微生物是生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，直接或間接地參與所有的生態(tài)過程。微生物生態(tài)學(xué)是基于微生物群體的科學(xué)，利用微生物群體 脫氧核糖核酸/核糖核酸 等標(biāo)志物，重點(diǎn)研究微生物群落構(gòu)建、組成演變、多樣性及其與環(huán)境的關(guān)系，在生態(tài)學(xué)理論的指導(dǎo)和反復(fù)模型擬合下由統(tǒng)計(jì)分析得出具有普遍意義的結(jié)論。
相關(guān)概念
微生物生態(tài)學(xué)( microbial ecology) 是基于微生物群體( guilds/consortium，community) 的科學(xué)。微生物生態(tài)學(xué)的研究在于探究微生物群體之間及微生物群體與環(huán)境之間的關(guān)系。微生物生態(tài)學(xué)的研究對象更強(qiáng)調(diào)把微生物作為一個(gè)群體，這些存在物質(zhì)交換、能量流動和信息交流的群體有機(jī)地組成了微生物基本研究單元，如微生物種群、群落和一系列有機(jī)集合體等。這些研究單元共同生活在一個(gè)連續(xù)的環(huán)境中并互相影響，對它們的研究在于尋求這些集合體構(gòu)建的方法和途徑，不同物種間功能的交互影響及群落構(gòu)建隨時(shí)空的變化情況。微生物生態(tài)學(xué)的研究首先要以規(guī)范研究對象為出發(fā)點(diǎn)，明確地定義各項(xiàng)具體研究工作中微生物研究單元( 群體) 的含義。
生物多樣性的分布格局和維持機(jī)制是生態(tài)學(xué)研究的核心問題，體現(xiàn)了生態(tài)系統(tǒng)應(yīng)對環(huán)境條件變化的能力，同時(shí)反映出其自身與生態(tài)系統(tǒng)過程、功能、恢復(fù)力和可持續(xù)性間的聯(lián)系。微生物群落多樣性極高，參與自然界生物地球化學(xué)轉(zhuǎn)化，對生態(tài)系統(tǒng)有著不可忽視的影響，但因其個(gè)體微小，且在研究單個(gè)細(xì)胞和生物活性分析方法方面存在局限性，其研究進(jìn)展遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及動植物。微生物生態(tài)學(xué)研究通過分析營養(yǎng)源和能量流的功能途徑，了解微生物類群和周圍環(huán)境的相互作用關(guān)系，以及微生物群落本身的復(fù)雜性；通過了解生物多樣性與功能冗余和系統(tǒng)穩(wěn)定性間的關(guān)系，探索微生物在生態(tài)系統(tǒng)中地位和作用。隨著微生物生態(tài)學(xué)家逐步掌握了微生物群落分布和多樣性特征，中國科學(xué)院微生物研究所執(zhí)行的功能備受關(guān)注，深入理解其動態(tài)變化對精確預(yù)測生物圈如何調(diào)節(jié)和應(yīng)對未來環(huán)境條件變化尤為重要。即使從基礎(chǔ)層面考慮，了解微生物群落特征仍有利于加深對生態(tài)系統(tǒng)功能的理解。
發(fā)展歷程
微生物生態(tài)學(xué)是生態(tài)學(xué)的一個(gè)重要分支，是研究微生物群落與環(huán)境相互關(guān)系的科學(xué)。在該學(xué)科的發(fā)展過程中，一些科學(xué)家的早期工作起到了重要作用。1889 年，拜耶林克( Beijerinck MW) 設(shè)立發(fā)光細(xì)菌屬; 1892年，維諾格拉斯基( Winogradsky S) 亞硝酸單胞菌屬及亞硝酸桿菌屬，他們的許多開創(chuàng)性微生物學(xué)研究中較早地涉及了微生物生態(tài)學(xué)的概念。克魯維爾( Kluyver AJ) 于 1924 年發(fā)表了《微生物代謝的統(tǒng)整與分歧》一文，Kluyver 的貢獻(xiàn)在于發(fā)現(xiàn)了微生物間的各種代謝過程都存在相互關(guān)系。20 世紀(jì)后半葉微生物生態(tài)學(xué)得以迅速發(fā)展，其重要的里程碑是 1972 年在瑞典烏普薩拉舉行的有關(guān)微生物生態(tài)學(xué)現(xiàn)代方法的國際會議，此后國際知名學(xué)術(shù)期刊( 例如: Nature Reviews Microbiology，The ISME Journal，Molecular Ecology，Applied andEnvironmental Microbiology，Environmental Microbiology，F(xiàn)EMS Microbiology Ecology，Microbial Ecology 等) 不斷創(chuàng)刊出版，這期間也見證了許多重要科研成果的誕生。1976 年，Woese 和 Fox 通過研究小亞基核糖體( SSUrRNA) 序列差異 確立了三域?qū)W說，并定名古菌( Archaea)。隨著研究的深入，傳統(tǒng)的技術(shù)在非可培養(yǎng)微生物研究方面存在一定局限性，分子生物學(xué)研究技術(shù)被借鑒到微生物生態(tài)學(xué)研究中，在物種遺傳多樣性、分子適應(yīng)性、變異分子機(jī)制及其進(jìn)化意義等基礎(chǔ)理論方面取得了突破。
研究內(nèi)容
①研究微生物生態(tài)學(xué)所用的傳統(tǒng)和現(xiàn)代分子生物學(xué)方法；
②在正常自然環(huán)境中的微生物種類、分布及其隨著不同的環(huán)境條件變化而發(fā)生的變化規(guī)律；
③在極端自然環(huán)境中的微生物種類和它們所起的作用，在極端環(huán)境中微生物的生命機(jī)理；
④在自然界中微生物之間的相互關(guān)系，微生物與動植物之間的相互關(guān)系，這些相互關(guān)系對自然界的影響和環(huán)境因素對這些相互關(guān)系的影響；
⑤在正常自然環(huán)境中，微生物代謝活動對自然界的影響，環(huán)境條件的變化對這些代謝活動的影響；
⑥污染環(huán)境中的微生物學(xué)；
⑦微生物產(chǎn)生的生態(tài)友好物質(zhì)；
⑧微生物的生態(tài)模型。
存在的問題和展望
微生物是生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，直接或間接地參與所有的生態(tài)過程，在生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)、能量轉(zhuǎn)換以及人類環(huán)境與健康中起著重要作用。微生物的世界是否無章可循，通過不斷的探索，事實(shí)證明并非如此。那么，微生物群落及其多樣性如何隨環(huán)境條件變化而表現(xiàn)出一定的分布特征，是什么機(jī)制驅(qū)動和維護(hù)著這些分布特征，是生物學(xué)和生態(tài)學(xué)亟待回答的問題。關(guān)于微生物群落分布特征和格局是否等同大型生物，如何解釋其特征性的存在需要理論支持。現(xiàn)有的生態(tài)學(xué)理論體系應(yīng)用于動植物領(lǐng)域相對比較完備，僅在微生物領(lǐng)域的研究有所不足，新理論的提出固然更可貴，但應(yīng)在充分利用這些較為成熟的理論和方法研究未知的微生物領(lǐng)域的基礎(chǔ)上，進(jìn)而通過比較分析發(fā)現(xiàn)新的規(guī)律。分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展，使人們可以打破以往微生物學(xué)研究中需要對其進(jìn)行分離培養(yǎng)的限制，直接從基因水平上考查其多樣性，從而使得對微生物空間分布格局及其成因的深入研究成為可能。結(jié)合文中提及的理論假設(shè)，在這些研究中充分地解釋了現(xiàn)有的微生物群落組成和分布特征問題及功能特征的問題，需要做的就是發(fā)現(xiàn)區(qū)別，細(xì)化參數(shù)。
參考資料 >
微生物生態(tài)學(xué)理論框架.中國知網(wǎng).2018-10-12