基于转录组分析外源H2S对拟南芥芥子油苷生物合成的影响

外源硫化氢(H₂S)喷施拟南芥幼苗后,利用高通量测序技术对植株地上组织进行转录组测序,分析差异表达基因的生物学功能和代谢通路,探究H₂S对芥子油苷生物合成的调控作用.结果表明,100μmol/L H₂S处理3d后,拟南芥植株共有3160个基因差异表达,涉及细胞代谢、结合、催化、转录调控、物质转运、信号转导等过程.通过KEGG富集分析发现,差异表达基因在多个初生代谢和次生代谢通路显著富集,其中芥子油苷生物合成途径中9个基因差异表达(8个上调和1个下调),均为参与脂肪族芥子油苷合成的关键酶基因,而吲哚族芥子油苷合成相关基因表达无明显改变.同时,硫代谢、半胱氨酸和甲硫氨酸代谢、谷胱甘肽代谢途径中多个基因上调表达,说明外源H₂S可增强体内硫相关代谢活动,进而促进植物体内脂肪族芥子油苷的合成.转录因子差异表达分析显示,正向调控脂肪族芥子油苷合成的MYB29基因表达上调,而抑制其合成的MYB51基因表达水平降低,说明H₂S可通过调控MYB转录因子的表达来调节植物体内脂肪族芥子油苷的合成.对...     

我国典型森林土壤微生物驱动的氮代谢途径特征解析

微生物介导的氮代谢途径对生态系统结构和功能稳定性的维持起着重要作用,阐明微生物群落与氮代谢途径之间的关系可以从微观水平上扩展对氮代谢途径的理解.然而,微生物的基因水平转移使得基于分类学的方法并不能说明两者之间的关系.有研究表明,功能性状影响着群落构建和生态系统功能,将基于功能性状的研究方法应用于土壤微生物能更好地说明氮代谢途径的特征.因此,本文选择5种我国典型森林土壤,包括黑土（黑龙江哈尔滨）、暗棕壤（吉林长白山）、黄棕壤（湖北武汉）、红壤（福建福州）和砖红壤（海南乐东）,利用可以量化微生物功能性状的宏基因组技术对不同森林土的氮代谢途径特征进行了研究,主要包括氨同化、硝酸盐异化还原、硝酸盐同化还原、反硝化、硝化、固氮和厌氧氨氧化过程.结果表明,细菌序列在宏基因组文库中占主导位置,占所有序列的98.02%,且所涉及的几种氮代谢途径在细菌中都被检测到.5种森林土有着相同的氮代谢途径特征,即氨同化是细菌中检出频率最高的氮代谢途径,每百万个带注释的细菌序列平均检测到2830个氨同化途径的功能基因,固氮和厌氧氨氧化代谢途径检出频率较低,每百万个序列分别只检测到28.3和10.7个功能基因.不同森林土壤中同一氮代谢过程可由不同的微生物参与,且负责整个氮代谢途径的微生物的群落结构不完全相同.     

镉胁迫对栾树幼苗不同组织部位转录组差异研究

随着重金属镉（Cd）污染日趋严重,找寻高效土壤Cd污染治理方法刻不容缓.以具有植物恢复潜力的栾树（Koelreuteria paniculata）作为研究对象,通过转录组学RNA-Seq测序研究不同浓度Cd胁迫后栾树地上部与根部基因表达与代谢通路的变化.转录组测序结果表明,共获得了65171条Unigenes,根中差异表达的基因显著多于茎叶,且下调表达的基因多于上调表达基因.GO富集结果表明,在Cd胁迫下细胞内核糖核蛋白复合物（Intracellular ribonucleoprotein complex）、核糖核蛋白复合物（Ribonucleoprotein complex）和大分子复合物（Macromolecular complex）是栾树根部差异表达基因主要富集部分.在地上部中,差异表达基因主要富集在膜内组分和膜部分.KEGG途径富集分析表明,在根部中核糖体（Ribosome）、吞噬体（Phagosome）和三羧酸循环（Citrate cycle(TCA cycle)）是主要的富集途径.在叶中,植物激素信号转导通路显著富集.转录因子鉴定结果显示共有10种转录因子家族的基因差异表达...     

密闭培养对纤细角毛藻稳定同位素组成的影响

为研究碳源对赤潮藻生长的影响,以赤潮藻纤细角毛藻（Chaetoceros gracilis）为研究对象,在密闭条件下进行培养,模拟赤潮发生时碳源缺乏的生长环境;分析碳源不足对纤细角毛藻不同生长阶段的差异影响,采用密闭培养的方法,分别在正常组和缺氮组的营养条件下培养纤细角毛藻,测定生物量、营养盐浓度和碳氮稳定同位素组成等重要监测指标.结果表明:不同营养条件对纤细角毛藻的生物量存在显著影响.在正常组,c（NO₃--N）（NO₃--N为硝酸盐）随着培养时间呈下降趋势,ρ（NO₂--N）（NO₂--N为亚硝酸盐）和ρ（NH₄+-N）（NH₄+-N为铵盐）与藻类生物量呈显著正相关,ρ（PO₄3--P）（PO₄3--P为磷酸盐）和c（SiO₄2--Si）（SiO₄2--Si为硅酸盐）与藻类生物量呈显著负相关;在缺氮组,c（NO₃--N）、ρ（NO₂--N）、ρ（NH₄+-N）、ρ（PO₄3--P）和c（SiO₄2--Si）均与藻类生物量呈显著负相关.整个试验周期中,正常组和缺氮组δ13C和δ15N值越来越正.其中,正常组的δ13C值比缺氮组的更正,平均高2.286‰;缺氮组的δ15N值比正常组的更正,平均高3.307‰.正常组和缺氮组的δ13C、δ15N值与生物量均呈显著正相关.研究显示,碳源和氮源的不足分别会导致更正的δ13C和δ15N值,推测赤潮发生会导致δ13C和δ15N值偏正,赤潮藻的碳氮稳定同位素组成可以作为赤潮监测的指标和方法.      

氮限制对三种赤潮藻生长以及种间竞争效应的影响

为了了解不同类别的赤潮藻类对氮(N)限制的响应,在实验室单独培养以及混合培养条件下,研究了N限制对3种典型赤潮微藻(中肋骨条藻、锥状斯氏藻和海洋卡盾藻)生长的影响.结果显示,N限制对3种赤潮藻类的生长均具有明显影响,其中中肋骨条藻对N限制较为敏感.混合培养体系中,藻细胞生长同时还受到种间竞争的明显抑制;而在3种藻混合培养条件下,种间竞争成为了藻细胞生长的决定性因素,锥状斯氏藻和海洋卡盾藻能对中肋骨条藻的生长能产生协同抑制作用.锥状斯氏藻是一种可形成孢囊的种类,N限制和种间竞争能促进其孢囊的提前形成,并且种间竞争能显著提高孢囊的形成率.     

光照对东海典型赤潮藻生长及硝酸还原酶活性的影响

选用东海赤潮高发区两种典型赤潮藻种:东海原甲藻和中肋骨条藻,采用实验室一次性培养,参照东海海水的实际光照,研究了不同自然光强对两种赤潮藻生长及硝酸还原酶活性(NRA)的影响.结果表明在30～60 W.m-2光照范围内,东海原甲藻和中肋骨条藻均能正常生长,生长曲线皆为S型;而光强为9 W.m-2和0 W.m-2时,东海原甲藻和中肋骨条藻几乎无法生长.在实验设定的0～60 W.m-2范围内,两种藻的硝酸还原酶活性最大值NRAmax、最大生长速率μmax和终止生物量Bf随光照的变化趋势一致,说明光的强弱通过影响细胞硝酸还原酶活性大小间接影响藻类的生长.中肋骨条藻的最大生长速率及单位体积的NRAmax在数值上均远大于东海原甲藻,表明相对于东海原甲藻而言,中肋骨条藻能更好地利用硝酸盐.     

赤潮藻类在碳源受限生长过程中培养液pH的变化规律

本实验以赤潮藻中肋骨条藻、赤潮异弯藻和塔玛亚历山大藻作为实验藻种,在碳源不足的环境条件下进行培养,测定生物量和pH等监测指标,探讨了在正常营养盐、缺氮营养盐和缺磷营养盐条件下藻类在不同生长时期pH的变化情况。实验结果表明,赤潮藻在碳源受限的生长环境下,藻液pH的增加量比碳源正常环境下要高,其中中肋骨条藻在正常、缺氮和缺磷3种营养盐培养下pH分别增加了1.4、1.5和1.4;赤潮异弯藻在正常、缺氮和缺磷3种营养盐培养下pH分别增加了1.2、1.1和1.0;塔玛亚历山大藻在正常、缺氮和缺磷3种营养盐培养下pH分别增加了1.6、1.6和1.8。pH与细胞数量之间存在显著性正相关,与磷酸盐浓度之间存在显著性负相关。     

珠江口赤湾一次双相赤潮成因初探

对2002年6月4日至13日在珠江口赤湾至桂山岛一带海域发生的赤潮进行跟踪监测,并根据监测结果对赤潮生物与各水化要素进行相关性分析。结果表明,该次赤潮为无纹环沟藻(Gyrodimium instriatum)和中肋骨条藻(Skeletonema costa-tum)引起的双相赤潮。赤潮期间,两种赤潮生物与pH值和溶解氧的相关性不明显;无纹环沟藻个体数量与活性硅酸盐含量之间呈显著负相关关系,而与活性磷酸盐含量和无机氮含量之间相关关系不明显;中肋骨条藻个体数量与活性磷酸盐含量成明显负相关关系而与活性硅酸盐、无机氮含量之间相关关系不明显;富营养化是形成本次赤潮的基础,而主要赤潮生物(无纹环沟藻和中肋骨条藻)的交互演替,则与其相互之间存在的竞争关系有关。     

三丁基锡对中国近海主要优势浮游植物的毒性作用研究

研究三丁基锡（TBT）对我国近海优势浮游植物丹麦细柱藻（Leptocylindru danicus）、玛氏骨条藻（Skeletonema marinoi）、日本星杆藻（Asterionella japonica）、派格棍形藻（Bacilaria paxillifera）、柔弱角毛藻（Chaetoceros debili...     

赤潮异弯藻对有机氮的利用能力

在实验室条件下,研究了赤潮异弯藻(Heterosigma akashiwo)对不同溶解性有机氮(DON)的响应,以揭示赤潮异弯藻种群增殖和赤潮发生的环境背景。结果表明,赤潮异弯藻可以利用多种DON,不同N源下生长优劣程度分别为苏氨酸尿素丙氨酸谷氨酸 NO3-甘氨酸。在苏氨酸、尿素、丙氨酸、谷氨酸组的最大细胞数量和最大比生长率甚至明显高于无机营养盐组(NO3-),最大细胞数量为无机营养盐组的125%~253%,但赤潮异弯藻不能有效利用丝氨酸和尿酸两种N源。赤潮异弯藻不能耐受营养盐缺乏条件,在N或P缺乏以及N、P同时缺乏的条件下,无法生长。研究结果说明,赤潮异弯藻对DON具有较强的利用能力,可使之在激烈的种群竞争中占据优势,而近岸海域的富营养化及有机污染为其赤潮的发生提供了物质基础。     

假微型海链藻对不同氮培养条件的响应

本文选取假微型海链藻为目标微藻,研究其在不同氮源（硝酸盐、亚硝酸盐、铵盐和尿素）和氮饥饿条件下的生长速率和光合作用,以期为阐述海洋微藻对近岸复杂多变的氮环境适应机制提供依据。结果表明,在氮饥饿条件下,假微型海链藻的种群生长受阻,细胞内色素分解,光合作用被显著抑制;在不同氮源条件下,假微型海链藻均能生长但表现出不同的生长模式,但高浓度的铵盐能够对其产生抑制,各条件下藻细胞叶绿素a、叶绿素c 和总类胡萝卜素含量在指数生长期无显著差异,而在平台末期,尿素处理组各色素水平显著提高;假微型海链藻光系统Ⅱ的不同光合作用参数在实验末期均表现为铵盐处理组显著高于其他处理组。综上所述,假微型海链藻能够利用不同氮源进行生长,但在不同氮源条件下,种群增长的变化模式与光合作用的响应并不一致,由此推测假微型海链藻在不同氮源条件下光合作用并不是导致其生长模式差异的主要原因。     

硫自养反硝化颗粒表面与间隙微生物群落特征和基因分布

研究了单质硫颗粒自养反硝化柱中表面和间隙生物膜的微生物群落结构、功能基因和代谢途径等生物信息学特征.结果表明,硫颗粒表面生物膜的微生物菌群多样性低于间隙生物膜.氮代谢功能基因丰度差异较为显著,间隙生物膜中硝酸盐和亚硝酸盐的胞外转运蛋白基因丰度远高于表面生物膜,分别为0.0792%、0.109%与0.0157%、0.0314%.对于还原性反硝化代谢,表面生物膜的总基因丰度却明显低于间隙生物膜,分别为0.367%、0.406%.此外,参与反硝化过程的基因丰度明显不同,特别是将NO₃^-还原成NO₂^-以及将N₂O还原成N₂过程中的基因.对于硫代谢,没有观察到明显的差异.APS (硫酸腺苷)氧化是将SO₃^2-氧化为SO₄^2-的主要途径,其基因丰度远远高于直接氧化途径,分别为0.137%与0.0005%(表面)、0.138%与0.0007%(间隙).结果表明,在单质硫自养反硝化过程中,间隙生物膜与表面生物膜中的微生物存在合作关系,协同促进硫自养反硝化脱氮过程.     

滇池水中细菌和古菌氮代谢功能基因的空间分布

氮代谢在滇池水生态系统氮素循环和转化过程中起到重要的作用,不仅真核生物参与氮素转化,原核生物作为氮素循环的主要驱动者,在氮素生物化学循环中的作用更不容忽视.基于16S rDNA高通量测序技术,监测滇池草海和外海区域13个点位,分析滇池水中原核生物氮循环功能关键基因的分布特征.结果发现,滇池水中细菌35门, 427属,主要以变形菌门和拟杆菌门为优势门类;古菌14门, 61属,主要以广古菌门为优势门类;β多样性指数显示滇池整体细菌丰富度指数高于古菌,草海细菌多样性指数高于外海.PICRUSt功能解析表明细菌和古菌具有功能上的丰富性,细菌中有35个参与氮代谢的KO通路,涉及氮异化硝酸盐还原基因nirB、一氧化氮还原酶基因norB和硝酸还原酶基因nasK等关键基因;古菌中有23个参与氮代谢的KO通路,涉及固氮酶基因nifH、nifK和nifD,古菌固氮酶基因拷贝数显著高于其它氮代谢基因,草海中古菌氮代谢能力整体高于外海,滇池水中古菌比细菌固氮潜能更大.本研究从原核生物氮循环中功能基因的角度,探讨滇池不同区域水中细菌和古菌氮循环差异,为进一步揭示氮循环机制,解决氮素污染引起的富营养化提供理论参考.     

硝酸还原酶介导的NO合成参与SO2引发的拟南芥气孔运动的调节

以拟南芥为材料,研究了硝酸还原酶(NR)途径在植物适应SO2胁迫中的作用.结果表明:SO2胁迫可诱导4周龄拟南芥植株叶片NR活性增强、一氧化氮(NO)水平提高,NR活性和NO水平与SO2暴露时间呈正相关.NR抑制剂叠氮化钠(NaN3)可缓解SO2诱发的NO水平升高.RT-PCR检测发现,SO2熏气72 h时拟南芥NR途径关键基因Nia1、Nia2和NiR1均转录上调.研究还发现,SO2可诱发拟南芥野生型、突变体nia2、nia1nia2的气孔关闭,NaN3和NO清除剂c-PTIO可阻止SO2诱发的野生型和nia2气孔关闭,说明通过NR途径合成的NO参与了SO2胁迫诱发的拟南芥气孔运动调节.研究结果表明,NR活性的增强介导了SO2胁迫期间拟南芥叶片NO水平的升高,后者参与胁迫期间拟南芥气孔运动的调控,以增强拟南芥植株对SO2胁迫的适应性.     

Effects of lanthanum（Ⅲ） on nitrogen metabolism of soybean seedlings under elevated UV-B radiation

The hydroponic culture experiments of soybean bean seedlings were conducted to investigate the effect of lanthanum(La)on nitrogen metabolism under two different levels of elevated UV-B radiation(UV-B,280-320 nm).The whole process of nitrogen metabolism involves uptake and transport of nitrate,nitrate assimilation,ammonium assimilation,amino acid biosynthesis,and protein synthesis. Compared with the control,UV-B radiation with the intensity of low level 0.15 W/m~2 and high level 0.45 W/m~2 significantly affected the whole nitrogen metabolism in soybean seedlings(p<0.05).It restricted uptake and transport of NO_3~-,inhibited activity of some key nitrogen-metabolism-related enzymes,such as:nitrate reductase(NR)to the nitrate reduction,glutamine systhetase(GS)and glutamine synthase(GOGAT)to the ammonia assimilation,while it increased the content of free amino acids and decreased that of soluble protein as well.The damage effect of high level of UV-B radiation on nitrogen metabolism was greater than that of low level. And UV-B radiation promoted the activity of the anti-adversity enzyme glutamate dehydrogenase(GDH),which reduced the toxicity of excess ammonia in plant.After pretreatment with the optimum concentration of La(20 mg/L),La could increase the activity of NR, GS,GOGAT,and GDH,and ammonia assimilation,but decrease nitrate and ammonia accumulation.In conclusion,La could relieve the damage effect of UV-B radiation on plant by regulating nitrogen metabolism process,and its alleviating effect under low level was better than that under the high one.     

NR途径参与调节SO2胁迫下拟南芥含硫抗氧化物水平

以拟南芥为材料,研究了硝酸还原酶(NR)途径在植株响应SO_2过程中对含硫抗氧化物水平的影响.结果发现,野生型拟南芥植株中谷胱甘肽过氧化物酶(GPX)和谷胱甘肽硫转移酶(GST)活性高于NR缺失突变体(nia1nia2);SO_2暴露后,野生型和突变体nia1nia2植株中半胱氨酸(Cys)和谷胱甘肽(GSH)含量显著增加,GPX和GST的活性诱导性增高,且野生型植株中上述4项指标的增幅高于突变体;拟南芥逆境响应基因GSTU24和GPX7在野生型和突变体nia1nia2中差异表达,且对SO_2的响应程度不同.研究表明,植株体内NR途径与拟南芥细胞中含硫抗氧化物水平有关,NR缺失影响逆境应答中含硫抗氧化物水平的提高及抗逆基因转录,说明NR途径参与调节了植株逆境响应中含硫抗氧化物的合成及相关氧化还原反应与解毒过程.     

水体微塑料丰度与氮代谢功能微生物及基因的响应关系

微塑料（MPs）作为新型污染物对水体的污染影响已成为研究热点.为探究淡水环境中MPs丰度与氮代谢功能之间的响应关系,以乌梁素海为研究对象,借助蔡司显微镜检测水体中MPs丰度,并利用宏基因测序分析水体中氮代谢功能菌群及功能基因的分布特征,使用相关性分析法对MPs丰度与氮代谢功能微生物和氮代谢功能基因之间的作用关系进行探讨分析.结果表明,淡水环境中MPs对优势菌门中蓝细菌门和厚壁菌门的影响更高,MPs的存在会促进其富集和生长;优势菌属中对分枝杆菌属的促进和对Candidatus_Planktophila的抑制更明显,进一步说明在淡水环境中MPs会通过影响微生物群落而影响氮正常代谢,并且碳氮固定和反硝化等途径是MPs影响氮代谢的重要途径.从氮代谢功能基因角度分析,发现MPs丰度对硝化（pmoA-amoA、pmoB-amoB、pmoC-amoC）、反硝化（nirK、napA）和异化硝酸盐还原（nrfA）过程中部分功能基因存在显著影响（P < 0.05）,并且MPs丰度对氮代谢相同途径不同功能基因的影响存在差异性,因此MPs在水环境中的影响非常复杂,对水环境的危害不容忽视.     

异养硝化-好氧反硝化菌脱氮同时降解苯酚特性

研究了异养硝化-好氧反硝化菌Diaphorobacter sp. PDB3去除氨氮同时降解苯酚的特性.在最佳碳氮比7和摇床转速160r/min下,该菌在21h内对初始浓度365mg/L苯酚的降解率达94.9%,总有机碳去除率达90.8%,同时40mg N/L氨氮被完全去除,中间代谢物硝态氮和亚硝态氮逐渐积累并在后期降低.氮平衡分析表明,52.3%的氨氮转化为胞内氮,37.2%转化为氮气,菌株主要通过细胞同化作用和异养硝化-好氧反硝化作用去除氨氮.检测到羟胺氧化酶、硝酸还原酶及亚硝酸还原酶活性,表明菌株PDB3具有完整的异养硝化-好氧反硝化偶联途径.随着苯酚浓度升高,抑制作用增强,脱氮效率降低.     

低pH、铝及钙铝比对斜生栅藻(Scenedesmus obliquus)的生理生化影响

为探讨酸沉降对生物早期伤害的机理,研究不同ＰＨ条件下,铝及钙／铝比对斜生栅藻与磷和氮营养代谢有关酶活性的影响,结果表明,铝对酸性磷酶和硝酸还原酶活性有显著抑制作用,当ＰＨ为６．８和５．２,铝２为０．７ｍｇ／Ｌ时,酸性磷酸酶活性仅分别为对照组的４６％和５６％,而硝酸还原酶活性仅为对照组的３７％和３０％当培养基中适当量的钙离子,会一定程度保护藻细胞中这２个酶活性不受低ＰＨ及铝的伤害,钙的缓解作用取决于