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出版者:Springer

作者:El-Sharoud, Walid 编

出品人:

页数:371

译者:

出版时间:2007-12-18

价格:USD 369.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9783540749202

丛书系列:

图书标签:

• 细菌生理学
• 细菌学
• 微生物学
• 生理学
• 生物学
• 细菌代谢
• 细菌生长
• 细菌营养
• 微生物生理学
• 医学微生物学

《环境微生物生态学前沿：从宏基因组到生物地球化学循环》 图书简介 本书深入探讨了环境微生物生态学的最新进展与核心理论，聚焦于微生物群落如何驱动地球关键的生物地球化学循环，以及宏基因组学技术如何革新我们理解这些复杂系统的能力。全书内容严谨、数据驱动，旨在为生态学家、微生物学家、环境科学家以及对地球生命系统运作机制感兴趣的研究人员和学生提供一本前沿且实用的参考著作。 第一部分：环境微生物组的复杂性与测序革命 本部分首先回顾了微生物生态学的经典概念，并重点阐述了高通量测序技术——尤其是宏基因组学（Metagenomics）和宏转录组学（Metatranscriptomics）——如何彻底改变了我们对环境微生物群落结构和功能的认知。 第一章：微生物生态学范式的转变 本章剖析了传统培养依赖方法（Culture-dependent methods）的局限性，并详细介绍了基于分子生物学的“微生物组”概念的兴起。重点讨论了测序深度、生物信息学分析流程（从序列组装到功能注释）的挑战与最新解决方案。我们强调了“谁在那里”和“他们在做什么”这两个核心问题的融合趋势。 第二章：宏基因组学：从序列到功能 深入解析了从样本采集、DNA提取优化到高效序列比对和基因功能预测的全过程。详细介绍了参考基因组数据库（如KEGG, CAZy, COG）在功能注释中的应用，并着重讨论了从基因拷贝数推断丰度（Gene-centric approaches）的准确性评估。此外，本章还涵盖了单细胞基因组学（SAGs）和病毒组学（Viromes）在解析特定环境物种和病毒宿主相互作用中的独特价值。 第三章：环境异质性与群落结构解析 环境微生物群落的分布受到栖息地梯度、物理化学参数（如pH、氧化还原电位、温度）和生物相互作用的共同影响。本章利用多样性指数（Alpha and Beta Diversity）和多元统计学模型（如RDA, CCA）来量化环境因素对微生物群落结构的主导作用。我们通过多个真实案例（如深海热液喷口、永久冻土、人类肠道微生态）说明如何识别关键的指示菌群和功能模块。 第二部分：驱动全球循环的关键微生物过程 本部分将理论分析与具体地球化学循环相结合，阐释微生物在碳、氮、硫等关键元素的全球循环中所扮演的不可替代的角色。 第四章：碳循环的微生物引擎：从固定到分解 碳循环是地球生态系统的基石。本章聚焦于海洋和土壤环境中微生物固碳的效率与机制，特别是光合细菌（如蓝细菌）和化能自养微生物（Chemoautotrophs）的代谢途径。随后，深入探讨了有机质的降解路径，详细分析了纤维素、木质素等复杂聚合物的酶解（通过CAZy数据库注释），以及甲烷的产生（产甲烷作用）与氧化（甲烷氧化作用）在温室气体平衡中的作用。 第五章：氮循环的精妙调控：固氮、硝化与反硝化 氮循环的复杂性主要源于微生物介导的多步氧化还原反应。本章详细阐述了关键酶复合物（如固氮酶、氨单加氧酶、亚硝酸还原酶）的基因丰度与活性（结合宏转录组学数据）。特别关注了厌氧氧化氨（Anammox）过程，及其在海洋脱氮中的重要贡献，并讨论了人为污染（如氮沉降）对这些自然循环的干扰效应。 第六章：硫与磷的生物地球化学：能量与营养的交织 硫循环涉及从硫酸盐还原到硫化物氧化的复杂电子传递链。本章对比了海洋沉积物与酸性矿山废水环境中硫细菌的代谢多样性。磷的生物地球化学部分则侧重于微生物如何通过分泌磷酸酶（Phosphatases）来矿化有机磷，以及磷酸盐的吸附/解吸机制在生态系统营养限制中的作用。 第三部分：极端环境与生物技术应用 本部分将目光投向地球的极限栖息地，探索微生物的适应性，并展望环境微生物组学在环境修复和生物技术中的新兴应用。 第七章：微生物适应性：极端环境中的生存策略 极端环境（如高盐、高压、高酸性、低温）是检验微生物生命极限的天然实验室。本章分析了深海热液、冰川和盐湖中微生物群落的遗传多样性和代谢灵活性。重点讨论了极端微生物如何通过独特的膜结构、DNA修复机制和渗透压调节策略来维持生命活动。 第八章：生物修复与环境工程的微生物工具箱 微生物在污染治理中展现出巨大潜力。本章系统性地介绍了基于微生物降解有机污染物（如石油烃、持久性有机污染物，POPs）的生物修复技术。详细分析了如何通过宏基因组数据筛选具有高效降解能力的基因簇，并讨论了微生物群落工程（Microbial Community Engineering）在增强生物降解效率中的策略与挑战。 第九章：气候变化下的微生物响应与反馈 气候变化正以前所未有的速度重塑全球微生物环境。本章聚焦于冻土融化、海洋酸化和干旱化对微生物群落结构和功能的影响。通过案例分析，我们评估了这些变化如何反馈到温室气体排放（如$ ext{CH}_4$和$ ext{N}_2 ext{O}$），从而影响全球气候系统的稳定。本书强调，理解微生物层面的响应是准确预测未来地球系统的关键。 结论：迈向整合性的微生物生态学 本书最后总结了当前环境微生物生态学面临的主要挑战，特别是如何将高通量数据转化为可预测的生态学模型，以及如何实现多组学数据（基因组学、转录组学、代谢组学）的有效整合。展望未来，本书呼吁研究界加强跨学科合作，利用计算模型和原位实验技术，全面揭示地球生命系统的动态平衡。 --- 目标读者 生态微生物学、环境生物学、地球微生物学、生物化学、环境工程等领域的高年级本科生、研究生、博士后研究人员以及相关领域的专业科学家。 本书特色 前沿性强： 聚焦于宏基因组学分析驱动下的新发现。 深度结合实践： 详述了关键的生物地球化学循环的分子机制。 数据驱动： 大量引用最新的案例研究和生物信息学工具的实际应用。

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