土壤微生物檢測(cè)多樣性研究的現(xiàn)狀

近年來,高通量測(cè)序、DNA條形碼技術(shù)以及生物信息學(xué)等新方法的快速發(fā)展,為大規(guī)模、快速、準(zhǔn)確、全面檢測(cè)土壤微生物檢測(cè)多樣性提供了技術(shù)保障,已成為當(dāng)前微生物多樣性研究的一個(gè)熱點(diǎn)。世界各國(guó)開展了一些土壤生物學(xué)方面的研究計(jì)劃,發(fā)展了很多新的研究方法,使人們對(duì)土壤微生物的組成和功能多樣性及其時(shí)空分布有了更深入的認(rèn)識(shí)。2011年發(fā)起的土壤微生物檢測(cè)多樣性倡議旨在促進(jìn)對(duì)土壤生物多樣性及其生態(tài)服務(wù)功能的認(rèn)識(shí),為制定環(huán)境政策提供科學(xué)依據(jù)。美國(guó)科學(xué)家發(fā)起的地球微生物計(jì)劃,旨在范圍內(nèi)收集20萬(wàn)份各種環(huán)境樣品,分析其微生物組成和功能多樣性,構(gòu)建微生物組成和基因分布圖。近十余年來,在國(guó)家科技部、國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)、中國(guó)科學(xué)院等機(jī)構(gòu)的資助下,中國(guó)的土壤生物學(xué)研究也取得了很大的成績(jī)。如科技部啟動(dòng)了基礎(chǔ)性工作專項(xiàng),重點(diǎn)收集我國(guó)不同生態(tài)系統(tǒng)的微生物資源,揭示微生物多樣性;2014年開始,中國(guó)科學(xué)院實(shí)施了戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)(B類)“土壤–微生物系統(tǒng)功能及其調(diào)控”,重點(diǎn)研究土壤微生物分布格局、微生物過程與地上–地下生物協(xié)同調(diào)控與氮磷利用機(jī)理。這些研究將會(huì)極大地促進(jìn)中國(guó)土壤微生物檢測(cè)生物學(xué)的發(fā)展。
相對(duì)于植物和動(dòng)物,土壤微生物檢測(cè)多樣性監(jiān)測(cè)與研究起步相對(duì)較晚。zui近十幾年來,由于技術(shù)手段的進(jìn)步,土壤微生物多樣性和生物地理學(xué)方面的研究取得了豐碩的成果。對(duì)北美和南美大陸土壤細(xì)菌多樣性的研究表明,在大尺度上土壤pH是影響細(xì)菌多樣性和豐富度的zui重要環(huán)境因子,而真菌對(duì)土壤pH的敏感性弱于細(xì)菌。在尺度上對(duì)土壤真菌的地理分布研究表明,氣候和土壤因子是預(yù)測(cè)真菌多樣性和組成的*參數(shù),但不同真菌類群隨著氣候、土壤、植物參數(shù)變化的模式表現(xiàn)出了很大的差異。在不同的地理尺度上,土壤微生物多樣性變化的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因子會(huì)有所不同,即表現(xiàn)出尺度依賴性。如在中國(guó)西部干旱和半干旱草原土壤中,土壤細(xì)菌多樣性和組成主要受到干旱度的影響,與此同時(shí),氣候和地理距離也同時(shí)影響著細(xì)菌群落的生物地理分布模式。
中國(guó)科學(xué)院下屬的很多與生態(tài)、環(huán)境、農(nóng)業(yè)相關(guān)的研究所均有土壤生物尤其是土壤微生物檢測(cè)相關(guān)的專業(yè)研究人員,如長(zhǎng)沙農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化研究所、南京土壤研究所、成都生物研究所、生態(tài)環(huán)境研究中心、微生物研究所、東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所、沈陽(yáng)生態(tài)研究所、城市環(huán)境研究所等。尤其在zui近幾年,在利用高通量測(cè)序技術(shù)研究土壤微生物多樣性方面取得了很多進(jìn)展,這里只介紹幾個(gè)實(shí)例。在中國(guó)科學(xué)院“十二五”生物多樣性監(jiān)測(cè)計(jì)劃的支持下,成都生物所和南京土壤研究所建立起完善的高通量測(cè)序和生物信息學(xué)平臺(tái),重點(diǎn)為生物多樣性研究提供技術(shù)服務(wù),先后培訓(xùn)了科研人員上百人。中國(guó)科學(xué)院微生物所對(duì)我國(guó)南北熱量梯度下一些典型森林生態(tài)系統(tǒng)中真菌的組成和多樣性開展了研究,揭示了真菌群落的形成機(jī)制。在重點(diǎn)樣地也開展了大型真菌的監(jiān)測(cè)工作。成都生物所在內(nèi)蒙古草原土壤微生物地理、土壤微生物對(duì)變化的響應(yīng)等方面開展了研究,同時(shí)在青藏高原、貢嘎山開展了土壤微生物多樣性監(jiān)測(cè)工作,研究揭示了不同細(xì)菌類群對(duì)氮沉降和增溫的響應(yīng)模式。土壤pH也是驅(qū)動(dòng)微生物多樣性變異的關(guān)鍵因子。東北地理與農(nóng)業(yè)研究所等調(diào)查了我國(guó)黑土微生物群落的地理分布,發(fā)現(xiàn)細(xì)菌群落組成主要受土壤pH和有機(jī)碳的影響,而真菌群落的變化主要受土壤有機(jī)碳的驅(qū)動(dòng)。這些結(jié)果為進(jìn)一步系統(tǒng)地開展土壤微生物監(jiān)測(cè)與研究打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。