1、PDF外文：http:/ 1 精读报告 原文 ： J. M. Lynch. A. Benedetti. H. Insam. M. P. Nuti .K. Smalla . V. Torsvik . P. Nannipieri. Microbial diversity in soil: ecological theories, the contribution of molecular techniques and the impact of transgenic plants and transgenic microorganisms. Biol Fertil Soils (20
2、04) 40: 363 385 土壤微生物多样性：生态学理论，分子技术的应用 和转基因植物、 转基因微生物的影响 J.M.Lynch A. Benedetti H. Insam M.P. Nuti K.Smalla V. Torsvik P. Nannipieri 摘要： 本文主要讨论了三个相关主题：生态学理论在土壤 研究方面的应用，用分子生物学技术来衡量微生物多样性以及转基因植物、 转基因微生物对土壤遗传多样性的影响。为庆祝意大利土壤科学协会成立五十周年 而 在 2001 年爱 瑞斯举行的土壤紧急会议上讨论了这些议题。 因 研究地上生态系统而建立的生态学理
3、论却忽略了地面以下的系统，尽管后者对于全球性的营养循环和地球上现存 的 生命很重要。土壤微生物多样性对于很多土壤 功能具有决 定性的意义，但是在过去却很难测定其主要成分。传统的分析方法很有效 ，但是随着分子学方法的应用，现在 既 可以检测 出可培养又可以检测出不可培养的微生物物种。 尽管 取得了一些进步，但是 土壤 微生物多样性和土壤功能性之间的联系仍然是一个很大的难题。 一般关于遗传改造的细菌的 研究大部分集中在 其在环境中的留存时间、在根际的定植能力和生存能力 ，而不直接涉及微生物多样性的问题。除了与农业实践、季节、田地位置和年代这些相关的环境因素以外，人们开始越来越关注转基因植物对微生物
4、群落的影响。转基因植物的 DNA 随着老化或者退化的植物体 或者花粉进入土壤。 在过滤器转化、无菌土壤中和植物中，通过在实验室条件下重建去除抗性基因 ， 发现了转基因植物的 DNA 水平转移给了细菌。然而，人们认为在田间条件下这种转移的频率很低。 但必须强调的是，公众关于转基因植物中的抗性基因的讨论不应该把注意力转移开细菌具有抗性的真正原因，例如医生和畜牧业中的持续滥用和过量使用抗生素。 关键词： 生物多样性； DNA；遗传多样性；分子学方法；多聚链反应 1 前言 生物多样性是指一系列的动植 物物种，以及其遗传物质和所属的生态系统，它包括生态系统、 物种和基
5、因多样性。它是时间（进化）和空间（地理分布） 作用 的 结果 。 生态系统多样性 是指栖息地、生物群落和含有各种生物生存和进化的生态系统的数量和丰度。生态系统由互相依存的物种群落以及与其相关的自然 环境所组成， 其 大小不一。物 2 种多样性是指一定区域内的物种的数量和丰 度，并且这里的物种是指 （事实上或者潜在的） 能够种内交配并繁殖产生形态相似的后代 的一群个体的集合。 相同物种的个体 之间无论相似或者不相似，但是对于每个物种而言，所有的个体都必须具有该物种的独特特征。 但是 ，这个标准的定义并不适用于无性繁殖的生物（ 例如细菌和病毒 ） 。 遗传多样性是指一个物种内的基因和基因型的变化。
6、它 包括 生存于地球上的所有动植物和微生物的全部遗传信息。物种由具有不同遗传特征的个体组成 。根据现代进化理论，遗传密码的变异性和适应性使得单个物种逐步进化并且能够在变化的环境中生存。 诸多 土壤问题例如土壤流失、土壤退化和土壤污染等， 居于 人类在第三个一千年中为保护地球和保证人类生存必须解决的 15 个危机 之中。 虽然由于城市化发 展、侵蚀、森林采伐和污染的蔓延，每年损失上百万公顷的土地，但是，这个问题一直 没有受到 应有的重视 。 大量的微生物栖居于土壤中并且具有强大的代谢能力，这使得土壤成为一个十分神秘的生物学系统。因此， 土壤中 微生物特性往往比物理或者化学性质对人工管
7、理和环境条件 的变化更 敏感。 土壤微生物群的组成变化对土壤功能完整性很关键。一篇 最近的文献（ Nannipieri 等 .2003）综述了土壤微生物群落、其多样性以及其功能之间的相互关系。该文讨论了像低 pH 值和污染物等环境压力对土壤微生物多样性和土壤功能的影响，但是未涉及转基因生物的影 响。关于这 个问题，已经引起了一些相关的科学讨 论、公众关注和国际相关机构的参与，也有相关的 国内 或国际法律法规的建立 。 为庆祝意大利土壤科学协会成立五十周年， 2001 年我们在意大利的爱瑞斯召开了土壤紧急会议。本篇综述即整合了许多此次会议上演讲者的 投稿 。一篇有关 菌根对土壤健康和
8、肥力影响的综述已经作为学术论文发表。这些投稿都有一个共识，那就是 ， 当讨论土壤危机 时 ，土壤 微生物多样性 是其中的一个关键问题，因为土壤微生物结构和功能多样性对土壤肥力有 影响。 本文讨论了检测土壤微生物多样性的许多分子生物学方法 ，尤其关注分子 生物学 工具和它们在分析土壤微生物多样性方面的巨大作用。分子生态学正在突飞猛进的发展，分子工具靶标功能基因将会弥补多样性 -结构信息和微生物活力之间的空缺，这只是时间的问题。 该文也将讨论生态学理论在土壤研究中的应用，尽管这些理论一般只适用于地上系统，但是由于微生态概念的发展这些显得日益重要。本文讨论的其他方面有揭露土壤微生物对转基因生物的影响
9、，因为人们越来越关注转基因生物在开放性环境中的使用，例如农业土壤。在这点上， 有关转基因 DNA 在土壤中残留的研究已经考虑到与植物相关的细菌与转基因 DNA 之间的转化。 2 土壤微生物多 样性和功能多样性和生态学理论的作用 迄今为止 ， 生态学理论一直致力于研究地上系统。尽管土壤微生物通过营养循环、分解作用和能量循环在生态系统功能扮演着很重要的角色，土壤体系忽略了当代生态学理论的发展。在此 ， 我 们讨论土壤微生物研究如何促进生态学理论的发展，反过来这些理论又将 如何促进我们更好的了解地下系统。 3 微生物多样性通常被认为是不同分类的生物个体的数量以及
10、它们在分类学中的分布。本文将此概念扩大，在生物 变型级别以下用高流量分析或者整体性的工具来评估个体多样性。这包括在 基因组学和蛋白组学水平上通过获得活体信息成像来 研究个体细胞。整体 性的工具也适用于研究单个微生物细胞和群落相对于环境的功能多样性。这个延伸的观点似乎更适合于土壤环境的复杂性。 Shannon-Weaver 指数（ H） 通常以以下形式使用： H=-(ni/N)log(ni/N)=-pi(logpi) 根据 Odum 的观点 ， ni 是指 每个物种的重要值， N 是指总的重要值， ni 是指每个物种的重要性概率（ ni/N）。 这样 ， H把 多样性的丰
11、富度和平等度成分都考虑在内。 就群落水平生理学成像而言，可操作单元物种被可操作单元能力替代，以降低某一化合物。 在景观水平上来讲， 人们对多样性的定义有不同的看法。 Whittaker 建议将 某一生活环境 的群落 的物种多样性（ -多样性），比率、 物种变化随生活环境梯度变化的程度（ -多样性） 和同一系列生活环境的物种丰 度（ -多样性）区分开来。从传统 的生境多样性来看 似乎合理，所以这个概念也可能用于描述土壤微生物多样性的概念。然而，土壤生物量 被界定为一种三维立体多样性，包括根围和绝大部分土壤、大团聚体和微小聚体、大孔径和小孔径以及不同范围等之间的可能性差异（图一）。事实
12、上，在一块土壤中，有许多的微生境，例如根际、根围、碎石、腐殖质或大块土壤。土壤 在很大程度上是典型的巨大的分层生境，有不同水平层次的 范围，每一个范围都可以视为一个独立的整体。现在仍然不知道这些微生境多样性是如何并入土壤整体的多样性的。 图 1 根据 Whittaker 的观点，生态系统多样性必须在不同的水平进行观察：一个栖息群落的 物种多样性（ -多样性）；随栖息地梯度变化物种变化的速率和程度（ -多样性）；一系列栖息地的物种丰度（ -多样性）。另外，在土壤中，多样性的空间变化跟根围和大块土、大块土壤和颗粒土壤、大孔隙和小孔隙和不同的范围等有着很重要的关系 我们 都知道有很多因素会影响多样性 ，至少在理论上会影响。这些因素有食物 关系、生活环境时间和空间的差异、干扰和富营养化。其中有消极的作用如压力，积极的作用如资源多样性或生物之间的相互影响（图二）。 对多样性的积极影响可以增加土壤微生物的稳定性、弹力、抵抗力甚至生产力。
