土壤微生物多样性的概念是人类在生物多样性研究的发展过程中逐渐演绎出来的，一般作为土壤生物多样性的主体部分开展研究。1991年，国际生物多样性合作研究计划“DIVERSITAS”的发起揭开了全球生物多样性研究的序幕；1995年，DIVERSITAS计划新方案首次纳入了“土壤生物多样性”内容；2002年，联合国粮农组织因应设立了“土壤生物多样性研究议程(Soilbiodiversityinitiative，SBI)”。至此，世界各国也陆续组织开展有关研究，推动了人们对土壤生物多样性和关键生态学过程中土壤生物功能的理解。例如，英国于1998～2004年实施了“土壤生物多样性计划”。我国在2004年成立了国际生物多样性计划中国国家委员会(CNC-DIVERSITAS)，并于2006年将“农田土壤生物多样性”列为中国科学院知识创新工程重要方向项目。显然，土壤微生物多样性作为全球性研究迄今仅有10余年时间，但基于土壤微生物学长期以来的学科积累，包括世界各国在生物多样性合作计划之前的科学探索，特别是缘于生物多样性领域研究技术的迅猛发展，土壤微生物多样性研究不仅内容上不断丰富，而且研究成果也在不断充实，独具一格的理论体系和学科框架也在逐步形成和完善之中。
纵观国际研究概况，当前的土壤微生物多样性研究体现了对象广、内容多、水平宽、方法新等特点。首先从研究对象来看，主要是面向森林、草原和农田生态系统，同时也包括海岸带、矿区、湿地、沙漠等特殊生境；而从研究内容来看，主要分为自然生态系统的土壤微生物群落结构与功能演化，干扰、退化或污染土壤的微生物群落结构与功能变化，土壤微生物多样性与土壤生物过程之间的关联，根际与微域的土壤微生物多样性等；再从研究水平来看，可以归纳为细胞或菌落形态、种群或群体生理、群落结构与功能、基因序列与表达等4个层面；最后从研究方法来看，大致可分为传统和现代两大类，前者包括菌群培养计数、菌体观察鉴别及土壤生物过程强度测定等，后者主要包含以PLFA(Phosphorlipidfattyacid，磷脂脂肪酸)技术为代表的生物化学方法、以BIOLOG技术为代表的生理学方法(Community-levelphysiologicalprofiling，CLPP)和以PCR(Polymerasechainreaction，多聚酶链式反应)技术为代表的分子生物学方法等。其中，PLFA技术通过分析微生物细胞结构稳定组分脂肪酸的种类及组成比例来考察土壤微生物的结构多样性，BIOLOG技术则根据微生物群落利用不同碳源的能力来测定微生物群落的功能多样性，而特别是分子生物学及其技术的发展为推动土壤微生物多样性研究起到了突出贡献。
目前，从不同角度对土壤微生物多样性进行直接或间接研究的方法很多，但每一种方法均有其优缺点。因此，为了获取较为全面的微生物多样性信息，在条件许可的情况下应尽可能将其中的几种方法结合起来。其中，分子生物学技术是以核酸分析为主，当前的土壤微生物DNA分析在很大程度上决定并体现了土壤微生物多样性的研究水平和发展进程，一般也称之为土壤微生物分子生态学。相关研究大致可分为以下4个步骤:土壤微生物DNA的提取与纯化、多聚酶链式反应、变性处理(如电泳、酶切、转印、杂交、显影等)以及DNA的检验与测序。然而，随着分子生物学技术在土壤微生物多样性研究中的广泛应用，土壤微生物分子生态学技术已经发展形成了一个庞大的方法集群，其当前的整体发展状况可概述如下。
1、经典分子生物学方法历久不衰
例如，RFLP(Restrictionfragmentlengthpolymorphism，限制性酶切片段长度多态性)方法利用电泳技术分析特定DNA片段的限制性酶切产物，SSCP(Singlestrandconformationpolymorphism，单链构像多态性)方法根据DNA片段核苷酸组成不同造成的单链构像差异分析单链DNA或RNA分子在电泳时产生的特异性谱带；FISH(Fluorescentinsituhybridization，荧光原位杂交)技术通过荧光标记的特异寡聚核苷酸探针与土壤基因组中的DNA分子进行杂交来检测特异微生物种群的存在及丰度，
PNA(Peptidenucleicacid，肽核酸)探针技术则通过荧光标记的多肽探针与土壤中DNA的原位杂交来检测特异微生物；16SrDNA、18SrDNA序列分析技术通过碱基测序(Sequencing)后与Genbank数据库的比对结果获取系统发育信息，RISA(Ribosomalintergenicspaceranalysis，核糖体基因间区分析)利用ITS(rRNAinternaltranscribedspacer，rRNA转录间区)的长度特异性及其混合物在电泳图谱中的长度多态性进行微生物多样性研究。
2、基于PCR技术的方法层出不穷
例如，T-RFLP(Terminal-RFLP，末端限制性片段长度多态性)方法利用标记引物特异性扩增DNA片段、再经酶切检测末端限制性片段的多态性，RAPD(RandomamplifiedpolymorphicDNA，随机引物扩增多态性)方法根据电泳后多态性片段的特点检测同源和异源等位基因的存在；ARDRA(AmplifiedribosomalDNArestrictionanalysis，扩增性rDNA限制性酶切片段多态性)方法是PCR与RFLP技术对于研究共生或寄生微生物多样性具有独特优越性的结合，AFLP(Amplificationfragmentlengthpolymorphism，扩增片段长度多态性)则是结合了RFLP和RAPD技术优点、基于PCR技术扩增基因组DNA限制性片段的新型指纹技术；DGGE(Denaturinggradientgelelectrophoresis，变性梯度凝胶电泳)与TGGE(Temperaturegradientgelelectrophoresis，温度梯度凝胶电泳)依据双链DNA片段熔解行为的不同分离PCR产物中长度相同但序列不同的DNA标记片段。
3、PCR技术根据研究需求不断改进
例如，嵌套PCR(Nested-PCR)通过设计外侧与内侧两对引物对含有靶序列的DNA片段进行2次PCR扩增，多重PCR(MultiplexPCR)则是在同一反应体系里使用2对以上引物同时扩增DNA模板的多个核酸片段；递减PCR(TouchdownPCR)通过在PCR的前几个循环使用严谨的退火条件来提高扩增特异性，热启动PCR(HotstartPCR)则在PCR仪达到变性温度前通过抑制1种基本成分延迟DNA合成来提高特异性；RT-PCR(Reversetranscription-PCR，逆转录PCR)方法利用反转录酶将土壤中的mRNA反转录为DNA后进行研究，实时荧光定量PCR(Real-timeQ-PCR)通过引入荧光化学物质实时检测PCR扩增反应中每一个循环产物的荧光信号、进而实现对起始模板的定性及定量分析。
4、DNA与RNA的提取方法日渐成熟
土壤微生物总DNA或RNA的提取是分子生物学技术在微生物生态学研究中得以应用的物质基础。因为提取土壤样品基因组DNA/RNA时伴有腐殖质、多糖、酚类等杂质，这极大地影响了后续PCR过程中有关酶的活性以及实验结果的真实性和稳定性。因此，要想获得真实可靠的实验结果，提取较高纯度的总DNA或RNA是至关重要的。土壤样品总DNA/RNA直接提取法是采用研磨、超声波或机械破碎等物理方法，或采用添加变性剂SDS、CTAB、PVP及溶菌酶等化学方法，将细胞中的DNA/RNA游离释放出来后进行提取；间接提取法是通过改进人工分离培养基的特异性和培养条件来分离纯化土壤微生物，然后提取纯DNA，但该方法的微生物多样性信息存在一定不足。因此，如何针对土样自身特性，高效、直接地提取土壤微生物总DNA/RNA一直是相关研究的重要内容，适用范围较广的提取方法已日渐成熟。