基本介紹
詞條解釋,多樣性,過程,研究進程,研究方法進展,分離與計數,新方法,微生物純培養,土壤酶,流（fluxs）,
詞條解釋
詞目：土壤微生物
英文：soil microorganism
學科：土壤學
釋文：生活在土壤中的細菌、真菌、放線菌、藻類的總稱。其個體微小，一般以微米或毫微米來計算，通常1克土壤中有106～109個，其種類和數量隨成土環境及其土層深度的不同而變化。它們在土壤中進行氧化、硝化、氨化、固氮、硫化等過程，促進土壤有機質的分解和養分的轉化。土壤微生物一般以細菌數量最多，有益的細菌有固氮菌、硝化細菌和腐生細菌；有害的細菌有反硝化細菌等。施用有機肥有益於微生物的生長和繁殖。
多樣性
由於土壤具備了各種微生物生長發育所需要的營養、水分、空氣、酸鹼度、滲透壓和溫度等條件，所以成了微生物生活的良好環境。可以說，土壤是微生物的“天然培養基”，也是它們的“大本營”，對人類來說，則是最豐富的菌種資源庫。
儘管土壤的類型眾多，其中各種微生物的含量變化很大，但一般來說，在每克耕作層土壤中，各種微生物含量之比大體有一個10倍系列的遞減規律：
細菌(～108)>放線菌(～107，孢子)>黴菌(～106，孢子)>酵母菌(～105)>藻類(～104)>原生動物(～103)
由此可知，土壤中所含的微生物數量很大，尤以細菌居多。據估計，在每畝耕作層土壤中，約有黴菌150kg，細菌75kg，原生動物15kg，藻類7.5kg，酵母菌7.5kg。通過這些微生物旺盛的代謝活動，可明顯改善土壤的物理結構和提高它的肥力。
土壤微生物功能多樣性：指土壤生態系統中微生物的物種豐富度和均一度，主要從分類學、系統學和生物地理學角度對一定地域內物種的現狀進行研究。目前主要通過培養基最大限度地培養各種菌落，由此了解土壤中可培養的微生物種群。
土壤微生物的功能多樣性：指土壤微生物群落所能執行的功能範圍以及這些功能的執行過程，對自然界元素循環具有重要意義如：分解功能、營養傳遞功能以及促進或抑制植物生長的功能等。
目前一般採用底物誘導下的代謝回響模式測算土壤微生物群落的代謝功能多樣性。
土壤微生物結構多樣性：指土壤微生物群落在細胞結構組分上的多樣化程度，這是導致微生物代謝方式和生理功能多樣化的直接原因。
土壤微生物的遺傳多樣性：是土壤微生物在基因水平上攜帶的各類遺傳物質和遺傳信息的總和，這是微生物多樣性的本質和最終反映。
過程
土壤微生物是土壤中物質轉化的動力：如;固氮作用，硝化作用、反硝化作用、腐殖質的分解和合成，土壤酶與微生物細胞一起推動物質轉化。
全球變暖、森林銳減、土壤退化都與微生物有關。
研究進程
1676年，虎克用自製的單式顯微鏡觀察到細菌個體。
1897年，畢希納用無細胞酵母菌壓榨汁中的“酒花酶”對葡萄糖進行乙醇發酵成功，從而開創了微生物生化研究的新時代。
1953年，沃森和克里克發表了關於DNA雙螺旋模型，整個生命科學領域進入分子生物學研究階段，是微生物學發展史上成熟到來的標誌。
研究方法進展
土壤微生物研究方法經歷了微生物純培養、土壤酶活性（BIOLOG微平板分析）、微生物庫（如微生物生物量）和流（C和N循環）、微生物生物標記物（FAMEs）、微生物分子生物學技術（從土壤中提取DNA，進行PCR-DGGE、PCR-SSCP、RLFP分析等），揭示了土壤微生物群落豐富的多樣性和生態功能；現代生物技術和傳統微生物研究方法的配合將為土壤微生物學研究提供較好的前景。
分離與計數
稀釋平板法
用已知質量的土壤在適量的溶液中攪拌的時候，微生物和土壤分離，這些分開的微生物細胞在營養瓊脂平板上生長成為分散的菌落，根據菌落數換算得單位重量土壤中微生物的數量。土壤中微生物的數量很多，因此必須取少量樣品製成土壤懸液，然後稀釋，使發育在培養皿中的菌落可以很好地分散開。
最大或然數法（MPN稀釋法)
用於一些特殊功能菌的計數，如，硝化細菌和反硝化細菌。
假設被測定的微生物在稀釋液中均勻分布，並在試管中全部存活，隨著稀釋倍數的加大，稀釋液中微生物的數量將越來越少，直到將某一稀釋度的土壤稀釋液接種到培養基上培養後，沒有或很少出現微生物，根據沒有出現細菌的最低稀釋度和出現菌落的最高稀釋度計算土壤中微生物的數量。
新方法
微生物純培養
傳統的土壤生態系統中微生物群落多樣性及結構分析大多是將微生物進行分離培養，然後通過一般的生物化學性狀，或者特定的表現型來分析，局限於從固體培養基上分離微生物。隨著人們對土壤中微生物的原位生存狀態研究，越來越發現常規的分離培養方法很難全面地估價微生物群落多樣性。從土壤中簡單提取和平板培養計數不能得到土壤微生物在土壤生態系統中的生活特徵和生態功能的信息。純培養方法和原理大多從醫藥微生物引過來的，有些方法對土壤微生物研究並不很適合，譬如在自然土壤生態環境下許多土壤微生物處於貧營養，而在實驗室用營養豐富的牛肉汁蛋白腖來測定土壤活細菌的總數，大量的貧營養微生物不適宜生長，測定結果誤差大；一般實驗室在分離培養土壤細菌時通常只是在28℃下培養。儘管土壤中存在高溫型細菌，但土壤中的低溫型細菌則被忽視了。由於傳統的平板培養方法只能反映極少數微生物的信息，這些研究不能充分了解土壤微生物生態功能，也埋沒了大量有很大套用價值的微生物資源。
土壤酶
用生物化學技術能快速地檢測土壤酶活性，使土壤酶學研究在60年代後期至80年代比較熱門，其中尿酶、磷酸酶、脫氫酶在土壤中的含量和變化規律研究較多。但土壤酶測定方法用於土壤微生物研究的一個致命弱點是不能直接的反映土壤實際微生物狀況。Visser等對酶檢測用於土壤微生物群落和土壤質量評價提出了懷疑。Skujins(1978)認為脫氫酶本身的生物化學特徵決定了它不可能以胞外酶狀態存在於土壤中。為了解決土壤酶測定中的評判問題，Beck（1984）提出了土壤微生物如微生物量（microbialbiomass）、還原酶（reductase）、水解酶（hydrolase）的適宜指標，然而，這些指標從來沒有被廣泛採用。Beck（1984）和Trasar-Cepedaetal.（1998）認為把酶用於土壤質量評價指標是值得懷疑的，而且缺乏常規可行的酶測定手段，存在藥品昂貴等問題[7，8]。
Community-levelphysiologicalprofiling(CLPP)是由GarlandandMills（1991）提出的另一種酶分析方法，微生物群落降解95種不同單一碳源的能力可一次分析，其中BIOLOGGN微平板較多套用於研究土壤和環境微生物區系。作者採用BIOLOGGN微平板培養分析施用生態有機肥對土壤微生物多樣性和番茄青枯病的影響，結果表明，連作地施用生態有機肥後，番茄青枯病顯著降低，土壤微生物多樣性顯著提高。由於真菌、放線菌的代謝反應不能分解四氮疊茂，此方法只能檢測微生物群落細菌（主要是革蘭氏陰性菌）中快速生長的那部分微生物信息。不同的微生物對同一碳源的利用能力是有差異的，微生物對不同單一碳源的代謝指紋差異並不能簡單地歸納為微生物群落數量和結構的差異，而且土壤微生物在BIOLOG系統中生長時，由於溫育環境的改變引起微生物對碳底物實際利用能力的改變，同時在溫育過程中存在適應性問題如代謝補償、代謝適應等。但CLPP方法因快速、簡便而受到人們的歡迎，因而有專用於土壤和環境微生物生態研究的生態微平板（EcoPlates）（Insam，1997）。土壤酶測定方法至今沒有一個標準的參數和測定標準，不能對土壤微生物生態功能一個準確的答案，若要充分分析土壤特徵，了解不同土壤之間的差異，一定要與其他的方法相配合。
流（fluxs）
土壤微生物是土壤生態系統中庫（pool）和流的一個巨大的原動力。土壤酶測定一般要在適宜的條件下測定，不能作為土壤物流的原位評價。庫和流的計算對土壤微生物學家來說很重要，測定土壤微生物呼吸（CO2的釋放量），是較好的微生物群落總代謝活性指標。
N、NO3輸入引起土壤酸化，甚至引起地下水的N污染。氮的分配（N2O、NO等）對氣候變化和臭氧層破壞有極大影響，生物固氮對緩解矛盾有重要的意義，同時也提高農作物產量和減少人類飢餓。從1970年以來，共生和非共生固氮研究很熱烈。土壤微生物學家套用分子生物學技術在轉基因作物和轉基因工程菌方面研究，大大提高了生物固氮效果。許多傳統方法，如N礦化測定，硝化潛力或用於反硝化測定的乙炔抑制方法仍然廣泛使用。套用15N放射性標記方法可詳細地了解土壤中或土壤微生物群落中的N分配和去向。
