农用微生物数据与资源关联应用研究

doi:10.19788/j.issn.2096-6369.200405

摘要/Abstract

摘要： 目的

农用微生物与农业生产关系紧密，作用不可替代，农用微生物资源与数据互为一体，与资源应用的效果和方式密切相关，明确农用微生物资源和数据关联特征，有助于资源挖掘应用和大数据整合分析。

方法

调查国内主要农用微生物资源保藏单位、菌种保藏量与菌种鉴定数量，以及信息化网站建设与共享菌种数量；分析微生物资源生物学数据，包括培养组、基因组学、转录组、代谢组数据等；生态关联型数据，包括微生物多样性、宏基因组、宏转录组、宏代谢组，以及功能监测数据等；以及文献数据关联性字段。

结果

按照功能属性，将农用微生物资源及数据划分为肥效微生物、生防微生物、饲料和动物肠道微生物、能源微生物、农田环境微生物以及食用菌等六个领域；国内40个农用微生物资源单位，收集保藏农用微生物资源51万余株，但菌种鉴定信息、功能评价数据比例偏低，共享网站、数据库建设，以及菌种信息化数量偏少；农用微生物数据多为自生生物学数据和生态型关联型数据，功能型数据较少；微生物资源菌种名称、菌种编号、基因序列号，监测科学数据的样品地点、样品编号等是各类型农用微生物资源和数据关联的关键字段。

结论

农用微生物资源与资源生物学数据是统一的整体，构建集生态型和功能型数据为一体的综合数据库是资源高效利用的必要条件。

关键词: 微生物资源, 农业微生物, 数据库, 保藏机构, 科学数据

Abstract: Objective

Agro-microbial resources play a crucial role in agricultural production. Agro-microbial resources and data are integrated with each other and are closely related to the effects and methods of resource application. Therefore, clarifying the characteristics of agricultural microbial resources and their data associations is helpful for resource mining applications and big data integration.

Methods

In this research, the numbers of strains and identification units of key domestic agro-microbial collection centers as well as the public websites and accessible strains are investigated; In addition, the biological data of culturomes, genomes, culture groups, transcriptomes and metabolomes were analyzed, alongside ecology-related data including microbial diversity, megagenomes, megatranscriptomes and megametabolomes. Finally, monitoring data of microbial functions were analyzed and key words to search published literature were listed.

Results

According to functional attributes, the agro-microbial resources and data were divided into the following six functional categories: biofertilizer, biocontrol agent, feed and animal gastrointestinal microbes, energy microbes, farmland microbes and edible fungi. More than 510,000 strains have been collected and conserved by 40 key domestic agro-microbial collection centers; however, there are low proportions of bacteria identification information and function evaluation data, few sharing websites, limited database construction, and low bacteria informationization. Most of the microbial data are confined in biological and ecological fields, and those related to microbial functions account for only a small proportion of these. Key words of agro-microbial resources and data include species name with taxonomy identity, strain registration number, gene accession number, sampling location and sample number of monitoring scientific data.

Conclusion

The findings of this study indicate that agro-microbial resources and biological data are a unified whole. Therefore, we must use them comprehensively to maximize their value. It is necessary to construct a comprehensive database integrating biological, ecological and functional data of agro-microbial resources for highly efficient utilization.

Key words: microbial resources, Agro-microorganism, database, culture collection, scientific data

中图分类号:

S182

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图/表 7

图1

表1

国内主要农业微生物单位及保藏功能微生物类群和数量"

菌种保藏单位或机构	功能微生物类群	保藏数量（株）	鉴定数量（株）
中国农业科学院农业资源与农业区划研究所	肥效、生防、环境微生物、食用菌等	40 000	40 000
中国农业科学院植物保护研究所	生防微生物（白僵菌、绿僵菌、木霉、芽孢杆菌、Bt等）	30 100	30 100
内蒙古农业大学	乳酸菌	21 539	21 539
广东微生物研究所	肥效微生物、食用菌等	17 000	17 000
华中农业大学	Bt、放线菌、芽孢杆菌等	50 000	20 000
中国农业大学	根瘤菌	20 000	20 000
华南农业大学	根瘤菌	16 000	10 000
湖北生物农药工程研究中心	Bt、放线菌等	163 000	9 050
西北农林科技大学	根瘤菌、生防微生物等	15 000	8 700
福建农业科学院农业生物资源研究所	芽孢杆菌	40 000	8 000
山东农业大学	肥效、生防微生物等	22 000	8 000
上海交通大学	木霉	6 609	633
云南大学	捕食性线虫真菌、芽孢杆菌等	6 364	6 364
中国农业科学麻类研究所	麻类脱胶、生防微生物、食用菌等	5 700	5 700
四川省农业科学院土壤肥料研究所	食用菌	4 158	4 158
河北农林科学院植物保护研究所	生防微生物（芽孢杆菌）	20 166	4 000
安徽农业大学	虫生真菌（白僵菌、绿僵菌等）	4 000	4 000
上海农业科学院食用菌研究所	食用菌	3 500	3 500
辽宁省微生物研究所	饲料、食用菌等	2 030	2 030
北京市农林科学院	丛枝菌根菌、生防、食用菌等	8 700	2 000
南京农业大学	农药降解微生物	2 000	2 000
中国农业科学院农业环境与农业可持续发展研究所	生防微生物（放线菌、白僵菌等）	5 000	1 000
河南农业科学院植物营养与资源环境研究所	肥效微生物、食用菌等	1 670	1 670
中国科学院沈阳应用生态研究所	肥效、环境微生物等	1 521	1 521
黑龙江微生物研究所	食用菌	1 500	1 500
新疆农业科学院微生物应用研究所	肥效、生防、饲料微生物，食用菌等	1 275	1 275
天津市农业科学院	肥效、生防、饲用微生物，食用菌等	1 257	1 257
黑龙江农业科学院	环境、能源微生物，食用菌等	989	989
丽水市农业科学研究院	食用菌	861	861
中国热带农业科学院	生防微生物、食用菌等	729	729
内蒙古赤峰农牧业科学研究院	根瘤菌、生防微生物、食用菌等	681	681
农业农村部沼气科学研究所	厌氧、能源微生物	611	611
中国农业科学院饲料研究所	饲料微生物	600	600
漳州市农业科学研究所	食用菌	441	441
山东省农业科学院农业资源与环境研究所	食用菌	411	411
延边朝鲜族自治州农业科学院	食用菌	362	362
中国农业科学院蔬菜花卉研究所	生防微生物（木霉、芽孢杆菌）	300	300
辽宁农业科学院食用菌研究所	食用菌	300	300
江苏里下河地区农业科学研究所	生防微生物	123	123
安徽农业科学院农业工程研究所	能源微生物	120	120

表1

表2

农用微生物数据类别"

一级	二级	三级	四级
微生物自身型数据	生物学数据	培养组	菌种名称、分离基物、培养pH、培养温度、培养基、耐盐、碳氮源利用情况等
		基因组	16S rDNA、ITS等看家基因、功能基因、基因组等
		转录组	信使RNA、核糖体RNA、转运RNA及非编码RNA
		蛋白质组	分为结构蛋白质组和功能蛋白质组，分子量、pI、糖基化位点、磷酸化位点
		代谢组	核酸、蛋白质、脂类生物大分子以及其他小分子代谢物质
微生物关联型数据	生态学数据	微生物多样性	微生物种类多样性、丰度
		宏基因组	种植环境、植物组织、动物肠道、沼气工程等样本中的微生物群落基因组总和
		宏蛋白质组	采用质谱技术规模化地采集样本中微生物种群的蛋白质信息数据
		宏代谢组	采用高精尖的分析仪器规模化对样本中代谢物进行定性和定量分析的数据
	功能数据	肥效微生物	自生固氮菌、溶磷菌、解钾菌的数量；AM菌根侵染频度、侵染强度、土壤孢子数；根瘤着生部位、单株根瘤数、结瘤率、单株根瘤鲜重，单株有效根瘤数、单株无效根瘤数、根瘤表面颜色、根瘤形状、根瘤大小等
		生防微生物	木霉菌、绿僵菌、白僵菌、Bt等具有拮抗、寄生、竞争等生防微生物数量；植物发病率、害虫种群密度等
		饲料与动物养殖微生物	消化道益生菌、地方品种肠道微生物组、乳酸菌数量、酵母菌数量；发酵床、养殖环境控制微生物监测
		能源微生物	发酵运行参数，微生物组成及丰度，细菌、古菌、产甲烷菌、产氢细菌及纤维素降解菌的数量
		环境微生物	降解莠去津、乙草胺、草甘膦、丁草胺、吡虫啉、毒死蜱、敌敌畏等菌数量；
		食用菌产地环境	可栽培野生食用菌的种类、出现频次、数量，采集地的降雨量、海拔、植被分布等

表2

表3

表4

表5

参考文献 20

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保藏机构	网址	菌株数量
中国农业微生物菌种保藏管理中心	http://www.accc.org.cn	17 589
中国林业微生物菌种保藏管理中心	http://www.cfcc-caf.org.cn	19 800
中国药用微生物菌种保藏管理中心	http://www.cpcc.ac.cn	10 730
中国工业微生物菌种保藏管理中心	http://cicc.china-cicc.org	12 907
中国普通微生物菌种保藏管理中心	http://www.cgmcc.net	24 055
中国典型培养物保藏中心	http://cctcc.whu.edu.cn	30 700
中国海洋微生物菌种保藏管理中心	http://mccc.org.cn	25 681
广东微生物菌种保藏管理中心	http://www.gimcc.net	7 500
云南大学云南省微生物菌种保藏管理中心	http://www.yimcc.cn	2 357

文献数据库	网址	国别
中国知网(CNKI)	http://www.cnki.net	中国
中文科技期刊数据库/维普数据库 (VIP)	http://www.cqvip.com	中国
万方数据知识服务平台（wanfangdata）	http://www.wanfangdata.com.cn	中国
中国科学引文数据库(CSCD)	http://sdb.csdl.ac.cn/index.jsp	中国
全国中西日俄文期刊联合目录数据库	http://union.csdl.ac.cn/Union/index.jsp	中国
中国生物医学文献数据库(CBMDisc)	http://cbmwww.imicams.ac.cn	中国
中国专利数据库 (CNABS ; CNPAT ; CPRS)	https://www.cnpat.com.cn	中国
国家知识产权局	http://epub.sipo.gov.cn/gjcx.jsp	中国
香港知识产权署检索系统	https://esearch.ipd.gov.hk/	中国香港
Wiley InterScience	http://www.interscience.wiley.com	美国
isiknowledge/SCI	http://www.isiknowledge.com	美国
ProQuest	http://proquest.umi.com/login	美国
PubMed	http://www.ncbi.nlm.nih.gov/PubMed	美国
BP（BIOSIS Previews）	http://ovidsp.tx.ovid.com	美国
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USPTO	https://www.uspto.gov	美国
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Sciencedirect	http://www.sciencedirect.com	荷兰
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OVID	http://gateway.ovid.com	荷兰
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Ingenta	http://www.ingenta.com	英国
Blackwell	http://www.blackwell-synergy.com	英国
springer	https://link.springer.com	德国
Espacenet	https://www.epo.org	欧洲

分类	微生物资源	基因数据	观测数据	文献数据
关联字段	菌种名称	菌种名称	观测地点	菌种名称
	菌种编号	菌种编号	样本编号	菌种编号
	采集地点	基因序列号	监测时间	基因序列号
	采集时间	基因组编号		基因组编号
		样本编号		样本编号
个性字段	保藏单位	作者信息	监测单位	作者单位
	菌种来源	序列信息	监测人	作者姓名
	分离基物	宏基因组	监测数据集	衍生数据
	培养温度	宏蛋白质组
	理化特性	宏代谢组
	功能特性

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