現(xiàn)代生物化學與分子生物學在植物微生物生態(tài)學中的應(yīng)用①

雒國興

（朔州職業(yè)技術(shù)學院 山西朔州 036002）

近年，全球生態(tài)環(huán)境問題受到社會各行各業(yè)的重視，我國植物微生態(tài)學以及生物學的發(fā)展十分迅速，運用以往微生物系統(tǒng)技術(shù)進行研究已經(jīng)無法跟隨時代的步伐，因此，需要鉆研出科學、先進的技術(shù)對微生物系統(tǒng)進行更深入的探索。應(yīng)用分子生物學以及現(xiàn)代生物化學技術(shù)能沖破傳統(tǒng)植物微生物生態(tài)學科技術(shù)的局限，拓展微生物各種信息的獲取渠道。

1 植物微生物生態(tài)學研究方向

植物微生物生態(tài)學的主要研究內(nèi)容是植物微生態(tài)系統(tǒng)，其主要研究的對象為植物各組織細胞內(nèi)的微生物的構(gòu)成、演變、更替、基本功能、微生物與其宿主之間的效能。植物微生態(tài)學的研究結(jié)果表明，植物中的莖部、根部、穗、葉部中富含眾多的與植物密切相關(guān)的微生物群落，因此，研究植物微生態(tài)系統(tǒng)具有非常高的科研價值[1]。

2 現(xiàn)代生物化學提供的技術(shù)

剖析、區(qū)別微生物的脂質(zhì)脂肪酸以及蛋白質(zhì)的特質(zhì)是現(xiàn)代生物化學技術(shù)在植物微生物生態(tài)學領(lǐng)域研究中的主要作用。

2.1 蛋白質(zhì)體學研究技術(shù)

組成一切生命的物質(zhì)基礎(chǔ)成分是蛋白質(zhì)。因此，要研究植物微生物生態(tài)學需要應(yīng)用蛋白質(zhì)體學（proteomics）研究技術(shù)從蛋白質(zhì)的變化以及組成方面入手。蛋白質(zhì)體學在20世紀90年代初正式啟動，并且于2003年生命科學研究步入了后基因組時代。蛋白質(zhì)體學研究技術(shù)主要經(jīng)過剖析植物的蛋白機體的改變，進而影響植物的整體變化，揭示蛋白質(zhì)功能與細胞生命活動的基本規(guī)律以及生存模式，更深一層的解析寄生于植物體內(nèi)的微生物的作用[2]。

2.2 脂質(zhì)分析技術(shù)

脂質(zhì)分析技術(shù)對于生命科學的研究具有非常重要的意義。脂質(zhì)分析技術(shù)主要分析方向是研究PLFA（磷脂脂肪酸）和其他種類的脂肪酸間的比例以及在種類不同的微生物群體中的數(shù)量。其根本原因是PLFA（磷脂脂肪酸）作為微生物細胞膜的關(guān)鍵構(gòu)成成分，PLFA占總體的比例和其總體數(shù)量可以展示出微生物系統(tǒng)的構(gòu)成結(jié)構(gòu)[3]。目前的PLFA（磷脂脂肪酸）分析方法普遍應(yīng)用于環(huán)境微生物領(lǐng)域研究。脂質(zhì)分析技術(shù)具有較強的敏銳度、簡單的操作性以及準確的分辨能力，能基于植物生理代謝質(zhì)量對于微生物群落進行評測。生命科學研究人員能跟蹤微生物系統(tǒng)磷脂脂肪酸的構(gòu)成情況以及數(shù)量，進而分析出不同的生物系統(tǒng)的組成與更替[4]。

2.3 BIOLOG技術(shù)

20世紀80年代末期美國研發(fā)出BIOLOG技術(shù)，其最初應(yīng)用于純種微生物的鑒定。目前的BIOLOG技術(shù)可以鑒定出霉菌、酵母菌、細菌等2 000多種病原微生物以及環(huán)境微生物。BIOLOG技術(shù)能保證微生物正常生命活動不受影響且無需分離微生物系統(tǒng)的情況下對其生活狀態(tài)進行分析、研究與提純，能迅速的繪制出具有超高分辨度的生活狀態(tài)圖譜，清晰地呈現(xiàn)研究數(shù)據(jù)。

3 現(xiàn)代分子生物學

物種都具有獨特性，由于組成每個物種的基因不同，因此各個物種的機體反應(yīng)也不盡相同。在植物微生物生態(tài)學領(lǐng)域研究采用科學、合理剖析微生物基因，可以幫助研究人員更加清晰地了解微生物系統(tǒng)?，F(xiàn)代分子生物學可以提供研究植物微生物生態(tài)學相關(guān)的基因技術(shù)。

3.1 16S rDNA基因克隆文庫

建立16S rDNA（16S ribosomal DNA identification）基因克隆文庫是研究植物微生物生態(tài)學領(lǐng)域的常規(guī)研究辦法。16S rDNA的操作方法需要首先將區(qū)分出的微生物基因進行擴充進而得到更多的16S rDNA，再通過解析擴充的基因類型的特征并且加以標記、記錄、編號；再次，和構(gòu)建的16S rDNA基因克隆文庫的相關(guān)庫內(nèi)信息進行比較與解析，將種類不同的基因與其特征進行記錄與分析，進一步得到植物微生物系統(tǒng)的復(fù)雜性以及特征；最后完善和更新16S rDNA基因克隆文庫，進而全方位地顯示出微生物的特質(zhì)。

3.2 限制性片段長度的多態(tài)性技術(shù)

限制性片段長度的多態(tài)性（restriction fragment length polymorphism，RFLP）又可以表示為PCRRFLP分析。限制性片段長度多態(tài)性作為一種能作用于DNA分子水平的多態(tài)性監(jiān)測技術(shù)，其作用原理是通過印跡技術(shù)、探針、限制性內(nèi)切酶、雜交技術(shù)、核酸電泳技術(shù)的綜合性運用。這種技術(shù)已經(jīng)在微生物群落研究領(lǐng)域普及。PCR-RFLP分析技術(shù)是通過PCR擴充后，運用限制酶對微生物的基因進行切割，得到不同的基因碎片，再利用探針監(jiān)測DNA的復(fù)雜性以及分析出現(xiàn)堿基因變異的具體位置，隨后通過標記和記錄限制性內(nèi)切酶切割位置DNA序列，基于DNA切割酶位點分析植物微生物的基因特征，最后運用探針和分割的DNA進行雜交，進而剖析DNA之間區(qū)別并判斷生物系統(tǒng)特質(zhì)以及基因的研究方法。

3.3 擴增rDNA限制性分析

擴增rDNA限制性分析具有很強的特征解析能力與高效的特點，這種研究方法能不受宿主與微生物純度等因素的影響。擴增rDNA限制性分析可以分析出各種植物微生物的系統(tǒng)構(gòu)成以及新陳代謝模式與進化方式。這種方法可以選擇擴充微生物基因段的本能，運用限制性切割酶擴充的基因段，獲取目標基因段，將得到的數(shù)據(jù)與克隆數(shù)據(jù)庫進行比較解析，制作出特點圖表，將不同的微生物系統(tǒng)rDNA進行順序排列，剖析出生物的生理情況和特征。

4 結(jié)語

在植物微生物生態(tài)學系統(tǒng)研究中應(yīng)用現(xiàn)代生物化學與分子生物學技術(shù)突破了傳統(tǒng)植物微生物生態(tài)學技術(shù)的局限，能準確的挖掘出植物微生物種類的多元化、各種組成的部分特質(zhì)以及遺傳的多樣化，并且可以對研究樣本進行客觀準確的剖釋。但是，目前現(xiàn)代生物化學與分子生物學這2個領(lǐng)域在實際解決問題中的主要研究方向不同，現(xiàn)代生物化學技術(shù)主要可以評測生物群落構(gòu)成，而微生物群落基因水平則需要分子生物學技術(shù)進行鑒定。因此，要將現(xiàn)代生物化學與分子生物學技術(shù)有機利用，才能更加全面的了解植物微生物生態(tài)學，為植物微生物生態(tài)學的研究提供更加有力的科學依據(jù)。