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微生物生态学讲稿1.1

已有 6001 次阅读 2008-3-15 12:38 |个人分类:科学方法

2008.03.04. 分子生态学和生态基因组学讲稿1.1
(主讲老师,赵立平,讲稿整理薛正晟、王京晶)
微生物生态学最基本的研究对象是微生物群落(microbial community)。因此,第一个最重要的概念就是:什么是微生物群落?What is a microbial community?第二个问题是:Why communities?也就是说,为什么要有community,为什么微生物要形成community,community又能做什么?
说到细菌,大家都知道它是个单细胞生物。这是一个典型的细菌。这就是细菌的菌体,一个单细胞,上面长着鞭毛,由细胞壁和细胞膜包裹,里面有细胞质,再靠里是拟核区。拟核区主要是保存细菌的DNA的。细菌是原核生物,在储存DNA的区域和它的细胞质之间没有任何物理障碍,而不像真核生物有一个核膜,把所有遗传物质(染色体)合在一起包在里面。这是原核生物和真核生物最大的差别。我们微生物生态学的主要研究对象是细菌,但并不意味着真菌与病毒不重要,只是我们以细菌为主来进行讨论。

虽然细菌是单细胞生物,但实际上单细胞对细菌是毫无意义的。细菌永远是以种群即population的形式存在。一个单细胞的细菌是没有生存的意义的。只有当一个细胞不断繁殖,变成一个population的时候,它才能够生存,才能够发展,才能够和环境互作,我们才能看到它的作用。所以说,从这个意义上讲,细菌其实是多细胞生物。大家要接受这个观点。



细菌实际上是个多细胞生物,因为它永远是以一群细胞来发挥作用、来生活的,单个细胞是没有意义的。种群是细菌的基本生存单位,就好比我们人的基本生存单位是“个体”一样。人的基本生存单位就是一个个“个体”,不能再往下分了,再往下分就是胳膊、脑袋等等,不是完整的、能独立生存的单元了。只有一个完整的人,才是我们基本的生存单位。因此,“人体”是人的基本生存单位,“种群population”是细菌的基本生存单位。
在微生物生态系统里面存在三个层次的基本结构单元。第一个单元就是种群,populations。单个细胞生长形成population。几个在代谢上相关的populations,执行相关的一些代谢功能,形成guild。一套一套的guilds合在一起,形成微生物群落,不同的微生物群落形成微生物生态系统。所以population是微生物群落、微生物生态系统的一个最基本的结构单元。
Population是由单个细胞经过分裂繁殖形成的一群细胞。从理论上讲,这一群细胞是“genetically identical”的。因此,同一种群的细胞的遗传应该是一样的。它们聚集在一起,一同来完成一件事情。
我们来看一个典型的微生物生态系统的例子。这是一个湖,有水体、底泥、沉积物。如果把一个湖看作一个微生物生态系统,那么在这个湖里面,从湖面开始从上往下,实际上至少存在着3个微生物群落:
第一个微生物群落是光可以照射进来的这一段,是可以透光的,所以很多光合细菌在这里活动。能够进行光合作用的微生物在这里活动,特别是很多微生物通过光合作用释放出氧来,所以这一段氧气供应是比较充足的,氧气浓度比较高,因此这里除了光合作用之外,往往进行的是一些耗氧过程,以及固定二氧化碳等等,所以这个地方叫做Photic zone。
再往下看,就是这个Community 2,指的是氧气供应比较充足的地方,称为Oxic zone。在这里生活的主要是好氧菌和兼性好氧菌。
再往下看,到了这个Sediments,基本上是一个无氧的区域。在这个无氧区域,像这里举的例子,它至少有4个guild。第1个guild能够产生甲烷;第2个能够进行硫的还原,含有对硫元素或硫酸盐进行还原的细菌;第3个能够进行反硝化,也就是能够进行硝酸盐还原的种群,或者还原高价铁离子的种群;第4个guild是进行发酵的。我们知道微生物要获得能量的话有两种方式,一种是发酵,还有一种是呼吸。呼吸分有氧呼吸和无氧呼吸。所以在这一部分的前3个细菌其实都是在做无氧呼吸来获得能量的,而下面在发酵的细菌,没有外源电子受体,是通过电子供体自身一部分作为电子供体、一部分作为电子受体来释放出很少的一点能量。这4个guild就形成一个很丰富的种群类型很多的底泥里面的微生物群落。这3个群落合在一起是一个很复杂的湖的微生物生态系统。







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1 刘洪

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