微生物生态学研究范文

导语：如何才能写好一篇微生物生态学研究，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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[关键词]微生物 分子生态学 RFLP DGGE Real-Time PCR

[中图分类号] Q938.1 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-2-267-1

0引言

微生物分子生态学是利用分子生态技术手段研究微生物与环境之间相互关系及其相互作用规律的科学，主要研究微生物生态学基础理论问题。

1微生物分子生态学常用分析方法

1.1寡核苷酸探针检测

该方法利用目标核酸序列与特异性探针特异性互补的特点，检测荧光标记的特定DNA序列[1]。探针为一段特定方式标记的核酸序列，具有较高灵敏度。做种群鉴定时选用DNA制备探针，利用cDNA避免繁琐的克隆程序，确保探针与种内全部菌株杂交。除此之外，cDNA探针若具有表型特异性，则可检测某一特定表型是否存在。

1.2 DNA-DNA杂交

DNA-DNA杂交针对微生物整体基因组的重组[1]，为检测DNA序列相似性提供可能性。该方法基于高温双链DNA解链、低温复性与碱基配对可转移的特点，通过温度等条件控制形成杂交DNA，检测其杂交率。由于来源不同的两条DNA单键难以配对重组，DNA杂交率可用于估计序列相似度。

1.3 16SrRNA序列分析

该方法在微生物分类学研究中最为常用[2]。微生物16SrRNA基因由保守区与可变区构成。可变区具有种属特异性，不同种属微生物间存在较大差异；保守区为所有微生物共有基因序列。微生物进化过程中，基因序列基本不变化，因此可根据保守区基因序列设计通用引物，或根据可变区基因序列设计特定引物，从而分析不同微生物的进化距离及亲缘关系。

1.4 编码蛋白质基因

该方法利用基因序列控制合成蛋白质[3]。微生物代谢过程实质为生物酶催化作用下的一系列氧化还原反应，而不同功能微生物的催化反应酶具有一定特异性，因此编码功能蛋白的基因不同，主要用于研究特定功能微生物，尤其在毒理学方面。

2微生物分子生态学常用技术

2.1限制性片段长度多态性分析（RFLP）

在RFLP分析过程中，以所提取的微生物DNA为模版，利用特异性引物进行聚合酶链式反应（PCR）得微生物16SrRNA序列，将其连接到载体，转至大肠杆菌感受态细胞，通过挑取克隆子，进而获取质粒DNA来实现克隆文库构建。不同微生物DNA序列不同，进而酶切位点不同，因此利用特异性限制性内切酶消化，可得到长短不一、数目不同的限制性酶切片段，琼脂糖凝胶电泳分离得到呈现多态性的图谱，进而获取环境微生物群落结构信息[4]。

2.2变性梯度凝胶电泳技术（DGGE）

DGGE是一种检测DNA突变的电泳技术，根据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，从而将碱基组成不同的DN段分开。该技术具有以下优点：①检测极限低、速度快；②结果准确可靠；③无需微生物的培养；④可同时检测多种微生物。但其存在以下局限性：无法获取样品中全部微生物DNA，而DNA回收率越低，重复性越低；不均等扩增造成结果代表性低；敏感度较低，采样和样品处理会对结果产生影响。

2.3荧光定量PCR技术（Real-Time PCR）

Real-Time PCR为微生物生态学研究的定量分析方法，通过荧光染料或荧光标记的特异性的探针，标记跟踪PCR产物，实时在线监测反应过程，结合相应的软件分析产物，计算模板浓度。该技术具有以下优点：①利用扩增产物数量与荧光信号强度成对应关系的原理，实时检测PCR反应进程，避免了终点定量重现性差；②自动化程度高，操作安全、简单，可避免产物被污染；③检测特异性强，灵敏度与精确度高；④可实现多重扩增。其缺点在于无法对不确定对象进行分析。

3结论与展望

微生物分子生态学克服了传统培养法的不足，为全面掌握微生物多样性提供了可能。若将各方法结合，以便掌握更为全面的信息，可更好揭示微生物对环境变化的影响，预示环境变化趋势，为从微观方面改善环境提供依据。

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关键词：生物学网络技术 环境污染 应用

在当今社会，由于全球人增地减、资源匮乏，人类对环境的依赖性愈来愈强烈 随着人类的生活要求和工农业生产的迅速发展， 量人工合成的并难以被天然微生物迅速降解转化的污染性化合物进入到自然环境中，成为严重威胁人类及其他生物正常生存发展的土壤污染区，污染还导致资源环境中生物重组，使物 的分布与 度均发生深刻的变化，致使系统变得越来越脆弱，降低了生态系统的功能稳定性。因此，治理破坏环境生态的各种污染，已成为世界各国普遍关注并努力攻克的热点问题。最近20年间，以核酸技术为主要内容的分子生物学技术的广泛应用，在揭示生物多样性的研究中提供了新的方法论，开拓了分子生物学与生态学交叉领域。通过检测生物自然种群DNA序列多态性，鉴定 体的基因型，在基因水平评价种群遗传分化，并在分子水平阐述分子适应等生态问题的机制， 好地揭示生物与环境之间的生态学意义，为污染环境的生物修复提供理论依据。

一、生物分子生态学技术

可直接用来探测溶液中、细胞组织内或固定在膜上的同源核酸序列）由于核酸分子杂交的高度特异性及检测方法的高度灵敏性，使得核酸分子杂交技术广泛应用于对环境中的生物的检测，定性、定量分析它们的存在、分布、丰度和适应性等研究目标。

基因探针方法学利用了DNA能变性和重退火的特性。要做 个基因探针，所研究的这个基因的DNA顺序必须清楚。这个基因对一特定的微生物种可能是独特的，在这种情况下，这一DNA顺序就有利于检出那种微生物体。或者，这个基因可能编码一种某一代谢途径独特的酶，从这样一种序列构建出的基因探针就有可能指示土壤或水样品中一群细菌的潜在活性。这类探针可定义为功能性基因探针。例如，由编码固氮作用的酶的DNA序列可做成基因探针，这样的探针就可以用于测估特定的土壤中是否含有携带固氮基因的细菌。随后，还可以构建另外的探针，用以测定这些机体实际上是根瘤菌属或固氮螺菌属的一些种，或者是蓝细菌。这一基因甚至可能对所有的细菌来说是通用的，因而使检出所有已知细菌成为可能

二、信息技术与物理学科整合的内涵 信息技术：是指在计算机与通信技术的支持下，用以采集、存贮、处理、 传递和显示包括文字、数据、声音、图像在内的各种信息的一系列现代化技术。 从中学教学过程中所使用的信息技术来看，信息技术主要是指利用计算机进行 的多媒体技术及网络技术。 从教育技术的发展来看，信息技术与课程整合的内涵：是要求在先进的教 育思想、理论的指导下，把计算机及网络为核心的信息技术作为促进学生自主 学习的认知工具、情感激励工具与丰富的教学环境的创设工具，并将这些工具 全面地应用到各学科教学过程中，使各种教学资源、各个教学要素和教学环节， 经过整理、组合，相互融合，在整体优化的基础上产生聚集效应，从而促进传 统教学方式的根本变革，也就是促进以教师为中心的教学结构与教学模式的变 革，从而达到培养学生创新精神与实践能力的目标。

三、信息技术与初中物理教学整合，以建构主义理论为理论支撑 建构主义认为，知识不是通过教师传授得到，而是学习者在一定的情境即 社会文化背景下，借助学习是获取知识的过程其他人（包括教师和学习伙伴） 的帮助，利用必要的学习资料，通过意义建构的方式而获得。因此建构主义学 习理论认为“情境”“协作”“会话”和“意义建构”是学习环境中的四大要 、 、 素或四大属性。学习环境中的情境必须有利于学生对所学内容的意义建构。这 就对教学设计提出了新的要求，也就是说，在建构主义学习环境下，教学设计 不仅要考虑教学目标分析，还要考虑有利于学生建构意义的情境的创设问题， 并把情境创设看作是教学设计的最重要内容之一。由于多媒体技术和网络技术 可以作为建构主义学习环境下的理想认知工具，能有效地促进学生认知地发展。 因此，信息技术与课程整合的理论基础是建构主义。

四、信息技术与物理学科整合的优点 信息技术与物理学科整合能够发展学生利用各种媒体收集和处理物理科学 信息的能力；发展学生比较、判断、推理、分析、综合等的思维能力，初步形 成创造性思维品质；达到能够运用所学到的物理学知识评价和解决某些实际问 题的目标。信息技术与物理学科教学相整合，其主要优点是： ⑴整合丰富了课堂教学手段。信息技术中图文并茂、丰富多彩的知识表现 形式，能克服传统物理教学中语言描述具有不确定性、文字说明比较抽象乏味、 实验演示只能给学生以结论的缺陷，有利于激发学生的学习兴趣。 ⑵整合突出了学生的主体性。信息技术能够突破教育环境的时空限制，使 学生在特定的接近现实的情景中，主动地获取知识，学生从被动听讲的接受者， 转变为主动参与的学习主体。 ⑶整合更适于创设探究情境。超文本特性与网络特性的结合，提供了极丰 富的信息资源，构成进行自由探究和自主学习的开放环境，能有效地培养学生 自主发现、探索的学习能力，有利于发挥学生思维的主动性，实现培养创新精 神和促进信息能力发展的探究式学习。 ⑷整合落实了因人施教原则。借助人机交互和参数处理技术，建立虚拟学 习环境，能对教育信息及时收集与反馈，使表现方式和节奏更符合学生的学习 进程，从而为实现物理教学过程中的因人施教提供技术支持和保障。

五 结语

从污染环境微生物分子生态学的研究进程可见，分子生态学技术的应用不仅扩大了环境微生物的研究对象，促进了微生物结构生态学研究，更重大的突破是有助于更深入、更多地了解生态学过程，使得以功能基因为基础的功能生态学研究成为今后污染生态学领域的新方向$特别对污染胁迫下的微生物，研究功能基因在环境中的表达调控，可更真实、准确地揭示微生物的生态关系，明确生态系统的结构与功能，即生态系统中一系列基因的相互作用。进一步通过基因工程操作将某些不同生物体中控制有用的生物降解途径或酶的微生物异化代谢基因带到同一寄主中，按照设计的生物代谢途径运行，以实现对环境污染物或特定毒物的降解，从而显著地或彻底地改善微生物在污染环境修复中的功能。

参考文献

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关键词：重金属污染；土壤微生物；微生物多样性；研究方法

中图分类号 X172 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2017）13-0036-03

Study on Soil Microbial Diversity in Heavy Metal Contaminated Soil

Li Yan1 et al.

（1Anhui Huajing Resources and Environment Technology Co.，Ltd.，Hefei 230094，China）

Abstract：In this paper，the research methods of microbial diversity of heavy metal contaminated soils in recent years are summarized，and their advantages and disadvantages and their application are analyzed. The research methods of microbes are also discussed.

Key words：Heavy metal pollution；Soil microbes；Microbial diversity；Research methods

近年来，由于农药、化肥的大量使用，以及冶金、采矿业的迅猛发展，土壤重金属污染日趋严重[1]。重金属污染不仅会严重影响农产品以及农作物的品质，而且会通过食物链进入人体，危害人体健康。土壤是微生物栖息的最重要环境之一，提供了微生物生长所必要的营养物质。土壤微生物种类十分丰富，主要分为细菌、真菌、古菌以及放线菌等。土壤微生物是土壤有机质以及土壤养分C、N、P、S等循环转化的动力，参与土壤中有机质的分解、腐殖质的形成、土壤养分的转化循环等[2]。土壤微生物在土壤生态系统中扮演者十分重要的角色[3]，对环境的变化反应灵敏[4]，其群落多样性和相对组成，是评价环境质量的重要参数[5]。一旦土壤生态系统受到污染，土壤微生物就会发生相应的变化[6]。有研究报告指出，土壤重金属污染能明显影响土壤微生物的活性及结构[7]，李晶等[8]研究也表明，土壤微生物对重金属胁迫特别敏感，可通过微生物群落结构的变化来反映土壤质量和健康状况[9]。因此，研究土壤微生物具有十分重要的意义。本文对研究微生物传统以及各种新型研究方法进行了分类介绍，并对各种方法的优缺点以及适用场合进行说明。

1 土壤微生物研究方法

1.1 传统的分离纯培养和稀释平板计数 在固体琼脂培养基上接种培养微生物，可利用微生物的表面特征差异，在固体培养基上对微生物进行分离纯化，也可利用该方法对微生物在平板上进行简单的计数[10]。同时可以通过配制不同成分的培养基对微生物进行筛选驯化，从而得到我们需要的菌种。此种方法的优点是成本低，便于对微生物的状况做出初步的判断。缺点是由于自然界中存在大量的不可培养的微生物，且存在很多对温度要求苛刻并微生物，如嗜低温菌和嗜高温菌，传统的固体培养基的培养温度并不能满足这些微生物的生存所需温度。

1.2 Biolog微平板法 Biolog微平板原理是基于测定微生物对单一碳源利用程度的差异来表征微生物的生理特性[11]。Biolog微平板由对照孔和95种不同单一碳源孔组成并在其中添加染料，当接种纯培养的菌液时，其中一些孔的营养物质被利用，使各孔呈现出不同的颜色，从而形成微生物特有的代谢指纹，可通过与标准菌种的数据库做对比，从而可鉴定出被测菌种。与传统培养方法相比，此方法可以估算微生物群落代谢多样性和功能多样性。同时可根据各孔的颜色差异来反映出微生物群落的均匀度，从而可以反映出群落的稳定性[12]。该方法的缺点是当环境差异不大时，这些指数并不能较敏感地区分菌群之间的差异[13]。同时由于不同的生长和竞争的结果，菌种之间会相互影响导致种群发生变化，影响测定结果[14]。

1.3 磷酸脂肪酸分析法（PLFA） 磷酸脂肪酸存在于活细胞的细胞膜中，具有属的特异性，不同属的微生物通过不同生化途径而形成不同的磷酸脂肪酸（PLFAs）[15]。因此，土壤中的PLFAs组成和含量变化在一定程度上可反映土壤中微生物量和群落的动态变化。通过对微生物的磷酸脂肪酸进行提取，并依据其中的特征脂肪酸指示的微生物种类[16]，可对土壤中微生物群落特征进行表征。此种方法具有对试验条件要求低、无需对微生物进行培养、测试功能多和稳定性好等优点[17]。但PLFA法也具有一定的局限性。该方法只能鉴定到属，PLFA图谱并不能给出一个实际的微生物种类组成，仅能反映微生物群落的概图[18]；另外，该方法容易受微生物生理状态影响[19-20]；古菌不能使用PLFA图谱进行分析，因为它的极性脂质是以醚而不是以酯键的形式出现[21]。同时由于目前尚未建立土样中所有微生物的特征脂肪酸，并且在很多情况下，还无法确定土样中某些脂肪酸与特定微生物或微生物群落的对应关系[22]。

1.4 变性梯度凝胶电泳技术（PCR-DGGE） 该技术是以复杂的环境样品如土壤为研究对象，直接提取微生物DNA，利用通用引物进一步对提取的DNA进行PCR扩增。将扩增产物开展DGGE凝胶电泳分析[23]。DGGE不是将分子量不同的DNA分开，而是通过聚丙烯酰胺凝胶中变性剂浓度梯度的不同，将序列不同的DNA分开[24]。该方法的原理是根据DNA的解链特性，不同碱基组成的DNA双螺旋发生变性所需要的变性剂浓度不同。在普通的聚丙烯酰胺凝胶基础上加入变性剂，根据其迁移行为决定于其分子大小和电荷的原理能够将长度相同但序列不同的DN段区分开[25]。该方法具有可靠性高、重现性强、方便快捷、分辨率高等优点[26]，但同时也存在一定的局限性。DGGE还不能全面分析土壤中全部微生物，该方法只能检测出土壤中相对丰度大于1%的微生物[27]；同时DGGE对实验要求较高，凝胶浓度、温度、电压等电泳条件选择不当时，就会发生共迁现象[26]，即同一条带不止包含一种微生物，微生物的种类被低估。

1.5 高通量测序技术 高通量测序技术也称“下一代”测序技术，1次并行能对几十万到几百万条DNA分子进行序列测定。以Illumina公司的Solexa，ABI公司的SOLiD，和Roche公司的454技术为代表[28-29]。该技术对于研究土壤微生物具有极大的意义。该技术极大地降低了微生物测序成本，实验了大规模土壤微生物直接测序[30]；同时该方法极大地提高了测序通量，丰富了研究的信息量，便于研究者更加深入地了解所研究课题。但同时该方法也存在一定的局限性，主要局限性如下：海量数据分析难的问题，该测序方法所测数据之深，所获信息之大，都极大地加大了实验研究者分析数据的难度；数据去伪存真难的问题，在土壤微生物高通量测序中，存在物种丰富度被高估的情况[30]，对高通量测序结果去伪存真，探索新的统计学方法成为研究者面临的一大难题[31]。

1.6 基因芯片技术（GeoChip） 基因芯片（GeoChip）是研究土壤微生物非常有效的技术手段，作为新一代的核酸杂交技术，可用于检测环境微生物参与物质循环、污染物降解等过程中参与的功能基因[32]。该方法是在芯片上含有编码各种与生态学和生物功能过程或生物降解作用有关酶的基因[33]。由此可见，功能基因芯片为土壤微生物研究提供了全新有力的技术分析工具，有利于更加有效地利用微生物对污染土壤进行修复[34]。基因芯片技术具有高密度、高灵敏度、自动化和低背景水平等显著优点[35]。但是任何技术都存在一定的局限性，基因芯片技术也不例外。该技术虽能检测出微生物在生物学过程中所发挥作用的功能基因，但是却不能直接表征微生物的群落多样性组成和丰富度。应结合DNA与mRNA测序，可以更加真实全面地反映土壤微生物群落结构信息及其生理活动[34]。同时该方法在取样、标记、杂交条件、图像处理、数据归一化以及所得数据的质量评估等都会带来很多误差[36]。

2 不同方法在重金属污染土壤中的应用

刘云国等[37]在湖南临乡桃林矿区土壤中采用稀释涂布法在马丁固体培养基上筛选出一株高抗铜、锌菌株；张秀等[38]利用Biolog微平板法来分析生物质炭对镉污染土壤微生物多样性的影响；孙婷婷等[39]利用磷酸脂肪酸分析法来分析羟基磷灰石-植物联合修复对Cu/Cd污染植物根际土壤微生物群落的影响；郑涵等[40]利用PCR-DGGE分析方法对锌胁迫对土壤中微生物群落变化的影响进行了评价分析；江玉梅等[41]利用Illumina平台高通量测序技术分析重金属污染对鄱阳湖底泥微生物群落结构的影响；路桃香对植物非根际土壤微生物进行454高通量测序。

目前对于微生物研究方法有很多种，有最先进的技术，也有传统的实验方法，每种方法都各有优缺点，因此，在研究土壤微生物时，应结合土壤特征以及研究目的合理选择研究方法。如条件允许的情况下，可以结合多种技术方法同时使用，可以更好地研究土壤微生物的群落特征。

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关键词：海洋微生物 次生代谢 生理生态效应 生物合成

Project Report for Physiological and Ecological Effects and the Biosynthetic Mechanisms of Marine Microbial Secondary Metabolites

Zhang Si Wang Fazuo Yang Jian

（South China Sea Institute of Oceanology， Chinese Academy of Sciences）

Abstract：Novel species， novel genes， novel structures， and novel mechanisms of marine microbes are expected to be achieved to raise the Chinese scientific research level of secondary metabolites from marine microorganisms. This comprehensive project is an interdisciplinary cooperation of frontier sciences. Marine microorganisms are the most advantageous and special marine biological resources. Research on marine microorganisms is linked with security of national marine living resources， innovative drugs， ecological safety and major scientific strategy of our country. Secondary metabolites of marine microorganisms are not only the foundation of innovative medicines and ecological restoration， but also the starting point for the combinatorial biosynthesis. Combinatorial biosynthesis technology will pave a new way of a healthy， rapid and harmonious development of marine microorganisms industry. Concentrating on the key scientific issue，" unique secondary metabolic process and biological significance of marine microorganisms"， microbial community from marine environment of China was selected. We focus on the diversity of species and heredity， unique characteristics of marine ecosystems， physiological and ecological effects on the novel secondary metabolites of marine microbiology， secondary metabolites related genes， and regulatory mechanism of biosynthesis pathways. Based on DNA recombinant technology， metabolic engineering， and biosynthesis theory， combinatorial biosynthesis technology was developed， and will help to lay a foundation for the development of innovative medicines and environmentally friendly products.

篇6

关键词 脱氮硫杆菌；自养反硝化；水产养殖；分子生态学

中图分类号 S949 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2012）14-0252-03水产养殖业是我国发展最为迅速的行业之一，对我国渔业经济的贡献很大。随着高密度、规模化的水产养殖的蓬勃发展，养殖生态环境质量日益下降，养殖环境污染不容忽视。一些传统的通过投加化学物质来控制养殖环境中的硫化物以及亚硝酸盐含量的方法收效甚微，且可引来诸如蓄积残留等更多的环境问题。近年来，人们开始尝试在养殖水体中使用生物降解转化方法来改善养殖水体的生态环境，以达到健康养殖的目标。因脱氮硫杆菌具有脱氮和脱硫的双重特殊性质，同时又是严格自养兼性厌氧型微生物，所以近年来受到了更多的关注。

1 养殖水体中的主要有害物质及控制

1.1 亚硝酸盐

氮在水体中以氮气、游离氨、离子铵、亚硝酸盐、硝酸盐和有机氮的形式存在。总氮和总磷一直被认为是引起水体富营养化的重要因子，而氨氮和亚硝酸盐氮是养殖过程中引起鱼类疾病的关键环境因子，尤其是亚硝酸盐浓度的超标（亚硝酸盐向硝酸盐转化不完全），是近年来鱼病发生的不可忽视的原因之一。养殖中发现，鱼类易患“棕血病”，这是因为亚硝酸通过鱼类鳃和体表进入到血液，与血红蛋白结合生成高铁血红蛋白，失去携氧能力，血液成棕色。作为强氧化剂，亚硝酸盐进入血液后扰乱氮排泄，降低氧合血红蛋白水平使各组织缺氧，低浓度时可使抵抗力下降，易患各种疾病[1]；我国淡水渔业用水标准规定，养殖水体中亚硝酸盐含量应控制在0.2 mg/L以下，集约化养殖技术能够成功的关键就在于对水体中亚硝态氮的控制[2]。目前用生物降解转化法降低养殖水体亚硝酸盐含量是颇为有效的方法。

1.2 硫化物

养殖水体中，大量残饵、死藻、养殖生物排泄物等沉到水底增加了底部有机物含量，从而增加了硫化物的含量。硫化物作为重要污染物之一，同时也是监测养殖水环境的重要化学指标，对鱼虾类的生长危害较为严重，毒性很大。水体中硫化物包括溶解性的H2S、HS-、S2-，以及存在于悬浮物中的可溶性硫化物和酸可溶性金属硫化物[3]。硫化物可与养殖生物血液中的血红蛋白结合产生硫血红蛋白，降低了机体中血液的携氧能力。同时，硫化物对养殖生物的鳃组织具有很强的刺激和腐蚀作用，可使组织产生凝血性坏死，引起生物呼吸困难，血液、肾中硫代硫酸盐水平增加，大于2 mg/L可致养殖生物死亡。故我国渔业水质标准中规定其在水质中含量不得超过0.2 mg/L。管越强等[4]发现日本沼虾中超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化氢酶（CAT）活力随硫化物浓度的升高而增强，其免疫系统对硫化物有一定的耐受力，而当硫化物浓度过高时，沼虾的免疫能力降低，对机体抗氧化系统产生显著的影响。余 静等[5]以过氧化物酶（POD）和酚氧化酶（PPO）作为指标，研究了硫化氢胁迫对罗氏沼虾的影响，结果发现POD和PPO酶在低浓度硫化氢处理下的活性显著提高，可能是对虾体内免疫系统应激反应的表现，当硫化氢浓度超过耐受范围后，细胞就会造成严重损伤，POD和PPO酶活力降低，这与管越强试验研究结果相似。

1.3 养殖水体中主要有害物质的控制

目前控制养殖水体中亚硝酸盐氮和硫化物的方法很多，水培植物（如浮床栽培空心菜[6]、凤眼莲、水花生、莴苣等）异养反硝化、自养反硝化、异养和自养相结合的方法等均有报导。不足的是水培植物的脱氮效率很低，谭洪新等[7]在研究水栽培蔬菜对养鱼废水的水质净化效果时发现，水培蔬菜对硝氮的去除率只有3.7%；吴 伟等[8]通过在池塘水体中栽种以轮叶黑藻（Hydrilla verticillata）为主的水生植物，并添加活菌含量大于108 g/L微生物制剂，构建了水生植物—微生物强化系统，研究该系统对日本沼虾（Macrobrachium nipponense）养殖水体的生物净化效果。研究表明，当水体中添加的微生物质量浓度为1.0 mg/L时，适宜的水生植物覆盖率为40%，水生植物—微生物强化系统是一种良好的日本沼虾养殖水体生物净化系统。而水生植物与微生物相结合净化水体，效果虽然较为显著，但水生植物的栽培占面积较大，依然不是最理想的选择。故利用高效的具有反硝化脱硫功能的微生物净化养殖水质、控制亚硝酸盐和硫化物显得尤其重要。

由于水产养殖需要保持充足的溶氧量，所以厌氧反硝化菌脱氮无法发挥正常的作用。具有一定溶氧量的养殖水体更有利于好养或兼性反硝化菌发挥作用。好养或兼性反硝化菌将硝酸盐和亚硝酸盐转化成气态氮，且可将氨在好氧条件下直接转化成气态产物。

2 脱氮硫杆菌的性质和作用原理

2.1 脱氮硫杆菌的生长特性

1904年，Beijerinck首先分离得到脱氮硫杆菌（Thioba-cillus denitrificans），其属于硫杆菌属；具有代表性的硫杆菌属有排硫杆菌（Thiobacillus thioparus）、氧化硫杆菌（Thiobac-illus thiooxidans）、脱氮硫杆菌（Thiobacillus denitrificans）和新型硫杆菌（Thiobacillus novellus）。脱氮硫杆菌广泛存在于土壤、底泥、淡水和海洋沉积物、矿山排水、工厂、污水处理池和消化池；对温度和pH值的变化敏感，最适生长条件pH值为6.5～8.0，最适温度28～30 ℃。脱氮硫杆菌为革兰氏阴性化能自养细菌，电镜观察，菌细胞短杆状、单个、成对或短链状排列，具有单根极生鞭毛，无芽孢，菌体大小约为0.3～0.8 μm×0.8～3.0 μm。能在好氧和厌氧条件下以硫代硫酸盐和 S2-作为能源、以CO2作为碳源进行生长，厌氧条件下可以硝酸盐作为电子受体还原为N2。该菌生长缓慢，无明显的稳定期且稳定期持续时间较短，随后进入衰亡期[9-10]。

2.2 脱氮硫杆菌反硝化原理

脱氮硫杆菌能在好氧和厌氧条件下以硫代硫酸盐和S2-作为能源、以CO2作为碳源进行生长，厌氧（兼性厌氧）条件下可以硝酸盐作为电子受体还原为N2。正因为脱氮硫杆菌以二氧化碳为碳源，对鱼类有害的亚硝酸盐、硫化氢等均可被氧化为无毒的物质，同时减低了水体中的生物消耗量和化学耗氧量。其反硝化过程如下：脱氮硫杆菌胞内含1，5-二磷酸核酮糖羧化酶和5-磷酸核酮糖激酶，可通过卡尔文循环途径来固定CO2。脱氮硫杆菌以还原态硫作为电子供体，同时以硝酸盐作为电子受体，将其还原为N2，完成自养反硝化过程[11]。厌氧条件下，脱氮硫杆菌氧化硫的反硝化过程具体如下：

1.1 S+0.4 CO2+NO3-+0.76 H2O+0.08 NH4+0.08 C5H7O2N+0.5 N2+1.1 SO42-+1.28 H+ （1）

0.844 S2O32-+NO3-+0.347 CO2+0.434 H2O+0.086 NH4++0.086 HCO3-0.086 C5H7O2N+0.5 N2+1.689 SO42-+0.697 H+（2）

0.421H2S+0.421HS-+0.346 CO2+0.086 NH4++0.086 HCO3-+NO3-0.086 C5H7O2N+0.5 N2+0.842 SO42-+0.434 H2O+0.262 H+ （3）

从NO3-还原到N2，经一系列连续的4步反应完成：NO3-NO2-NON2ON2，分别由以下酶进行催化：硝酸盐还原酶、亚硝酸盐还原酶、一氧化氮还原酶、一氧化二氮还原酶。通常细菌能否用于脱硫工艺的一个重要影响因素在于细菌产生的硫是积累在细胞内还是在细胞外。如果积累在细胞内，必然会产生大量的含硫细胞。这样硫的分离就比较困难，为此必须选择在细胞外形成硫的细菌，而脱氮硫杆菌即是具有这种特征的细菌。脱氮硫杆菌的优点：一是严格自养，不需要投放有机物作为碳源，节省开支，同时也不会引入额外的有机物，避免水体的二次污染；二是产生极少量的污泥，能将污泥处理量降低到最小[12]；三是不仅能在厌氧条件下生长，还可以利用硫化物。

3 脱氮硫杆菌的应用研究

鉴于脱氮硫杆菌具有脱氮和脱硫的特殊性质，近年来对脱氮硫杆菌的应用研究十分活跃。脱氮硫杆菌是典型的硫自养反硝化菌，有关研究主要集中在防腐应用、油田废水处理领域。作为微生物腐蚀的主要菌种之一的硫酸盐还原菌（SRB），脱氮硫杆菌能够与SRB共存，以氮源反硝化作用，抑制腐蚀性产物硫化物的产生，同时也在一定程度上抑制了SRB的生长，起到一定的防腐作用。汪梅芳等[13]利用静态挂片以及交流阻抗法（EIS）研究了脱氮硫杆菌对碳钢微生物的腐蚀影响，研究发现T. denitrificans的胞外高聚物增加了生物膜的致密性，阻碍了电荷传递过程，也降低了SRB的腐蚀。秦 双等[14]将脱氮硫杆菌经培养活化后用于抑制老化油储油罐污水及油田废水中微生物腐蚀及脱除硫化物，发现加入TD生物制剂后，污水中FeS的去除率可达42.85%；污水中无机硫化物的总量去除率可达91.05%。脱氮硫杆菌的加入降低了污水中腐蚀性硫化物的含量，进而减缓油水界面层对基体材料的腐蚀破坏，同时降低界面附近SRB的生长及活性硫化物的产生，从而抑制了恶臭污染物硫化亚铁对环境的危害。

近年来，利用脱氮硫杆菌来处理地下水和饮用水这一自养反硝化工艺也得到了广泛应用。Koenig等[15]在1997年进行了用脱氮硫杆菌处理垃圾填埋场渗滤污水，在填充不同粒径硫磺的固定床反应器系统来处理硝酸盐浓度高达400 mg/L的污水，为以后高浓度硝酸盐污水处理提供了可行的依据。张承中等[16]利用脱氮硫杆菌接种至生物滴滤塔用于净化硫化氢气体浓度高达2 000～3 000 mg/m3，对硫化氢的脱除率高达92%，为工业化应用中处理高浓度的硫化氢气体提供了依据。

同时脱氮硫杆菌在矿体地下水以及矿体围岩地下水中活动性强，而在一般岩石或松散沉积物的地下水中活动较弱。因此，脱氮硫杆菌可以作为指示性微生物，作为矿化的直接指标。

4 脱氮硫杆菌筛选驯化以及分子生态学水平上的研究

因脱氮硫杆菌生长缓慢，对温度以及盐度的耐受性不强等限制了其应用，对于养殖水体而言，从养殖水体污泥中有效的筛选、培养和驯化脱氮硫杆菌，因温度、pH值等是脱氮硫杆菌生长的主要影响因素，因而可通过建立温度、pH值梯度进行稳定性驯化培养。采用添加特殊指示剂的培养基对脱氮硫杆菌也可以进行初步筛选，通过反硝化过程碱度变化，相应指示剂颜色变化，即可在筛选平板上出现特殊颜色的菌落。牛建敏等[17]从湖水、底泥、土壤、厌氧污泥等不同环境中采集菌种从培养、分离得到10种脱氮硫杆菌菌株，不同环境中脱氮硫杆菌在生理生化上存在差异，通过比较它们的硝酸盐氮去除速率，以期获得活性更强以及工程应用价值最大的菌株。同时，深入探讨脱氮硫杆菌的基因组学、蛋白组学技术，利用基因重组、基因改组等分子生物学技术构建高效基因工程菌，从而提高其生物脱氮的效率，是行之有效的方法。

养殖水体单靠脱氮硫杆菌单一菌株想达到高效率的脱氮除硫效果，还是有很大困难的，如若将脱氮硫杆菌与其他具有不同净水功能的微生物菌株复合使用，根据治理对象的不同以及各种菌生理功能的差异，进行组合并采用多种工艺手段，以期达到治理大面积养殖水域的目的。目前，养殖水体中微生态制剂所涉及的微生物包括光合细菌、芽孢杆菌、硝化细菌、反硝化细菌等[18-20]。如养殖水体净化有关研究[21]，从富营养化的养殖水体中分离筛选得到具有不同生理功能的污染物治理菌株，如硫化细菌、硝化细菌、反硝化细菌、光合细菌、生物絮凝菌等，经优化配伍成性能优良的复合功能菌，因它们在生长过程中能产生的有用物质及分泌物质成为相互或各自的生长基质，形成一种共生增殖关系，从而达到有效净化养殖水体的目的。徐军祥等[22]首先从高盐高硫废水中活性污泥中获取脱氮硫杆菌，在不同浓度梯度下进行耐盐能力稳定性驯化培养，以获得耐盐脱氮硫杆菌，并与硝化菌混合培养形成复合菌剂，采用生物强化技术原理投加至废水。结果发现投加复合菌能加快COD降解速度，增强耐负荷冲击能力，提高COD、NH3-N和硫代硫酸盐（THS）的去除率。所谓的生物强化技术（bioaugmentation）即是为了提高原系统的废水处理能力，向原系统中投加从自然界中驯化筛选的优势菌种或通过基因重组技术产生的复合菌，以去除某一种或多种有害物质的方法。该技术自20 世纪80年代以来被广泛研究。

近年来，固定化微生物脱氮技术在养殖水质的控制上应用广泛，其优点包括在污废水脱氮治理中能够长期保持活性；可重复使用，节省投资；易于固液分离；有利于屏蔽或减少土著微生物、毒性物质及外界环境变化的干扰，可使含氮污水达到更好的修复效果[23]。因此，尝试将脱氮硫杆菌固定化投放到养殖废水中以便高效利用也是未来研究工作中所要努力的方向。也有研究将脱氮硫杆菌与形成絮凝体的异养细菌一起培养使脱氮硫杆菌得到固定化，从而形成性能良好的絮凝物以除去H2S。

据统计，目前人们能够培养的微生物不足环境微生物总量的3%。近些年来，分子微生态学和现代生物化学的迅速发展推动着养殖水体微生物学的发展，人们逐渐通过分子生态学技术深入研究环境微生物如RLP技术用于研究环境微生物多样性；用DGGE 技术研究反硝化微生物基因多样性，车 轩等[24]PCR-DGGE技术从总DNA中扩增出目标16 S rDN断，再对扩增的16 S rDNA进行DGGE分析，对凝胶染色并进行条带统计分析和切胶测序，使用序列数据进行同源性分析并建立了系统发育树。其中，RT-PCR及实时荧光定量PCR技术研究环境反硝化微生物种群的定量研究。因为硫杆菌属种类较多，种间差异不大，因而用分子生物学手段对其进行分类鉴定，如运用16 S rDNA分析来鉴定脱氮硫杆菌，是更具优势的也是较普遍的一种方法。

脱氮硫杆菌作为氮素循环的重要微生物，其分子生态学上的研究不是很深入，因此提出了脱氮硫杆菌专一性PCR引物和探针，已经成为微生物生态学的迫切要求。赵阳国等[25]研究设计了脱氮硫杆菌在种级水平的专一性PCR引物/探针。脱氮硫杆菌专一性引物/探针的提出，将为不同生态环境中该种微生物的时空分布、结构动态以及实时定量等研究提供分子生物学工具。Robert S运用外源DNA探针从质粒库中分离出来2种转录脱氮硫杆菌1，5-二磷酸核酮糖的基因，并运用限制性酶分析2种基因的长度大小。此次研究也为脱氮硫杆菌在分子水平上的研究及应用奠定了一定的基础。

5 脱氮硫杆菌在水产养殖中的应用前景与展望

目前对自养反硝化菌脱氮硫杆菌的应用研究主要集中于饮用水、地下水、废水处理、防腐应用，而对养殖水处理的研究报道则较少。因循环水养殖系统具有节省空间、节约水资源、高产、高回报效益的优点的，作为我国水产养殖业现代化的支撑技术力量，该体系为工业化水产养殖提供了很好的技术模式。鉴于自养反硝化菌的诸多优点，有研究试着将脱氮硫杆菌运用到循环水养殖系统。自养反硝化过程会消耗一定的碱度，并且RAS系统水是循环使用的，所以长期下去可能有硫酸根的积累，而随着硫酸根浓度的升高反过来又会抑制脱氮速率。车 轩[26]综述了在循环水养殖系统（RAS）中运用脱氮硫杆菌除硝酸盐的可行性，他提出将产生碱度的异养反硝化与自养反硝化进行集成，具有极大的潜力。将二者集成的脱氮方法具有两大优势：一方面碳源的消耗远远低于完全异养反硝化脱氮；另一方面使硫酸盐浓度得到有效控制。因此，在养殖水处理的实际应用中具有极强的可行性。有研究采用硫酸盐还原菌、脱氮硫杆菌和异养反硝化菌在生物滴滤塔中的填料表面进行挂膜，进行同步脱除SO2和NO试验，通过不同菌种的协同作用，SO2气体平均去除率达到了97.6%，而NO气体的平均去除率达到了51.4%。

而Sora运用MSC（modified spent caustic）即改良的废碱液投加到以硫为电子供体自养反硝化过程中去以补充消耗的碱度，使反硝化进程能持续的进行；同时SC的应用证实了污水脱氮的高效性，即COD/N的比值较低。若COD和TN含量过高的话，还要考虑到SC的添加剂量问题。

6 小结

自养反硝化技术对养殖水体净化的应用方面较小。有关耐盐、耐高低温的脱氮硫杆菌菌株的筛选驯化研究还需进一步加强，对脱氮硫杆菌尤其是分子水平的研究还不够深入。目前，硫自养反硝化技术还处于实验室研究及中试阶段，如果考虑将脱氮硫杆菌等反硝化细菌应用于河流、湖泊、鱼虾等养殖水体或自然水体中，其在实际应用中的功能是否稳定将有待探讨，目前相关研究已经证明脱氮硫杆菌对养殖水体生物无害，但是否影响水体中其他有益微生物的生态位，还有待探讨未来致力于脱氮硫杆菌上的研究还很多，任务更繁重。

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篇7

早期的研究中以植物内生菌为题报道的绝大部分都是非豆科植物根系内分离到的固氮根瘤菌Frankia属细菌，宿主植物主要有四川桤木(Alnuscermastogyne)、木麻黄(Casuarinasp)、沙棘(Hippophaesp.)、赤场(Alnussp.)、杨梅(Myricasp.)和胡颓子(Elaeagnussp.)等。此外还有百合科(Liliaceae)百合(Liliumsp.)细胞中的内生菌研究。篇名中第一次出现内生细菌的原著论文是1996年中国农业大学刘云霞等关于水稻内生细菌巨大芽孢杆菌(Bacillusmegaterium)在水稻内分布的研究[5]，以及吴加志等关于Enterobacter，Pseudomonas和Bacillus三属植物内生细菌在植物病害生物防治潜力方面的研究[6]。受国外植物内生细菌研究的影响，作为植物病害的生防因子，我国棉花、水稻、马铃薯等作物的内生细菌首先受到了关注。我国首次正面研究内生真菌的是已故南京农业大学终身教授李扬汉关于麦田有毒杂草毒麦(Loliumtemulentum)中的内生真菌的观察[4]，此后我国内生真菌的研究沉寂了约10年。邱德有等关于红豆杉内生真菌的先驱性研究开启我国药用植物内生真菌研究的火热时代[3,7-9]。目前，关于药物开发指向的植物内生微生物及其所产生理活性物质研究，在我国遍及以药用植物和农用植物为主的数十科野生植物和农作物，连年产出百余篇原著论文和十余篇文献综述(图1)。按现在的趋势，我国年度发表植物内生真菌相关原著论文将很快会超过两百，研究的热潮有增无减，成为植物内生微生物研究中最活跃的领域。植物内生真菌的另一个重要内容——禾本科植物麦角类内生真菌的研究则到甘肃草原生态研究所南志标从新西兰留学回来后才真正兴起。南志标先生回国后在甘肃省自然科学基金和国家人事部归国留学人员科研启动资金的资助下，利用执行联合国粮食计划署2817项目咨询任务时从新疆阿勒泰地区采集到的野生植物样品，首次检测到我国产布顿大麦草(Hordeumbugdanii)中含有内生真菌，并指出了内生真菌的植株能促使宿主植物总生物量、干物质产量、根重以及分蘖数均有所增加。同时也发现，甘肃省的中华羊茅、紫羊茅和部分雀麦属植物中不同程度的含有内生菌[10-11]。同时，在美国牧草种子公司的资助下，新疆草原研究所的李宝军等利用新疆种质资源库的11种牧草种子进行了内生真菌的检测，发现醉马草种子中含有内生真菌[12]。进入21世纪后，关于禾本科植物内生菌的研究有兰州大学的南志标/李春杰课题组、南开大学的高玉葆/任安芝课题组以及南京农业大学的王志伟/纪燕玲课题组等开展持续性的研究。

2植物内生微生物研究的基本特点

首先应该指出，国际国内植物内生微生物研究最大的特点是其范围之大、涉及微生物的种类之多样、功能之繁杂、潜力之广阔。据现行学术界通用的概念和范畴，只要是有机会在植物体内出现的微生物，几乎无所不包含在植物内生微生物的范畴之内[13-15]。这个特征决定了植物内生微生物的研究领域是广阔的，所涉及的学科除生物科学类各基础学科外，还有农学和林学类各基础学科、药物化学、医学、生物工程、食品保藏与加工等多方面的学科。因此，植物内生微生物的研究适合多领域共同协作，在视角和概念运用等方面出现多元化也是很自然的。第二，植物内生微生物基本功能是多层次的。最基本的层次是微生物本身的显。这种功能以微生物的分离物为基础、在人工培养时即得以表达，可通过人工培养以及人工发酵进行研究、挖掘和改良，我国这方面的研究报告最多[16-18]。第二层次是微生物和宿主植物形成共生体(Symbiota)所表现出来的功能。就像绝大多数产毒素的冷季型禾本科植物与其Epichloae类内生真菌的共生体那样，这种毒素的生产和积累的功能不是植物或微生物单独所具有的，或者单独能达到的强度和高度，只有通过宿主植物和内生微生物形成共生体后才体现出来[19-21]。第三层次是内生微生物/宿主植物共生体在不同环境中所表达出来的不同功能或不同程度。上述产毒Epichloae类内生真菌和其宿主植物的共生体也不是在任何时候、任何环境中都能生产和积累毒素，在某种特定的环境条件下生产毒素(多)，在另外的条件下则少生产或根本不生产毒素[19,22]。植物生长环境直接介入微生物和宿主植物共生体的生物学特性的表达。这一现象十分符合植物和微生物相互作用的基本规律，可能对利用植物内生微生物的生理活性物质进行生物制药研究和开发的科研人员也会有积极的启发。第三，植物内生微生物给人类带来的影响不全是有益的，有时也会出现有害的一面。从文献的描述来看，这一点在我国目前仅在少数研究中引起了注意。黑麦草内生真菌、苇状羊茅内生真菌、疯草内生真菌等该宿主植物带来的毒素生产和积累则是最突出的例子。无论是产毒的禾本科植物内生真菌还是疯草内生真菌，已经被人们发现的这些有害事例已经给社会造成了巨大的损失[19,23]。另外，虽然没有出现鹅观草致毒的报道，但从其中的内生真菌中也检测到了一些毒素生产基因(王志伟等，未发表)。因此，我们有必要对植物内生微生物给人类带来有害影响也给以足够的关注。同样，我们固然可以期望植物内生微生物给宿主植物带来或加强抗菌作用(Antagonism)、化感作用(Allelopathy)等抑制其它生物生长和发育的功能，在植物抗病、抑制杂草等方面起到一定的正面作用。但另一方面，这些作用是否会导致区域内生物多样性的降低[24-25]，产生新的生态问题？这些都需要今后去认真评价。第四，植物内生微生物的功能一部分可通过生物学/生物化学的特征表现出来，另有一部分功能必须通过生态学的方法才能加以研究和利用。新西兰在飞机场及其周边大规模种植产毒素Epichloae类内生真菌和其宿主植物共生体，以此驱避在机场聚集的鸟类(JohnCuradus，私人通信)。这是通过生态学的方法对植物内生微生物的功能加以利用的一个代表性事例。在我国，利用植物内生微生物进行植物病虫害的生物防治也是这类事例中的典型[25-27]。在这些情况下，内生微生物和其宿主植物的共生体特征的稳定表达就十分重要。一般来说，植物内生微生物作为药用微生物利用时，微生物本身相对重要一些，而作为农用资源或环境修复手段加以利用时，共生体的特征则往往更加重要。

3我植物内生微生物研究的发展和特点

进入21世纪，特别是近10年来，我国植物内生微生物的研究发展迅猛。据最保守统计，在我国发行杂志上由我国科研人员发表的植物内生微生物的论文(篇名中含有“内生菌”、“内生细菌”或“内生真菌”字样的论文)在2008年以后每年都超过200篇，2013年论文总数已逼近300(图1)。考虑篇名中没有体现出来的论文以及在国外发表的论文，我国科研人员近年来发表的植物内生微生物研究的论文大约每年可达400篇以上。研究领域也全面开花，基本形成了4大板块、24个分支的局面(表1)。至此，我国已形成了一支队伍庞大、成果丰硕的科研力量，在国际植物内生微生物研究中占有十分显要的地位。从整体趋势来看，我国植物内生微生物研究的特点可概括为“四多四少”。资源探索多、分离培养多、活性检测和生物功能研究多，基础性前期工作多；方法研究少、涉及林木少、与宿主的关联少、实际应用少。特别是以药物开发为目的的资源探索性研究报告最多，以抗菌、抗肿瘤等指标为主的药物开发指向的论文大量出现，形成了我国植物内生微生物研究中最耀眼的亮点[17,28-29]。植物内生微生物研究以生理活性检测以及活性物质探索为主要范式(Paradigm)之一，思路清晰易懂、方法简单、实施容易，是研究生训练的好材料。关注我国植物内生微生物论文数量的上升时机，也不难发现其上升趋势和研究生毕业数量的上升基本同步(图1)。从论文数量整体来看，从20世纪末开始我国科研人员在本国的科学杂志上(中国学术期刊网络出版总库收录部分，1979-2013年)，植物内生微生物的研究有了飞速的发展。在21世纪的第一个10年中，我国关于植物内生微生物研究的突飞猛进，论文数量从2000年的14篇增加到2010年的257篇，翻了18.4倍(图1)；研究对象也从Frankia等非共生固氮根瘤菌为主、加上几个关于红豆杉内的紫杉醇生产菌以及冷季型禾本科植物中的麦角菌类真菌等零星报道，发展到包括草本、木本、单子叶、双子叶以及蕨类等数十科近百属植物中的微生物；研究方向也增加到包括医药、农业、环境、食品等多个领域(表1)。最近几年来，植物内生微生物相关的论文数量继续增加、研究范围继续扩大，形成了我国微生物学研究中发展最快、研究人员增长和人才积累最快、研究范围扩大最快的领域。在这个领域中，显示各种生理活性、具有潜在的药物开发价值的植物内生真菌以及它们所生产的生理活性物质不断出现，具有抗病虫害活性的内生微生物菌株也大量积累，新的微生物物种被相继提出，并不断开发出重金属抗性增强、难降解化合物的分解等新的应用功能。同时，通过参与植物内生微生物研究而得到基本科学训练的年轻学者也大量进入社会，我国植物内生微生物的研究蕴含着巨大的发展潜力。但是，我国植物微生物研究发展不平衡。在我国的期刊上发表的研究报告主要集中在医药方向和农业方向，尤其是以生物医药开发为目标的药用植物内生微生物的论文数量尤为突出[17,28-29]。而在大尺度生态学中十分重要的天然林木以及草原野草中的内生微生物则报道相对较少[12,30-33]。在研究程度上也存在着“初步研究多、深入追究少”的特点。在生物活性和活性物质研究方面，分离和初步鉴定多、周密的分类鉴定少，活性菌株的初级筛选多、达到或接近可应用水平的筛选少，活性检测和物质初步提纯多、化合物纯化与鉴定少，发展到后期应用的事例则寥寥无几，有关生理活性物质生产的基因及其调控的研究则更少[17,29]。在生态学研究方面，也存在微生物的群落结构、生态分布、生活史研究、培养条件的优化等都比较少的倾向[33-36]。此外，微生物的分离技术、培养技术、微生物的消除技术、接种技术等开发还相对薄弱。考虑这些内生微生物的农业应用，能将植物内生微生物进行工具化的上述操作技术也有待于今后进一步开发。因此，我国的植物内生微生物研究的质量进一步提高、应用面继续扩大、实用性大幅度增加的空间依然很大。

4我植物内生微生物研究的成

4.1医药指向的研究

1993年，Strobel等发表了关于红豆杉内生真菌合成紫杉醇这一发现，在国际上形成了药用植物内生微生物开发的范式。受此范式影响，我国医药指向的植物内生微生物研究以药用植物为材料居多，尤以红豆杉类植物、红树类植物、鬼臼类植物、石斛等兰科植物以及银杏等植物较为常见。红豆杉属(Taxus)植物主要有短叶红豆杉(Taxusbrevifolia)、红豆杉(T.wallachiana)、南方红豆杉(T.chinensisvar.mairei)、云南红豆杉(T.yunnanensis)、东北红豆杉(T.suspidata)等，我国微生物学工作者从中分离得到了紫杉霉属(Taxomyces)、镰孢霉属(Fusarium)、链格孢属(Alternaria)、拟盘多毛孢属(Pestalotiopsis)、曲霉属(Aspergillus)等植物内生真菌和内生细菌。从这些微生物中又分别检测到了抗肿瘤、抗氧化、抗动物病原物、抗病原媒介物、抑制特定酶活性等生物活性，分离到了生物碱类、苯丙素、萜类、醌类、脂类、酮类、酚类、有机酸类、甾体类等活性化合物及其衍生物，其中关于紫杉醇生产的研究报告最多[17,28-29,37-38]。常用的红树类植物主要包括生长在包括港澳地区在内的华南沿海的红海榄(Rhizophorastylosa)、秋茄(Kandeliacandel)、木榄(Bruguieragymnorrhiza)、桐花树(Aegicerascorniculatum)、白骨壤(Auicenniamarina)、海漆(Excoecariaagallocha)等。我国微生物学工作者从中分离得到了链格孢属(Alternaria)、曲霉属(Aspergillus)、芽枝霉属(Cladosporium)、镰孢霉属(Fusarium)、拟青霉属(Paecelomyces)、拟盘多毛孢属(Pestalotiopsis)、青霉(Penicillium)、茎点霉(Phoma)、叶点霉(Phyllosticta)、木霉(Trichoderma)、芽孢杆菌属(Bacillus)等植物内生真菌和内生细菌[39-41]。从这些微生物中又分别检测到了抗菌、抗肿瘤、抗氧化等活性，分离到了肽类、多糖类、尿囊素、异香豆素等活性化合物[37,40-42]。小柴科的桃儿七(Sinopodophyllumhexandrum)、八角莲(Dysasmaversipellis)、南方山荷叶(Diphylleiasinensia)等鬼臼类(Podophylloideae)植物内生微生物中有些菌株能合成具有抗肿瘤活性的鬼臼毒素(Podophyllotoxin)；银杏(Ginkgobiloba)的内生微生物中有些具有明显的抗氧化作用；夹竹桃科的长春花(Catharanthusroseus)的内生微生物中，镰孢霉属(Fusarium)真菌等有些能合成具有明显的抗癌作用的长春新碱(Vincristine)；天麻(Gastrodiaelata)、石斛类植物(Dendrobiumspp.)等兰科(Orchidaceae)植物中的密环菌属(Armillaria)、角担菌属(Ceratobasidium)、皮伞菌属(Marasmius)、镰孢霉属(Fusarium)、丝核菌属(Rhizoctonia)等内生真菌也生产多种生理活性物质，获得了高度的关注[17,29,37]。关于药用植物的内生微生物及其药物指向的生理活性物质的研究在我国如火如荼，从各个角度总结出来的综述也层出不穷[9,37,43-44]，在此不一一赘述。但是王剑文，谭仁祥等提出的利用内生菌寡糖诱导黄花蒿(Artemisiaannua)发根(Hairyroot)合成青蒿素(Artemisinin)的研究提示了植物内生微生物利用的一个新方向[45]，提示了植物内生微生物的作用并非一定要以微生物为主的思路，唤起我们对内生菌和宿主两者的相互作用的关注，值得借鉴。

4.2涉农的植物内生微生物研究

篇8

关键词：变性梯度凝胶电泳；微生物实验；实验教学改革

中图分类号：G462 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）39-0247-02

微生物学是高等院校生物类专业的一门重要专业基础课，是一门实验性和应用性很强的学科。微生物学实验是微生物学的重要组成部分，是现代生物学技术的重要基础，对于学生加深理论知识的理解，培养创新与实践能力具有非常重要的作用[1]。传统的微生物实验教学内容一般以验证性和演示性为主，注重培养学生的基本实验技能，但对学生综合实验技能和创新能力的培养有待提高。随着国家对创新人才的需求，适当增加综合性和研究性实验内容的比重是微生物实验教学改革的发展方向，对于提高学生的思维能力、动手能力有着积极的作用[1-3]。

本校非常重视实验教学改革工作，鼓励学生在掌握基本实验技能后，积极参加设计性、研究性实验，包括院校两级的大学生科研立项或教师的研究课题，并给予相应的创新学分。通过该项措施进一步激发了学生的学习兴趣，并有效提高了学生的实验技能及分析问题和解决问题的能力。目前微生物实验教学主要包括传统的微生物实验技术，随着分子生物技术的发展，微生物研究技术突破了以往主要依赖纯培养物的局限性，特别是在生态环境样品中的微生物群落结构分析中，基于PCR扩增的分子生物学方法逐渐取代了传统的培养方法，大大拓展了微生物研究的范围[4]。因此，我们在后续的研究性实验中引入了变性梯度凝胶电泳在微生物群落结构分析中的应用等创新型实验项目，使实验教学从基础性向综合性和研究性推进。

一、变性梯度凝胶电泳（DGGE）技术概述

由于自然环境中微生物生存条件的复杂性，大多数微生物以未可培养的形式存在。DGGE是一种不依赖微生物培养技术的研究方法，能快速、准确鉴定环境中微生物种群，在揭示复杂微生物群落演替规律和功能基因多样性方面具有独特的优越性，已被广泛应用于微生物分子生态学研究各领域[5]。DGGE技术的基本原理是在聚丙烯酰胺凝胶的基础上，加入呈梯度分布的变性剂（甲酰胺及尿素），双链DNA分子部分解链导致电泳迁移率降低，而序列不同的DNA分子解链行为不同，在凝胶中的移动速度也就不同，从而使得长度相同而序列不同的DN段分离。因此，通过测序分析凝胶上不同的谱带，可以检测微生物种群的遗传多样性和动态变化[6]。DGGE技术的工作流程主要包括以下几个步骤：（1）环境样品的采集；（2）样品中微生物基因组DNA的提取；（3）DN段的PCR扩增；（4）PCR产物的DGGE分析；（5）DNA条带的序列分析。

二、变性梯度凝胶电泳技术在微生物实验教学中的应用

变性梯度凝胶电泳技术是一项综合性较强的实验技术，涉及的知识面较广，要求学生既要有全面扎实的理论知识，又要求较强的实际动手能力。我校的微生物学实验安排在大学二年级的上学期，通过学习使学生掌握微生物学实验的基本原理和操作技术。此外通过后续的生化分析技术和分子生物学实验等课程，学生掌握了聚丙烯酰胺凝胶电泳、基因组提取和PCR扩增等实验技术。因此该项研究性实验项目主要面向大学二年级和三年级的学生，我们为学生提供开放的实验室环境，学生自己组成实验小组，可根据自己的实际情况安排时间。整个实验由学生实验小组开展并完成，同时在实施过程中配备指导教师进行随时指导。根据学生的学习兴趣并结合实验室的科研课题，我们近几年开设了多项DGGE技术在微生物研究中应用的实验，包括《氯嘧磺隆对土壤微生物类群的影响》、《SBR反应器中聚磷菌群的结构分析》、《不同森林土壤中产漆酶细菌群落结构的研究》和《厌氧污泥对偶氮废水的脱色及污泥菌群结构分析》等研究性实验项目。环境样品中DNA的提取是影响微生物多样性的DGGE检测结果的重要因素[7]，学生通过比较不同提取方法对DNA产量和纯度的影响，确定了针对不同的实验样品（土壤或污泥）的最佳提取方法，在这一过程中加深了对DNA提取原理和方法的认识。通过DGGE图谱的分析，学生可以直观地了解到污染胁迫等环境条件下微生物群落结构的改变及优势菌群形成的动态过程，更加深刻地理解富集培养技术在分离特定功能微生物上的应用。学生通过后续的序列比对分析，可以学习到相关环境中常见的微生物优势菌属，特别是一些非培养微生物序列的出现丰富了学生对微生物多样性的认识。通常面向本科生开设的微生物实验主要以好氧微生物为对象，因此学生接受的微生物学知识侧重于好氧微生物，对厌氧微生物的接触和认识较少。我们通过引入厌氧环境中微生物结构分析等实验项目，使学生有机会接触厌氧箱的使用，掌握厌氧微生物的培养方法等实验内容，进一步丰富实验教学内容，深化实验教学改革。

三、小结

分子生物学技术的发展，展示了一个更为丰富的微生物世界。与目前基于高通量测序的微生物多样性分析方法相比，DGGE技术具有快捷、方便、成本低等优点，适合应用于微生物创新实验教学。通过这些研究性实验的开展，使学生完成无法在正常教学时间进行的实验内容，拓展了与其他学科实验技术的综合应用，在激发学生学习兴趣的同时，不仅提升了学生的实验操作技能和团队协作能力，而且增强了综合思考及分析解决问题的能力，为独立完成毕业论文实验及今后从事科研工作打下了坚实的基础[8]。

参考文献：

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[3]贾艳萍，张兰河，马姣.立足学科发展的微生物学实验教学改革研究[J].实验技术与管理，2012，29（12）：26-32.

[4]李晓然，吕毅，宫路路，柳陈坚.微生物分子生态学发展历史及研究现状[J].中国微生态学杂志，2012，24（4）：366-369.

[5]李琬，李景鹏.分子生物学技术在堆肥微生态研究中的应用研究进展[J].中国农学通报，2012，28（18）：20-25.

[6]王洋清，杨，李勇.DGGE技术在森林土壤微生物多样性研究中的应用[J].生物技术通报，2011，（5）：75-79.

[7]高慧琴，刘凌.PCR-DGGE技术中不同DNA提取方法综述[J].安徽农业科学，2011，39（1）：52，102.

[8]高健，周建良，蒋本桂，张洁.普通微生物实验教学全面开放理论的建构[J].当代教育理论与实践，2012，4（3）：113-114.

篇9

关键词蚯蚓;土壤生态系统;重要地位;生态修复

AbstractAs an important part of the soil ecosystem，earthworms are a bridge between the terrestrial lives and soil ecosystem. Not only can earthworms promote the decomposition of garbage and the mineralization of organic matter，increase soil nutrient content，improve soil physical and chemical properties，but also promote microorganism’s growth and improve the yield or quality of crop. The ecological resoration was advanced too. Therefore，The important position of earthworm in the soil ecosystem was summarized in the article to provide some new ideas about improving poor soil， developing a new husbandry.

Key wordsearthworm;soil ecosystem;important roles;ecolgical restoration

蚯蚓属大型土壤动物，其生物量占土壤动物总量的60%，属腐食性动物，特别喜食发酵后的畜禽粪便、腐烂的瓜果、富含钙质的枯枝落叶等。蚯蚓是土壤中的主要动物类群，在生态系统中具有重要功能，可以促进植物残枝落叶的降解，促进有机物质的分解和矿化，提高植物营养，改善土壤结构，修复被污染的土壤等[1]。

另外，蚯蚓粪含有益菌数量可高达20万~20 000万个/g，能将有机物、微生物和作物生长相结合，进而改善土壤环境。其次，蚯蚓粪颗粒均匀、保水透气性能强，也可以加速土壤团粒结构的形成，并能从根本上解决土壤板结的问题，提高土壤通透性、保水性和保肥能力，有利于微生物的繁殖，且能增强土壤养分的储存能力。可以说，在土壤中蚯蚓数量的多少是土壤是否健康的重要标志之一。蚯蚓及其粪便在土壤生态系统中扮演着不可或缺的角色，笔者从5个方面阐述了蚯蚓在土壤生态系统中的重要作用。

1分解土壤废弃物

蚯蚓作为重要的腐生生物，广泛存在于自然生态系统中。蚯蚓食性广、食量大，其体内可分泌出分解蛋白质、脂肪、碳水化合物和纤维素等各种酶类，消化道中有大量微生物，可以绝大多数植物性有机垃圾为食。根据对排出的颗粒状蚯蚓粪研究，发现其中不仅含有多种酶和微生物，还含有丰富的腐殖质和N、P、K等营养元素[2]。根据这一特点，蚯蚓具有处理生活及商业垃圾、净化土壤、消除公害的作用。人们可利用蚯蚓处理造纸厂的污泥、酒厂和畜禽水产品加工厂的废物废水及城市垃圾，可以真正地实现垃圾的无害化、减量化和资源化。1 hm2土壤中的蚯蚓每年可以处理1 500 t有机垃圾，生产30~60 t蚯蚓，产出555 t高级蚯蚓粪[3]。

2改善土壤理化性质

蚯蚓不断地纵横钻洞和吞土排粪，能改变土壤的理化性质，使板结贫瘠的土壤变得疏松多孔、通气透水、保墒肥沃且能促进作物根系生长，既可免耕或少耕，又可提高土壤肥力，节省劳力，节约能源和增加产量[4]。

2.1对土壤物理性质的影响

蚯蚓通过在土壤中的一系列活动对土壤结构、团聚体形成及植物生长和养分吸收所需的物理条件有十分重要的影响。邱江平等[5]认为，蚯蚓不仅参与和促进有机物质的分解，增加土壤养分，其活动还能在土壤中构成大量纵横交错的孔道，这些孔道往往被蚯蚓排出的粪粒填充，粪粒互相堆叠形成许多非毛管孔隙，这些网状孔道和孔隙大大增强了土壤的通气性和透水能力。

另外，施用蚓粪可以明显降低土壤容重，增加土壤总孔隙度。这是因为蚓粪本身就是极好的团粒结构，富含腐殖质，腐殖质为亲水胶体，保水能力强，腐殖质和粘粒结合形成团粒，在团粒内部有许多毛管孔隙，也能保存较多水分被植物利用。由于腐殖质是棕黑色的物质，在土壤中的含量越多，土壤颜色就越深，即可增加吸收日光热能，有利于提高土温。同时，腐殖质保水能力强，导热性小，利于土壤恒温和作物根系的生长。因此，蚓粪多的土壤富有合理的团粒结构和保持水肥的能力，有机物被蚯蚓吞食后，经消化形成酸碱中性、水气调和、孔隙大的团粒结构，耐水冲刷，且有保水、保肥的性能，有利于农作物生长发育[6]。

2.2对土壤化学性质的影响

蚯蚓在其生命活动过程中，除了形成大量品质优良的土壤团聚体外，还加强了土壤有机物质的分解与转化，促进土壤腐殖质的形成和富集，从而为提高土壤肥力创造了良好的物质基础。

蚯蚓可将有机质与矿物质土混合，形成富含有机质的土壤微粒，为有机质提供物理保护，进而减慢有机质的周转，提高土壤潜在的碳吸存能力。另外，据陈宝书等[7]测定，蚯蚓粪中有机质含量为19.47%~42.20%，腐殖酸含量11.7%~25.8%，氮磷钾总养分>3%。可见，蚓粪不但含有植物所需的常量元素，且通过微生物作用，使矿物质元素变成水溶性的易被植物吸收的有效成分以及未知的植物生长素[6]。李辉信等[8]研究表明，接种蚯蚓处理土壤的矿质氮、硝态氮和微生物量碳、氮含量提高，蚯蚓具有扩大土壤微生物量氮库和促进有机氮矿化的双重作用，另外对土壤结构和氮素供应条件的改善以及植物外源激素的增加也具有促进作用。

3与土壤微生物的相互作用

蚯蚓摄取的有机质在胃囊内经机械研磨，在肠道内经生物化学的联合作用被分解为理想的颗粒，这些颗粒比表面积大，物理化学性质稳定，非常适合微生物的增殖，从而使蚯蚓的排泄物或其产生的脱落物十分细碎，且比原有机质具有更高的微生物活性。在这个过程中，有机物中重要的植物营养，特别是N、P、K和Ca被释放而且通过微生物行为转化为更易溶和更易被植物利用的成分[9]。

蚯蚓体内广泛存在着微生物，且其数量的动态变化又相当复杂。Bar-ness[10]研究表明，蚯蚓和微生物的联合作用对有机质的分解以及矿物营养的释放起着非常重要的作用，目前已从蚯蚓体内分离到包括细菌、藻类、原生动物、放线菌、真菌甚至线虫在内的各类生物。反过来讲，蚯蚓活动不仅对微生物的种群结构和数量产生影响，而且对微生物的活性也会产生影响。

另外，蚯蚓粪中富含细菌、放线菌和真菌。这些微生物不仅使复杂物质矿化为植物易于吸收的有效物质，而且还可以合成一系列有生物活性的物质，如糖、氨基酸、维生素等，这些物质的产生使蚯蚓粪具有许多特殊性质[11]。蚯蚓粪中大量微生物活动的结果除了能够增加土壤中矿质营养和腐殖质外，还能产生多种维生素、抗生素、生长素等，具有促进根系发育、刺激作物生长、增强抗病能力之功效。

总而言之，蚯蚓在土壤生态系统中的活动，一方面给土壤接种细菌，另一方面又能改善土壤的生活环境，为微生物的旺盛繁育创造有利的条件，能显著提高土壤微生物的活性和生物化学功能。

4蚯蚓活动对作物增产的效果

蚯蚓活动的结果可大大改善土壤中水、肥、气、热状况，从而为作物增产提供十分有利的生育条件。可见，蚯蚓作为重要的生物动力资源，不但可以加速土壤结构的形成，还能促进土肥相融[12-13]。

崔玉珍等[2]通过培养与盆栽试验表明，施用蚓粪不但可显著提高草莓产量，同时还可改善草莓的品质。另外，在施有蚓粪的土壤中栽培和种植豌豆、油菜、黑麦、玉米、稞麦或马铃薯可分别增产3、6.2、0.6、2.5、1.64、1.35倍[3]。

5生态修复功能

戈峰等[14]对蚯蚓在Cu及一些重金属污染区的土壤改造和生态恢复中的作用进行了研究，发现蚯蚓可用于生态修复。伏小勇等[15]通过向供试土壤中添加CuSO4、ZnSO4、Pb(Ac)2、HgCl2模拟受污土壤，研究接种于其中的微小双胸蚯蚓对重金属的富集作用。结果表明，蚯蚓对各种重金属的富集量随着培养时间的增加而变化。李扬等[16]研究认为，蚯蚓粪具有特殊的物理、化学、生物性质，推测其能改变重金属的生物有效性，具有修复土壤重金属污染的潜力。

6参考文献

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[2] 崔玉珍，牛明芬.蚯蚓粪对土壤的培肥作用及草莓产量和品质的影响[J].土壤通报，1998，29(4):156-157.

[3] 李典友，潘根兴，向昌国，等.土壤中蚯蚓资源的开发应用研究及展望[J].中国农学通报，2005，21(10):340-347.

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篇10

[关键词] 肠道微生态；学术经验；中医生命观

[中图分类号] R22 [文献标识码] A [文章编号] 1673-7210（2016）08（a）-0105-04

[Abstract] “Energy， movement and balance” are the three core elements concluded by Professor Weiwei in the life view of traditional Chinese medicine. The diversity of intestinal micro ecology is determined by the renal inherent energy， and closely related to the function of the spleen and stomach， the energy keeps running and changing to get dynamic balance. This paper tries to use Professor Weiwei's life view of traditional Chinese medicine on the study of intestinal micro ecology and provides a reference for fellow.

[Key words] Intestinal micro ecology； Academic experience； Life view of traditional Chinese medicine

魏玮教授是国家有突出贡献中青年专家，“国家百千万人才工程”国家级人选，国家临床重点专科学科带头人，从事消化系统疾病的临床、科研和教学工作近30年，擅长诊治及预防各种脾胃疾病，师承国医大师路志正教授，并秉承其“持中央、运四旁、怡情志、调升降、顾润燥、纳化常”十八字诀的学术思想，总结出中医生命观的本质在于“能量”“运动”“平衡”这三大要素，此三项解释了生命的起源以及活动的规律，也解释了疾病的发生与发展，是中医整体观与辨证论治核心观念的高度概括。人体的正常生命活动正是依靠“能量”“运动”“平衡”而存在，此三大要素任一环节出现问题，则会导致疾病的发生[1]。

肠道微生态系统是指人体胃肠内的各种微生物群组成的微生态系统，在维持人体健康中发挥十分重要的作用，肠道微生态失衡，就会对宿主也就是人体本身产生一系列的影响，促进疾病的发生[2]。据报道，肠道菌群紊乱与急慢性腹泻、便秘、肝脏疾病、假膜性肠炎、急性坏死性胰腺炎、多脏衰等多种疾病相关[3]。而近年来的研究表明，肠道菌群紊乱还与多种自身免疫性疾病相关，并可能是导致肥胖症、2型糖尿病、肠癌的重要因素[4]。本文试图从肠道微生态的角度，对魏玮教授中医生命观的三大核心要素进行阐述，从肠道微生态的角度探究中医理论，探讨肠道微生态的中医本质，也为研究肠道微生态开辟了新的思路。

1 能量

人体需要能量维持日常生理功能，所谓能量，从中医学角度来讲，包含着物质和“非物质”因素，它既包括了血、津、液等物质因素，又包括了精、气、神等“非物质”性因素，通过脉管、经络等流动于全身，维持人体脏腑、经络、形体、关窍的正常生命活动。生命的实质就是能量，有能量则生，失能量则亡，亦即古人所谓“正气”“真气”。《灵枢・刺节真邪》“真气者，所受于天与谷气，并而充身也”，说明这个能量有先后天之分，父母的生殖之精为先天的能量之源，贮藏于肾；自然界的清气通过肺脏摄纳吐吸进入人体，并在血脉的推动下通达全身，构成自然之气；同时食物经过胃的腐熟作用转化为水谷精微，并在脾的运化作用下运布全身，成为后天能量之源。人体能量也就是生命活动的原动力，由先天肾脏封藏之能量、自然界之清气以及脾胃运化之水谷精微三者相合而成，三者相辅相成，人体才能完成正常的生长发育的过程。肾脏中贮藏的先天能量，结合由肺推动的自然清气和脾胃运化的水谷精微，通过三焦到达全身，化而为气、血、津、液，人体各脏腑组织得以荣养，才能发挥各自不同的功能。

从肠道微生态学的角度来看，肾脏封藏的原始能量决定了肠道菌群的组成结构，肾脏的功能亦影响了肠道菌群的状态。宿主的基因是决定肠道菌群多样性以及构成的重要因素，先天不足，肾阳虚衰，肠道菌群就会相对单一，容易受外界影响而出现菌群紊乱，这一点已被多项研究证实。有研究[5]对肾阳虚患者粪便中的细菌菌属做了研究后发现，肠道需氧菌如人肠杆菌、肠球菌等数量显著增加，葡萄球菌的数量也明显增加，但是厌氧菌如双歧杆菌、乳酸杆菌等则比正常人明显降低，需氧菌与厌氧菌的比值明显升高，提示肾阳虚的患者存在肠道菌群紊乱。而数项研究也证实，补肾类中药具有调节肠道微生态的作用。有研究发现[6]，锁有调节肝性脑病的大鼠模型的肠道菌群的作用，可以扶植专性厌氧菌如双歧杆菌、乳杆菌等生长，抑制兼性厌氧菌如大肠埃希菌的生长，具有调节肠道微生态、抑制肠道菌群移位的作用。另一项研究也发现，女贞子和锁阳一样，同样也具有调节肠道微生态的作用[7]。反映了补肾方药具有改善肠道微生态的作用，因此在临床上治疗肠道微生态紊乱的患者，应考虑从肾入手，重视顾护肾阳。

《素问・五脏别论》“五味入口，藏于胃以养五脏气”，可见营卫、气血、津液都来源于水谷精微，只是因为性质、输布部位、功能不同而名称不同，实质上就是一个能量的转化过程，而脾胃就是能量转化的关键脏器。脾胃作为一个小的与外界相通的生态环境，通过影响人体内的胃肠道微环境，从而对人体的微生态产生影响。因此，脾胃功能是后天能量转换的关键，也是影响肠道微生态的关键。同时，肠道微生态也参与后天能量的代谢及转换。通过参与营养物质的消化与吸收，参与能量代谢来影响消化系统的功能，从而影响人体的代谢与能量的吸收。有研究表明，胃肠道菌群的代谢作用主要体现在聚糖、淀粉、各种糖以及甲烷的生成，它们参与着机体从食物到能量转化的整个过程[8]。肠道菌群还可以分解饮食中不能被胃肠道消化的淀粉、纤维等，降解木聚糖、植物多糖等各类多糖，厌氧分解多肽及蛋白质，转化结合胆汁，并合成维生素B1、B12，维生素K等[9]。肠道的部分菌群可在一定程度上增加食物的转化率[10]，调节机体的脂肪储存。

中医的生命观认为，人体的正常生理功能的维持离不开能量，能量充足与否与肠道微生态的平衡息息相关。能量充足则肠道微生态平衡，形成天然的生物屏障，抵御外来致病菌的入侵与定植，辅助机体的免疫功能。正所谓“正气存内，邪不可干”。细菌之间的相互作用力及关联度决定了肠道菌群之间的稳定度，而细菌之间的关联度则与菌群的多样性密切有关。能量越充足，菌群越复杂，细菌之间的相互作用力越强，菌群的关联度也就越强，菌群越稳定，对于外来致病菌的抗定植与入侵的作用就越好，就能起到维持机体健康的“正气”的作用；如果能量不足，菌群相对单一，细菌之间的相互作用及关联就减弱，肠道微生态失衡，外来细菌入侵则成为“邪气”[11]。

综上，能量的充足与否，决定了肠道微生态的平衡状态，肠道微生态也参与到机体能量转换的过程中，二者相互影响。肾脏封藏的原始能量决定了肠道微生态的构成，而脾胃的运化功能则是后天能量转换的关键，也是肠道微生态与人体之间相互作用影响的桥梁。

2 运动

我们的世界处于不停的运动当中，大气能量的升降浮沉运动则产生雷电雨雪，能量增减随时间推移则产生春夏秋冬，相应的人体的能量亦在不停的运动之中，在永恒运动的情况下保持相对平衡。同样，肠道菌群亦处于不断的运动变化之中，我们知道，微生物存在自溶作用，衰老的微生物不停的凋亡，同时也会有新生的微生物不断产生，这是微生物衰老后凋亡的方式，因此肠道的菌群、菌种以及细菌的数量、密度都处于不停的运动变化之中。

此外，正常菌群的建立与演变也是不断运动变化的，人类从出生到死亡，肠道菌群随着不同的发育阶段进行动态调整来适应人体的需求，从而表现出不同的特征，肠道的菌群在婴儿、青少年、成年以及老年等不同的年龄段存在着规律的动态的变化。

刚出生的新生儿的肠道内并没有细菌，婴儿期的肠道菌群来源于母亲，很大一部分由母乳中获得，科学家们通过对婴儿粪便进行选择性肠杆菌培养后发现，其肠道微生物的组成要比成年人相对简单，以肠杆菌、链球菌等兼性厌氧菌为主，而双歧杆菌和类杆菌、梭菌属厌氧链球菌的数量也较多；但到1岁后就逐渐转变为以拟杆菌和梭菌等严格厌氧菌属占绝对优势的、多样性组成；到了成年时期，人们的肠道菌群的主要菌种可能就会转变为拟杆菌门或硬壁菌门，然后是放线菌或者变形菌；到了老年时期，由于多数老年人此时牙齿已经开始脱落，对食物的咀嚼力降低，导致饮食构成会偏向软烂易嚼的食物，加上免疫功能降低、胃酸分泌减少、肠黏膜屏障功能减弱等生理功能改变，因此，老年人的肠道菌群也相对单一，肠道微生态的多样性降低，表现为双歧杆菌、乳酸杆菌、普氏菌等益生菌菌种减少而肠杆菌、链球菌、葡萄球菌、白色念珠菌等致病菌的增加[12]。由此可知，肠道微生态随年龄阶段的不同而表现出不同的特点，菌群结构、菌数、多样性均处于不断的运动之中。

《素问・六微旨大论》“出入废则神机化灭，升降息则气立孤危，故非出入则无以生长壮老已，非升降则无以生长化收藏，是以升降出入，无器不有”，说明人体的运动是永恒不息的，而升降出入则是运动的表现形式。脾主升清，升腾精微，胃主降浊，下降糟粕，二者一升一降，协同完成运化水谷精微，供养机体，是为一身气机升降出入之枢纽。无论何种原因导致脾胃功能失调，气机升降失常都会引起脾胃病，出现“清气在下，则生飨泄，浊气在上，则生_胀”等一系列病症。肠道微生态与脾胃升降功能密切相关，肠道菌群失调，直接影响脾胃功能，气机升降失司，则会产生腹胀、腹泻、便秘、纳差等一系列症状，同样，脾胃功能受损，中焦壅塞，气血、津液难以输布，肠道菌群无以滋养，益生菌群凋亡而致病菌增多，造成菌群紊乱甚至肠道菌群移位。多项研究表明，腹泻、便秘、消化不良患者存在肠道菌群紊乱[13-15]，而这些表现与中医“脾虚证”的临床表现一致。实验研究发现，脾虚证的大鼠模型的肠道微生态存在失衡现象，其肠道菌群指纹图谱条带多样性指数较造模前降低，而给予健脾补气方药如四君子汤、补中益气汤、理中汤等汤剂后，其肠道菌群均有明显的改善，也提示健脾补气方药治疗脾虚证的机制可能通过肠道菌群的调节来完成[16-17]。因此，在治疗肠道菌群紊乱的患者时，重视脾胃，调理升降气机，恢复动态是核心。

同时，外界环境对于菌群结构也有重要影响，人体的微生态随着外界环境的不断变化而变化。受相对湿度、风速、温度、阳光等影响，空气中的微生物的种类与数量也在时时发生变化，而空气中的微生物可以通过呼吸道进入人体，进而影响人体的呼吸道微生态，“肺与大肠相表里”，同样，呼吸道微生态也可以影响肠道微生态，

动物实验研究证实[18]，溃疡性结肠炎大鼠模型的呼吸道的部分菌群与肠道菌群出现同步相关的变化，具体表现为益生菌的数量减少而条件致病菌的数量增多。人体微生态菌群的变化可能是“肺与大肠相表里”的具体表现形式以及作用机制。

3 平衡

中医学理论在实践中不断得到发展，其核心思想在于如何保持人体的动态的相对平衡。平衡是中医生命观的终极目标，“阴平阳秘、精神乃治”的观点正是对平衡理念的最佳诠释。正所谓“阴在内，阳之守也；阳在外，阴之使也”（《素问・阴阳应象人论》），正常情况下，阴阳一直处于动态的平衡之中，确保机体生命活动的正常进行。各种原因导致阴气过盛，则会产生“阴胜则阳病”“阴胜则寒”的状态，阳气过盛则会产生“阳胜则阴病”“阳胜则热”的状态，从而引发疾病的发生。阴阳互根互用，又始终处于“阳消阴长，阴消阳长”的不断运动之中，保持相对的平衡。人体的肠道菌群大致可分为三大类：一类为益生菌，包括双歧杆菌和乳酸杆菌等；一类为厌氧菌，主要包括粪杆菌、优杆菌、韦荣球菌和消化链球菌等；另外一类为好氧菌和兼性好氧菌等，主要包括大肠杆菌、肠球菌等。这三类细菌之间也如“阴”“阳”一样，存在着互根互用又相互制约的动态的、相对的平衡关系：一方面他们彼此依赖，互相提供生长繁殖所需的养料，另一方面又相互制约，抑制对方的数量，最终各菌群之间达到相对平衡的状态。

人是靠天地的能量感化而生，正如《素问・宝命全形论》中所说“人以天地之气生”，人与自然是统一的整体，而人体会随着自然环境的改变而改变，这就是所谓的“天人相应”。微生态学也认为一切生物都与其所在的环境是统一整体。我们生活在一个充满微生物的世界，外界的环境不仅对自然界中的微生物产生影响，也通过微生物影响了人体的生理状态，进而影响到人体体内的微生态环境。微生物不仅参与影响了人类的生命活动，同时也是人类得以在自然界生存的必要条件。同时，人体作为宿主，其生命活动也对寄生于体内的微生物产生影响，人体、微生物、自然界三者之间存在对立统一的关系，保持着相对的动态的平衡，一旦这种平衡被打破，将会导致人体出现失衡状态，导致疾病的发生。

微生态的平衡是保持机体健康的关键因素，而微生物致病的本质在于微生态的失衡。对于肠道微生态而言，其平衡的特征在于菌群多样性，密度均衡，优势菌以益生菌为主等等，一个平衡的肠道微生态有促进机体的体液及细胞免疫，有利于维持机体的健康。正常情况下，健康机体的微生态处于动态的平衡状态，菌群多样性明显，相互关联强大，抗定植力升高，致病菌无法入侵定植，提高机体的免疫功能。任何原因破坏了这种动态的平衡，就会使某些菌群过度生长，菌群相对单一，相互关联作用减弱，抗定植力遭到破坏，机体免疫功能下降，外来菌及致病菌定植而致病。因此，微生态的平衡与否决定了疾病的发生，而对于失衡的微生态，最好的治疗不是单纯的杀菌抑菌，而是促进益生菌的生长，恢复肠道菌群的均衡，从而发挥益生菌的生物拮抗作用，祛除致病菌于体外。研究也证实，有些中药服用时有良好的解热抗菌的效果，但是在体外培养时却并不具备杀菌、抑菌的作用，究其机制，在于此类中药具有扶植益生菌生长、提高机体抗定植力、促进免疫功能的作用，从而达到制衡致病菌、最终使其排除体外的效果。比如黄芪、党参、白术等补益类的中药，均具有扶植益生菌生长、调节肠道微生态的作用。而多项研究也证实，此类中药虽不具备直接的杀菌、抑菌作用，但其中的多糖、皂苷、黄酮等物质对于肠道菌群具有多靶点多途径的调节功能，有利于肠道微生态系统保持平衡[19-21]。

4 小结

综上所述，魏玮教授认为，“能量”“运动”“平衡”三者乃是中医生命观的三大核心要素，是机体生命活动得以有序进行的保障。“能量”是生命活动的基础，“运动”乃生命活动的本质，“平衡”为生命活动的最终目标，三者相互辅助，只有“能量”充足，并且不断的“运动”，才能最终达到动态的“平衡”。正是由于体内能量平衡分布，脏腑、经络、形体、官窍各司其职，气机顺畅的升降出入，才能使人体正常的生命活动得以进行，完成整个生老病死的过程。对于肠道微生态而言，同样可以用中医生命观的三大要素来阐释。肾脏封藏的原始能量决定了肠道微生态的组成，脾胃的运化功能则是后天能量转换的关键，也是人体与肠道微生态之间相互作用的纽带，脾胃的升降功能与肠道微生态的关系密切，因此在治疗肠道菌群紊乱的患者时，顾护“能量”是基础，恢复“运动”是核心，达到“平衡”是目的。因此，我们在论治肠道微生态失调时，可以从顾护正气、健脾益肾、调节阴阳平衡、扶正祛邪理论入手，而重视脾胃、调理升降气机、恢复平衡则是治疗的核心。

肠道微生态近年来越来越受到广大学者的关注，也是诸多研究的热点，随着对肠道微生态本质的进一步揭示与探索，人们发现其与中医药基础理论中间存在互通性与相关性。运用中医的生命观来研究肠道微生态，对于拓宽研究思路，深入探讨肠道微生态的生理、病理的本质，发掘调节肠道微生态的新方法以及中医药对于肠道微生态的作用机制非常有帮助，而且还有利于深层次地通过对肠道微生态致病机制的研究来更深一步地探讨中医药认识疾病、治疗疾病的本质，对于提高中医药的诊疗水平大有裨益。

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