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根据目标(总丰度 vs. 特定类群丰度)和精度要求,可选择不同方法。
(一)总微生物丰度检测
磷脂脂肪酸分析 (PLFA - Phospholipid Fatty Acid Analysis)
原理:磷脂是活体微生物细胞膜的主要成分,且不同类群微生物(细菌、真菌、G⁺、G⁻、放线菌等)有特征性的PLFA谱。
丰度表示:通过气相色谱-质谱(GC-MS)测定总PLFA含量(nmol/g 干土),可近似反映总活体微生物生物量。特定PLFA的含量可代表特定类群的生物量。
优点:
反映活体微生物(死亡细胞的磷脂会迅速降解)。
可同时获得群落结构信息(分类学)。
缺点:成本较高,操作复杂,不能精确到物种水平。
直接显微镜计数法 (Direct Microscopic Count)
原理:用荧光染料(如DAPI、Acridine Orange)染色土壤提取液中的微生物细胞,在荧光显微镜下直接计数。
丰度表示:细胞数/g 干土。
优点:直接、快速,可观察细胞形态。
缺点:
无法区分死/活细胞。
土壤颗粒和腐殖质干扰大,背景荧光强,计数困难。
不能区分微生物类群。
精度较低,代表性差。
总DNA浓度测定
原理:提取土壤总DNA,用分光光度计(A260)或荧光计(如Qubit, PicoGreen)测定DNA浓度。
丰度表示:ng DNA / g 干土。
优点:操作相对简单,高通量。
缺点:
包含死细胞、游离DNA和病毒DNA,高估活体微生物量。
不同微生物的基因组大小差异大,相同DNA量不代表相同细胞数。
仅提供总核酸量,无分类信息。
(二)特定微生物类群丰度检测
实时荧光定量PCR (qPCR - Quantitative PCR)
原理:使用针对特定微生物类群(如总细菌16S rRNA基因、总真菌ITS、氨氧化菌amoA基因、固氮菌nifH基因、病原菌特异性基因等)的引物和探针,通过荧光信号积累的循环阈值(Ct值)来定量目标基因的拷贝数。
丰度表示:目标基因拷贝数 / g 干土(常取对数log₁₀)。
优点:
高灵敏度、高特异性、高通量。
可绝对定量(需标准曲线)。
是研究功能微生物丰度的金标准。
缺点:
需预先知道目标基因序列。
受PCR抑制物(腐殖酸)影响,需优化提取和扩增。
基因拷贝数 ≠ 细胞数(不同物种基因组拷贝数不同)。
高通量测序数据中的相对丰度 (Relative Abundance)
原理:在16S rRNA基因或ITS扩增子测序数据中,某个OTU(可操作分类单元)或ASV(扩增子序列变体)的序列数占该样品总序列数的比例。
丰度表示:百分比(%)。
优点:可在一次测序中获得成百上千个分类单元的相对丰度,全面了解群落结构。
重要局限:
这是相对丰度,不是绝对丰度。一个类群比例升高,可能是因为它增多了,也可能是因为其他类群减少了。
不能直接比较不同样品间的绝对数量。
数字PCR (dPCR - Digital PCR)
原理:将PCR反应分配到数万个微反应单元中,终点直接计数阳性/阴性单元,实现绝对定量,无需标准曲线。
丰度表示:目标基因拷贝数 / g 干土。
优点:
绝对定量,抗PCR抑制物能力强。
精度和准确度高于qPCR,尤其适用于低丰度目标。
缺点:成本高,通量相对较低。
来源:网络
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