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土壤微生物生态学研究方法进展蔡燕飞,廖宗文华南农业大学资源环境学院,广东广州 510642 摘要:土壤微生物研究方法经历了微生物纯培养、土壤酶活性(BIOLOG微平板分析)、微生物库(如微生物生物量)和流(C和N循环)、微生物生物标记物(FAMEs)、微生物分子生物学技术(从土壤中提取DNA,进行PCR-DGGE、PCR-SSCP、RLFP分析等),揭示了土壤微生物群落丰富的多样性和生态功能;现代生物技术和传统微生物研究方法的配合将为土壤微生物学研究提供较好的前景。关键词:土壤微生物生态;酶;微生物生物量;生物标记物;分子生态中图分类号: 文献标识码:A 文章编号:1008-181X(2002) 02-0167-05 土壤微生物学最本质的问题是微生物生态学的问题。本文旨在对这领域的研究作个回顾,介绍一些新方法,对将来土壤微生物研究作出展望。 1 微生物纯培养 传统的土壤生态系统中微生物群落多样性及结构分析大多是将微生物进行分离培养, 然后通过一般的生物化学性状,或者特定的表现型来分析,局限于从固体培养基上分离微生物。随着人们对土壤中微生物的原位生存状态研究,越来越发现常规的分离培养方法很难全面地估价微生物群落多样性。从土壤中简单提取和平板培养计数不能得到土壤微生物在土壤生态系统中的生活特征和生态功能[1]的信息。纯培养方法和原理大多从医药微生物引过来的,有些方法对土壤微生物研究并不很适合,譬如在自然土壤生态环境下许多土壤微生物处于贫营养,而在实验室用营养丰富的牛肉汁蛋白胨来测定土壤活细菌的总数, 大量的贫营养微生物不适宜生长,测定结果误差大;一般实验室在分离培养土壤细菌时通常只是在28 ℃下培养。尽管土壤中存在高温型细菌,但土壤中的低温型细菌则被忽视了。由于传统的平板培养方法只能反映极少数微生物的信息,这些研究不能充分了解土壤微生物生态功能,也埋没了大量有很大应用价值的微生物资源。 2 土壤酶 用生物化学技术能快速地检测土壤酶活性,使土壤酶学研究在60年代后期至80年代比较热门,其中尿酶[2]、磷酸酶[3]、脱氢酶[4]在土壤中的含量和变化规律研究较多。但土壤酶测定方法用于土壤微生物研究的一个致命弱点是不能直接的反映土壤实际微生物状况。Visser 等对酶检测用于土壤微生物群落和土壤质量评价提出了怀疑[5]。 Skujins(1978)认为脱氢酶本身的生物化学特征决定了它不可能以胞外酶状态存在于土壤中[6]。为了解决土壤酶测定中的评判问题,Beck(1984)提出了土壤微生物如微生物量(microbialbiomass)、还原酶(reductase)、水解酶(hydrolase)的适宜指标,然而,这些指标从来没有被广泛采用。Beck(1984)和Trasar-Cepeda et al.(1998)认为把酶用于土壤质量评价指标是值得怀疑的,而且缺乏常规可行的酶测定手段,存在药品昂贵等问题[7,8]。 Community-level physiological profiling (CLPP)是由Garland and Mills (1991)提出的另一种酶分析方法[9],微生物群落降解95种不同单一碳源的能力可一次分析,其中BIOLOG GN微平板较多应用于研究土壤和环境微生物区系。作者采用BIO