土壤中不可培养的微生物

学年论文（课程设计）题目：土壤中不可培养微生物的研究进展

学院生命科学学院

学科门类理科

专业生物技术

学号2010445025

姓名张忠祥

指导教师石楠

2012 年 07 月 10 日

土壤中不可培养微生物的研究进展

摘要

土壤中有很多微生物，是一个巨大的微生物资源库。但是土壤中的大部分生物属于不可培养微生物，因为我们还不能完全模拟土壤环境、没有注意微生物之间的相互关系、没有注意实验室中培养基与土壤的营养物质的差别，我们在实验室条件下无法对其进行培养，限制了我们对土壤的开发与利用。其中很多微生物对我们人类有很大的帮助，目前很多人都在研究他们的分离培养，通过改善他们的培养基、保持它们之间的相互作用、培养条件，利用新技术宏基因组技术，我们可以对土壤中的不可培养微生物进行更深一步的研究。

关键词：不可培养微生物宏基因组技术土壤

ABSTRACT

There are many microorganisms in soil, is a huge microbial resource database. But the soils in most organisms belonging to unculturable microorganisms, because we cannot yet be fully simulated soil environment, pay no attention to relationships among microorganisms, without attention to laboratory culture medium and soil nutrients of different, we in laboratory conditions without the constraints on our soil cultivation, development and utilization. Many of these microorganisms to our very helpful, at present a lot of people in the study of their isolation, by improving their training base, keep the interactions between them, culture conditions, the use of new technology of metagenomic technology, we can in soil of unculturable microorganisms in deeper study.

Key words：uncultivable microorganism metagenome technology soil

一前言

不能被目前的纯培养技术所培养的微生物称之为不可培养微生物（unculturable/uncultivable microorganism）[1]土壤中微生物种类资源丰富，据估计1g土壤中有4000~7000种近10亿的细菌。目前对土壤中的微生物的研究仅限于那些可分离纯培养的微生物，这些微生物在土壤中仅占0.3%，土壤中不可培养的微生物占99.7%[2]。以怎样分离纯化培养这些微生物限制了对土壤微生物的认识及应用，对土壤中不可培养微生物的研究也成了现在微生物研究中很有难度也很有前景的项目。随着基因学和分子学的发展，利用宏基因组学培养不可培养微生物的方法被研究出来，使人们脱离了通过实验室培养的方法认识和研究微生物的状态。成为了人们开发不可培养土壤微生物资源的新途径。

二不可培养微生物不可培养的原因

2.1实验室中无法完全模拟自然界土壤的环境

土壤中的非生物主要有水、空气、有机物、无机物（矿物质颗粒），土壤是由这些组成的。有机物主要来自于生物的排泄和死亡的生物体。无机物是由岩石风化形成的。土壤中的这些物质的含量和种类在不同的地区是不相同的而且有机物含量与各种元素的含量都是无法精确检测出的，在实验室无法做出没有差别的土壤。此外土壤中还存在着大量土壤生物，如细菌、真菌、放线菌，还有动物植物。这些微生物的种类、含量、数目都是我们无法准确测出的。土壤中的动植物也是我们在实验室中无法完全模拟的。在实验室中通常培养条件简化，将微生物限制在恒温的培养基中，没有微生物必须的某些化学物质。所以在自然界中可以生长繁殖的微生物，在实验室条件下生长条件得不到满足，从而导致了微生物在实验室无法培养。

2.2培养基中的成分相对比较丰富的原因

在土壤中微生物数量庞大，经典的微生物培养策略都是一贯地给微生物系统提供过量的营养，从而导致能形成菌落或薄膜的和快速生长的细菌富集[3]，但是土壤中可以被利用的营养物质是有限的所以土壤中的微生物大多处于“贫营养”状态[4]。当被处于这种状态的微生物被接种到营养丰富的培养基上时，由于过量营养物质的摄入，基质迅速氧化，微生物会产生大量的、微生物自身难以调节的过氧化物、超氧化物和羟基自由基等物质。该类物质快速、过量的积累会破坏微生物细胞的内膜结构，由此产生一些应激机制如SOS来修复微生物，未及时修复的微生物将会死亡或表现为不可培养[5]。此外高／低温、pH 值、氧气浓度、光照强度或盐度的剧烈变化等一些环境因子的改变对细菌进入VBNC状态也一定的影响[6]。

2.3忽视了环境中微生物之间的相互作用

土壤中的微生物之间的关系非常复杂。它们之间的关系主要分为共生、群体感应。

共生是至少有一个群体为另一个群体提供其必需的生长因子从而使微生物群体获利。微生物对某些物质要求很严格，没有这类物质就不生长，而共生使得很多种微生物在一起生活，这使得它们代谢的产物能够作为其他微生物生长所必需的物质，当它们分开培养时由于缺少生长必须的物质微生物就不会生长。另一种关系是群体感应。它是微生物间通过感应一种胞外信号分子来判断群体密度和环境的变化，启动相应的基因作出协调统一的应答，从而调节群体的生长[7]。当微生物在一起生活的数量很少时，它们放出的信号分子会在周围环境中被稀释，起不到作用或作用效果变得不明显。从生态角度上看，微生物生长是相互依存的，在移植时不仅要分离有机体，而是要连同它们所有的环境和邻居一起带走,细菌就不会知道它们被