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微生物多样性

2002-11-18


原核微生物物种多样性

  中国地域辽阔,地形、气候、土壤和植被等自然条件极为复杂多样,这些决定了中国微生物物种群必然丰富多彩,但是由于中国微生物资源尚未进行全面调查研究,目前在中国科学院微生物菌种保藏中心(非医学微生物保藏中心)保藏的细菌60属,266种,2003株,其中绝大部分是从各省土壤、水域和动、植物样品中分离获得的,有一定代表性,在工农业生产中使用能增产的菌株。

  40多年来,中国有关研究单位曾对一些具有重要生态意义、经济价值和社会效益的原核类群进行了比较系统的调查研究,现根据调查结果简述如下:

  1、放线菌 

        目前国际上已经描述和发表的放线菌近60个属、2000多种,中国已对40个属中的一部分种进行过分类研究,现保藏有36个属,450种,1332个菌株;其中8个属是中国研究工作者描述和建立的,它们是类链霉菌属(Streptomycoides)、小链孢菌属(Microstreptospora)、异壁放线菌属(Actinoallotaichus)、三歧泡菌属(Trichotomous)、双孢放线菌属(Actinobispora)、游动四孢菌属(Planotetraspora)、动孢链霉菌(Streptoplanospora)和白黄孢囊菌属(Cathayosporangium)。它们具有科学和应用价值。

  2、Frankia-共生固氮放线菌

  Frankia是一类能与许多木本植物共生的结瘤固氮的放线菌,与这类菌共生的寄主植物广泛分布于世界各地,1978年组织了多学科协作研究,开展了全国放线菌结瘤植物调查,查明中国有6个属44个种的树木与放线菌共生结瘤固氮,其中19种是国际上未报道的新记录种(表1)。

表1  中国新发现放线菌结瘤树种

四川桤木 Alnus cremastogyne 宜昌胡颓子 E. henryi
滇桤木 A. ferdinandi 大果沙枣 E. moorcroftii
东北赤杨 A. mandshurica 翅果油树 E. mollis
西伯利亚赤杨 A.sibirica 多花胡颓子 E.mulliflora var.ovata
马桑 Cariaria sinica 黄果沙枣 E. oxycarpa
草马桑 C. terminalis 星毛胡颓子 E. stellipila
长叶胡颓子 Elaeagnus bockii 小叶木半夏 E. umbellata var. pavifolia
可木胡颓子 E. commutata 高沙棘 Hippophae rhamnoides var. porcera
秋胡颓子 E. crispa 矮杨梅 Myrica nana
角花胡颓子 E. gonyanthes    

  3、根瘤菌

  根瘤菌与豆科植物共生结瘤是陆生生态系统中最重要的供氮体系,它们在所有固氮体系中固氮作用最强,全世界估计有18000~9000种豆科植物,中国已记录了1500种。绝大多数豆科植物能与根瘤菌共生结瘤固氮。目前国际上已描述的根瘤菌有4属15种。根据全国根瘤菌资源调查,已纯化根瘤菌近2000株,并建立了一个新属中华根瘤菌(Sinorhizobium),包括两个新种。另外,在紫云英结瘤的根瘤菌已定名为华癸根瘤菌(Rhizobium huakuii),从新疆干旱地区发现一个新种定名为天山根瘤菌(Rhizobiumtianshanellse)。从大豆中分离出超慢速生长的大豆根瘤菌定名为辽宁根瘤菌(Bradyrhizo-bium liaoningense)新种,中慢生根瘤菌属(Mesorhizobium)是在中国最近发现的一个新属。

  

极端环境下的微生物

  中国西北干旱和半干旱地区分布有许多内陆盐湖和盐碱湖。这些内陆盐湖中具有非常丰富的极端嗜盐和极端碱性嗜盐菌(古细菌)以及耐碱、耐盐和嗜碱微生物资源。有些碱性菌株已经或即将用于生产。在中国的嗜盐和碱性嗜盐古细菌中,除了国际公认的典型菌株外,在西北地区还发现了新的菌种,如Haloarcula aidinensis。该茵是在新疆低于海平面154m的盐湖中发现的,细胞多形态、三角型和方型同时存在。

  全国各地分布有众多温泉和高温泉,待别是西南部地区温泉尤多,温泉中蕴藏着许多耐热和嗜热微生物种类,如1982年报导的嗜酸热硫球菌属(Sulfosphaerellus)也属古细菌,最适生长温度70℃。

  在中国的高山雪线以上地区还发现若干耐低温微生物。

  中国丰富的极端环境中的微生物将为中国传统微生物产业的改革提供丰富的有用微生物资源。

  

病  毒

  中国学者对植物病毒、动物病毒、昆虫病毒和噬菌体等生物类群进行了广泛研究,例如中国分离纯化的昆虫病毒约占世界报导的昆虫病毒的14%,在植病研究中也有中国报导的新种,如中国蕃茄黄化曲叶病毒、苹果锈病类病毒(此病毒经分子生物学研究表明与马铃薯块茎病毒同源)等。中国烟草曲叶病毒和南瓜曲叶病毒均为双生病毒,经外壳蛋白基因序列分析证明它完全不同于美国的南瓜曲叶病毒。到目前为止,不包括医学病毒在内,中国共保藏有病毒600余株,其中动物病毒146株、植物病毒151株、昆虫病毒214株、噬茵体91株。

  

真核微生物

  1、中国真核微生物的估计种数

        真核微生物有粘菌、真菌和卵菌三大类。

  英国、芬兰、瑞士等国家的研究资料表明,真菌与维管束植物已知种数存在4:1至6:1的数目比例关系。中国维管束植物近30000种,若按6:1的比例推算,真菌种数可达18万种,占世界的15%。1982~1994年中国发表的新种共600余种,平均每年50种,仅为全世界每年发表的新种数(1986~1990年每年平均1700种)的2%;同期发表的新记录有1100余种,平均每年92种,若按每年增加新种和新记录150种计,中国需要1300年才能把全部种类调查清楚。

  2、中国真核微生物的已知种数

        中国已发表的粘菌、真菌和卵菌的种名数超过10000,但其中存在不少同物异名的情况,实际可承认的种约8000种左右,仅占估计种数4%,占全世界已知种数(70000种)的11%,其中粘菌约260种、真菌7500种,卵菌300种。

  3、中国真核微生物各类群的多样性

        菌物界已知的约100个目中,半数以上在中国尚无人进行研究。在20余个已有人进行研究的目中,大半仅涉及其中若干科或属。海洋真菌和卵菌在中国基本上没有资料,仅有零星的有关海洋酵母的调查报告,生活在淡水中的真菌种数仅有零星的有关卵菌(主要是水霉和腐霉)的报告。水生丝孢菌的研究刚刚起步,仅知50余种(全世界200余种),虫生真菌仅知180种(全世界已知900种)。土壤真菌缺少完整数据,研究得较好的曲霉属(Aspergillus),已知有89种(全世界已有350个名称),青霉属(Penicillium)约70余种(全世界有96种)。外生菌根菌已知有29科68属642种,其中担子菌类22科59属612种,子囊菌类7科9属30种。内生菌根菌(VA菌根菌)已报道的约40种。地下菌(俗称块菌和假块菌),有极高的商品价值,全世界已知1000多种,而中国已报道的仅有60余种。其他的在植物组织内的内生真菌,寄生、共生或共栖在蜘蛛、多足类、甲壳类、水生昆虫、海洋浮游生物和草食哺乳动物胃里的真菌在中国完全无人研究。

 

中国真菌的特有性和高度多样性地区

  中国真菌特有种十分丰富,已发表的名称中大约有2700个是根据来自中国的模式发表的。但其中有些是同物异名或国外亦有分布。若按此数的2/3计,那么中国的特有种大约有2000种,约占已知种数的25%。在中国科学院微生物研究所真菌标本馆保藏的1000余个除台湾省以外的中国模式标本中,约有40%的标本的模式产地为云南、四川及西藏东部,其中云南的模式标本最多,其次是海南和广东,约占模式标本15%。由此可见特有种最集中的地区是青藏高原东部及其东缘地区。根据该标本馆数据库的统计,中国云南、四川及西藏东部已发现的真菌种数合计有4000种以上,约占全国已知种数的一半。横断山系及其邻近地区在中国微生物多样性中的特殊地位是显而易见的。

  台湾是中国物种丰富度最高的地区之一,已知有真菌4300种,约为中国已知种数的一半,且特有程度很高。就锈菌而言,在已知的50属400种中,特有种占30%。

  中国东喜马拉雅地区真菌种类十分丰富,据中国科学院微生物研究所真菌标本馆数据库1992年以前的统计资料,该地区已知真菌有1118种,连同中国科学院昆明植物所隐花植物标本馆的标本统计在内,实际种数可能超过1500种,约占中国已知种数的20%。

  中国北回归线以南的广东、海南、广西南部及云南的西双版纳地区屑热带范围。由于中国真菌学家对这些地区研究较少,资料有限,尚缺少统计数据。

 

微生物受威胁状况

  毁林造成生态破坏进而殃及微生物的状况在中国尚不清楚,目前还不可能发布《中国微生物红皮书》。一些野生食用和药用菌,由于过度采收造成资源日益枯竭的状况也没有引起重视。例如冬虫夏草(Cordyceps sinensis),仅分布中国青藏高原高海拔地区,50年代前后年产在20000kg以上,由于严重滥采,产量逐年下降,真品少,掺杂不少霍克斯虫草(Cordyceps hawkesii)或其他虫草。“口蘑”(Tricholoma mongolicum)为著名草原野生食用茵,分布于河北北部、东北西部和内蒙等地区,曾大量出口;近年来,由于过度放牧和乱采滥收,此茵在其分布南界张家口地区已基本不见踪影,在重要产地呼伦贝尔草原,产量也急剧下降,1991年内蒙古“口磨”几乎没有收购。松茸(Tricholoma matsutake)分布于中国长白山、小兴安岭及西南地区,产品远销日本,近年来由于过量采收,数量日趋减少。药用马勃类真菌,如紫色马勃(Calvatia lilacina)等,主要出产于北方草原,同样也出现了自然资源日益枯竭的现象。

  

中国微生物多样性的保护

  中国已建立的数百处自然保护区同时也为真菌提供了就地保护的良好场所。然而绝大多数现有保护区对真菌区系缺乏专门调查,缺乏真菌分布、组成特点和所受威胁的系统资料。因此,在各保护区开展真菌区系调查是中国生物多样性保护工作中极为紧迫的任务。

  发展林业是木生食用菌、药用菌、菌根菌和地下块菌资源可持续利用的根本保证,与此同时要实行计划采收,以达到保护资源,林菌并举,获得最佳经济效益的目的。

  菌种保藏是迁地保护的一种方法。中国科学院微生物研究所菌种保藏室共保藏菌种1万余株。细菌、放线菌菌种保藏情况已如前述。关于真菌,计酵母菌51属、166种、1877株;小型丝状真菌178属、714种、4705株;蘑菇类63属113种662株;共计993种7244株。其他重要的菌种保藏单位尚有中国农业科学院和中国林业科学院等。目前中国菌种保藏工作跟实际需要还有很大距离,应该结合物种多样性调查对各种野生菌进行分离、培养和保藏。

  中国的微生物资源十分丰富,由于研究力量和资金等条件的限制,目前已知的种类与中国实际存在的巨大微生物物种资源是不相称的,许多类群和地区缺乏调查资料,必须在研究人员和资金投入方面大大加强。

  摘自《中国生物多样性信息交换所网站》

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