原核微生物物种多样性的研究方法

第2章原核微生物物种多样性的研究方法原核微生物是一类无真正细胞核的微生物

如细菌放线菌蓝细菌古细菌

根据世界自然保护联盟

生态系统和生态过程以及有关在遗传

原核微生物是具有很高利用价值的生物资源一方面要了解它们在自然环境中的作用有时甚至是极

端恶劣的环境中起作用

本章将介绍研究原核微生物多样性时所使用的方法数值分类分

子分类以及分离培养等由于我们对原核微生物多样性的了解还很不够这些研究方法将不断地得到完善

2

Prokaryotic microbe systematics

1

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1

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á???o?

表2

10 000 000 8

?￠D??T?1×μ?ˉ?? 132 460

软体动物 50 000

棘皮动物 6 100

两栖动物 4 184

爬行动物 6 380

鱼类 19 000 21 000 90

鸟类 9 198 100

哺乳动物 4 170 100 注1992

ê??ù?Y1ú?êé?1?è?μ?·¨1?oí3ìDò??·?ààμ￥???òààèoò???3?

μ???òaμ?ê??ü??2???°üà¨?yè·ê1ó?à-????

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微生物鉴定是测定一未知物种是否属于某一已知的类群鉴定是分类的重要内容对于从自然生态环境中分离的大量菌株一开始就进行分

类研究是不适合的

医学上的诊断微生物学就是鉴定病原微生物

如今已成为令人振奋和迅速发展的学科

原有的观点在不断地变化新的细菌系统分类学在下列领域具有十分重要的作用临床细菌学家寻求改进诊断方法农业生物工程学家试图建立微生物多样性与支撑农业间的关系等随着人类对保护和发展生物资源兴趣的增加

因此

20世纪50年代末和60年代初核酸

在微生物分类领域中计算机辅助分类或数值分类分子分类

chemotaxonomy

Goodfellow1994

2 3 原核微生物的命名 一个多世纪以来并以此去规范原核微生物的名称和认识它们有人称命名是分类学的１１ 名称的功用和构成 虽然许多细菌的名称看起来像是对细菌的描写或其行为的说明因此要体现有关分类单位的科学性和可靠性可以是分类等级中的任何一个Linne ?-?ò

2 从高级到低级的主要分类单元 分 类 单 元

例 子 界 (Kingdom/Regnum) Procaryotae 门

Ｄｉｖｉｓｏ

Class

Protobacteria

目Ｏｒｄｏ

Family Genus Species/Species

1

2　命名的原则 细菌的命名法规是 1980年 1月 1日开始实行的国际细菌命名法规ICSB

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Genus

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International Journal of SystematicBacteriology ?-3?ò??°2???μè2?????μ???

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?ú?êsn 新届名后加ｎｏｖcomb

这里需要指出的是无效命名不仅会给分类学研究造成混乱

2

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éú??μ? 1984年已发现3 477种因此

并以此作为获取生物活性物质的主要来源

土壤是最好的生存基质

１０５小单孢菌土壤温度有机

物含量温度等影响因此放线菌数量少

耐酸的链霉菌成为优势菌Actinoplanes

等稀有放线菌则较多

土壤样品最好装入无菌塑料袋或更低温度下

水田土或泥土样品要及时分离

ｌ预

处理的方法有物理的和化学的两类热预处理和离心处理是常用的两种物理方

法３给出了选择分离放线菌的热预处理的常规方法

如果将两类预处理方法结合使用

此外

表2

1小时Micromonospora,Microbispora和Streptosporangium 湿热 ２小时Rhodococcus

湿热 １０分钟生孢放线菌类群

湿热,70

2

?ù?Y?ú????ì?μa?′?ˉo???μ?Dè?ó

±í2

?à??ì??t?÷òa???à?????èò?°??D

???￠éú??ê??ú25~3050?à???á???ú3￡ê1ó?

CO2培养箱或者液体培养技术

2~5ìg

10ìg

25ìg

20ìg青霉素G(10U

10ml

100ìg

25ìg25ìg

5ml15ìg

1ìg5ìg

25ìg

25ìg

20ìg30ìg

l ml5ìg

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2

2 2 厌氧微生物的分离

厌氧微生物而不是O 2的一类微生物通常将生存在低氧压水平环境中的微生物分为微好氧型厌氧型strictlyanaerobic 5列出了特殊的嗜温厌氧微生物

biotransformation

?á3??ó??3?à?ò2?éò?·?à?μ??á???￠éú??

表2

2ú??Acetobacterium malicum 淡水沉积物2-甲氧基乙醇甲醇

2-乙氧基乙醇乙醇

1.2-丙醇丙酸丙酮

Bacteroides pcctinophilus 人类粪便多聚半乳糖醛醋酸

Eubacterium limosum Ruminal液体CO2十甲醇丁酸

醋酸

Ｈ2ò??á

Eubacterium angustum 污水淤泥尿酸醋酸

Hyobacter polytrophus 海底软泥巴豆酸己酸

3-羟丁酸己酸

甘油３－丙醇

甲酸乙醇

柠檬酸HOAc

Oxalobacter formigenes Ruminal液体草酸CO2

人类粪便

Pelobacter acetylenlcus 淡水沉积物乙炔醋酸

乙酸

乙酸

乙酸H2 Syntrophomonas wolfei Ruminal液体糖十甲醇

乙酸十没食子酸

机物质中的厌氧菌数量较少

在培养过程中使用还原剂以便保持生长需要的低氧化还原电位因此在培养基中常常使用半胱氨酸以使Eh在-50 mV以

下Clostridium perfringems,bacteroides fragalis和Peptostreptococcus magnus

è?N2和CO2培养箱正在被广泛使用

２

原核微生物中的极端环境细菌古细菌下生长

如具有热稳定酶和废物降解功能等表2

·?à?êèèè?￠éú??3yá?òa?ó?????à??ò?ía

?üòa?ó±ü?a?à???ù?é???ò?ú?à??èY?÷à??óò??¨μ??????1ò?×è?1?à???ù??·???·￠

2的说明

表2-6 特殊的嗜热厌氧微生物

细菌分离来源生长温度底物

　Ｈ2

H2

H2S

92

H2S Thermoanaerobium brockii 温泉65èé?á

H2

淀粉CO2 Thermoproteus tenax Solfatara 农田80淀粉

２ 嗜热微生物分离步骤

嗜热微生物在自然界有广泛分布粪便谷物及糖渣等均是分离嗜热菌

的材料样品材料分离前的预处理和选择培养基与分离中温微生物一样均属必需

2 4 深水微生物的分离

深水微生物是在地理表层下栖息长期以来因缺乏有效的深水样品采集和微生物检验方法近年来人们认识到它们在地

质形成活性物质产生等方面具有意义

已有的研究表明:优势菌多为化学异养菌

一般使用一种泥芯提取装置在要求的深度采样

去样品表面污染层由于样品取自深层厌氧层

保存时应该在厌氧环境中进行

为使微生物细胞从样品中释放游离出来

0．1V 10H

2O

???ùμ?·?à??à2éó?ò?????éú?￠éú?????ˉ?÷è?oó??DD???¤?à??·?à? 3 原核微生物分类的研究方法 2 1 数值分类 数值分类的主要目的是提供准确的大信息量的分类中获得的被分类菌株实验包括生化

形态等ｔ的数据矩阵使用得出的数据矩阵检验数值上定

义的类群进行加权鉴定３１ 数据收集 对菌株进行数值分类

特征太少会影响分类结果的可信度阳性特征记录为或阴性特征记录为或

３２ 计算相似性 每一实验菌株要与其他菌株进行比较

()100100%×+×=n d a S sm 或特征总数相同特征的和

式中a 为相同阳性特征数n 等于特征总数

可以得出一个非聚类相似矩阵图和阴影图

21

×?3￡ó?μ?ê?μ￥á′????àà·???·?·¨

óé×????μ?aê??′?é??í?2 5dendrogram

í?2

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?í?éò?oüèYò×μ???êμ?éêy?Y×a???a·?ààê1ó?μ?ê÷×′?×

2 2 化学分类

化学分类并利用这些特性对它们

进行分类与鉴定糖许多

适宜统计分析的化学技术方法已在细菌分类中应用

７ 在细菌种及亚种水平的分类和鉴定中使用的化学技术

分析分类单位统计

复合脂Mycobacterium无

羟脂肪酸Legionella SIMCA 主要成分分析

脂肪酸Corynebacterium Rhodococcus群聚分析

脂肪酸Streptomyces cyaneus SIMCA主要成分分析

脂肪酸Ampcolata Pseudonocardia主要成分分析

脂肪酸Erwinia,Pseudomonas

S?D±eê?·???

全细胞热解质谱测量Streptococcus pyogenes 主要成分

群聚分析

全细胞蛋白Xanthomonas campestris 相关性系数

选自Goodfellow和O'Donnell(1994)

31　细胞壁化学组分分析

细菌细胞壁的主要化学组成是两个氨基糖单体G

M PePtidoglycan

áú?üμ???á′±?′?í¨1y???ü12á?è??ìéúμè 1990

7

?ù?Y????ì?·?×ó?D??á′μú3位氨基酸的种类

这类苗与其他革兰氏阳性细菌一样也表现为5种类型

１与邻近肽链以3?aàà?ú°üਰ?×′???ú

Mycobacterium Nocardia

节杆菌Propionibacterium

24交联Streptococcus

Pediococcus Leuconostoc

Micrococcus Bifidobacterium

3与邻近肽链以3?aàà?ú°üà¨á′?1?ú

类诺卡氏菌节杆菌

ó?áú?ü??á′ò?3?aàà?ú°üà¨???????úoíèé?á???úê??D

μ??ú

5μú2位的D-谷氨酸和第4位的D-丙氨

酸之间的羧基在内

Lechevalier等将放线菌归纳

为9个主要类群和4个糖型

运用这一划分属的观点如类脂

表2

DAP

DAP

DAP Actinomadura 13 IV meso arabinose

ornithine Actinomyces israelii 1 VI lysine,(asparic acid,galactose

glycine Agromyces 1 VIII ornithine Bificobacterium 2

IX meon

*所有细胞壁均含大量丙氨酸Gln Muramic acid

* *总数指已知细胞壁类型的属

９ 放线菌全细胞的主要糖类型

糖类型主要成分代表属属总数

A Arabinose

Arabinose Micromonospora 5

22

·????úμ???°??¤é?2?í?ê?μ??ú??á×?áàà??×é3éê?2?í?

μ?

磷酸类脂的种类虽多有人

指出图2磷脂酰乙醇

胺；ｐｈｏｓｐｈａｔｉｄｙｌ　

ｍｅｔｈｙｌｅｔｈａｎｏｌａｍｉｎｅ磷脂酰胆碱磷脂酰甘油

含葡萄糖胺未知结构的磷酸类脂

图2

b c.磷脂酰胆碱磷脂酰甘油含葡萄糖胺未知结构的磷酸类脂

由图2????á×?áàà???á11?D??o?óD??·??á????á×?áàà????·?3é??·??á?×?ù?￥与磷酸类脂需

借助于气相层析鉴别

大多数侧链饱和脂肪酸为iso

CH

3COOH CH3CH CHZ

iso系列与饱和脂肪酸是不是17碳烯酸

I 型主要成分为 anteiso ANT

2?ê?17碳烯酸

III 型主要成分为17碳烯酸ＩＳＯ存在

如有

ＰＡ１９８０

并根据上述5种特征性磷酸类脂的组成表2

10 好气线菌的磷酸类脂型

磷酸类脂型特征性的磷酸类脂

PE PME PC Glu Nu PG P I - - - - V

PII

v PIV v v -

-为不存在为存在

22

Isoprenoid quinone

Jeffrie′?oó1977

1985?×?ùYá??

K

2

酶Q??·?×ó?Dμ??à??2àá′3¤?è?alí?2??ì?3上多烯链的氢饱和度或氢化度也不同醌作为分类学的指标就在于这种侧链长度和氢饱和度的变化

大多数细菌含有甲基萘醌或泛醌包括放线菌在内的革兰氏阳性细菌只含甲基萘醌MK

o?óD8±í 2è???3è?êμ?ê??ú

和稍变棒杆菌就发现有完全非他和的异戊烯侧链

Micrococcus

7 Thermoactinomyce

b MK

8Rhodococcus hodochrous

8Nocardia

单位上被2 c MK H 4

89Saccharomonospora

b MK H

410

ActinoPlanes

Streptomyces IV a MK H

299Microtetraspora

999StrePtomyces

和度不同的萘醌Ｈ

410

Nocardiopsis

2 3 分子分类

分子分类是应用分子生物学技术和理论在基因水平上研究微生物的多样性

DNA碱基组成的研究仍可帮助我们区分那些表征型相似而遗传学不相关的菌株

ribotyPing分析

rRNA序列分析技术在属级及属以上水平研究细菌的进化关系这是因为rRNA具有进化上的保守性

３１ ＤＮＡ碱基组成分析在分类中的应用

自从DNA的双螺旋模式被提出以来

在细胞染色体DNA中并在t

°±?ù?áμè·′ó|??μ?2?ó????ü??μ?

o?3éó???ò?2?μ÷?úá???°?μ??ùóDéúàíéú?ˉ1|?ü

在DNA双螺旋中A配对形成两个氢键G

配对形成3个氢键这样在双链中

G的数目等于C的数目4种碱基的含量及排列顺序可能不同Ｔ对G

ò?°??μà′òò′?

ò2óD?à??μ? mol G相近的两个种

换言之例如Saccharompces cerevisiae

Bacillus sub t ilis的　ｍｏｌ

不过G不相近的两个种作为一个原则

G相差2è?1??à2?

5è??à2?10?à?à2?20

23

1Digoxigenin?μí3ê?ò???·?·?é?D?±ê???μí3 RNA或寡核苷酸

DNA合成或TaqDNA聚合酶被 DIG UTP标记上

Ｔ３或T7RNA聚合酶被DIG UTP标记上

１１标记的探针与膜上的DNA杂交后

然后通过化学方法将之探测出

２RFLP

è?oóí¨1y?′??DNA分子将生物的性状一代代地传下去

差异而这种碱基排列顺序不同带来的差异就

成为我们今天研究生物进化关系的分子依据亲缘关系近的两种生物

反之其亲缘关系必定相近

并在此切割双链DNA5或6个核苷酸且呈二重对称的特异序列如BamHI识别

ＧＧＡＴＣＣ３

ＣＣＴＡＧＧ５

53

5

它会将其切割成大小不一的一系列片段亲缘关系越近的生物酶切后相类似的片段就越多用琼脂糖电泳等方法将这些片段检测出来

23

Woese等

这种方法就是所谓的 16S核糖体核糖核酸

???ò′??úóú?ùóDμ???o?éú????°??D

?ò??êì?a

ò????ú?aày30S亚单位由16S rRNA和21种蛋白质组成　５Ｓ　ｒＲＮＡ和 34种蛋白质组成

而核糖体是细胞中遗传信息得以表达

因此rRNA在生物细胞中的重要性是可想而知的

16S

左右

以至保留了古老祖先的一些序列这些序列可以用来确定古代的进化关系这就可以用来研究亲缘关系比较近的种属间的关系16S rRNA的分子量适中核糖体含23S它们所含的核苷酸数分别大约为2 900 5S rRNA仅含 120个核苷酸但没有足够的遗传信息用于分类研究

几乎是 16S rRNA的两倍所以最理想的是 16S

rRNA

??ò?????°ù?à?????ú??DDá??D??archaeobacteria

eubacteria

20世纪60年代末所以Uchida等

设计了 16S rRNA寡核苷酸序列分析方法如果两株细菌的亲缘关系比较近所产生的一

系列相应寡核苷酸的序列也必然相似再用核酸酶水解产生一系列寡核苷酸用放射性自显影技术确定不同长度的寡核苷酸斑点在电泳图谱中的位置图中每一斑点的寡核苷酸将被提取和进行序列分析可以定量得到像全序列一样的信息１１中分别用产气气杆菌

Y ersinia Pestis

°×°?μ?′ú±íá????ú?D12óDμ?1?o?ü??á

??òa?òμ￥μ?êyò????a???àì??ò?àí?μ?1?o?ü??á°?μ?μ???êy????

?ú×??ó?ü′ó3|???ú

?a????רò?μ????a??à??ê端磷

酸酯键因为较短的寡核苷酸对研究进化关系意义不大现以大肠杆菌为例说明这一

核糖核酸酶可将它切成大约 550600

问题用T

个大小不等的片段端以G结尾大至含20个碱

基例如

二十核苷酸的数目就更少

其排列方式的数目可用公式3n来计算较短的寡核苷酸如五核苷酸但长的寡核苷酸就难以出

现重复大肠杆菌的四核苷酸有52个这就意味着有几种寡核苷酸必定重复出现多次但理论上计算有243种排列方式每一种只出现一次

一对应对于小的寡

核苷酸而言很难使它们这样对研究

物种进化就意义不大一般只分析比较六核苷酸以上的寡核酸

这样的寡核苷酸共 65o? 500?? 16S r全部碱基的 30

?ò??ò??ü×?è·μ??òμ?????1?o?ü??á?ú????·?×ó?Dμ?

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?′ó??à???μêy·¨oí1?o?ü??áDòáDó??￡·¨

?′???ò???1μ?ó?

HVE法是将 16S rRNA水解后进行 HVEμú?t?ò?ú DEAE纸上

见图2?è??????í??Dμ?°?μ??D??è?oóó?2?í?o??á?????aè?1??1óDD?1?o?

ü??á2??üè·?D·???3?à′ò??±μ?°?DòáDè·?¨??à′oó

TLC法是在 HVE法的基础上经过改进发展起来的一种有效的方法

16SrRNA不是先经活体标记

ＡＴＰ在体外进行标记第一向是在醋酸纤维素纸上进行HVE

?ú?×?á°·ìY?è?D??DD2????a·???1?o?ü??áDòáD

è?oó?úò??¨ì??t??ó?????DD???a

???ˉ?¨ò?±?òaê±?é??DDèy??·?????μ?μ?μ?DòáD?ù??

DD±à??±è??·???

ó? 16S r寡核苷酸编目分析技术已对 400多株细菌从

对大量菌株的比较分析中１９８７

古细菌从没有核膜这一点上讲但从生物化学和一些生物大分子结构上看也不同于真核生物古细菌与一般细菌

并不比它与真核生物的关系近古细菌既不同于原

核生物它们组成了一个新的

Woese认为这就打破了传统的生物有两条进化线的概念

还具有一些与真核生物相同但不同于真细菌的特征真核生物与古细菌都是用蛋氨酸t

再如基因中的插入序列

intronμ?2?±?·-ò?

áííaμ?2?í?óú?????ú

Chloramphenicol Kanamycin Rifomycin????o?éú??μ?×a??óD′ù??×÷ó?μ??1éú????1????úò2óD′ù??×÷ó??1?éò??ù3?Dí?à

ày×óé?ê?ò?D?1????úμ?ì??÷

??1????úμ?·￠??ê×?èê???1?o?ü??á±à??±è??·????ü????????óD????1?o?ü??á?àí?

????àà1????ú????μ?S AB值却比较高

近年来的研究成果从不同方面更进一步证实了这一发现

而且对一般真细菌之间的亲缘关系进行了比较深刻的揭示１９８７

把整个真细菌划分为10大组

革兰氏阳性菌

RhodosPirillum

Spirochaeta

Sulfate及其相关菌

Bacteriodes Flavobacterium

Cyanobacteria

Green sulfurbacteria

Green non及其相关菌

Deinoccus radiodurans

Planctomyces

微生物多样性对植物群落影响的研究进展(1)(1)

安庆师范学院本科毕业（学位）论文 姓名：王婷婷 年级： 2 0 0 7级 专业：环境科学 论文题目：微生物多样性对植物 群落影响的研究进展 完成日期：2011年4月27日 指导老师：潘少兵 安庆师范学院资源环境学院 二O一一年四月二十七日

微生物多样性对植物群落影响的研究进展 作者：王婷婷指导老师：潘少兵 （安庆师范学院资源环境学院安徽安庆246011） 摘要：土壤是微生物的主要存在场所，它承载了大部分生命的基因多样性。微生物群落在各种生态进程中具有重要作用，但是对于微生物多样性与执行生态功能能力的联系却研究的很有限。这篇文章以微生物多样性在植物群落方面的作用为基础，探讨微生物群落在执行生态功能中的冗余现象。 关键词：微生物多样性；功能冗余；植物多样性 Advancement of Effect of Microbial Diversity on Plant Diversity Autor：Wang Tingting Instructor: Pan Shaobing （School of Resources and environmental science,Anqing Teachers’College,Anqing 246011,Anhui） Abstract: Microbes are abundant in soil and comprise a large portion of Life's genetic diversity. Soil microbes play key roles in a large number of important ecosystem process- es. But the relativity between soil microbial diversity and their ecological functions is still poorly understood. Here we approach the functional redundances during soil microb- es influencing the ecological functions based on the various roles that they play in plant diversity. Key words：microbial diversity, functional redundances, plant diversity 引言： 土壤是微生物的主要存在场所，微生物在土壤养分转化与腐殖质形成过程中有着非常重要的作用。土壤生态系统是保证动植物生存、农业健康、持续发展的基础[1],对全球的生态环境变化有着深远的影响。土壤微生物群落是土壤中的活性组分, 包括细菌、真菌、放线菌和原生动物、病毒和小型藻类[2],每克土壤中栖息着大约100 亿个微生物[3]。土壤微生物群落对全球生态系统功能如养分转化、有机物的分解、土壤基本结构的维持、

微生物多样性研究—β多样性分析概述

微生物多样研究中的—β多样性分析概述

一、β-多样性分析介绍 1. β（Beta）Diversity： 是对不同样品/不同组间样品的微生物群落构成进行比较分析。 ?β多样性分析前的数据“来源”： 1）OTUs的丰度信息表； 2）OTUs之间的系统发生关系， 计算Unweighted Unifrac及Weighted Unifrac距离。 ?通过多变量统计学方法主成分分析(PCA，Principal Component Analysis)，主坐标分析(PCoA，Principal Co-ordinates Analysis)，非加权组平均聚类分析(UPGMA，Unweighted Pair-group Method with Arithmetic Means)等分析方法，从中发现不同样品（组）间的差异。

2. PCA & PCoA分析 ?主成分分析（PCA）是多变量统计学中最为人熟知的分析方法，它通过线性变换，将原始的高维数据投影至少量新合成的变量（即主成分），从而简化数据结构，展现样品的自然分布。 ?主成分分析不考虑原始变量之间可能存在的相互关系，并且是基于欧式距离评价样品之间的相似度。 ?多维尺度分析与主成分分析类似，但是它可以采用任何距离评价样品之间的相似度。主坐标分析（Principal coordinates analysis，PCoA）是经典的多维尺度分析方法。

3.UniFrac距离 ?由于微生物极其多样，不同微生物彼此之间的系统发育关系往往千差万别，仅仅将群落中不同微生物成员视为相互独立的变量显然并不合理。 ?因此，在比较不同群落样品之间的差异时，需要考虑两个群落成员之间的系统发育关系是否相似。 ?基于这个思想，计算微生物群落样品间距离的UniFrac距离应运而生，通过比较两个群落各自独有的微生物成员之间系统发育关系的远近，更为客观地反映两个群落样品之间的相似程度。

高通量测序：环境微生物群落多样性分析

(5)高通量测序：环境微生物群落多样性分析 微生物群落多样性的基本概念 环境中微生物的群落结构及多样性和微生物的功能及代谢机理是微生物生态学的研究 热点。长期以来，由于受到技术限制，对微生物群落结构和多样性的认识还不全面， 对微生物功能及代谢机理方面了解的也很少。但随着高通量测序、基因芯片等新技术 的不断更新，微生物分子生态学的研究方法和研究途径也在不断变化。第二代高通量 测序技术（尤其 是Roche 454高通量测序技术）的成熟和普及，使我们能够对环境微生物进行深度测序，灵 敏地探测出环境微生物群落结构随外界环境的改变而发生的极其微弱的变化，对于我 们研究微生物与环境的关系、环境治理和微生物资源的利用以及人类医疗健康有着重 要的理论和现实意义。 在国内，微生物多样性的研究涉及农业、土壤、林业、海洋、矿井、人体医学等诸多领域。以在医疗领域的应用为例，通 过比较正常和疾病状态下或疾病不同进程中人体微生物群落的结构和功能变化，可以 对正常人群与某些疾病患者体内的微生物群体多样性进行比较分析，研究获得人体微 生物群

落变化同疾病之间的关系；通过深度测序还可以快速地发现和检测常见病原及新发传 染病病原微生物。研究方法进展 环境微生物多样性的研究方法很多，从国内外目前采用的方法来看大致上包括以下四 类：传统的微生物平板纯培养方法、微平板分析方法、磷脂脂肪酸法以及分子生物学 方法等等。 近几年，随着分子生物学的发展，尤其是高通量测序技术的研发及应用，为微生物分 子生态学的研究策略注入了新的力量。 目前用于研究微生物多样性的分子生物学技术主要包 括:DGGE/TGGE/TTGE 、 T-RFLP 、SSCP、FISH 、印记杂交、定量 PCR、基因芯片等。 DGGE 等分子指纹图谱技术，在其实验结果中往往只含有数十条条带，只能反映出样品中少数 优势菌的信息；另一方面，由于分辨率的误差，部分电泳条带中可能包含不只一种 16S rDNA 序列，因此要获悉电泳图谱中具体的菌种信息，还需 对每一条带构建克隆文库，并筛选克隆进行测序，此实验操 作相对繁琐；此外，采用这种方法无法对样品中的微生物做 到绝对定量。生物芯片是通过固定在芯片上的探针来获得微

中国微生物物种多样性研究进展_郭良栋.

生物多样性 2012, 20 (5): 572–580 Doi: 10.3724/SP.J.1003.2012.10129 Biodiversity Science http: //https://www.sodocs.net/doc/ef15210620.html, —————————————————— 收稿日期: 2012-06-13; 接受日期: 2012-08-10 基金项目: 国家自然科学基金重点项目(30930005) ? 通讯作者 Author for correspondence. E-mail: guold@https://www.sodocs.net/doc/ef15210620.html, 中国微生物物种多样性研究进展 郭良栋* (中国科学院微生物研究所真菌学国家重点实验室, 北京 100101) 摘要: 微生物是分布最为广泛的生命形式, 几乎分布到地球上的所有生境, 具有丰富的物种多样性。我国地域辽阔, 跨越热带至寒温带, 气候条件多样, 地理环境与生态系统类型复杂, 是世界上生物多样性最丰富的国家之一。我国已开展了大量微生物多样性研究, 并证实我国多样的生境蕴藏着丰富的微生物物种多样性。目前我国已报道真核微生物(菌物)约14,700种, 其中包括真菌约14,060种、卵菌约300种、黏菌约340种, 而真菌中有药用菌473种、食用菌966个分类单元。特别是近年来通过免培养的分子生物学技术发现我国存在丰富的原核微生物多样性。本文概述了传统方法和现代分子生物学技术在我国原核微生物(古菌、细菌)和真核微生物(真菌、卵菌、黏菌)物种多样性研究的最新进展。 关键词: 真核微生物, 原核微生物, 物种多样性, 培养方法, 分子技术 Progress of microbial species diversity research in China Liangdong Guo * State Key Laboratory of Mycology, Institute of Microbiology, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101 Abstract: Microbes with rich species and genetic diversity are widely distributed throughout various habitats in the world. China possesses a variety of climate zones, geographic environments, and complex ecosystems, which play a large role shaping the complex biodiversity of this country. Microbial diversity has been widely studied and well documented by Chinese scientists. For example, a total of ca. 14,700 eukaryotic microbe species have been recorded, including ca. 14,060 fungi, ca. 300 oomycetes, and ca. 340 slime molds. Within the Fungi, there have been 473 medicinal fungal species and 966 edible fungal taxa recorded. However, re-cent studies have documented much high species diversity of prokaryotic microbes using molecular tech-niques, which have greatly promoted the study level of microbial diversity in China. This review paper sum-marizes recent research progress of microbial (i.e., archaea, bacteria, fungi, oomycetes, and slime molds) di-versity in China based on traditional and molecular techniques. Key words: eukaryotic microbe, prokaryotic microbe, species diversity, cultivation method, molecular technique 微生物是分布最为广泛的生命形式, 几乎分布到地球上的所有生境, 可利用各种有机化合物、无机盐等作为能源, 在有氧或无氧条件下, 在寒冷的极地、高达100℃的热泉或高盐碱度等极端环境中生活。微生物具有丰富的物种和遗传多样性, 并以高度的变异性适应不同的生境。作为生态系统中的重要组分, 微生物在自然界的物质与能量循环、生态系统的演替以及生物多样性的维持中发挥重要的生态功能。微生物与人类的生活休戚相关, 在直 接或间接地为人类提供了极其丰富的物质资源的同时, 也为人类带来了巨大危害。 Woese 和Fox(1977)以核糖体RNA(rRNA)的小亚基(原核生物的16S 、真核生物的18S 基因)序列为依据, 提出了独立于真细菌(Eubacteria)和真核生物(Urkaryotes)之外的第三种生命形式——古菌(Archaea), 认为它和真核生物以及真细菌是从一个具有原始遗传机制的共同祖先分别进化而来。随后Woese 等(1990)提出了三域(Domain)分类系统, 将

微生物学[第十三章微生物物种的多样性]山东大学期末考试知识点复习

第十三章微生物物种的多样性 一、要点提示 1．生物的多样性系指遗传多样性、物种多样性和生态系统多样性。由于微生物具有与高等动植物迥然不同的特点，使微生物在营养类型、呼吸类型、代谢类型3方面也呈现出丰富的多样性。 2．长期以来人们对细菌的认识仅从形态结构、生理生化、免疫学特性、生态分布进行区分。由于分子生物学方法的建立和发展，特别是16S rRNA寡核苷酸的序列分析，改变或修正了对细菌人为地传统分类的概念，进入了细菌系统发育和自然进化的研究阶段。按照Woese的观点，真细菌占据自然界生物三大域中的一个域，即：细菌域。在确认了16S rRNA中标志性的寡核苷酸保守序列后，真细菌被划分为12个独特的类群。每个类群可以看成是独立的门，它包括了《伯杰系统细菌学手册》中所描述的23个门的细菌。腐生型的细菌在自然界中碳、氮、硫、磷4种元素的循环和能量流动中起着不可替代的作用；一些种是动、植物和人的致病菌，与动、植物的生长和人体健康密切相关；一些具有特殊形态，如具附属物或鞘的细菌，产子实体的黏细菌等，它们的存在丰富了微生物物种的多样性。 3．古生菌是极端环境微生物，它们在形态结构、营养代谢、生理特性、遗传物质及生态分布等方面与真细菌具有十分明显的差异。16S rRNA寡核苷酸序列分析表明它们是生物总系统发育中一个重要的域，包括：产甲烷古生菌、极端嗜热S0代谢菌、极端嗜盐古生菌、无细胞壁的热原体和还原硫酸盐古生菌5个类群。古生菌的发现为人们利用古生菌中的嗜热酶(例如：Taq、Pfu DNA聚合酶)、产甲烷辅酶及其他参与碳、氮物质代谢的酶类，进行分子生物学研究和进行酶法水解、酶法转化制取有用产品提供了丰富的微生物资源。另外，对古生菌嗜热、嗜酸、厌氧、耐高盐、产甲烷、还原硫酸盐及光介导ATP合成的研究，为探索地球上早期原始生命的起源，提供了有力的佐证。 4．生物的共同祖先沿着真细菌、古生菌、真核生物3条路线进化。目前认

北师大版生物八下第22章物种的多样性

第22章物种的多样性 (夜郎中学：余明灯） 第1节生物的分类 一．教学目标： １．尝试根据一定的特征对生物进行分类； ２．生物分类原则、等级和基本单位 ３．练习编写检索表 ４．说明对生物统一命名的重要性 二．教学重难点： １．生物分类的方法；生物命名的方法 ２．活动“尝试对生物分类” ３．活动“编制检索表” 三．课时安排：2课时 四．教学过程： 第1课时 《一》创设情景、引入新课 地球上约有35万中植物和150多万种动物，它们有的形态结构相似，有的彼此千差万别，我们怎样识别这些种类繁多的生物呢？当我们到商品繁多的超市购买东西，会很容易的找到我们所需要的，为什么？——因为它们是按一定的规律分类排列的。认识生物也要采用类似商品分类的方法，根据生物的某些特征将它们分门别类，这就是生物分类。 《二》活动“尝试对生物分类” 【活动过程】：展示图片 观察图片上这些你们所熟悉的各种生物，各小组讨论分析，尝试将它们分成不同的生物类群。 检查结果 问：你们组是根据什么将这些生物分类的？（性状差异和亲缘关系）【导出】：根据这个原则，生物学家将地球上现存的生物依次分为7个等级：界、门、纲、目、科、属、种 （其中基本单位是——种，即为最小的单位；最大的单位是界。）；把各个分类等级按其高低和从属关系顺序排列起来，就构成生物分类的阶层系统。如教材

31页—32页在分类阶层系统中，我们都可以在不同的分类单位中找到各种生物的位置。 刚才看了同学们的分类情况，各有不同，这样是否有利于我们识别生物？如果各执一词是不是就乱套了？那么我们是否需要一个统一的标准呢？ （需要） 所以生物学家根据生物特征的差异，编制出生物检索表。 讲解编制方法 活动“编写检索表” 第2课时 《一》复习旧课，引入新课 【提问】：（1）生物学家们为了弄清各种生物之间的亲缘关系是怎样将生物进行分类的？ （界、门、纲、目、科、属、种） （2）为了便于人们按照统一的标准识别生物，生物学家们依据什么 编制了什么来进行生物的分类？ （生物特征差异检索表） 【引入】：很好！我们要认识一件事物，首先要给它命名，认识生物也是如此，今天我们 就来看看生物的命名。 《二》生物的命名 【师生活动】：在我们认识生物的过程中发现，由于不同的地区，同一种生物往往有多个名称。 请看图，图上的生物在我们这里叫什么名字呢？——（红苕） 这是我们平时喜欢吃的红苕，但它有多个名字哦，在北京则称之为白薯，到了湖南就变成了红薯，江苏又叫山芋，而山东和东北又称之为地瓜。 请再看看图中的这两株植物是什么？——（土豆山药） 不同的两种植物它们却有一个共同的名字——山药，像上面这样两中情况再现实生活中比较常见，那么这样是否方便呢？（容易引起歧义）

微生物的生物多样性简介

微生物的生物多样性简介 微生物是地球上生物多样性最为丰富的资源。微生物的种类仅次于昆虫，是生命世界里的第二大类群。然而由于微生物的微观性，以及研究手段的限制，许多微生物的种群还不能分离培养，其已知种占估计种的比例仍很小。从下面的两张统计表中可以看出。 中国微生物已知物种数与世界已知物种数的比较 微生物的已知种数和估计总种数

微生物是生物中一群重要的分解代谢类群，没有微生物的活动地球上的生命是不可能存在的。它们是地球上最早出现的生命形式，其生物多样性在维持生物圈和为人类提供广泛而大量的未开发资源方面起着主要的作用。 微生物的多样性包括所有微生物的生命形式、生态系统和生态过程以及有关微生物在遗传、分类和生态系统水平上的知识概念。 物种是生物多样性的表现形式，与其它生物类群相比，人类对微生物物种多样性的了解最为贫乏。以原核生物界为例，除少数可以引起人类、家畜和农作物疾病的物种外，对其它物种知之甚少。人们甚至不能对世界上究竟存在多少种原核生物作出大概的估计。真菌是与人类关系比较密切的生物类群，目前已定名的真菌约有8万种，但据估计地球上真菌的数量约为150万种，也就是说人们已经知道的真菌仅为估计数的5％。 微生物的多样性除物种多样性外，还包括生理类群多样性、生态类型多样性和遗传多样性。 微生物的生理代谢类型之多，是动植物所不及的。微生物有着许多独特的代谢方式，如自养细菌的化能合成作用、厌氧生活、不释放氧的光合作用、生物固氮作用、对复杂有机物的生物转化能力、分解氰、酚、多氯联苯等有毒物质的能力，抵抗热、冷、酸、碱、高渗、高压、高辐射剂量等极端环境的能力，以及病毒的以非细胞形态生存的能力等。微生物产生的代谢产物种类多，仅大肠杆菌一

微生物之微生物多样性分析-DGGE

变性梯度凝胶电泳（PCR-DGGE） 普通的聚丙烯酰胺凝胶电泳只能通过片段大小不同在同一浓度的胶上电泳迁移率不同而分离不同的DNA片段，对于片段大小接近或相同的DNA片段无法做到有效地分离；DGGE(denaturing gradient gel electrophoresis) 即变性梯度凝胶电泳，是利用DNA在不同浓度的变性剂中解链行为的不同而导致电泳迁移率发生变化，从而将片段大小相同而碱基组成不同的DNA片段分开。 DGGE作为一种成熟的分子生物学技术被广泛应用于环境科学（土壤、海洋、河流、冰川、淤泥等）、医学（各种疾病治疗前后，病变部位微生物的差异）、人体（鼻咽、口腔、黏膜、肠道）等领域进行微生物多样性分析。 实验流程图： 实验结果 实验结果包括以下内容 1 引物设计 以下是DGGE中常用的引物，我们将根据客户的不同需求，进行针对性的引物设计。 引物序列（5’-3’）

细菌 16S V3 区扩 增引物 357-F-GC CGCCCGCCGCGCGCGGCGGGCGGGGCGGGG GCACGGGGGGCCTACGGGAGGCAGCAG 518r ATTACCGCGGCTGCTGG 引物 序列（5’-3’） 真核 18S V1-3区扩增引物 Euk1A CTGGTTGATCCTGCCAG EukA516r-GC CGCCCGGGGCGCGCCCCGGGCGGGGCGGGGGCA CGGGGGGACCAGACTTGCCCTCC 2 基因组DNA 抽提电泳检测图 针对客户的样本来源不同，我们针对性优化不同的基因组抽提方法，已达到提取效果最佳。 说明：1-8为样本所抽提基因组DNA，上样量3uL；M 为1kb Marker 上数第一条带为8 kb，中间的亮带为3kb，浓度为30ng/uL，其余为10 ng/uL。 3 目的片段PCR 检测 说明：1-8为样本，负为负对照（说明我们的实验没有污染，这对分子实验是至关重要的），上样量为5uL；M 为DL2000 Marker，上样量3uL。其中亮带为20ng/uL，其余为10 ng/uL。 Reconditioning PCR： 第一轮PCR 产物将会作为新的模板再进行少数循环的第二轮PCR 扩增，这叫做“Reconditioning PCR”。由于在“ Reconditioning PCR”的过程中引物和模板之

微生物多样性研究进展

姓名：崔靖璞学号：2010212802 专业：生物科学 微生物多样性研究进展 摘要：微生物资源丰富,开发潜力巨大,是生命科学发展的主要动力之一.本文介绍了几种常用的研究微生物多样性的分子生物学技术,主要包括:16SrDNA测序、DGGE/TGGE/TTGE、T-RFLP、SSCP、FISH、印记杂交、定量PCR、基因芯片等,并对微生物多样性研究技术的未来发展进行了展望，同时本文也介绍几种微生物多样性的研究实验方法。 关键词:微生物多样性聚合酶链式反应基因芯片平板纯培养 微生物是地球上生物多样性最为丰富的资源,微生物资源的开发,是21世纪生命科学发展的主要动力之一.由于微生物的微观性,微生物多样性与其他高等生物相比有许多独特之处,包括:生存环境多样;生长、繁殖速度多样;营养、代谢类型多样;生活方式多样.微生物多样性的揭示与研究技术的发展和创新是密不可分的,研究技术的进步是微生物多样性研究向前发展的重要推动力量.近年来,随着微电子、计算机、分子生物学、物理、化学等技术的发展,微生物多样性研究技术也在吸收其他学科先进技术的基础上不断向前发展.各种研究方法的发展使得这种状况有了很大改观.现代分子生物学技术在微生物多样性研究上的应用克服了微生物培养技术的限制,能对样品进行较客观的分析,较精确地揭示了微生物种类和遗传的多样性.目前用于研究微生物多样性的分子生物学技术主要包括:16SrDNA 测序、DGGE/TGGE/TTGE、T-RFLP、SSCP、FISH、印记杂交、定量PCR、基因芯片等。 1核酸探针杂交技术 核酸分子杂交技术是20世纪70年代发展起来的一种分子生物学技术.该技术快速、灵敏、具有高度特异性,近年来被广泛应用于微生物多样性的研究中.用于微生物多样性研究的探针主要有三类:双链DNA、单链DNA和RNA以及寡核苷酸探针,杂交方式主要有荧光原位杂交(Fluorescence in situ hybridization,FISH)、全细胞杂交(whole-cell hybridization)、数量印迹杂交(quantitative dot blot)及生物芯片(biochip).对于环境微生物样品解析而言,最有意义的核酸杂交技术是原位杂交技术,在原位杂交技术中,应用最广泛的是荧光原位杂交技术。

土壤微生物群落多样性研究方法及进展_1

第27卷增刊V ol 127,Sup 1广西农业生物科学Journal o f Guangx i A g ric 1and Biol 1Science 2008年6月June,2008 收稿日期:20080122。 基金项目:广西大学博士启动基金项目(X05119)。 作者简介:姚晓华(广西大学副教授,博士;E -mail:x hy ao@g xu 1edu 1cn 。文章编号:10083464(2008)增008405 土壤微生物群落多样性研究方法及进展 姚晓华 (广西大学农学院,广西南宁530005) 摘要:微生物多样性是指群落中的微生物种群类型和数量、种的丰度和均度以及种的分布情况。研究 土壤微生物群落多样性的方法包括传统的以生化技术为基础的方法(直接平板计数、单碳源利用模式等) 和以现代分子生物技术为基础的方法(从土壤中提取DN A ,进行G+C%含量的分析,或杂交分析,或进 行PCR,产物再进行D GGE/T GG E 等分析)。现代生物技术与传统微生物研究方法的结合使用,为更全面 地理解土壤微生物群落的多样性和生态功能提供了良好的前景。 关键词:微生物多样性;生化技术;分子生物学技术;DN A 中图分类号:.Q 938115 文献标识码:A Advancement of methods in studying soil microbial diversity YAO Xiao -hua (Co llege of Ag ricultur e,G uangx i U niv ersit y,N anning 530005,China) Abstract:Species div ersity consist o f species richness,the total number of species,species ev enness,and the distribution of species 1Methods to measure microbial diversity in so il can be categ orized into tw o g roups:biochemica-l based techniques and m olecular -based techniques 1The fo rmer techniques include plate counts,sole carbon so urce utilizatio n patterns,fatty acid methy l ester analysis,and et al 1The latter techniques include G +C%,DNA reassociation,DNA -DNA hy br idization,DGGE/TGGC,and et al 1Ov er all,the best w ay to study soil microbial diversity w o uld be to use a variety of tests w ith differ ent endpoints and degr ees o f r esolutio n to o btain the bro adest picture possible and the most inform ation r eg ar ding the microbial co mmunity 1 Key words:microbial diversity;biochem ica-l based techniques,mo lecular -based techniques,DNA 微生物多样性研究是微生物生态学最重要的研究内容之一。微生物在土壤中普遍存在,对环境条件的变化反应敏捷,它能较早地预测土壤养分及环境质量的变化过程,被认为是最有潜力的敏感性生物指标之一[1] 。但土壤微生物的种类庞大,使得有关微生物区系的分析工作十分耗时费力。因此,微生物群落结构的研究主要通过微生物生态学的方法来完成,即通过描述微生物群落的稳定性、微生物群落生态学机理以及自然或人为干扰对群落产生的影响,揭示土壤质量与微生物数量和活性之间的关系。利用分子生物学技术和研究策略,揭示自然界各种环境中(尤其是极端环境)微生物多样性的真实水平及其物种组成,是微生物生态学各项研究的基础和核心,是重新认识复杂的微生物世界的开端。

生物多样性和人类的关系

生物多样性与人类的关系 摘要： 随着社会经济的加速发展，人们的生活水平都迅速地提高了，但是与此同时，与我们人类共同拥有地球母亲的其他生物日益的减少，生物的多样性受到严酷的考验和威胁，于是保护生物多样性是当前世界国家最紧迫的任务之一，也是全球生物学界共同关心的焦点问题之一。据可靠的数据说明每天约有100多种生物在地球上绝灭，很多生物在没有被人类认识以前就消亡了，这对人类无疑是一种悲哀和灾难。保护生物多样性的行动势在必行、迫在眉睫。 关键词：生物多样性，威胁，保护 一、生物多样性的认识 生物多样性包括动物、植物、微生物的物种多样性，物种的遗传与变异的多样性及生态系统的多样性。其中，物种的多样性是生物多样性的关键条件，它既体现了生物之间及环境之间的复杂关系，又体现了生物资源的丰富性。目前我们已经知道的生物大约有200万种，这些形形色色的生物物种就构成了生物物种的多样性。 生物多样性是生物及其与环境形成的生态复合体以及与此相关的各种生态过程的总和，由遗传（基因）多样性，物种多样性和生态系统多样性等部分组成。遗传（基因）多样性是指生物体内决定性状的遗传因子及其组合的多样性。物种多样性是生物多样性在物种上的表现形式，可分为区域物种多样性和群落物种（生态）多样性。生态系统多样性是指生物圈内生境、生物群落和生态过程的多样性。遗传（基因）多样性和物种多样性是生物多样性研究的基础。 二、生物多样性对人类的影响 生物多样性提供了地球生命的基础，包括人类生存的基础。除了经济价值和生态价值外，还具有重大的社会价值，如艺术价值、美学价值、文化价值、科学价值、旅游价值等。许多动物、植物和微生物物种的价值现在还不清楚，如果这些物种遭到破坏，后代人就不再有机会利用，因此必须注意保护，才能使社会实现可持续发展。 人类也是生物多样性的一部分。没有生物多样性，人类不能在地球上生存。

各种生物多样性指数计算

各种生物多样性指数计算 Simpson指数运算公式 生物多样性测定要紧有三个空间尺度：α多样性，β多样性，γ多样性。α多样性要紧关注局域平均生境下的物种数目，因此也被称为生境内的多样性（within-habitat diversity）。β多样性指沿环境梯度不同生境群落之间物种组成的的相异性或物种沿环境梯度的更替速率也被称为生境间的多样性（between-habitat diversity），操纵β多样性的要紧生态因子有土壤、地貌及干扰等。γ多样性描述区域或大陆尺度的多样性，是指区域或大陆尺度的物种数量，也被称为区域多样性（regional diversity）。操纵γ多样性的生态过程要紧为水热动态，气候和物种形成及演化的历史。 α多样性 a. Gleason（1922）指数 D=S/lnA 式中A为单位面积，S为群落中的物种数目。 b. Margalef（1951，1957，1958）指数 D=（S-1）/lnN 式中S为群落中的总数目，N为观看到的个体总数。 （2）Simpson指数 D=1-ΣPi2 式中Pi种的个体数占群落中总个体数的比例。 （3）种间相遇机率（PIE）指数

请运算它的物种多样性指数。 Simpson指数： Dc=1-ΣPi2=1-Σ（Ni/N）2=1-[(99/100)2+(1/100)2]=0.0198 DB=1-[(50/100)2+(50/100)2]=0.5000 Shannon-wiener指数：

HC=-ΣNi/N ln Ni/N i=-（0.99×ln0.99+0.01×ln0.01）=0.056 HB=-(0.50×ln0.50+0.50×ln0.50)=0.69 Pielou平均度指数： Hmax=lnS=ln2=0.69 EA= H/Hmax=-[(1.0×ln1.0)+0]/0.69=0 EB=-(0.50×ln0.50+0.50×ln0.50)/0.69=0.69/0.69=1 EC=0.056/0.69=0.081 从上面的运算能够看出,群落的物种多样性指数与以下两个因素有关: ①种类数目,即丰富度；②种类中个体分配上的平均性 β多样性 β多样性能够定义为沿着环境梯度的变化物种替代的程度。不同群落或某环境梯度上不同点之间的共有种越少，β多样性越大。精确地测定β多样性具有重要的意义。这是因为：①它能够指示生境被物种隔离的程度；②β多样性的测定值能够用来比较不同地段的生境多样性；③β多样性与α多样性一起构成了总体多样性或一定地段的生物异质性。 （1）Whittaker指数（βw） βw=S/mα-1 式中：S为所研究系统中记录的物种总数；mα为各样方或样本的平均物种数。（2）Cody指数（βc） βc=[g（H）+l（H）]/2 式中：g（H）是沿生境梯度H增加的物种数目；l（H）是沿生境梯度H失去的物种数目，即在上一个梯度中存在而在下一个梯度中没有的物种数目。

教科版-科学-六年级下册-微生物的生物多样性

微生物的生物多样性 微生物是地球上生物多样性最为丰富的资源。微生物的种类仅次于昆虫，是生命世界里的第二大类群。 重要的分解代谢类群，没有微生物的活动地球上的生命是不可能存在的。它们是地球上最早出现的生命形式，其生物多样性在维持生物圈和为人类提供广泛而大量的未开发资源方面起着主要的作用。 微生物的多样性包括所有微生物的生命形式、生态系统和生态过程以及有关微生物在遗传、分类和生态系统水平上的知识概念。 物种是生物多样性的表现形式，与其它生物类群相比，人类对微生物物种多样性的了解最为贫乏。以原核生物界为例，除少数可以引起人类、家畜和农作物疾病的物种外，对其它物种知之甚少。人们甚至不能对世界上究竟存在多少种原核生物作出大概的估计。真菌是与人类关系比较密切的生物类群，目前已定名的真菌约有8万种，但据估计地球上真菌的数量约为150万种，也就是说人们已经知道的真菌仅为估计数的5％。 微生物的多样性除物种多样性外，还包括生理类群多样性、生态类型多样性和遗传多样性。 微生物的生理代谢类型之多，是动植物所不及的。微生物有着许多独特的代谢方式，如自养细菌的化能合成作用、厌氧生活、不释放氧的光合作用、生物固氮作用、对复杂有机物的生物转化能力、分解氰、酚、多氯联苯等有毒物质的能力，抵抗热、冷、酸、碱、高渗、高压、高辐射剂量等极端环境的能力，以及病毒的以非细胞形态生存的能力等。 微生物与生物环境间的相互关系也表现出多样性，主要有互生（和平共处，平等互利或一方受益，如自生固氮菌与纤维分解细菌）、共生（相依为命，结成整体，如真菌与蓝细菌共生形成地衣）、寄生（敌对，如各种植物病原菌与宿主植物）、拮抗（相克、敌对，如抗生素产生菌与敏感微生物）和捕食（如原生动物吞食细菌和藻类）等关系。 微生物资源的开发，是21世纪生命科学生命力之所在。由于动植物物种消失是可以估计的，这就意味着微生物多样性的消失现象也在发生，如何利用和保护微生物多样性已成为亟待解决的问题。近年来，世界各国和国际组织已对此做了许多努力，并提出了一项微生物多样性行动计划，随着这项计划的逐步实施，人类将从微生物生物多样性的利用和保护中受益。这项计划包括： 1．建立推动微生物多样性研究的国际组织；

微生物多样性研究进展

微生物物种多样性研究进展 微生物是分布最为广泛的生命形式，几乎分布到地球上的所有生境，可利用各种有机化合物、无机盐等作为能源，在有氧或无氧条件下，在寒冷的极地、高达100℃的热泉或高盐碱度等极端环境中生活。微生物具有丰富的物种和遗传多样性，并以高度的变异性适应不同的生境。作为生态系统中的重要组分，微生物在自然界的物质与能量循环、生态系统的演替以及生物多样性的维持中发挥重要的生态功能。微生物与人类的生活休戚相关，在直接或间接地为人类提供了极其丰富的物质资源的同时，也为人类带来了巨大危害。Woese和Fox(1977)以核糖体RNA(rRNA)的小亚基(原核生物的16S、真核生物的18S基因)序列为依据，提出了独立于真细菌(Eubacteria)和真核生物(Urkaryotes) 之外的第三种生命形式——古菌(Archaea)，认为它和真核生物以及真细菌是从一个具有原始遗传机制的共同祖先分别进化而来。随后Woese等(1990)提出了三域(Domain)分类系统，将地球上的生物分别归为细菌域(Domain Bacteria)、古菌域(Domain Archaea)和真核生物域(Domain Eukarya)，其中古菌在进化谱系上更接近真核生物，但在细胞构造上与细菌较为接近，同属原核生物而真菌与动物、植物等生物属于真核生物域。 我国地域辽阔，跨越热带至寒温带，气候条件多样，地理环境与生态系统类型复杂，是世界上生物多样性最丰富的国家之一。而多样的生境蕴藏着丰富的微生物多样性。特别是近年来微生物多样性的研究由传统的培养方法，逐渐转向以免培养的分子生物学技术为主，如DNA的指纹图谱、分子杂交、克隆文库测序、高通量测序(pyroseqencing)、稳定性同位素探测(stable isotope probing，SIP)、基因芯片(gene chip)以及转录组学等技术。我国学者利用先进的分子生物学技术，极大地提高了我国微生物多样性的研究水平。 1 古菌多样性 目前古菌域包括5个门：广古菌门、泉古菌门、奇古菌门、纳米古菌门和初古菌门。古菌主要生活在极端环境中，如海底、陆地热泉、火山口以及盐碱湖等，最近发现古菌也在土壤、湖泊以及动物肠道等中温环境中广泛存在。据Mora等(2011)的不完全统计，目前全世界已报道可培养的古菌有503种。 我国在古菌多样性研究方面取得了重要进展，如在ISI Web of Knowledge 数据库中检索结果表明，自1999年以来我国学者在国际微生物分类学界公认的权威期刊International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology (IJSEM，2000 年前为International Journal of Systematic Bacteriology)和Extremophiles上发表了50篇古菌分类文章，总共报道了61种可培养的古菌新种。如Xu等(1999)从我国西藏盐碱湖底泥中分离到两种嗜盐碱古菌新种Natronorubrum bangense和N. tibetense，随后我国学者相继从新疆的盐湖、内蒙古碱湖、云南腾冲热泉、江苏和福建等地的盐场、山东胜利油田、青藏高原高寒湿地和柴达木盆地内陆咸、淡水湖，以及黑龙江大庆的盐碱地土壤等样本中分离得到了嗜/耐盐碱古菌、嗜热酸的硫化叶菌、产甲烷古菌、极端嗜热古菌新种。 由于古菌常生活在极端环境中，仅凭常规的分离培养方法难以全面反映自然环境中古菌的多样性。因此，近年来我国学者利用免培养的分子生物学技术开展了大量的古菌多样性与功能研究。如利用克隆文库测序和SIP技术发现水稻根际土壤中具有丰富的古菌多样性，而且RC-I (Rice Cluster I)古菌类群在稻田

生物物种的多样性

生物物种的多样性 教学目标： 知识目标 1.知道生物物种的定义 2.了解生物物种多样性的体现 3.说明保护生物多样性的重要意义。 能力目标： 进一步培养学生分析问题的能力。 情感态度和价值观： 培养民族自豪感，形成爱护生物的情感。 教学重点：： 物种的多样性 教学难点： 1.确定生物的种 2.知道地理隔离是形成新物种的主要条件。 课时安排：一课时 教学过程设计 创设情景，导入新课 教师：同学们我们生活在大自然中，有着许许多多地生物，让我们来再次感受它们吧！ 影片：播放生物多样性的录像。 教师：刚才大家被影片所吸引，丰富多彩的生物让这个世界充满了生机，那自然界生物的种类到底有多少种？ 学生：（随意地预测） 教师：其实不仅我们不知道，科学家也众说纷纭，有的说有500万种，有的说有1000万种，更有的说有一亿种之多，已经确定名称约有200多万种。总之，自然界生物的种类非常丰富，生物的种类具有多样性的特点。今天我们就来感受生物物种的多样性。 合作交流，探究新知 （板书，§7.1生物物种的多样性） 过渡：生物的物种多种多样，那生物的种又是怎么来划分的呢？ 一、确定生物的种 看一看，想一想：出示猫和狗的图片 两只动物的毛色都有是黑色的，它们是不是同一种生物？ 学生：不是，一只是猫，一只是狗 教师归纳：同学们分析的很好，猫和狗虽然在毛色上相同，但其他的外形特征却不一样，并且猫和狗也不能生出小生命来，所以认为它们是两个不同的物种。 那么这些毛色不同的生物是不是同一种的呢？出示四只颜色不同的猫 学生：是的，因为它们都是猫，并且能相互交配，繁殖后代。 教师：母犬和幼犬很相像，是同一种生物吗？出示图片 学生： 教师总结：对于生物的颜色大小都不是判断生物物种的关键，那么怎么的生物才是同种生物呢？ 学生归纳得出：同种生物是很相像的，能够相互交配并繁殖后代。

环境微生物群落多样性分析

环境微生物群落多样性分析 微生物群落多样性的基本概念 环境中微生物的群落结构及多样性和微生物的功能及代谢机理是微生物生态学的研究热点。长期以来，由于受到技术限制，对微生物群落结构和多样性的认识还不全面，对微生物功能及代谢机理方面了解的也很少。但随着高通量测序、基因芯片等新技术的不断更新，微生物分子生态学的研究方法和研究途径也在不断变化。第二代高通量测序技术（尤其是Roche 454高通量测序技术）的成熟和普及，使我们能够对环境微生物进行深度测序，灵敏地探测出环境微生物群落结构随外界环境的改变而发生的极其微弱的变化，对于我们研究微生物与环境的关系、环境治理和微生物资源的利用以及人类医疗健康有着重要的理论和现实意义。 在国内，微生物多样性的研究涉及农业、土壤、林业、海洋、矿井、人体医学等诸多领域。以在医疗领域的应用为例，通过比较正常和疾病状态下或疾病不同进程中人体微生物群落的结构和功能变化，可以对正常人群与某些疾病患者体内的微生物群体多样性进行比较分析，研究获得人体微生物群落变化同疾病之间的关系；通过深度测序还可以快速地发现和检测常见病原及新发传染病病原微生物。 研究方法进展 环境微生物多样性的研究方法很多，从国内外目前采用的方法来看大致上包括以下四类：传统的微生物平板纯培养方法、微平板分析方法、磷脂脂肪酸法以及分子生物学方法等等。 近几年，随着分子生物学的发展，尤其是高通量测序技术的研发及应用，为微生物分子生态学的研究策略注入了新的力量。 目前用于研究微生物多样性的分子生物学技术主要包括:DGGE/TGGE/TTGE、T-RFLP、SSCP、FISH、印记杂交、定量PCR、基因芯片等。DGGE等分子指纹图谱技术，在其实验结果中往往只含有数十条条带，只能反映出样品中少数优势菌的信息；另一方面，由于分辨率的误差，部分电泳条带中可能包含不