土壤微生物檢測多樣性研究的現狀

近年來,高通量測序、DNA條形碼技術以及生物信息學等新方法的快速發展,為大規模、快速、準確、全面檢測土壤微生物檢測多樣性提供了技術保障,已成為當前微生物多樣性研究的一個熱點。世界各國開展了一些土壤生物學方面的研究計劃,發展了很多新的研究方法,使人們對土壤微生物的組成和功能多樣性及其時空分布有了更深入的認識。2011年發起的土壤微生物檢測多樣性倡議旨在促進對土壤生物多樣性及其生態服務功能的認識,為制定環境政策提供科學依據。美國科學家發起的地球微生物計劃,旨在范圍內收集20萬份各種環境樣品,分析其微生物組成和功能多樣性,構建微生物組成和基因分布圖。近十余年來,在國家科技部、國家自然科學基金委員會、中國科學院等機構的資助下,中國的土壤生物學研究也取得了很大的成績。如科技部啟動了基礎性工作專項,重點收集我國不同生態系統的微生物資源,揭示微生物多樣性;2014年開始,中國科學院實施了戰略性先導科技專項(B類)“土壤–微生物系統功能及其調控”,重點研究土壤微生物分布格局、微生物過程與地上–地下生物協同調控與氮磷利用機理。這些研究將會極大地促進中國土壤微生物檢測生物學的發展。
相對于植物和動物,土壤微生物檢測多樣性監測與研究起步相對較晚。zui近十幾年來,由于技術手段的進步,土壤微生物多樣性和生物地理學方面的研究取得了豐碩的成果。對北美和南美大陸土壤細菌多樣性的研究表明,在大尺度上土壤pH是影響細菌多樣性和豐富度的zui重要環境因子,而真菌對土壤pH的敏感性弱于細菌。在尺度上對土壤真菌的地理分布研究表明,氣候和土壤因子是預測真菌多樣性和組成的*參數,但不同真菌類群隨著氣候、土壤、植物參數變化的模式表現出了很大的差異。在不同的地理尺度上,土壤微生物多樣性變化的關鍵驅動因子會有所不同,即表現出尺度依賴性。如在中國西部干旱和半干旱草原土壤中,土壤細菌多樣性和組成主要受到干旱度的影響,與此同時,氣候和地理距離也同時影響著細菌群落的生物地理分布模式。
中國科學院下屬的很多與生態、環境、農業相關的研究所均有土壤生物尤其是土壤微生物檢測相關的專業研究人員,如長沙農業現代化研究所、南京土壤研究所、成都生物研究所、生態環境研究中心、微生物研究所、東北地理與農業生態研究所、沈陽生態研究所、城市環境研究所等。尤其在zui近幾年,在利用高通量測序技術研究土壤微生物多樣性方面取得了很多進展,這里只介紹幾個實例。在中國科學院“十二五”生物多樣性監測計劃的支持下,成都生物所和南京土壤研究所建立起完善的高通量測序和生物信息學平臺,重點為生物多樣性研究提供技術服務,先后培訓了科研人員上百人。中國科學院微生物所對我國南北熱量梯度下一些典型森林生態系統中真菌的組成和多樣性開展了研究,揭示了真菌群落的形成機制。在重點樣地也開展了大型真菌的監測工作。成都生物所在內蒙古草原土壤微生物地理、土壤微生物對變化的響應等方面開展了研究,同時在青藏高原、貢嘎山開展了土壤微生物多樣性監測工作,研究揭示了不同細菌類群對氮沉降和增溫的響應模式。土壤pH也是驅動微生物多樣性變異的關鍵因子。東北地理與農業研究所等調查了我國黑土微生物群落的地理分布,發現細菌群落組成主要受土壤pH和有機碳的影響,而真菌群落的變化主要受土壤有機碳的驅動。這些結果為進一步系統地開展土壤微生物監測與研究打下了堅實的基礎。