2 Biolog生態(tài)板研究環(huán)境微生物群落
2.1微生物代謝中的氧化一還原反應(yīng)
新陳代謝簡稱代謝，是生物體表現(xiàn)其生命活動 的重要特征之一。代謝包括數(shù)以千計的不同酶的催 化反應(yīng)，這些復(fù)雜的酶促進(jìn)有機(jī)反應(yīng)的實現(xiàn)，多是經(jīng) 過反應(yīng)部位的接近和取向的效應(yīng)，形成過渡態(tài)而發(fā) 生的。氧化一還原反應(yīng)是生物代謝過程中的一類重 要反應(yīng)，其實質(zhì)是電子的得失，電子從電子供體傳遞 給電子受體。當(dāng)代謝物被氧化，兩個電子通常同時 傳遞，并伴隨著底物兩個質(zhì)子（H+)的釋放。底物 的氧化作用亦稱作脫氫反應(yīng)，其形式上等同于兩個 氫質(zhì)子的釋放⑴。列舉一反應(yīng)式說明其過程：
R + H+.
此反應(yīng)中一個氫質(zhì)子及一對電子從底物傳遞至
吡啶環(huán)，另一個氫成為溶液中的質(zhì)子。
2.2四唑紫染料顯色反應(yīng)
四唑染色測定法于1942年由德國萊康（H. La-kon)教授發(fā)明，其原理是根據(jù)四唑鹽類由原初氧化 態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檫€原態(tài)時呈現(xiàn)明顯的顏色（粉紅色，紫色， 紅色，藍(lán)紫色和藍(lán)色）變化，來直接檢測生化代謝活 性。
氯化3—(1—萘基）一2,5 —二苯基一2H—四 挫鎗（Tetrazolium violet,四挫紫）是一種常用的四 唑鹽，在氧化一還原反應(yīng)發(fā)生的基質(zhì)脫氫（包括脫電 子）生化反應(yīng)過程中，四唑紫能夠優(yōu)先得到電子顯示 紫色，得電子越多，紫顏色越深。細(xì)菌代謝所需的能 量主要是從生物氧化作用獲得，生物學(xué)底物在生物 體內(nèi)氧化分解的過程，主要以脫氫和失電子的方式 進(jìn)行。因此，應(yīng)用四唑鹽顯色法可以用來評價細(xì)菌 的代謝活力。細(xì)菌利用碳源的能力越大，則紫色越 深。四唑紫顯色反應(yīng)過程如下：
2.3 Biolog生態(tài)板的應(yīng)用原理
ECO板上有96個微孔，每32個孔為1個重 復(fù)，每板共計3個重復(fù)。32個微孔中除對照孔外各 個孔內(nèi)都含有一種不同的有機(jī)碳源和相同含量的四 唑紫染料。將微孔內(nèi)的有機(jī)碳源作為微生物的唯一 能量來源，微生物接種到微孔板上的孔中后，若能利
用碳源，即能夠?qū)ζ溥M(jìn)行生物氧化，有電子轉(zhuǎn)移，四 唑紫就能優(yōu)先俘獲電子而變成紫色。顏色的深淺反 映了微生物對相應(yīng)碳源的利用能力。通過Biolog 系統(tǒng)的微平板讀數(shù)器，測定ECO板在590nm波長 下的光密度值（OD值），完成數(shù)據(jù)的采集與存儲。 運(yùn)用主成分分析(PCA)或相似類型的多變量統(tǒng)計分 析方法展示不同微生物群落產(chǎn)生的代謝特征指紋 (Metabolic Profiles) ?其理論依據(jù)是Biolog代謝類 型的變化與群落組成的變化相關(guān)⑴。
3 Biolog生態(tài)板碳源分類與性質(zhì)
利用Biolog方法對不同研究對象進(jìn)行測定時， 產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量非常大，為了充分挖掘隱含在實驗數(shù) 據(jù)中的信息，闡明不同微生物群落對不同碳源的利
用差異，首先需要弄清ECO板的碳源結(jié)構(gòu)，對微平 板內(nèi)31種有機(jī)碳源進(jìn)行分類，為后續(xù)統(tǒng)計分析、解 釋實驗結(jié)果作參考。
結(jié)合有機(jī)化合物化學(xué)官能團(tuán)、微生物生理代謝 途徑和生態(tài)功能3個方面，將ECO板的31種碳源 底物分為6大類⑴：糖類及其衍生物，羧酸，氨基酸， 多聚物，酚酸類和胺類（表1)。
3.1糖類及其衍生物
從化學(xué)結(jié)構(gòu)講，糖類化合物是多羥基的醛或酮。 以多聚物形式存在的葡萄糖和其他糖類不僅是自然 界礦化過程的主要物質(zhì)，而且它們也以單體的形式 存在，是大多數(shù)異養(yǎng)微生物重要的有機(jī)營養(yǎng)物。在 ECO板中，將12種有機(jī)碳源歸屬于糖類及其衍生 物中，并對其進(jìn)行細(xì)化分類為7類。
表1 ECO板六類碳源
碳水化合物 氨堪酸 羧酸 多聚物 酚酸類 胺類
D—半乳糖酸—■/—內(nèi)酯 D—木糖 L一天冬酰胺酸 Y—羥基丁酸 ?—環(huán)式糊精 2—羥基笨甲酸 苯乙胺
P—甲基D—葡萄糖苷 D —甘露醇 L 一苯基丙氧酸 衣康酸 肝糖 4_羥基苯甲酸 腐胺
D—纖維二糖 N—乙酰基一【)一葡萄胺 L—精氨酸 酮酸 吐溫40
—乳糖 D?L——磷酸片油 L_蘇氨酸 D —蘋果酸 吐溫80
I 一赤蘚糖醇 D_半乳糖醛酸 L_絲氨酸 丙酮酸甲脂
葡萄糖~1磷酸 D—葡萄胺酸 甘氨酰谷氨酸沈陽生態(tài)板
