第二章现代微生物生态学

红树林真菌 海草真菌
多栖于海草的叶部和根部，数量少。 多栖于海草的叶部和根部，数量少。 寄生于动物的外骨骼及肠道等。 寄生于动物的外骨骼及肠道等。
寄生动物体真菌
海底沉积物真菌 发现不同海域沉积物中都有真菌，但鉴定的很少。 发现不同海域沉积物中都有真菌，但鉴定的很少。
海洋真核微藻的分布
水 平 分 布
海洋真细菌的分布
海 洋 细 菌 •海洋浮游细菌分布受可利用有机物、季节、深度、盐度、 海洋浮游细菌分布受可利用有机物、季节、深度、盐度、 海洋浮游细菌分布受可利用有机物 及叶绿素浓度影响较大而区域性差异影响较小。 及叶绿素浓度影响较大而区域性差异影响较小。 •沉积物中的海洋细菌分布表现区带化特征。 沉积物中的海洋细菌分布表现区带化特征。 沉积物中的海洋细菌分布表现区带化特征 海洋浮游细菌 菌 。 海 沉积物中 菌 、 有 菌 菌 、 菌 、 菌 、 菌 。 的 现。 现。 菌、 菌、 菌、 菌、
中 古 菌
沉 积 物
物中， 物中，影响古菌分布的主 分布为泉古菌， 分布为泉古菌， 古菌
因素
量为广古菌。 量为广古菌。 型 。 为 菌
泉 主 分布 菌 和
大多数古菌难以分离培养，主要利用分子生物学技术进行多 大多数古菌难以分离培养， 样性研究。近几年在沿岸水域发现海洋古菌群Ⅰ 样性研究。近几年在沿岸水域发现海洋古菌群Ⅰ和海洋古菌 在不透光层以下海域发现海洋古菌群 海洋古菌群Ⅲ 群Ⅱ，在不透光层以下海域发现海洋古菌群Ⅲ，在深海海水 中发现海洋古菌群 海洋古菌群Ⅳ 中发现海洋古菌群Ⅳ。
菌落杂交
该法可从大量细菌中筛选含特异的DNA序列及基因工程重组体。 序列及基因工程重组体。 该法可从大量细菌中筛选含特异的 序列及基因工程重组体 杂交探针不仅可以鉴定细菌克隆也可以鉴定噬菌体形成 的噬菌斑。 的噬菌斑。 首先将克隆或噬菌斑转移到纤维素膜或尼龙膜上， 首先将克隆或噬菌斑转移到纤维素膜或尼龙膜上，去掉 所有的残留物，只留下DNA，这种处理同时导致了 所有的残留物，只留下 ，这种处理同时导致了DNA 变性，使双链的氢键断裂形成单链分子。通过80℃ 变性，使双链的氢键断裂形成单链分子。通过 ℃短时 间处理， 分子固定在膜上（ ）；对于尼 间处理，将DNA分子固定在膜上（纤维素膜）；对于尼 分子固定在膜上 纤维素膜）； 龙膜需要进行紫外交联，通过糖-磷酸中枢将分子连接到 龙膜需要进行紫外交联，通过糖 磷酸中枢将分子连接到 膜上。 膜上。 标记探针，加热变性，加入到杂交膜上进行杂交， 标记探针，加热变性，加入到杂交膜上进行杂交，然后 洗去未结合的探针，干燥， 洗去未结合的探针，干燥，接合探针的位置就可以检测 出来。 出来。
最适温度小于4 小于0 左右为寒带种； 寒带种：最适温度小于4℃。小于0℃左右为寒带种； 0℃- 4℃来亚 寒带种。 寒带种。
温带种：最适温度4 20℃ 12℃为冷温带种12 12℃ 20℃ 温带种：最适温度4℃- 20℃ 。 4℃- 12℃为冷温带种12℃- 20℃
为暖温带种。 为暖温带种。
热带种： 20℃ 20℃ 25℃为亚热带种； 热带种：最适温度大于 20℃ 。 20℃- 25℃为亚热带种；大于 垂 直 分 布 季 节 变 化 ：温带
简便、快速、灵敏、样本用量少； 简便、快速、灵敏、样本用量少； 特异性不高，有一定比例的假阳性。 特异性不高，有一定比例的假阳性。
用途： 用途：
检测样本中存在的微量DNA或 检测样本中存在的微量DNA或RNA DNA
原位杂交
将标记探针与细胞或组织切片中的核酸进行杂交， 将标记探针与细胞或组织切片中的核酸进行杂交，进而 检测特异的DNA或RNA序列。 检测特异的DNA或RNA序列。 DNA 序列 细胞原位杂交 组织切片原位杂交
底 栖 病 毒
病毒丰度
浮游病毒丰度。 浮游病毒丰度。
浮游病毒 深度增 病毒丰度 。
4.1微生物生态学研究中的传统方法 微生物生态学研究中的传统方法
样品的采集
富集培养和 菌种 微生物菌量计数 分离
最大或然值法
活菌计数法
4.2微生物生态学研究中的分子生物学方法 微生物生态学研究中的分子生物学方法
核酸探针杂交技术 PCR特异性扩增技术 特异性扩增技术 rRNA基因同源性分析方法 基因同源性分析方法
：寒带 ： 热带 ； 温带 。 25℃为热带种。 25℃为热带种。
为
。
适 大小
。 于 。
。
海洋病毒的分布
浮 游 病 毒
季节、水深、光密度、温度、 季节、水深、光密度、温度、盐度等理化因子影响海洋 浮游病毒的分布。 浮游病毒的分布。 赤潮发生期病毒丰度骤增。 赤潮发生期病毒丰度骤增。 丰度随宿主变化而变化。 丰度随宿主变化而变化。病毒丰度与宿主丰度间的比值 （virus-to-bacterium ratio,VBR）是研究病毒侵染对水 ） 生菌群影响的重要参数。 生菌群影响的重要参数。
海洋真细菌的分布 海 洋 蓝 细 菌
迄今为止发现的海洋蓝细菌主要属于原绿球藻属 迄今为止发现的海洋蓝细菌主要属于原绿球藻属 聚球藻属（ （Prochlorococcus）和聚球藻属（Synechococcus）。 是海洋初级生产者的重要组成
•聚球菌分布于热带和温带海域。粒径为0.5-1.5um。通常 聚球菌分布于热带和温带海域。粒径为0.5-1.5um。 聚球菌分布于热带和温带海域 0.5 比其消费者微型原生动物至少高一个数量级， 比其消费者微型原生动物至少高一个数量级，足以作为微 型原生动物的重要食物源。 型原生动物的重要食物源。对总初级生产力的贡献在世界 大多数海区为20 60％ 20大多数海区为20-60％ •原绿球菌(Prochlorococcus) 分布广泛。粒径为0.4-0.8um。 原绿球菌(Prochlorococcus) 分布广泛。粒径为0.4 0.8um。 0.4原绿球菌 丰度大于聚球菌，对总初级生产力的贡献约为50% 丰度大于聚球菌，对总初级生产力的贡献约为50%
• 在环境检测中，靶核酸序列往往存在于一个复杂 在环境检测中， 的混合物中，且含量极低， 的混合物中，且含量极低，若探测这种复杂群体 中特异微生物或某个基因，杂交就显得不敏感。 中特异微生物或某个基因，杂交就显得不敏感。 • PCR技术使靶序列放大几个数量级，再用探针杂 PCR技术使靶序列放大几个数量级 技术使靶序列放大几个数量级， 交探测对被扩增序列作定性或定量研究分析微生 物群体结构。 常与其他技术结合起来使用， 物群体结构。PCR常与其他技术结合起来使用， 常与其他技术结合起来使用 如RT-PCR，competitive PCR、nested PCR、 ， 、 、 RAPD、ARDRA等。 、 等
海洋中
海洋真细菌的分布
海 洋 放 线 菌
浮游放线菌是海洋放线菌的重要组成部分， 浮游放线菌是海洋放线菌的重要组成部分，数 量处于中等丰度水平，相关报道较少。 量处于中等丰度水平，相关报道较少。 海洋沉积物中最重要的真细细类群。 海洋沉积物中最重要的真细细类群。其中浅海 区以链霉菌为主，也有较多游动放线菌； 区以链霉菌为主，也有较多游动放线菌；而深海 菌。 区沉积物中的 放线菌为 菌 菌。 动物 海洋 物的 部分的海洋放细线菌， 部分的海洋放细线菌， 相 较多的是海 。
核酸探针杂交技术
• 核酸杂交技术快速，能灵敏地探测出环境微生物 核酸杂交技术快速， 中特殊的核酸序列， 中特殊的核酸序列，并且用光密度测定法可直接 比较核酸杂交所得到的阳性条带或斑点就能得出 定量的结果， 定量的结果，从而反映出相关微生物的存在及功 能。 • 标记核苷酸探针可直接用来探测溶液中、固定在 标记核苷酸探针可直接用来探测溶液中、 膜上或细胞或组织内的同源核酸序列。 膜上或细胞或组织内的同源核酸序列。探针可以 是长探针(100-1000bp)，也可以是短的寡核苷酸 是长探针 ， (10-50bp)。杂交方式可以是菌落杂交、狭缝杂交 。杂交方式可以是菌落杂交、 或原位杂交。 或原位杂交。
斑点杂交或狭缝杂交法
基本过程： 基本过程：
将变性的DNA或RNA直接点到固相支持滤膜上→ 将变性的DNA或RNA直接点到固相支持滤膜上→用标记 DNA 直接点到固相支持滤膜上 探针与之杂交→自显影或显色反应→检测杂交信号→ 探针与之杂交→自显影或显色反应→检测杂交信号→分析结 果。
优点： 优点： 缺点： 缺点：
海洋古菌的分布
游 古 菌 海 洋 浮 古菌的绝对数量大约占微型浮游生物的2%。 古菌的绝对数量大约占微型浮游生物的2%。 2% 表层海水中多为广域古菌，而在150米深以下的水域中则 表层海水中多为广域古菌，而在150米深以下的水域中则 150 以泉古菌为主。 以泉古菌为主。 浮游古菌的分布还受到季节、 浮游古菌的分布还受到季节、海水温度和海流等环境因 素影响。 素影响。 海域、 海域、 海域 境 古 菌 特 殊 生 海 海 主 深度的 物中古菌分布 。 物。 物。
海洋真菌的分布
木生真菌 藻体真菌
存在于漂流木、沉积木。多数为子囊菌。 存在于漂流木、沉积木。多数为子囊菌。其分布特 点为热带海域和浅海较广泛。 点为热带海域和浅海较广泛。种类与丰度受季节及 附着基质影响。 附着基质影响。 生活方式为腐生、寄生或共生。 生活方式为腐生、寄生或共生。海藻及其代谢物对其分布影响 显著。如含单宁酸的马尾藻真菌极少； 显著。如含单宁酸的马尾藻真菌极少；红藻上有数量较多的酵 母菌而褐藻相对较少，因后者分泌酚类。 母菌而褐藻相对较少，因后者分泌酚类。 多数为腐生，能分解红树的枯枝败叶， 多数为腐生，能分解红树的枯枝败叶，为海洋提供 有机物碎片。 有机物碎片。
泉古菌目
广古菌目
The marine sponge Axinella mexicana and its archaeal symbiont, Cenarchaeum symbiosum. 3A., Axinella mexicana a bright red demosponge found off the California coast. 3C., FISH experiment showing C.symbiosum population present in the sponge tissues (in green). Many of the C. symbiosum cells are visibly dividing.
有
DNADNA-DNA RNARNA-DNA RNARNA-RNA
三类杂交
该Baidu Nhomakorabea优点： 该法优点：
不需提取核酸，故可完整保持组织或细胞的形态， 不需提取核酸，故可完整保持组织或细胞的形态，因而 更能准确地反映组织细胞的功能状态。 更能准确地反映组织细胞的功能状态。
PCR特异性扩增技术 特异性扩增技术
2现代生态学要研究与解决的主要问题
能源短缺问题 环境污染问题 防止自然生态系统的萎缩、保护森林， 防止自然生态系统的萎缩、保护森林，防止沙漠化等 城市有机废弃物的处理及综合利用的生态工程 建立高产高效、持续发展的生态农业和企业化生态工厂。 建立高产高效、持续发展的生态农业和企业化生态工厂。 如：白色农业 生命活动密切相关元素、 生命活动密切相关元素、化合物及生态效应与人体健康关 系。 海洋资源的生态调查、开发利用、 海洋资源的生态调查、开发利用、保护的研究
3微生物生态系统多样性 微生物生态系统多样性
陆生微生物生态系统 水生微生物生态系统 大气微生物生态系统 根系微生物生态系统 肠道(消化道) 肠道(消化道)微生物生态系统 极端环境微生物生态系统 活性污泥微生物生态系统 生物膜” “生物膜”微生物生态系统
海洋微生物的分布
海洋古菌的分布 海洋真细菌的分布 海洋真菌的分布 海洋真核微藻的分布 海洋病毒的分布
第二章 现代微生物生态学
现代生态学的研究领域 现代生态学要回答和解决的主要问题 微生物生态系统多样性 微生物生态学研究方法
传统方法 分子生物学方法 微生物酶活性测定
1现代生态学的研究领域 现代生态学的研究领域
生态系统中种群规模的调控 生物生产力的利用和保护 研究人工生物群落的稳定性和提高生产力 环境污染防治 城市生态系统生态学和人类生态学的研究 和建设