微生物群落分析方法

(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

第1节 种群和生物群落（4课时）

教学目标：1、理解种群和生物群落的概念

2、学会识别种群，区别不同的生物群落

3、了解种群的基本特征、植物群落的分层现象

4、了解生物与环境的相互作用（包括环境中非生物因素对生物的影响、生物生

命活动对环境的影响、生物对环境的适应、生物与非生物之间的相互关系等） 重点难点：种群、群落的概念、种群的特征

教学过程

第1课时

课堂引入：同种或不同种生物个体之间的关系怎样？生物与其生活环境之间又有什么联系？

一、认识生物种群

读图：这些生物是同一种生物吗？为什么？

苔藓 金鱼藻 灵 芝 蝗 虫

――它们不是同一种生物，因为它们的形态、结构并不相同。

物种(species)：一群生物，它们的形态、结构相似，并能相互交配而生育子孙后代。

读图：看上面几张图片，有什么共同点？

种群(population)：生活在一定区域内的同种生物个体的总和。

强调：种群并不是许多生物个体的简单相加，且也有三个区别于其他群体的特点： ①一定空间和时间内（一个区域）；

②同种生物（一个物种）；

③个体的总和（一群个体）。

练习：1、一个池塘中的鲢鱼、鲤鱼等鱼群。则这个池塘中全部的鱼是否一个种群？

2、判断下列属于种群的是哪一项[ ]

A．一片森林里全部的

水质 微型生物群落监测 PFU法

GB/T 12990-91

Water quality-Microbial community

biomonitoring-PFU method

PPU微型生物群落监测方法(以下简称PFU法)是应用泡沫塑料块作为人工基质收集水体中的微型生物群落，测定该群落结构与功能的各种参数，以评价水质。此外，用室内毒性试验方法，以预报工业废水和化学品对受纳水体中微型生物群落的毒性强度，为制定其安全浓度和最高允许浓度提出群落级水平的基准。 1 适用范围

1.1 本标准的野外监测适用于淡水水体，包括湖泊、水库、池塘、大江、河流、溪流。

1.2 本标准的室内毒性试验适用于工厂排放的废水、城镇生活污水、各类有害化学物质。

1.3 本标准适用于综合水质评价。 2 定义

2.1 PFU：是Polyurethane foam unit(聚氨酯泡沫塑料块)的缩写。

2.2 微型生物群落(Microbial community)：是指水生态系统中显微镜下才能看见的微小生物，主要是细茵、真苗、藻类和原生动物，此外也包括小型的后生动物，如轮虫等。它们占据着各自的生态位，被此间有复杂的相互作用，构成一特定的群落，称之为微型生物群落。

2.3

发酵蔬菜微生物群落变化及与亚硝酸盐的关系

【摘要】：蔬菜发酵是一个由微生物主导的过程,微生物的种群、数量与发酵食品品质、风味和营养等密切相关。蔬菜表面富含多种微生物。在发酵体系中形成独特的微生物群落结构。蔬菜发酵体系中的微生物除乳酸菌外,还有酵母、霉菌等。这些种群在发酵体系中的生长存在方式、演替规律、与乳酸菌种群的关系及其相互作用对蔬菜发酵如何产生效应,至今国内外尚没有系统、深入的研究。此外,这些微生物在发酵过程中以及腌渍品后期储藏过程中不可避免的产生亚硝酸盐。而亚硝酸盐含量超标问题又是限制蔬菜发酵产业的重要问题。因此,本文探究了发酵蔬菜细菌和真菌群落变化并开展了与亚硝酸盐形成、还原相关微生物鉴定的研究,为蔬菜发酵机制、质量控制及低亚硝酸盐含量工艺的建立提供理论依据。有研究表明在自然发酵过程中,食盐浓度、微生物发酵产酸、乳酸菌和辅料的抑菌作用是影响微生物群落变化的主要因素。本文采用PCR-DGGE非培养方法结合BIOLOG方法分析研究蔬菜发酵过程中细菌、真菌随发酵时间变化而演变的规律,并进行群体鉴定、个体鉴定及对群落结构和功能性进行分析,以期全面揭示微生物群落变化。通过DGGE方法对发酵蔬菜体系中细菌、真菌群落进行鉴定得出食盐浓度4%的发酵蔬

环境生态学

第七章 生物群落的动态第一节 群落变化类型 动植物的生理活动引起了群落的变化，群 落变化的时间跨度很大，由几天到万年或 亿年，本章论述的群落演替是中等时间尺 度(几十~几百年) 演替(succession)与波动(fluctuation) 演替是一个群落代替另一个群落的过程， 是朝一个方向连续变化的过程 波动是短期的可逆变化，其逐年变化的方 向常常不同

环境生态学

波动的变化有时相当大，往往被误认为是 演替，发生波动的原因有：环境条件的变 化(降水的变化);生物本身的活动周期 (种子产量的多少，病虫害等);人为活 动 波动中的群落其生产力、各组分数量比、 群落的外貌都会发生明显的变化，通常来 说，木本植物为主的群落比草本植物为主

的群落稳定，定性特征较定量特征稳定 的群落稳定，

环境生态学

第二节 群落的演替类型 1.按演替延续的时间划分 世纪演替(地质年代计算)、长期演替、快 速演替 2. 按演替的起始条件划分 原生演替(没有植被的裸露地段)、次生演 替(森林砍伐地、弃耕地) 3. 按基质的性质划分 水生演替(水变陆)、旱生演替(苔藓在石 头上)

环境生态学

4.按演替的主导因素划分 内因演替(生物的生命活动使得生境发生变化)、 外因演替(气候

普通高中生物新课程

高中生物教材

必修3

生物必修3

第三章

生物群落的演替

第一节 生物群落的基本单位—种群一、种群的特征

二、种群数量的增长规律三、影响种群数量的因素

生物必修3

一、种群的特征 (一)种群的概念： 在一定时间内占据一定空间的同种 生物的所有个体称为种群。AC 。 例 (多选):下列各项属于种群的有______ A、一片农田中的全部水稻 B、一片森林中的全部蕨类 C、一口池塘中全部鲫鱼 D、一片森林中的全部蛇生物必修3

(二)种群特征 个体特征：寿命、性别和年龄等。 种群特征： 数量特征、空间特征、遗传特征等。 种群密度 出生率和死亡率 迁入率和迁出率 年龄结构 性别比例生物必修3

1、种群密度： 单位面积或体积内某一种群 (1)概念： 全部个体的数量。 (种群最基本的数量特征) (2)测定方法： 样方法(植物)

通过计算若干样方中某种生物的 全部个体数，然后以其平均密度估算 种群总体平均密度的方法。生物必修3

例：在调查某种植物的密度时，共选取 了k个样方，每个样方的个体数分别为 n1,n2,n3…nk株，每个样方的面积均为s 平方米，则该种群的密度为多少？

(n1+n2+n3+…+ nk)÷/(ks)

生物必修3

标记(志)重捕法

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第三章

生物群落的演替

第一节 生物群落的基本单位—种群一、种群的特征

二、种群数量的增长规律三、影响种群数量的因素

生物必修3

一、种群的特征 (一)种群的概念： 在一定时间内占据一定空间的同种 生物的所有个体称为种群。AC 。 例 (多选):下列各项属于种群的有______ A、一片农田中的全部水稻 B、一片森林中的全部蕨类 C、一口池塘中全部鲫鱼 D、一片森林中的全部蛇生物必修3

(二)种群特征 个体特征：寿命、性别和年龄等。 种群特征： 数量特征、空间特征、遗传特征等。 种群密度 出生率和死亡率 迁入率和迁出率 年龄结构 性别比例生物必修3

1、种群密度： 单位面积或体积内某一种群 (1)概念： 全部个体的数量。 (种群最基本的数量特征) (2)测定方法： 样方法(植物)

通过计算若干样方中某种生物的 全部个体数，然后以其平均密度估算 种群总体平均密度的方法。生物必修3

例：在调查某种植物的密度时，共选取 了k个样方，每个样方的个体数分别为 n1,n2,n3…nk株，每个样方的面积均为s 平方米，则该种群的密度为多少？

(n1+n2+n3+…+ nk)÷/(ks)

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标记(志)重捕法

实验名称：植物群落内生态因子的测定

一、实验原理

植物群落与环境是不可分的。任何一个植物群落在形成的过程中，植物不仅对环境具有适应能力，而且对环境也有巨大的改造作用。随着植物群落发育到成熟阶段，群落的内部环境也发育成熟。植物群落内的环境因子如温度、湿度、光照强度等都不同于群落外部。植物群落内的各生物物种在它们自己创造的环境中，井然有序地生活着。不同的植物群落，其群落环境因子存在明显的差异。

二、实验目的

1、在掌握光照强度、温湿度测量仪器的使用和测定方法的基础上，对不同类型植物群落内的光照强度、湿度和大气湿度等生态因子进行测定。

2、认识不同植物群落内部生态因子以及植物群落与裸地间生态因子的差异。

三、实验器材

便携式光照度计，温湿度记录仪，风速测定仪，钢卷尺。

四、方法步骤

（一） 植物群落内光照强度的测定

（1）选取针草地和林地不同类型的群落。

（2）分别在草地和林地下，从林缘向林地中心均匀选取3个测定点，用照度计测定每一点的光照强度，并记录每次测定的数值（见表1）。 （二） 植物群落内温湿度的测定

在上述同样草地与林地两种不同类型的群落以及对照地中，实施下述内容的测定： 1、大气温湿度的测定

从林缘向林地中心在1.5m

种群、生物群落和生态系统

（时间：90分钟 满分：100分）

●训练指要

1．重点：种群特征，群落的组成与结构，非生物因素中水、温度、阳光对生物的影响，生物对环境适应的特例的判别，生态系统的概念、类型、特点，生态系统的结构、成分、功能，能量流动的特点与物质循环的主要路径。

2．难点：从种群的特征入手，分析影响种群特征的因素，对生物影响的非生物因素与生物因素的判断与识别，生物在生态系统中的位置及与其他生物的关系，能量流动的特点的理解。

3．考点与热点：以数学曲线为主要形式考查种群相关知识，以识图简答题形式考查生态系统及其与代谢的有关知识。

4．创新题第53题是用数学方法考查食物网及能量流动的知识。

一、选择题

1．（2002年广东、河南、广西高考题）浅海中牡蛎与鱼类、节肢动物、棘皮动物等生物生活在一起，这些生物构成了（ ） A．群落

B．种群

C．生态系统

D．生态因子

2．（2002年广东、河南、广西高考题）在一个玻璃容器内，装入一定量的符合小球藻生活的营养液，接种少量的小球藻，每隔一段时间测定小球藻的个体数量，绘制成曲线，如下图所示：（ ）

下列四图中能正确表示小球藻种群数量增长率随时间变化

▁▂▃▄▅▆▇█▉▊▋▌精诚凝聚 =^_^= 成就梦想 ▁▂▃▄▅▆▇█▉▊▋▌

第二节 种群和生物群落

教学目的

1． 种群的特征（B：识记）。 2． 种群数量的变化（C：理解）。 3． 研究种群数量变化的意义（C：理解）。 4． 生物群落的概念和结构（B：识记）。 重点和难点 1． 教学重点

（1） 种群的特征。 （2） 种群数量的变化。 （3） 生物群落的概念。 2． 教学难点 种群数量的变化。 教学过程

【板书】

种群密度 出生率和死亡率 种群的特征 年龄组成 性别比例

种群数量变化的原因 种群的数 种群增长的“S”型曲线 种群 量变化 种群增长的“J”型曲线 种群 影响种群数量变化的因素 和生 研究种群数量变化的意义 物群 生物群落的