用.生态学报,2015,35(15):4968鄄4976. Yu S Q, Wang W J, B. Larry Li.Applied environmental DNA technology to study underground ecology.Acta Ecologica Sinica,2015,35(15):4968鄄4976. 环境 DNA技术在地下生态学中的应用 于水强1,2, 王文娟1, B. Larry Li2,* 1 南京林业大学林业生态工程重点实验室, 南京摇 210037 2 加州大学河滨分校植物科学系, 加利福尼亚 美国摇 92521鄄0124 摘要:地下生态过程是生态系统结构、功能和过程研究中最不确定的因素。 由于技术和方法的限制,作为“黑箱冶的地下生态系 统已经成为限制生态学发展的瓶颈,也是未来生态学发展的主要方向。 环境 DNA 技术,是指从土壤等环境样品中直接提取 DNA片段,然后通过 DNA测序技术来定性或定量化目标生物,以确定目标生物在生态系统中的分布及功能特征。 环境 DNA技 术已成功用于地下生态过程的研究。 目前,环境 DNA技术在土壤微生物多样性及其功能方面的研究相对成熟,克服了土壤微 生物研究中不能培养的问题,可以有效地分析土壤微生物的群落组成、多样性及空间分布,尤其是宏基因组学技术的发展,使得 微生物生态功能方面的研究成为可能;而且,环境 DNA技术已经在土壤动物生态学的研究中得到了初步应用,可快速分析土壤 动物的多样性及其分布特征,更有效地鉴定出未知的或稀少的物种,鉴定土壤动物类群的幅度较宽;部分研究者通过提取分析 土壤中 DNA片段信息对生态系统植物多样性及植物分类进行了研究,其结果比传统的植物分类及物种多样性测定更精确,改 变了以往对植物群落物种多样性模式的理解。 同时,环境 DNA技术克服传统根系研究方法中需要洗根、分根、只能测定单物种 根系的局限,降低根系研究中细根区分的误差,并探索性地用于细根生物量的研究。 主要综述了基于环境 DNA 技术的分子生 物学方法在土壤微生物多样性及功能、土壤动物多样性、地下植物多样性及根系生态等地下生态过程研究中的应用进展。 环境 DNA技术对于以土壤微生物、土壤动物及地下植物根系为主体的地下生态学过程的研究具有革命性意义,并展现出良好的应 用前景。 可以预期,分子生物学技术与传统的生态学研究相结合将成为未来地下生态学研究的一个发展趋势。 关键词:环境 DNA; 地下生态学; 土壤微生物; 土壤动物; 物种多样性; 根系生态 Applied environmental DNA technology to study underground ecology YU Shuiqiang1,2, WANG Wenjuan1, B. Larry LI2,* 1 Key Laboratory of Forestry Ecological Engineering, Nanjing Forestry University, Nanjing 210037, China 2 Department of Botany Plant Sciences, University of California, Riverside, CA, 92521鄄0124, U.S.A. Abstract: Ecological processes below ground have the least understood factors in ecosystem structure, functions, and processes. Due to technical and methodological limitations, the underground ecosystem ecology, as a “ black box冶, has become a bottleneck in the development of moder