DGGE技术及其在海洋环境微生物多样性研究中的应用

海洋环境中蕴藏着丰富的微生物资源,在海洋生物中显示出最丰富的生物多样性,在海洋生态系统中发挥着重要的作用.由于传统研究方法的不足,目前对海洋微生物的认知只占其总量的1%,探索以及开发99%未知微生物的巨大资源是一项艰巨而富有挑战性的任务,也具有广阔的前景.近年来,革新的分子生物学技术广泛应用于海洋微生物学研究领域,推动了海洋微生物多样性研究的快速发展,扩展和加深了对海洋环境中微生物的认识.本文介绍了一种基于PCR技术的现代分子生物学技术-DGGE的基本原理、关键环节及其在海洋微生物多样性研究中的应用,同时就其自身存在的缺点进行了简单评价并提出了几点解决方案.     

DGGE/TGGE方法在土壤微生物群落研究中的应用

变性梯度凝胶电泳(DGGE)或温度梯度凝胶电泳(TGGE)已成为环境微生物学领城比较微生物群落多样性和检测种群动力学的重要分子手段,本文介绍了DGGE/TGGE方法在土壤微生物群落研究中的应用进展及存在的缺陷,并提出了改进建议.     

PCR-DGGE技术在城镇供排水系统微生物多样性研究中的应用

聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)技术已广泛应用于微生物分子生态学领域,成为研究微生物多样性常用的分子检测工具之一。在总结归纳PCR-DGGE技术的原理和特点的基础上,综述了PCR-DGGE技术在城镇供水系统和污水处理系统中微生物多样性分析等方面的研究进展,并展望了该技术今后的发展方向。     

镉胁迫下稻田土壤微生物基因多样性的DGGE分子指纹分析

采用现代分子生物学技术,避开传统的分离培养过程,探讨重金属镉污染条件下稻田土壤微生物种群的基因多样性.经过直接从土壤中抽提总DNA,并对总DNA中16S rDNA及其中 V3可变区序列作PCR扩增、变性梯度凝胶电泳(DGGE)分析等,对镉胁迫下稻田土壤总DNA、微生物种类分布进行了初步的研究,发现不同浓度镉胁迫下稻田土壤间的菌种有明显差异,DGGE技术可以用于污染环境下微生物多样性研究.同时对DGGE分子指纹图谱的生物信息学分析作了初步尝试,为污染环境下土壤微生物多样性研究提供了新的实验方法与依据.     

海河-渤海湾沿线地区沉积物中微生物群落代谢特征

采用Biolog实验方法,结合PCA(主成分分析)及多样性指数计算,对海河沿线及渤海湾地区沉积物中微生物的代谢活性进行了比对和分析.结果表明,研究区域内微生物的代谢特征受到重金属(铬、镉、铜、汞、铅等)污染和有机物污染(BOD5、CODMn)的共同影响.在重金属污染较高且有机污染水平较低的地区,微生物代谢活性和多样性指数均明显较低;在重金属含量相对较低而有机物污染较高的地区,微生物的代谢活性出现最大值,多样性指数也较高;在其余地区微生物的代谢多样性未受到明显影响,而代谢活性则沿陆地河(海河)到海洋(渤海湾)呈现有规律的变化.     

土壤生态系统微生物多样性技术研究进展

土壤微生物多样性主要研究土壤环境中微生物种群的类别、丰度、分布、结构变化及微生物群落功能的多样性,是土壤生物多样性研究的主体部分。19世纪末,传统的微生物分离培养方法应用于土壤微生物多样性解析。至20世纪70年代,建立了以磷脂脂肪酸图谱分析法(PLFA)和BIOLOG微量分析法为代表的对土壤微生物群落多样性评价的生物化学方法。20世纪90年代后期,随着分子生物学技术的快速发展,建立了变性梯度凝胶电泳(DGGE)、末端限制性片段长度多样性(TRFLP)、克隆文库和高通量测序等土壤微生物多样性研究方法。本文综述了土壤微生物多样性研究技术的原理、进展,并对不同技术的优缺点及应用进行探讨,并对相关领域研究提出思考。     

海洋环境中病原微生物不同检测方法的比较研究

在海洋环境中微生物显示出最为丰富的生物多样性,在海洋生态系统中发挥着重要的作用。而其中存在着大量的各种病原微生物,不但能导致各种重要海洋生物患病,还可导致人类患病。随着气候变化的加剧,这些海洋病原微生物有可能会大量繁殖,对沿海地区公共卫生健康和海水养殖业造成巨大威胁。本文主要针对目前海洋环境中病原微生物的传统鉴定方法、分子生物学和免疫学等各主要检测方法的基本原理、研究进展及其在海洋病原生物检测应用等方面进行综述,并讨论了它们的优缺点。     

类脂分子标志物在海洋有机地球化学中的研究应用

分子标志物是海洋有机地球化学过程研究的一个重要手段，它的开发和应用使得海洋有机地球化学的过程研究成为可能。类脂化合物作为一类最常用的分子标志物，在物质来源、有机质降解、早期 成岩演变、环境污染、古海洋学等诸多方面有着广泛的应用。类脂分子标志物成功地应用在河口、滨海地区和深海海洋中有着物质循环、迁移和埋藏等过程的研究，为海洋有机地球化学过程提供定性或定量的描述。本文简要介绍了类脂分子标志物的特征、开发和利用，并讨论了其优、缺点。     

PCR技术在水体微生物检测中的应用

聚合酶链式反应(PCR)技术因其特异性强、灵敏度高以及快速简便等优点广泛应用于水体微生物的检测。综述了PCR技术的原理、方法及其在水体微生物检测中的研究进展。主要介绍了该技术应用于水环境中微生物病原体的检测、污水生物处理过程的监测与评价中的重要意义以及本实验室在该领域的研究进展。PCR技术为在分子水平上进行环境微生物的结构、多样性分析提供了有力的实验手段,有着广泛的应用前景。     

海洋生物多样性评价方法综述

海洋生物多样性研究与保护是当前生物多样性领域的热点问题,而海洋生物多样性评价则是其管理和保护的基础。本文介绍了全球、区域和国家尺度海洋生物多样性评价方法概况,着重阐述了当前国内外海洋生物多样性评价的主要方法及其应用情况,包括生物群落多样性的测度方法、地球生命力指数法、海洋营养指数法和快速评估法等。分析了海洋生物多样性评价存在的主要问题及发展趋势,指明今后海洋生物多样性评价的发展方向。     

青岛近海生物气溶胶中可培养微生物浓度及群落多样性的季节变化

为了研究近海生物气溶胶中可培养微生物浓度和群落多样性,于2009年7月~2010年6月在青岛两个采样点连续采集生物气溶胶样品,分析了其中陆源细菌、海源细菌、陆源真菌和海源真菌的浓度,并计算了Shannon-Weiner指数、Simpson’s指数和Pielou指数.结果表明,陆源细菌和海源细菌月均浓度分别为12~436 CFU·m-3和25~561 CFU·m-3,陆源真菌和海源真菌月均浓度分别为0~817 CFU·m-3和11~1 346 CFU·m-3之间.陆源细菌、海源细菌、陆源真菌和海源真菌浓度在冬季月份较低,2月达到最低值,在春夏月份较高.海源微生物对总可培养类微生物的贡献高于陆源,平均占63%.可培养微生物物种数在17~102之间,与微生物浓度具有一定的相关性,但并未呈现出明显的季节变化.3种指数表明,生物气溶胶中陆源细菌、海源细菌、陆源真菌和海源真菌的群落结构在2月最简单,1月、11月和5月群落多样性较高,群落多样性与浓度的季节变化特征并不一致,而且不同类别的微生物群落存在季节和空间差异.     

应用PCR-DGGE技术研究处理含氨废气的生物滤塔中微生物多样性

变性梯度凝胶电泳技术(DGGE)在微生物生态学领域有着广泛的应用.本文应用DGGE技术对处理含氨废气的生物滤塔中微生物多样性随时间的变化进行了研究.在生物滤塔运行的不同时间采集滤塔中的填料样品,进行了生物滤塔对氨处理效果的分析和DGGE分析.结果显示,污泥和混合填料生物滤塔氨的出气浓度在经过一段时间后,逐渐升高,而堆肥生物滤塔的运行情况较好,对氨的去除效率始终在98%以上.PCR-DGGE图谱显示,不同时间的相同填料中微生物DGGE图谱有着明显的差异性.Shannon指数分析表明,填料中微生物的多样性都随着反应器运行时间的延长而有所减少.运行一个月后,混合填料的微生物多样性指数最低为0.389;其次为污泥填料,其多样性指数为0.473;堆肥填料的微生物多样性程度最高为0.569.生物滤塔对氨的去除效果与填料中微生物多样性Shannon指数之间有一定的相关关系.主成分分析(PCA)显示对于堆肥和污泥来说,填料样品之间微生物群落结构相似性较高,而混合填料样品间的微生物群落结构相似性较低.     

Molecular ecological networks reveal the spatial-temporal variation of microbial communities in drinking water distribution systems

Microbial activity and regrowth in drinking water distribution systems is a major concern for water service companies. However, previous studies have focused on the microbial composition and diversity of the drinking water distribution systems(DWDSs), with little discussion on microbial molecular ecological networks(MENs) in different water supply networks.MEN analysis explores the potential microbial interaction and the impact of environmental stress, to explain the characteristics of microbial...     

青藏高原湖泊细菌种群结构的研究综述

青藏高原东北地区位于我国东部季风区、西北干旱区和青藏高原高寒区的交汇地带，人为影响较少，是研究人为影响与生物种群组成的理想场所。随着分子生物学技术的迅速发展，高原湖泊菌种群结构多样性研究越来越受到人们的重视并取得了重要成果。本文从青藏高原上应用的技术方法、细菌种群结构研究成果以及区域性的重要影响因素3个方面概述了湖泊细菌种群结构多样性研究在青藏高原上取得的进展。简单地讨论了种群多样性和影响因素的关系，对比发现，微生物种群结构的主要限制性因素会随着环境的变化发生改变。同时，微生物种群结构随着环境的变化实际上是其生理结构适应的结果。     

Effects of vegetation type on soil microbial community structure and catabolic diversity assessed by polyphasic methods in North China

Soil microbes play a major role in ecological processes and are closely associated with the aboveground plant community.In order to understand the effects of vegetation type on the characteristics of soil microbial communities,the soil microbial communities were assessed by plate counts,phospholipid fatty acid (PLFA) and Biolog microplate techniques in five plant communities,i.e.,soybean field (SF),artificial turf (AT),artificial shrub (AS),natural shrub (NS),and maize field (MF) in Jinan,Shandong Province,North China.The results showed that plant diversity had little discernible effect on microbial biomass but a positive impact on the evenness of utilized substrates in Biolog microplate.Legumes could significantly enhance the number of cultural microorganisms,microbial biomass,and community catabolic diversity.Except for SF dominated by legumes,the biomass of fungi and the catabolic diversity of microbial community were higher in less disturbed soil beneath NS than in frequently disturbed soils beneath the other vegetation types.These results confirmed that high number of plant species,legumes,and natural vegetation types tend to support soil microbial communities with higher function.The present study also found a significant correlation between the number of cultured bacteria and catabolic diversity of the bacterial community.Different research methods led to varied results in this study.The combination of several approaches is recommended for accurately describing the characteristics of microbial communities in many respects.     

人工湿地生态系统中的微生物作用及PCR-DGGE技术的应用

人工湿地作为一种经济高效的污水生态处理工艺,可通过植物、微生物、基质三者的协同作用实现污染物的去除。而微生物作为湿地生态系统的重要组成部分,又是污染物去除的积极分解者,发挥了不可忽视的关键作用,其数量、丰度、多样性及群落结构等均直接影响污水净化效果。本文介绍了湿地生态系统在微生物种群结构、污染物降解机制等方面的国内外研究进展,并针对PCR-DGGE新型分子技术在湿地微生物领域的应用成果进行了探讨,以为湿地生态系统的微生物作用及新型分子技术在其中的应用提供理论支撑和技术支持。     

Comparing results of cultured and uncultured biological methods used in biological phosphorus removal

Increasing attention has been paid to phosphate-accumulating organisms(PAOs)for their important role in biological phosphorus removal.In this study,microbial communities of PAOs cultivated under different carbon sources(sewage,glucose,and sodium acetate) were investigated and compared through culture-dependent and culture-independent methods,respectively.The results obtained using denaturing gradient gel electrophoresis(DGGE)of polymerase chain reaction-amplified 16S rDNA fragments revealed that the diversity of bacteria in a sewage-fed reactor(1#)was much higher than in a glucose-fed one(2#)and a sodium acetate-fed one(3#);there were common PAOs in three reactors fed by different carbon sources.Five strains were separated from three systems by using a phosphate- rich medium;they were from common bacteria isolated and three isolates could not be found in DGGE profile at all.Two isolates had good phosphorus removal ability.When the microbial diversity was studied,the molecular biological method was better than the culture-dependent one.When phosphorus removal characteristics were investigated,culture-dependent approach was more effective. Thus a combination of two methods is necessary to have a comprehensive view of PAOs.     

PCR-DGGE技术在城市污水化学生物絮凝处理中的特点

通过PCR-DGGE等分子生物学技术可以不经过常规培养直接从活性污泥和生物膜样品中提取DNA,对16Sr DNA V3区进行PCR扩增,结合DGGE(变性梯度凝胶电泳),从而分析活性污泥与生物膜中微生物种群结构.研究证实,活性污泥培养前后微生物种群结构发生很大的改变.同时对2种污水处理工艺中微生物种群结构进行了对比研究,对同一反应器不同位置微生物分布以及不同工况下的微生物种群结构进行了初步探讨.测定了活性污泥中部分菌种的16S rDNA V3区片段序列,通过NCBI(美国国立生物技术信息中心)基因库比对,初步确定细菌的属.结果显示,PCR-DGGE结合测序技术是一种完全可行的快速进行环境学样品微生物研究的分析方法.