土壤微生物检测多样性研究的现状

近年来,高通量测序、DNA条形码技术以及生物信息学等新方法的快速发展,为大规模、快速、准确、全面检测土壤微生物检测多样性提供了技术保障,已成为当前微生物多样性研究的一个热点。世界各国开展了一些土壤生物学方面的研究计划,发展了很多新的研究方法,使人们对土壤微生物的组成和功能多样性及其时空分布有了更深入的认识。2011年发起的土壤微生物检测多样性倡议旨在促进对土壤生物多样性及其生态服务功能的认识,为制定环境政策提供科学依据。美国科学家发起的地球微生物计划,旨在范围内收集20万份各种环境样品,分析其微生物组成和功能多样性,构建微生物组成和基因分布图。近十余年来,在国家科技部、国家自然科学基金委员会、中国科学院等机构的资助下,中国的土壤生物学研究也取得了很大的成绩。如科技部启动了基础性工作专项,重点收集我国不同生态系统的微生物资源,揭示微生物多样性;2014年开始,中国科学院实施了战略性先导科技专项(B类)“土壤–微生物系统功能及其调控”,重点研究土壤微生物分布格局、微生物过程与地上–地下生物协同调控与氮磷利用机理。这些研究将会极大地促进中国土壤微生物检测生物学的发展。
相对于植物和动物,土壤微生物检测多样性监测与研究起步相对较晚。zui近十几年来,由于技术手段的进步,土壤微生物多样性和生物地理学方面的研究取得了丰硕的成果。对北美和南美大陆土壤细菌多样性的研究表明,在大尺度上土壤pH是影响细菌多样性和丰富度的zui重要环境因子,而真菌对土壤pH的敏感性弱于细菌。在尺度上对土壤真菌的地理分布研究表明,气候和土壤因子是预测真菌多样性和组成的*参数,但不同真菌类群随着气候、土壤、植物参数变化的模式表现出了很大的差异。在不同的地理尺度上,土壤微生物多样性变化的关键驱动因子会有所不同,即表现出尺度依赖性。如在中国西部干旱和半干旱草原土壤中,土壤细菌多样性和组成主要受到干旱度的影响,与此同时,气候和地理距离也同时影响着细菌群落的生物地理分布模式。
中国科学院下属的很多与生态、环境、农业相关的研究所均有土壤生物尤其是土壤微生物检测相关的专业研究人员,如长沙农业现代化研究所、南京土壤研究所、成都生物研究所、生态环境研究中心、微生物研究所、东北地理与农业生态研究所、沈阳生态研究所、城市环境研究所等。尤其在zui近几年,在利用高通量测序技术研究土壤微生物多样性方面取得了很多进展,这里只介绍几个实例。在中国科学院“十二五”生物多样性监测计划的支持下,成都生物所和南京土壤研究所建立起完善的高通量测序和生物信息学平台,重点为生物多样性研究提供技术服务,先后培训了科研人员上百人。中国科学院微生物所对我国南北热量梯度下一些典型森林生态系统中真菌的组成和多样性开展了研究,揭示了真菌群落的形成机制。在重点样地也开展了大型真菌的监测工作。成都生物所在内蒙古草原土壤微生物地理、土壤微生物对变化的响应等方面开展了研究,同时在青藏高原、贡嘎山开展了土壤微生物多样性监测工作,研究揭示了不同细菌类群对氮沉降和增温的响应模式。土壤pH也是驱动微生物多样性变异的关键因子。东北地理与农业研究所等调查了我国黑土微生物群落的地理分布,发现细菌群落组成主要受土壤pH和有机碳的影响,而真菌群落的变化主要受土壤有机碳的驱动。这些结果为进一步系统地开展土壤微生物监测与研究打下了坚实的基础。