土壤微生物多样性

土壤微生物多样性的研究进展

摘要：土壤微生物是土壤的重要组成部分，是土壤有机质和土壤养分转化和循环的主要动力，它参与土壤有机质的分解、腐殖质的形成等生化过程，在土壤生态系统中起着非常重要的作用。本文从土壤微生物多样性的定义、研究层次、研究方法和其影响因素来阐述目前国内外土壤微生物多样性的研究进展，并对目前存在的问题和今后面临的挑战提出几点看法。

关键词：土壤微生物；多样性；PCR-DGGE

Advances of studies on soil microbial diversity Abstract:Soil microorganism, one of the important components of soil, is the main power of soil organic matter and soil nutrients transformation and circulation, and participates in the forming of its resolving, humus of participating in soil organic matter, etc. It plays a very important role in the soil ecosystem. This paper surveyed advances of bio-diversity of soil from the definition of soil microbial diversity, research levels, effect factors and research approaches. Furthermore, some problems and suggestions were put forward for the further study of soil microbial diversity.

Key words: soil microorganism; diversity; PCR-DGGE

土壤中含有各种各样的有机和无机营养物，它是微生物生长和繁殖的天然培养基。土壤的条件也是十分复杂的，而且多变。土壤微生物是指土壤中借助光学显微镜才能看到的微小生物，包括原核微生物如细菌、蓝细菌、放线菌及超显微结构微生物，以及真核生物如真菌、藻类（蓝藻除外）、地衣和原生动物等。微生物积极参与土壤物质转化过程，在土壤形成、肥力演变、植物养分有效化和土壤结构的形成与改良、有毒物质降解及净化等方面起着重要作用。数量庞大、种类繁多的土壤微生物是丰富的生物资源库[1]。土壤微生物多样性是指生命体在遗传、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。目前在地上部植物和动物的多样性方面开展了大量的研究，但对土壤生物多样性，特别是在土壤微生物多样性方面的研究仍较薄弱。随着现代生物学尤其是多聚酶链反应（PCR）、核酸测序等分子生物学技术的迅速发展，人们对土壤微生物多样性有了更深入的了解。

1 土壤微生物分布及其群落分布

1.1土壤中微生物的分布

土壤中的微生物种类是及其丰富的，据文献记载，1g干重农田土壤就含有几百万个细菌，数十万个真菌孢子和数万个原生动物和藻类。生境的物理化学特征可以影响在这一区域中生活的微生物生长、代谢活力、生物与生物之间的相互作用和微生物的生存。土壤中的微生物既有土著微生物又有外来微生物，其中土著微生物是指在一个给定的生境中那些能生存、生长和进行活跃代谢的微生物，并且这些微

生物能与来自于其他群落的微生物进行有效的竞争。土著微生物从生理方面完全适应了这一生境的物化环境。而外来微生物则是指来自于其他生态系统的微生物，所以这些微生物不能在这一生境长期生活下去。在土壤中，一般情况下真菌的生物量和细菌的生物量几乎是相等的，而原生动物和藻类的生物量与真菌和细菌生物量相比，会少一个数量级。如表1所示。

表1农田上表层（15cm）处微生物数目和生物量[2]

微生物数量/（个细胞/g）生物量/（g/m2）

真菌105200

放线菌105~106160

藻类104~10532

当然，这些数据不一定与其他类型的土壤情况相一致。但是在任何情况下，与农田或森林中的高等植物生物量相比，微生物生物量还是很小的。然而，与土壤中其他生物量相比，微生物生物量还是相当可观的，例如，在草地里微生物生物量可以超过其中的所有原生动物生物量。所以，微生物在土壤生态系统中的作用无疑是很大的。

1.2土壤中的微生物群落

在土壤中存在的大部分细菌为G+细菌，并且G+细菌的数目要比淡水和海洋生境中的G+细菌数目高。土壤中能利用糖类的土著细菌数目要比水圈中的多。在土壤中常见的细菌属包括：不动杆菌属（Acinetobacter）、农杆菌属（Agrobacterium）、产碱杆菌属（Alcaligenes）、节杆菌属（Arthrobacter）、芽孢杆菌属（Bacillus）、短杆菌属（Brevibacterium）、柄杆菌属（Caulobacter）、纤维单胞菌属（Cellulomonas）、梭状芽孢杆菌属（Clostridium）、棒杆菌属（Corynebacterium）、黄杆菌属（Flavobacterium）、微球菌属（Micrococcus）、分支杆菌属Mycobacterium）、假单胞菌属（Pseudomonas）、葡萄球菌属（Staphylcoccus）、黄单胞菌属（Xanthomonas）。但是在不同的土壤中它们的相对比例有很大的不同。

放线菌占土壤细菌群体的10%～33%，其中，链霉菌属（Streptomyces）和诺卡氏菌属（Nocardia）在土壤放线菌中占的比例最大，其次是微单胞菌属（Micromonas），放线菌属（Actinomyces）和其他放线菌，它们是土壤中的土著微生物，但是它们的数量是很少的。放线菌对干燥条件抗性比较大，并能在沙漠土壤中生存，它们比较适合在碱性或中性条件下生长，并对酸性条件敏感。

土壤中主要的光合自养细菌群体是蓝细菌种，包括鱼腥藻属（Anabaena）、眉藻属（Calothrix）、色球藻属（Chroococcus）、筒孢藻属（Cylindrospermum）、鞘丝藻属（Lyngbya）、小枝藻属（Microcoleus）、节球藻属（Nodularia）、念珠藻属（Nostoc）、颤藻属（Oscillatoria）、席藻属（Phormidium）、织线藻属（Plectonema）、裂须藻属（Schizothrix）、伪枝藻属（Scytonema）、单歧藻属（Tolypothrix）。在这些蓝细菌中，某些蓝细菌，如念珠藻在某些土壤环境中既能固氮气，又能通过光合作用合成有机物。合成的含氮物质可以给其他微生物和高等植物提供氮源，有时这些含氮物质甚至可以成为这些微生物生长的限