水稻硫酸鹽還原菌的研究進(jìn)展

水稻硫酸鹽還原菌的研究進(jìn)展

水稻洪泛區(qū)被認(rèn)為是研究土壤微生物的典型環(huán)境，受到研究人員的高度重視。近年來(lái),參與水稻土壤中碳、氮元素生物地球化學(xué)循環(huán)的微生物如甲烷氧化菌、氨氧化菌已經(jīng)得到了深入的研究。與碳和氮元素相比,水稻土壤中硫元素的含量并不豐富,但其所發(fā)揮的營(yíng)養(yǎng)功能卻是不能被忽視的。每年水稻土壤要獲得8~17kg/hm2的硫以滿(mǎn)足水稻的正常生長(zhǎng),并且植物均以無(wú)機(jī)態(tài)硫酸鹽的形式吸收硫素營(yíng)養(yǎng)。硫酸鹽還原菌(sulfate-reducingbacteria,SRB)不僅是稻田土壤中硫元素生物地球化學(xué)循環(huán)的主要參與者,而且還能夠降解稻田土壤中的有機(jī)污染物如甲酚、聯(lián)苯,在環(huán)境修復(fù)方面發(fā)揮著重要的作用。水稻土壤中硫酸鹽還原菌被證明能夠參與甲烷的厭氧氧化,在水稻土壤中碳、硫循環(huán)中同時(shí)發(fā)揮著重要的作用。本文將對(duì)近年來(lái)水稻土壤中硫酸鹽還原過(guò)程,硫酸鹽還原菌的多樣性以及硫酸鹽還原菌研究中常用的分子生態(tài)學(xué)方法作一簡(jiǎn)要綜述,旨在為今后從事水稻土壤中硫酸鹽還原菌微生物生態(tài)學(xué)的研究提供參考。1土壤硫循環(huán)和硫酸鹽恢復(fù)1.1生物地球化學(xué)循環(huán)硫是水稻生長(zhǎng)的必需營(yíng)養(yǎng)元素之一,水稻植株中90%的有機(jī)硫都參與氨基酸和蛋白質(zhì)的合成,但高濃度的硫化氫會(huì)對(duì)水稻種子的萌發(fā)和水稻根系生長(zhǎng)產(chǎn)生極大的危害,從而降低水稻的產(chǎn)量。土壤硫有-2至+6不同的價(jià)態(tài),主要包括S2-、S0、SO2-42?4、S2O2-3和S4O2-6等離子形式。硫元素會(huì)隨著環(huán)境條件的改變?cè)谖⑸锏淖饔孟罗D(zhuǎn)變?yōu)椴煌瑑r(jià)態(tài)的化合物,構(gòu)成了硫的生物地球化學(xué)循環(huán)。微生物在硫循環(huán)過(guò)程中的作用途經(jīng)主要有3條,如圖1所示:(1)有機(jī)硫(如甲硫氨酸和鐵硫蛋白中的硫)礦化為S2-,凡是能將含氮有機(jī)物分解產(chǎn)氨的微生物均具有脫硫作用,在這類(lèi)微生物的作用下,含硫有機(jī)物脫硫后形成H2S。(2)還原態(tài)硫的氧化,H2S在好氧條件下通過(guò)硫氧化微生物的氧化作用形成硫酸鹽。目前發(fā)現(xiàn)的硫氧化微生物主要有3種,它們是無(wú)機(jī)化能自養(yǎng)細(xì)菌(如硫桿菌屬),厭氧光合自養(yǎng)細(xì)菌(如綠硫細(xì)菌、紫硫細(xì)菌)和極端嗜酸嗜熱的古生菌類(lèi)(如硫化葉菌)。(3)硫酸鹽還原,硫氧化形成的硫酸鹽一部分被植物和微生物吸收利用,另一部分在厭氧條件下參與由SRB介導(dǎo)的硫酸鹽異化還原過(guò)程(形成H2S)或同化還原過(guò)程(形成有機(jī)硫化物)。1.2水稻土壤硫化合物還原過(guò)程水稻土壤大多處于還原狀態(tài),硫酸鹽的異化還原成為硫循環(huán)的重要環(huán)節(jié),其代謝途徑及所涉及的關(guān)鍵酶類(lèi)如圖2所示。硫酸鹽(SO2-4)是最穩(wěn)定的硫氧化物形式,在ATP推動(dòng)下首先轉(zhuǎn)化為腺苷磷酸硫酸酯(APS),可見(jiàn),APS是SO2-4還原過(guò)程的起始物。APS還原有2個(gè)途徑:一是以有機(jī)物(主要是乙酸)和H2作為電子受體,直接轉(zhuǎn)移6個(gè)電子還原為硫化氫(圖中1→2→3);二是先轉(zhuǎn)化為三磺酸鹽和硫代硫酸鹽中間產(chǎn)物,再還原為S2-(圖中1→2→4→5→6)。其中第一條途徑被認(rèn)為是普遍存在的、主要的還原過(guò)程。過(guò)去一般認(rèn)為水稻土壤中S元素的含量相對(duì)較低,硫酸鹽還原過(guò)程會(huì)因?yàn)殡娮邮荏wSO2-4的低濃度而受到限制。然而最新研究表明,在培養(yǎng)13周的水稻土壤中仍然可以檢測(cè)到較高的硫酸鹽還原速率(sulfatereductionrate,SRR),這是由于還原態(tài)的硫化合物在水稻土壤富氧區(qū)域被重新氧化所致,此富氧區(qū)域包括氧氣可以擴(kuò)散到的土壤表層(0~4mm)和由于植物通氣組織的泌氧作用而形成的根際富氧區(qū)域,實(shí)驗(yàn)證明這些區(qū)域具有很高的原位硫酸鹽還原活性,SRB數(shù)量也很高。土壤富氧表層(0~1cm)是硫酸鹽還原過(guò)程的主要發(fā)生區(qū)域之一。Thorsten等對(duì)意大利水稻土壤0~10cm的土壤層進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)SO2-4的濃度在1cm以?xún)?nèi)最高,可達(dá)300μmol·L-1,在深度為10cm時(shí)SO2-4的濃度減少為30μmol·L-1左右。雖然水稻土的SO2-4的濃度比海洋要低很多,但硫酸鹽還原活性比較高,約為2.8μmol·cm-3·d-1。水稻根際是硫酸鹽還原過(guò)程最活躍的地方,不僅是因?yàn)槠涓叩暮趿繛榱蛩猁}還原過(guò)程提供大量的電子受體SO2-4,而且由于根際釋放大量的有機(jī)物如乙酸、丙酸、乳酸等,直接為硫酸鹽還原菌提供電子供體和底物,因此根際區(qū)域的SRB群落也很為豐富。水稻土中有限的SO2-4離子濃度還不足以為活躍的硫酸鹽還原過(guò)程提供足夠的電子受體,水稻植株通氣組織釋放的氧氣才是還原性硫化物轉(zhuǎn)化為SO2-4的主要原因,因此根際周?chē)?0~3mm)的SO2-4濃度可以達(dá)到90~100μmol·L-1,SRR可以達(dá)到0.5μmol·cm-3·d-1。2srrna基因序列在克氏原螯蝦體內(nèi)的應(yīng)用硫酸鹽還原菌(SRB)是一類(lèi)形態(tài)各異、營(yíng)養(yǎng)類(lèi)型多樣,在厭氧和微氧環(huán)境中能利用硫酸鹽或者其他硫氧化物作為氧化有機(jī)物的電子受體,并在代謝過(guò)程中產(chǎn)生高濃度H2S的革蘭氏陽(yáng)性或陰性細(xì)菌或古菌。水稻土中,由于根際和非根際土壤不同的物理化學(xué)性質(zhì)如有機(jī)底物濃度、含氧量,SRB的數(shù)量和多樣性分布也存在著差異。與非根際水稻土相比,根際水稻土中SRB的數(shù)量較高。另外,在根際水稻土中,生長(zhǎng)速度較快、不完全氧化代謝有機(jī)物的SRB如Desulfivibrio占優(yōu)勢(shì);而在非根際水稻土中,生長(zhǎng)較為緩慢,能夠形成孢子且以完全氧化代謝有機(jī)物的SRB如Desulfotomaculum為主要類(lèi)群過(guò)去一般根據(jù)細(xì)胞形狀、細(xì)胞可移動(dòng)性、DNA中鳥(niǎo)嘌呤和胞嘧啶含量(GC含量)、最適生長(zhǎng)溫度和是否完全氧化乙酸等對(duì)SRB進(jìn)行分類(lèi),但隨著分子生物學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展,16SrRNA基因序列分析應(yīng)用于SRB分類(lèi)之中,不僅有助于提供SRB進(jìn)化的分子信息,而且加速了不同類(lèi)別SRB的引物和探針設(shè)計(jì),為更深入研究SRB提供了有利的手段。目前,已發(fā)現(xiàn)的SRB達(dá)130余種,通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)中16SrRNA基因序列的分子進(jìn)化分析它們被分為4個(gè)主要類(lèi)群:革蘭氏陰性嗜溫SRB,革蘭氏陽(yáng)性SRB,嗜熱SRB細(xì)菌和嗜熱SRB古菌,涵蓋了4個(gè)細(xì)菌門(mén):變形菌門(mén)(Proteobateria)、硝化螺旋菌門(mén)(Nitrospirae)、熱脫硫桿菌門(mén)(Thermodesulfobacteria)、厚壁菌門(mén)(Firmicutes)和1個(gè)古菌門(mén):廣古菌門(mén)(Euryarchaeota)(表1)。以下對(duì)4類(lèi)SRB進(jìn)行分別介紹。2.1水稻根際和非根際土壤中革蘭氏陰性嗜溫srb的結(jié)構(gòu)及群落特征此類(lèi)群屬于δ-變形菌綱,主要包括兩大科:脫硫桿菌科(Desulfobacteraceae)和脫硫弧菌科(Desulfovibrionaceae),其中Desulfobacteraceae科中有些具有很特殊的形態(tài)特性。如脫硫八疊球菌屬(Desulfosarcina)可以形成鞭毛,脫硫線(xiàn)菌屬(Desulfonema)的絲狀SRB可以進(jìn)行滑行運(yùn)動(dòng)。利用T-RFLP和16SrRNA基因克隆文庫(kù)分析發(fā)現(xiàn),水稻根際和非根際土壤中革蘭氏陰性嗜溫SRB的組成并無(wú)區(qū)別,但是會(huì)隨季節(jié)而演替。Desulfobacteraceae科的SRB主要以Desulfonema屬、Desulfosarcina屬和桿狀脫硫菌屬-互營(yíng)桿菌屬(Desulforhabdus-Syntrophobacter)復(fù)合體為主;Desulfovibrionaceae科主要以脫硫弧菌屬(Desulfovibrio)為主。水稻根際SRBrRNAdotblot雜交分析顯示,革蘭氏陰性嗜溫SRB約占細(xì)菌rRNA總量的2%~3%,其中Desulfobacteraceae科約占1.4%,高于Desulfovibrionaceae科的0.5%。Real-timePCR定量研究發(fā)現(xiàn),在水稻根際和非根際土壤中Desulfobacteraceae科是SRB的主要類(lèi)群,每克干土中所含拷貝數(shù)分別為6.4×107個(gè)和7.5×107個(gè),其中以Desulforhabdus-Syntrophobacter復(fù)合體和脫硫桿菌屬(Desulfobacterium)為主。而在水稻根部,Desulfobacterace科、Desulfovibrionaceae科和脫硫葉菌屬(Desulfobulbussp.)均為主要類(lèi)群,拷貝數(shù)量均為每克干土約1.0×108個(gè)。2.2革蘭氏陽(yáng)性嗜溫革蘭氏陽(yáng)性嗜溫SRB的GC含量比較低,其生長(zhǎng)溫度較革蘭氏陰性嗜溫SRB高,形態(tài)多樣,乙酸、苯胺、琥珀酸鹽、兒茶酚、吲哚、乙醇、煙堿、苯酚、硬脂酸鹽、丙酮等都可以作為SRB生長(zhǎng)的底物。不同的SRB將這些有機(jī)底物不完全氧化為乙酸,或者完全氧化為CO2。另外,在此類(lèi)中某些SRB例如脫硫腸狀菌屬(Desulfotomaculumreducens)可以利用Fe3+來(lái)代替SO2-4作為電子受體。此類(lèi)SRB中以Desulfotomaculum屬為代表,并可進(jìn)一步分為3個(gè)類(lèi)群:clusterⅠ,Ⅱ和Ⅲ,其中大部分種都屬于DesulfotomaculumclusterⅠ。Desulfosporosinusorientis和Desulfotomaculumguttoideum的16srRNA基因序列分別與梭菌屬(Clostridium)和Desulfitobacterium屬具有很高的相似性,因此被認(rèn)為是兩類(lèi)新的革蘭氏陽(yáng)性嗜溫SRB,分別代表著clusterⅡ和clusterⅢ。雖然這類(lèi)SRB與革蘭氏陰性嗜溫SRB的生長(zhǎng)環(huán)境比較相似,但由于能形成芽孢,其耐受高溫、干燥和富氧的能力更強(qiáng)。另外,水稻土比較低的SO2-4濃度,也有利于生長(zhǎng)較為緩慢的Desulfotomaculum屬SRB生存。Widdel等研究發(fā)現(xiàn),水稻土總是處于有氧和無(wú)氧的交替之中,Desulfotomaculum具有較強(qiáng)的適應(yīng)能力而普遍存在于水稻土中。Stephan等通過(guò)檢測(cè)水稻根際和非根際土壤中的革蘭氏陽(yáng)性嗜溫SRB發(fā)現(xiàn),所得到的16srRNA基因序列都屬于DesulfotomaculumclusterⅠ,說(shuō)明此類(lèi)革蘭氏陽(yáng)性SRB在水稻土壤中的廣泛分布。rRNA斑點(diǎn)雜交得出在水稻根際DesulfotomaculumclusterⅠrRNA含量大約占整個(gè)細(xì)菌的1%,而在水稻非根際土壤中大約為0.55%。利用real-timePCR方法對(duì)水稻根際和非根際土壤中的DesulfotomaculumclusterⅠ進(jìn)行定量后得出,這類(lèi)SRB分別為總細(xì)菌量的0.5%和2%。2.3文化特性分析此類(lèi)SRB主要以熱脫硫桿菌屬(Thermodesulfobacteriumcommune)和熱脫硫弧菌屬(Thermodesulfovibrioyellowstonii)為代表。這兩個(gè)屬的SRB都是從美國(guó)黃石國(guó)家公園的熱泉中分離出來(lái)的,其生長(zhǎng)溫度大約為65~70℃,介于革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌和嗜熱SRB古菌之間。這兩個(gè)屬的SRB雖然具有相似的生理特性,但是基于16srRNA基因序列的系統(tǒng)發(fā)育分析表明它們的進(jìn)化距離較遠(yuǎn)。這種情形與Desulfovibrio屬一樣,此屬中不同SRB種之間的生理特性很相似,但是它們的分子進(jìn)化距離較遠(yuǎn)。此外,嗜熱SRB細(xì)菌和Desulfovibrio屬的SRB能夠利用的底物有限,且對(duì)乙酸進(jìn)行的是不完全氧化。因此Henry認(rèn)為嗜熱SRB細(xì)菌和Desulfovibrio屬SRB可能在環(huán)境中發(fā)揮著同樣的生態(tài)功能。在細(xì)菌的分子系統(tǒng)進(jìn)化分析中,嗜熱SRB細(xì)菌處于進(jìn)化分枝最深處的位置,這也驗(yàn)證了所有細(xì)菌的祖先都是嗜熱細(xì)菌的推斷。2.4a.tfgidus基因嗜熱SRB古菌相較于其它幾類(lèi)SRB而言最大的特點(diǎn)是其最適生長(zhǎng)溫度都在80℃以上,到目前為止共得到3株分離自海底熱泉的SRB古菌:Archaeoglobusfulgidus,Archaeoglobusprofundus和Archaeoglobuslithotrophicus,它們均屬于古丸菌屬。Stetter發(fā)現(xiàn)A.fulgidus能夠產(chǎn)生少量的甲烷氣體,具有產(chǎn)甲烷菌所特有的F420因子,四氫甲烷蝶呤(即F342因子)和甲烷呋喃。這被認(rèn)為是硫酸鹽還原菌和產(chǎn)甲烷菌之間進(jìn)化關(guān)系的證明,即硫酸鹽還原菌的祖先可能來(lái)自于產(chǎn)甲烷菌。另外,通過(guò)對(duì)A.fulgidus16S和23SrRNA基因序列的分子進(jìn)化分析得出,它與硫還原古菌和硫氧化菌的進(jìn)化距離反而沒(méi)有與產(chǎn)甲烷菌的進(jìn)化距離近。Woese等認(rèn)為硫酸鹽還原古菌是從產(chǎn)甲烷菌進(jìn)化而來(lái)的,因?yàn)楫a(chǎn)甲烷菌的劃分依據(jù)除了能否產(chǎn)生甲烷,還包括其它重要的代謝特征,例如喜鹽古菌和熱嗜酸菌。此外,Wagner等認(rèn)為古菌和細(xì)菌擁有共同的祖先且具有硫酸鹽還原酶的活性,或者硫酸鹽還原酶基因在古菌和細(xì)菌域之間存在水平轉(zhuǎn)移。Archaeoglobus是古菌域中唯一能夠還原硫酸鹽的類(lèi)群,但是它們是怎么獲得硫酸鹽還原的活性,至今尚未找到答案。1997年,A.fulgidus的全序列公布,這也是第一個(gè)發(fā)表的SRB全基因組序列。3環(huán)境微生物的研究進(jìn)展眾所周知,傳統(tǒng)的微生物檢測(cè)手段只能研究土壤中約1%的微生物種類(lèi),這大大阻礙了土壤微生物生態(tài)學(xué)研究的步伐。分子生物學(xué)技術(shù)能夠提供豐富的不可培養(yǎng)微生物的數(shù)量和活性信息,使全面了解和認(rèn)識(shí)不同環(huán)境中微生物的結(jié)構(gòu)和功能成為可能。這些研究技術(shù)主要包括:基于聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(PCR)的分子標(biāo)記技術(shù)如末端限制性片段長(zhǎng)度多樣性(terminalrestrictionfragmentlengthpolymorphism,T-RFLP)、基因克隆文庫(kù)分析法(clonelibrary)、變性梯度凝膠電泳(denaturinggradientgelelectrophoresis,DGGE)、實(shí)時(shí)熒光定量PCR(real-timePCR)和不依賴(lài)于PCR的核酸雜交技術(shù)如熒光原位雜交(fluorescenceinsituhybridization,FISH)。目前,這些技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于SRB的分子生態(tài)學(xué)研究中去,將環(huán)境微生物領(lǐng)域的研究帶入一個(gè)革命性的新時(shí)代。在實(shí)際應(yīng)用中為獲得更加準(zhǔn)確的檢測(cè)結(jié)果,常常將兩種或多種技術(shù)結(jié)合起來(lái)相互補(bǔ)充、相互印證。3.1t-rflp技術(shù)T-RFLP即末端標(biāo)記限制性片段長(zhǎng)度多態(tài)性,是一種全新、快速、有效的微生物群落結(jié)構(gòu)分析方法。T-RFLP采用一端熒光標(biāo)記的引物進(jìn)行PCR擴(kuò)增,PCR產(chǎn)物經(jīng)限制性?xún)?nèi)切酶消化后,消化產(chǎn)物以DNA測(cè)序儀進(jìn)行分離,通過(guò)激光掃描,得到熒光標(biāo)記端片段的圖譜。圖譜中波峰的多少表明了群落結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度,峰面積的大小代表了相應(yīng)群落的相對(duì)數(shù)量。與其它分子技術(shù)相比,它的優(yōu)點(diǎn)是能夠迅速產(chǎn)生大量重復(fù)且精確的數(shù)據(jù),用于微生物群落結(jié)構(gòu)的時(shí)空演替研究;而且其精確度和分辨率都要高于其它方法產(chǎn)生的圖譜。但是,T-RFLP僅提供微生物的種類(lèi)和相對(duì)數(shù)量的信息,還無(wú)法確定是何種微生物。因此,通常結(jié)合克隆文庫(kù)測(cè)序分析,達(dá)到確定微生物種類(lèi)的目的。Scheid等以基于16SrDNA的T-RFLP技術(shù)為主,輔以構(gòu)建克隆文庫(kù)為手段研究了水稻根際和非根際土壤中革蘭氏陰性SRB在不同生長(zhǎng)期的群落結(jié)構(gòu)變化。Schmalenberger等利用基于異化亞硫酸鹽還原酶基因(dissimilatory(bi)sulfitereductase,dsrAB)的T-RFLP技術(shù)分析了酸性沼澤地0~50cm深度梯度下SRB群落結(jié)構(gòu)的變化趨勢(shì)。3.2dage在土壤生物生態(tài)學(xué)研究中的應(yīng)用DGGE的原理是根據(jù)含有不同序列的DNA片段在具有變性劑梯度或溫度梯度的凝膠上由于其解鏈行為的不同而導(dǎo)致遷移率的不同。此種方法靈敏度非常高,能將僅有1個(gè)堿基差異的DNA片段分開(kāi)。自1993年Muyzer等將DGGE的方法應(yīng)用于微生物生態(tài)學(xué)研究以來(lái),DGGE迅速成為一種簡(jiǎn)便而有效的分子生物學(xué)研究手段。Miletto等使用DGGE技術(shù)對(duì)不同類(lèi)型土壤的SRB進(jìn)行研究,且對(duì)DGGE的技術(shù)條件進(jìn)行了優(yōu)化,輔以建立克隆文庫(kù)的方法對(duì)DGGE的結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證,結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩種分子生物學(xué)技術(shù)具有很好的可比性,DGGE是一種有效的揭示SRB群落結(jié)構(gòu)的分子生物學(xué)方法。目前,DGGE技術(shù)已經(jīng)廣泛用于研究海底沉積物、含水土層、湖泊等環(huán)境的SRB研究中去,還未見(jiàn)到其應(yīng)用于水稻土SRB研究的報(bào)道。DGGE技術(shù)也存在一定的局限性。例如,Vallaeys等發(fā)現(xiàn)DGGE方法并不能對(duì)樣品中所有的DNA片段進(jìn)行分離。Muyzer等通過(guò)試驗(yàn)得出DGGE只能對(duì)微生物群落中數(shù)量上大于1%的優(yōu)勢(shì)種群進(jìn)行分析。3.3實(shí)時(shí)熒光定量pcr研究從環(huán)境中獲得SRB群落的數(shù)量信息對(duì)于研究SRB的活性強(qiáng)度和生態(tài)意義具有重要的意義。過(guò)去,普遍采用傳統(tǒng)的依賴(lài)于可培養(yǎng)的方法對(duì)環(huán)境樣品中的SRB進(jìn)行定量,比如最大可能數(shù)法(mostprobablenumber,MPN)。然而,這種方法非常耗時(shí),而且由于環(huán)境中大部分SRB為不可培養(yǎng)微生物,MPN法往往過(guò)低的估計(jì)樣品中SRB的數(shù)量。實(shí)時(shí)熒光定量PCR在PCR反應(yīng)體系中加入熒光基團(tuán),利用熒光信號(hào)的積累實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)整個(gè)PCR的進(jìn)程,最后通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)對(duì)未知模板進(jìn)行定量分析。目前對(duì)SRB的定量大多借助于Real-timePCR技術(shù)。Stubner用此技術(shù)定量分析了水稻土壤中3個(gè)主要的革蘭氏陰性SRB種群Desulfobacteraceae科、Desulfovibrionaceae科和Desulfobulbussp.的組成以及革蘭氏陽(yáng)性SRBDesulfotomaculum屬的豐度。其結(jié)果與基于16SrRNA的斑點(diǎn)雜交結(jié)果相吻合,再次印證了Real-timePCR是一種靈敏的微生物種群定量技術(shù)。劉新展等使用Real-timePCR分析了冬夏兩個(gè)季節(jié)不同施肥處理下水稻土壤中的SRB群落豐度,結(jié)果發(fā)現(xiàn),不同施肥處理下水稻土壤中SRB并沒(méi)有顯著性差異。冬季平均每克干土dsrAB基因拷貝數(shù)為5.08×108,夏季平均每克干土dsrAB基因拷貝數(shù)為5.92×108。3.4微生物群落結(jié)構(gòu)的研究FISH技術(shù)主要以微生物16SrRNA基因作為鑒別微生物的標(biāo)志物,設(shè)計(jì)并合成熒光探針,直接與環(huán)境樣品中微生物16SrRNA基因上的目標(biāo)特異性片段進(jìn)行雜交反應(yīng),激發(fā)熒光信號(hào)對(duì)目標(biāo)微生物進(jìn)行觀察和計(jì)數(shù)。該方法的特點(diǎn)是能直觀、準(zhǔn)確地得到目標(biāo)微生物的原位數(shù)量和空間分布信息,探測(cè)微生物群落結(jié)構(gòu)和生物多樣性,監(jiān)測(cè)微生物群落動(dòng)態(tài)變化。FISH技術(shù)結(jié)合了分子生物學(xué)的精確性和顯微鏡的可視性,是各種分子標(biāo)記技術(shù)的有益補(bǔ)充,已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于微生物生態(tài)學(xué)的研究領(lǐng)域中。在不同環(huán)境中硫酸鹽還原菌群落結(jié)構(gòu)的研究中也是一種非常有力的手段,被眾多研究者所青睞。Detmers等利用FISH技術(shù)對(duì)德國(guó)煤礦GarzweilerI附近的土層微生物群落分析得出,Desulfotomaculum屬是優(yōu)勢(shì)的硫酸鹽還原菌群,約占整個(gè)群落數(shù)量的2.5%。Purdy等使用SRB特異性探針研究淡水和海水沉積物中SRB類(lèi)群時(shí)發(fā)現(xiàn),在低SO2-4濃度(0.1~2.8mmol·L-1)的淡水沉積物