土壤微（wēi）生物檢測（cè）多樣（yàng）性研究中存在的問題

土壤微生物檢測針對土壤微生（shēng）物，以往的研究大（dà）多聚（jù）焦於（yú）土壤微生物組成和多樣性的空間分異，而（ér）對（duì）土壤微生物組成和多樣性在時間尺（chǐ）度上的動態變化研究較少。人們觀測到很多微生物介導的生物地球化學過程均顯（xiǎn）示出季節性的動態變化，如溫室氣體（tǐ）排放通量（liàng）。然而，這些過程與微（wēi）生物群落組（zǔ）成和多樣性動態變化的關係尚不清楚。在為數不多的一些有關土壤微生物群落（luò）動態變化（huà）研究中，人們利用時間（jiān）序列分析和高通量測序技術發現，一些生（shēng）態係統中土壤微生物群落組成和多樣性（xìng）也表現出明顯的動態變化，動態變化的模式因不同生態係統而有（yǒu）差異。揭示這種動態變化的規律及其驅動機製，可以使我們（men）深入認識微生物群落的演替規律及其對生態係統功能的影響，以揭示群落穩定性與生物多樣性的（de）關係，預測微生物群落對氣候變（biàn）化、土（tǔ）地利用等擾動的響應。為了闡明這些科學問題，需要在不同生態係統中對土壤微生物類（lèi）群和基因組進行長期、定點、動態的監測;同時結（jié）合其他生態過程監測，如生物地（dì）球化學過程、植被（bèi）演替（tì）等，以便獲得係統的監測數（shù）據。
zui近十餘年來，上開展（zhǎn）了一些微生物組計（jì）劃，這些計（jì）劃主要研究人體腸道微生物，如美國人體微生物組計劃，加拿大微（wēi）生物（wù）組（zǔ）研究項目，以（yǐ）及歐盟和中國的（de）MetaHIT項目等，尚缺乏專門針對土壤微生物組的研究計劃。當前進行（háng）的微（wēi）生物組計劃沒有能夠很好地合作（zuò），研究方法也不統（tǒng）一，雖然各研究計劃都產生了大量數據，但很難對這些數據進（jìn）行整合。如利用16SrRNA基因鑒定微生物群落組成（chéng）時，由於擴增16SrRNA基因的引物不同，zui終獲得的數據差異很大。另外，由於生物（wù）信息（xī）處理序列數據時選擇的方法不同，估（gū）算微生物物種數量時可以差2–3個數量級。因此，對微生物多樣性監測工作而言，標準化的研究流（liú）程和研究方法對於數據的可比性非常重要。然而，每種研究方法均（jun1）有其局限性，過分追求標準化也不利於創新。如用（yòng）常用的16SrRNA引物515F/806R調查土壤微生物組成時（shí），可能會漏掉一些（xiē）*的菌群。在第三代（dài）單分子測序技術的應用中，在對（duì）測序數據進行處（chù）理時，進行OTUs（可操（cāo）作分類單元）分類是關鍵的一步，目前雖然有很多計算方法，但沒有一種方（fāng）法適用於所有的情（qíng）況，所以要根據研究問題、數據情況和計算（suàn）能力來選擇。
對於土壤微生物檢測多樣性監測的係統研究工作很少，可以借鑒的經驗和標（biāo）準方法不多。美國科學家（jiā）發起的地球微生物組計劃（huá），目的是為了在尺度上收（shōu）集各種生態係統中微生物群落組成（chéng）和分布的數據，分析微生（shēng）物群落的分布、多樣性及形成機製。項目組織（zhī）者也建議了一些標準化的方法，涉及實驗室技術和數據處理流程等，如土壤基因組DNA提取（qǔ）建議用MoBio公司生產的PowerSoilDNAisolationkit。該試劑（jì）盒采用的方法能有效地去除土壤中的PCR抑製物，可重複性強，但價格較高。PCR擴增16SrRNA基因建議用（yòng）515F/806R,利用Illumina公司的Miseq或Hiseq平台測序;18SrRNA基因（yīn）的擴增推薦用Euk_1391f和EukBr，擴增子序列的處理推薦用QIIME平台。該項目還（hái）對如何提供與樣品對應的宏數據也進行了一定的規範。但是，該項目沒有對野外（wài）取樣（yàng）過程和土壤微（wēi）生（shēng）物動態監測的方法提出建議。這種人為設定的標準方法和流程還存在（zài）一些問題。筆者認為，在土壤微生物多樣性監測方法（fǎ）的選（xuǎn）擇上，要根據（jù）不同的研（yán）究目的製定出多套研究方案，同時及時采用新的技術手段，鼓勵探索新的方法。
土壤微生物檢測多樣性監測將產生大量數據，加上已經發表的數（shù）據，數據的管理、查詢和挖掘亟需建立大數據平台，然而至今尚沒有係統的土壤微生物多樣（yàng）性的數據（jù）集和專（zhuān）業（yè）數據庫。如何實現微生物多樣性監測數據的共享，涉及到很多具體問題需要解決，如數據整合和共享方式、數據（jù）庫運行支撐體係、知識產權保護問題等等。
另一方麵，為了研究一個物種的生理、生（shēng）化（huà）特（tè）征及工業應用，分離純化功能微（wēi）生物是非常重要的。至今（jīn），環境中的大多數微生物物種還不能在實驗室中被分離培養出來（lái），這是當前土壤微生物多樣性研究中存在的一個大問題，因此，傳統分離培養方法的改進也是土壤微生（shēng）物多樣性研究的重要課題。利用（yòng）監測獲得的數據可（kě）以得到物種的分類信息，把要分離的物種與已分離菌種的生長條件進行比較，通過查詢已知培（péi）養（yǎng）基數（shù）據庫（kù）（如（rú）KOMODO），可以為分（fèn）離新菌種推薦培養基和培養條件。而一株重要功能微（wēi）生物的獲得，可以對人類（lèi）社會產生巨大的影響。
綜上所述，建議在國家層麵上頂層設計相關重大（dà）項目，圍繞土（tǔ）壤微（wēi）生物多樣性監測、微生物資源挖掘、分離培養新技術和微生物資源大數據共享平台建設等（děng）方麵（miàn）重（chóng）點開展（zhǎn）研究。