微生物生態學

微生物生態學( microbial ecology) 是基於微生物群體( guilds/consortium，community) 的科學。微生物生態學的研究在於探究微生物群體之間及微生物群體與環境之間的關係。微生物生態學的研究對象更強調把微生物作為一個群體，這些存在物質交換、能量流動和信息交流的群體有機地組成了微生物基本研究單元，如微生物種群、群落和一系列有機集合體等。這些研究單元共同生活在一個連續的環境中並互相影響，對它們的研究在於尋求這些集合體構建的方法和途徑，不同物種間功能的交互影響及群落構建隨時空的變化情況。微生物生態學的研究首先要以規範研究對象為出發點，明確地定義各項具體研究工作中微生物研究單元( 群體) 的含義。

生物多樣性的分佈格局和維持機制是生態學研究的核心問題，體現了生態系統應對環境條件變化的能力，同時反映出其自身與生態系統過程、功能、恢復力和可持續性間的聯繫。微生物群落多樣性極高，參與自然界生物地球化學轉化，對生態系統有著不可忽視的影響，但因其個體微小，且在研究單個細胞和生物活性分析方法方面存在局限性，其研究進展遠遠不及動植物。微生物生態學研究通過分析營養源和能量流的功能途徑，了解微生物類群和周圍環境的相互作用關係，以及微生物群落本身的複雜性；通過了解生物多樣性與功能冗餘和系統穩定性間的關係，探索微生物在生態系統中地位和作用。隨著微生物生態學家逐步掌握了微生物群落分佈和多樣性特徵，微生物所執行的功能備受關注，深入理解其動態變化對精確預測生物圈如何調節和應對未來環境條件變化尤為重要。即使從基礎層面考慮，了解微生物群落特徵仍有利於加深對生態系統功能的理解。

微生物生態學是生態學的一個重要分支，是研究微生物群落與環境相互關係的科學。在該學科的發展過程中，一些科學家的早期工作起到了重要作用。1889 年，拜耶林克( Beijerinck MW) 設立發光細菌屬; 1892年，維諾格拉斯基( Winogradsky S) 亞硝酸單胞菌屬及亞硝酸桿菌屬，他們的許多開創性微生物學研究中較早地涉及了微生物生態學的概念。克魯維爾( Kluyver AJ) 於 1924 年發表了《微生物代謝的統整與分歧》一文，Kluyver 的貢獻在於發現了微生物間的各種代謝過程都存在相互關係。20 世紀後半葉微生物生態學得以迅速發展，其重要的里程碑是 1972 年在瑞典烏普薩拉舉行的有關微生物生態學現代方法的國際會議，此後國際知名學術期刊( 例如: Nature Reviews Microbiology，The ISME Journal，Molecular Ecology，Applied andEnvironmental Microbiology，Environmental Microbiology，FEMS Microbiology Ecology，Microbial Ecology 等) 不斷創刊出版，這期間也見證了許多重要科研成果的誕生。1976 年，Woese 和 Fox 通過研究小亞基核糖體( SSUrRNA) 序列差異 確立了三域學說，並定名古菌域( Archaea)。隨著研究的深入，傳統的技術在非可培養微生物研究方面存在一定局限性，分子生物學研究技術被借鑒到微生物生態學研究中，在物種遺傳多樣性、分子適應性、變異分子機制及其進化意義等基礎理論方面取得了突破。

①研究微生物生態學所用的傳統和現代分子生物學方法；

②在正常自然環境中的微生物種類、分佈及其隨著不同的環境條件變化而發生的變化規律；

③在極端自然環境中的微生物種類和它們所起的作用，在極端環境中微生物的生命機理；

④在自然界中微生物之間的相互關係，微生物與動植物之間的相互關係，這些相互關係對自然界的影響和環境因素對這些相互關係的影響；

⑤在正常自然環境中，微生物代謝活動對自然界的影響，環境條件的變化對這些代謝活動的影響；

⑥污染環境中的微生物學；

⑦微生物產生的生態友好物質；

⑧微生物的生態模型。

微生物是生態系統的重要組成部分，直接或間接地參與所有的生態過程，在生態系統物質循環、能量轉換以及人類環境與健康中起著重要作用。微生物的世界是否無章可循，通過不斷的探索，事實證明並非如此。那麼，微生物群落及其多樣性如何隨環境條件變化而表現出一定的分佈特徵，是什麼機制驅動和維護著這些分佈特徵，是生物學和生態學亟待回答的問題。關於微生物群落分佈特徵和格局是否等同大型生物，如何解釋其特徵性的存在需要理論支持。現有的生態學理論體系應用於動植物領域相對比較完備，僅在微生物領域的研究有所不足，新理論的提出固然更可貴，但應在充分利用這些較為成熟的理論和方法研究未知的微生物領域的基礎上，進而通過比較分析發現新的規律。分子生物學技術的發展，使人們可以打破以往微生物學研究中需要對其進行分離培養的限制，直接從基因水平上考查其多樣性，從而使得對微生物空間分佈格局及其成因的深入研究成為可能。結合文中提及的理論假設，在這些研究中充分地解釋了現有的微生物群落組成和分佈特徵問題及功能特徵的問題，需要做的就是發現區別，細化參數。