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微生态

1、微生物多样性

微生物多样性是指某一时间某一环境中,微生物的生命形式的复杂程度,包括微生物遗传、代谢及生态类型的多样性。

 

2、微生物多样性测序

通过选择合适的通用引物对样本的16S rDNA,18S rDNA,ITS等目标区域进行扩增,利用高通量测序技术获取样本的序列及丰度信息,从而研究微生物多样性及群落结构差异。

 

3、OTU(Operational Taxonomic Units)

OTU 是在系统发生学或群体遗传学研究中,为了便于进行分析,人为给某一个分类单元(品系,属,种、分组等)设置的统一标志。要了解一个样本测序结果中的菌种、菌属等数目信息,就需要对序列进行聚类(cluster)。通过聚类操作,将序列按照彼此的相似性分归为许多小组,一个小组就是一个OTU。可根据不同的相似度水平,对所有序列进行OTU划分,通常在97%的相似水平下的OTU进行生物信息统计分析。

 

4、16S rDNA

16S rRNA是核糖体RNA的一个亚基,16S rDNA是编码该亚基的基因。细菌rRNA(核糖体RNA)按沉降系数分为3种,分别为5S、16S和23S rRNA。16SrDNA是细菌染色体上编码 rRNA相对应的DNA序列,存在于所有细菌染色体基因中。

16S rDNA是细菌的系统分类研究中最有用的和最常用的分子钟,其种类少,含量大(约占细菌RNA含量的80%),分子大小适中,约1.5Kb左右,既能体现不同菌属之间的差异,又能利用测序技术较容易地得到其序列,故被细菌学家和分类学家接受。因其在结构与功能上具有高度的保守性,素有“细菌化石”之称。

 

5、抽平

抽平是按照一定数量或各样本中序列最低数量,将所有样本的序列随机抽取至统一数据量,然后再进行各项分析。抽平的意义是不同样本具有个体差异性,为使各样本在相同OTU序列数水平上进行对比,因而需要进行抽平(subsample),计算Alpha多样性和Beta多样性。

 

6、PCA分析

PCA 分析(Principal Component Analysis),即主成分分析,是一种对数据进行简化分析的技术,这种方法可以有效的找出数据中最“主要”的元素和结构,去除噪音和冗余,将原有的复杂数据降维,揭示隐藏在复杂数据背后的简单结构。其优点是简单且无参数限制。通过分析不同样本群落组成可以反映样本间的差异和距离,PCA运用方差分解,将多组数据的差异反映在二维坐标图上,坐标轴取能够最大反映样品间差异的两个特征值。如样本物种组成越相似,反映在PCA图中的距离越近。 

 

7、PCoA分析

PCoA分析,即主坐标分析(principal co-ordinates analysis),也是一种非约束性的数据降维分析方法,可用来研究样本群落组成的相似性或差异性,与PCA分析类似;主要区别在于,PCA利用物种(包括OTU)丰度表,基于欧氏距离直接作图,而PCoA是基于所选距离矩阵进行作图。

 

8、NMDS分析

非度量多维尺度分析(NMDS分析)是一种将多维空间的研究对象(样本或变量)简化到低维空间进行定位、分析和归类,同时又保留对象间原始关系的数据分析方法。其特点是根据样本中包含的物种信息,以点的形式反映在多维空间上,而对不同样本间的差异程度,则是通过点与点间的距离体现的,最终获得样本的空间定位点图。NMDS分析对于距离缺失的数据有优势,只要确定对象之间的位置关系,便可以进行NMDS分析。 

 

9、PL-SDA分析

PLS-DA采用了经典的偏最小二乘回归模型,其响应变量是一组反映统计单元间类别关系的分类信息,是一种有监督的判别分析方法。当样本的组间差异较大,而组内差异较小时,无监督分析方法可以明显区分组间差异;而当样本的组间差异不明晰,而组内差异较大时,无监督分析方法难以发现和区分组间差异。另外,如果组间的差异较小,各组的样本量相差较大,样本量大的那组将会主导模型。有监督的分析(PLS-DA)能够很好的解决无监督分析中遇到的这些问题,忽略组内的随机差异,突出组间系统差异。 

 

10、Beta多样性

β多样性,即在一个梯度上从一个生境到另一个生境所发生的种的多样性变化的速率和范围。它是研究群落之间的种多度关系。

β多样性又称生境间的多样性(between-habitat diversity),是指沿环境梯度不同生境群落之间物种组成的相异性或物种沿环境梯度的更替速率。


11、Alpha多样性

Alpha多样性是指一个特定区域或生态系统内的多样性,是反映丰富度和均匀度的综合指标。Alpha多样性主要与两个因素有关:一是种类数目,即丰富度;二是均一度,即群落中个体分配上的均匀性。群落丰富度(Community richness)指数主要包括Chao指数和Ace指数。群落多样性(Community diversity)指数,包括Shannon指数和Simpson指数。

 

12、三域学说

20世纪70年代末由于美国伊利诺斯大学的C.R.Woese(伍斯)等人对大量微生物和其他生物进行16S和18S rRNA的寡核苷酸测序,并比较其同源性水平后,提出了一个与以往各种界级分类不同的新系统,称为三域学说,“域”是一个比界更高的界级分类单元,过去曾称原界。三个域指的是细菌域(以前称“真细菌域”)、古生菌域(以前称古细菌域)和真核生物域。

 

13、群落

群落(Biocoenosis)或称为“生物群落”。指的是生态学中,在一个群落生境内相互之间具有直接或间接关系的所有生物,即生物的总和。 

 

14、硝化细菌

硝化细菌(nitrifying bacteria)是广泛分布于各种土壤和水体中的化能自养微生物。从生理类型来看,其一称亚硝化细菌或氨氧化细菌,可把NH3氧化成NO2-,包括Nitrosomonas(亚硝化单胞菌属);另一则称硝化细菌或亚硝酸氧化细菌,可把NO2-氧化为NO3-,包括Nitrobacter(硝化杆菌属)。

 

15、毒力(virulence)

毒力(virulence)又称致病力(pathogenicity),表示病原体致病能力的强弱。对细菌性病原体来说,毒力是菌体对宿主体表的吸附,向体内侵入,在体内定居、生长和繁殖,向周围组织的扩展蔓延,对宿主防御功能的抵抗,以及产生损害宿主的毒素等一系列能力的总和。不同对细菌其毒力组成有很大的差别,现把构成毒力诸因素归结为侵袭力和毒素两方面。

 

16、BOD

BOD(biochemical oxygen demand),即“生化需氧量”或“生化耗氧量”,又称生物需氧量,是水中有机物含量的一个间接指标。一般指在1L污水或待测水样中所含的一部分易氧化的有机物,当微生物对其氧化、分解时,所消耗的水中溶解氧毫克数(其单位为mg/L)。

 

17、COD

COD(chemical oxygen demand),即化学需氧量,是表示水体中有机物含量的一个简便的间接指标,指1L污水中所含的有机物在用强氧化剂将它氧化后,所消耗氧的毫克数(单位为mg/L)。

 

18、TOD

TOD(total oxygen demand),即总需氧量,指污水中能被氧化的物质(主要是有机物)在高温下燃烧变成稳定氧化物时所需的氧量。TOD是评价某水质的综合指标之一,与测COD或BOD相比,具有快速、重现性好等优点,但需用灵敏的检测仪器作测定。

 

19、DO

DO(dissolved oxygen),即溶解氧量,指溶于水体中的分子态氧,是评价水质优劣的重要指标。DO值大小是水体能否自净作用的关键。

 

20、宏基因组测序

宏基因组(Metagenome),也称微生物环境基因组、元基因组。是由 Handelsman 等 1998 年提出的新名词,其定义为“ the genomes of the total microbiota found in nature” , 即生境中全部微小生物遗传物质的总和。它包含了可培养的和未可培养的微生物的基因组,目前主要指环境样品中的细菌和真菌的基因组总和。宏基因组测序直接从环境样品中提取全部微生物的DNA,构建宏基因组文库,利用基因组学的研究策略研究环境样品所包含的全部微生物的遗传组成及其基因功能。

 


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