RFLP技术在湖泊微生物多样性研究中的应用

文章介绍了一种不依赖于传统培养方法的限制性酶切片段长度多态性技术(RFLP),在湖泊微生物多样性研究中的应用、及其优缺点,并针对湖泊微生物基因组DNA的提取方法和16SrDNA片段的PCR优化条件等方面进行了探讨。     

五台山不同退化程度亚高山草甸土壤微生物群落分类与功能多样性特征

土壤微生物在草地生态系统功能中发挥着重要作用,但其多样性对草地退化的响应尚未得到充分研究.采用宏基因组测序技术对五台山亚高山草甸4个不同退化阶段[未退化(ND)、轻度退化(LD)、中度退化(MD)和重度退化(HD)]土壤微生物分类和功能多样性特征及其影响因素进行分析.结果表明,4个不同退化阶段亚高山草甸之间放线菌门、拟杆菌门、硝化螺旋菌门和Parcubacteria的相对丰度存在显著差异(P<0.05).与ND草甸相比,退化草甸增加了与碳代谢、氨基酸生物合成、丙酮酸代谢、柠檬酸循环、丙酸代谢、丁酸代谢和脂肪酸代谢相关的基因比例,表明亚高山草甸退化改变了土壤微生物群落能量代谢和营养循环的潜力.草地退化改变了土壤微生物分类和功能α多样性,特别是MD和HD草甸中微生物功能多样性显著降低.亚高山草甸退化过程中土壤微生物物种分类和功能组成均显著变化(P<0.05).土壤总氮、pH值和有机质含量对微生物群落分类和功能组成具有显著影响.植物群落β多样性与微生物群落分类和功能β多样性显著相关(P<0.05),具有强耦合性.研究结果揭示了草地退化过程中地下微生物分类和功能多样性的变化及...     

MBR活性污泥培养驯化过程中生物多样性研究

以MBR反应器启动调试阶段的活性污泥为主要研究对象,系统考察了传统活性污泥法(Conventional activated sludge,CAS)污泥接种至MBR反应器内污泥培养驯化过程中生物多样性情况及微生物群落结构的演变规律.同时,在传统污水污泥检测指标的基础上,对各阶段污泥中总细菌基因组DNA进行提取,应用PCR-DGGE分子生物学技术获得了相应的凝胶电泳图谱并进一步分析了菌群间的相似性.结果表明,以CAS污泥为接种污泥在MBR反应器内培养驯化过程中微生物的多样性变化突出,细菌群落结构演替明显,不同阶段菌群间的相似性说明了各阶段菌群的演变关系:污泥培养驯化是一个逐步有序的过程,微生物随反应器内不同时期及环境的变化而调整,逐渐演变成适应MBR工艺的群落结构.     

民勤绿洲退耕地土壤微生物群落结构与功能多样性特征

为明确退耕阶段对土壤微生物群落结构和功能的影响,选取3个不同退耕阶段的荒漠绿洲区土壤为研究对象,通过宏基因组测序技术来研究不同阶段退耕地中土壤微生物群落的结构和功能多样性特征.结果表明,3个阶段退耕地土壤中放线菌门（Actinobacteria）、变形菌门（Proteobacteria）和芽单胞菌门（Gemmatimonadetes）的相对丰度存在显著差异,为优势菌门.与退耕前期相比,退耕修复后期增加了群体感应、卟啉与叶绿素代谢、泛酸盐和辅酶A生物合成以及苯乙烯降解的功能基因比例,且相对丰度存在显著差异（P<0.05）,表明不同退耕阶段改变了土壤微生物群落营养循环与能量代谢的功能潜力.RDA结果表明电导率（EC）、速效钾（AK）和全氮（TN）对土壤微生物功能组成具有显著影响,其中EC对微生物功能组成的影响最大.不同退耕阶段对土壤微生物群落结构和功能组成多样性具有显著影响,在民勤绿洲退耕地生态修复中,微生物群落结构和功能组成对不同阶段的土壤修复敏感性可综合相关指标进行考虑.     

宏基因组学(Metagenomics)的研究现状和发展趋势

随着分子生物学技术的快速发展及其在微生物生态学和环境微生物学研究中的广泛应用,促进了以环境中未培养微生物为研究对象的新兴学科--微生物环境基因组学(又叫宏基因组学、元基因组学,Metagenomics)的产生和快速发展.宏基因组学通过直接从环境样品中提取全部微生物的DNA,构建宏基因组文库,利用基因组学的研究策略研究环境样品所包含的全部微生物的遗传组成及其群落功能.在短短几年内,宏基因组学研究已渗透到各个领域,包括海洋、土壤、热液口、热泉、人体口腔及胃肠道等,并在医药、替代能源、环境修复、生物技术,农业、生物防御及伦理学等各方面显示了重要的价值.对宏基因组学的主要研究方法、热点内容及发展趋势进行了综述,建议在我国尽快启动有关宏基因组学的研究,从国家层面上开展联合攻关,拓展当前的研究领域,发展相关研究策略和技术,开展广泛的国际合作,使我国在宏基因组学研究领域占据有利地位.     

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。     

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.     

铜胁迫对小麦根系微域微生物群落的影响

小麦是我国主要的粮食作物,土壤重金属污染会严重威胁作物生长和粮食安全.大量研究表明根际微生物在调控作物发育和抗逆性方面具有非常重要的作用.因此,本研究通过高通量测序技术研究铜胁迫条件下小麦根际微生物群落的变化,从微生物学角度揭示铜污染胁迫对小麦根际的影响作用.采用盆栽培养试验对铜污染处理中小麦非根际、根际以及根内微生物进行测序后,分别比较小麦不同根系分区环境中的微生物群落结构和多样性.结果发现,所有处理中小麦的根内微生物多样性均显著（P<0.001）低于根际和非根际微生物多样性,表明根表作为微生物进入根内环境的门户,对根内微生物的定殖起着过滤和筛选的作用.铜污染胁迫降低了根际土环境中的微生物多样性,且差异显著（P<0.05）;而在非根际和根内环境中,尽管铜污染胁迫降低了对应根系分区中的微生物多样性,但差异不显著（P>0.05）.变形菌门（Proteobacteria）和放线菌门（Actinobacteria）是小麦根际和非根际环境中的共有优势菌群,通过比较发现铜污染胁迫对这两种优势菌门的影响作用较小.另外,芽孢杆菌属（Bacillus）、假黄色单胞菌属（Pseudoxanthomonas）和鞘氨醇单胞菌属（Sphingomonas）等菌属具有较强的抗逆性,能够在铜污染胁迫下存活且能够为植物提供营养物质.     

土壤微生物多样性的土壤生态系统服务功能

正土壤微生物多样性是指土壤生态系统中所有的微生物种类、它们拥有的基因以及这些微生物与环境之间相互作用的多样化程度。一般认为,土壤微生物多样性存在基因、物种、种群以及群落4个层面。长期以来,由于微生物的微观性以及研究方法的缺失导致对于它们的生物多样性研究远没有宏观生物那样受到重视。人类对土壤中的微生物多样性及其在生态系统中的功能了解很少,只能作"黑箱"处理,导致某些微生物种群的消失和演替,已知有8%的真菌种群处     

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。     

土壤微生物多样性的主要影响因素

土壤微生物是土壤生态系统的主要组成部分。而且不同的土壤具有不同的土壤微生物群落。影响土壤微生物多样性的因素很多,主要可以分为自然因素和人为因素。本文将从土壤微生物多样性的影响因素的两个方面阐述目前国内外土壤微生物多样性的研究现状。     

土壤微生物多样性的主要影响因素

土壤微生物是土壤生态系统的主要组成部分,而且不同的土壤具有不同的土壤微生物群落。影响土壤微生物多样性的因素很多,主要可以分为自然因素和人为因素。本文将从土壤微生物多样性的影响因素的两个方面阐述目前国内外土壤微生物多样性的研究现状。     

黄河源区高寒沼泽湿地土壤微生物群落结构对不同退化的响应

为研究高寒沼泽湿地退化过程中土壤微生物群落多样性的变化,应用MiSeq高通量测序技术,分析高寒沼泽湿地退化过程中土壤微生物群落多样性以及相关的环境因子.结果表明,高寒沼泽湿地退化改变了土壤微生物在OTUs水平上的物种组成,OTUs种类变化丘间较冻融丘明显,且土壤真菌OTUs种类变化显著;冻融丘和丘间细菌微生物多样性指数大于真菌微生物;不同退化高寒沼泽湿地土壤优势微生物种类相同,细菌为变形菌门（Proteobacteria）和RB41,真菌为子囊菌门（Ascomycota）和被孢霉属（Mortierella）,除RB41外未退化与重度退化间优势微生物丰度有较大差异（P<0.05）,丘间的优势微生物对不同退化较冻融丘敏感;土壤含水量、有机碳、微生物碳、微生物氮和莎草科的盖度是影响土壤微生物群落结构的主要因素.综上所述：高寒沼泽湿地退化导致微生物多样性降低,在湿地恢复中应加强湿地冻融丘和莎草科植物的保护以及土壤水分、有机碳和微生物碳氮的补充.     

砷污染湿地生境下土壤微生物多样性及群落结构特征

为研究As（砷）污染对微生物多样性的影响,找寻有利于As污染修复的抗As菌种,利用高通量测序技术分析As胁迫〔w（As）分别为0、80、100、150、200和400 mg/kg,依次记为AT0组、AT80组、AT100组、AT150组、AT200组和AT400组〕对湿地生境中土壤微生物多样性及群落结构特征的影响.结果表明:As污染会引起微生物多样性和群落结构的变化,但并不是简单的负相关.在各处理组中,AT80组的土壤中微生物多样性最高,OTU（operational taxonomic units）数高达1 849,较未经As处理的AT0组增加了58.9%,说明低As胁迫在一定程度上会刺激As敏感微生物的生长繁殖,如Desulfovibrio（脱硫弧菌属）和Allobaculum等菌属,使群落结构更加复杂多样.高w（As）（400 mg/kg）对微生物有明显的抑制作用,导致某些物种消亡和多样性下降.As胁迫会诱导抗As微生物〔如Pseuomonas（假单胞菌属）〕成为优势类群,群落结构趋于稳定、单一.微生物群落结构对不同w（As）胁迫有明显的响应特征,可作为As污染湿地土壤质量评价的灵敏指标.在AT400组中存在大量的Pseudomonas veronii,可为As污染湿地微生物修复提供借鉴.研究显示,微生物对As污染具有较为敏感的响应,其中,Proteobacteria（变形菌门）和Firmicutes（厚壁菌门）为As污染生境中微生物优势门类并且与非专性吸附态As和谷胱甘肽含量呈正相关.      

海水入侵区含水层中原核微生物多样性和群落结构特征及其意义

海水入侵引起的地下水咸化是沿海地区面临的主要自然灾害之一,并由此产生了强烈的物理化学梯度变化,严重影响了原生态环境. 为研究海水入侵影响下含水层微生物的多样性和群落结构,揭示海水入侵对原位微生物群落的环境影响,采用基于高通量测序的微生物群落分析方法,对珠江三角洲含水层中微生物群落多样性和结构组成进行表征和比较,并探讨微生物群落对环境变化的响应. 结果表明:研究区地下水中微生物群落主要分属于47个原核微生物门类,其中最丰富的门是变形菌门(Proteobacteria),其次是厚壁菌门(Firmicutes)、放线菌门(Actinobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes),而古菌的群落结构以奇古菌(Thaumarchaeota)和广古菌(Euryarchaeota)为主,且Thaumarchaeota和Euryarchaeota在高浓度咸水中丰富度更高. 不同盐度梯度下微生物群落之间共有的OTUs占比为59%,在一些高浓度咸水样品中存在大量的脱硫弧菌属和甲烷球菌厌氧微生物. 虽然微生物群落的多样性并不完全与盐度梯度一致,但在溶解性总固体(TDS)浓度大于1 g/L的含盐地下水中,微生物群落的多样性随盐度的增加而增加. 典范对应分析(CCA)表明,TDS和总氮(TN)是影响微生物群落分布最显著的环境因子. 研究结果为进一步揭示海水侵蚀下的地下水中微生物群落的结构及其环境相互作用奠定了基础.      

PCR-DGGE技术解析生物制氢反应器微生物多样性

为了揭示发酵法生物制氢反应器厌氧活性污泥的微生物种群多样性 ,从运行不同时期取厌氧活性污泥 ,通过细胞裂解直接提取活性污泥的基因组DNA .以细菌 16SrRNA基因通用引物F338GC/R5 34进行V3高变异区域PCR扩增 ,长约 200bp的PCR产物经变性梯度凝胶电泳 (DGGE)分离后 ,获得微生物群落的特征DNA指纹图谱 .研究表明 ,不同时期的厌氧活性污泥中存在共同种属和各自的特异种属 ,群落结构和优势种群数量具有时序动态性 ,微生物多样性呈现出协同变化的特征 .微生物多样性由强化到减弱 ,群落结构之间的相似性逐渐升高 ,演替速度由快速到缓慢 .优势种群经历了动态演替过程 ,最终形成特定种群构成的顶级群落 .     

再生水河道浮游微生物多样性季节变化分析:以北运河为例

浮游微生物作为分解者在城市水生生态系统发挥重要作用,但外界环境变化显著影响其在污染物降解和转化过程的作用.以高度人工化的北运河为研究区域,利用16S rRNA高通量测序结果分析了浮游微生物群落结构的季节变化,以揭示以再生水为主要补给水源的城市河道浮游微生物多样性季节变化机制及其与环境因子的响应关系.结果表明,浮游微生物群落多样性和群落结构组成存在显著的季节变化.季节性降雨和再生水补给物理扰动过程引起的水体扩散能力增强是夏季α多样性显著高于春季的直接原因,同时减弱了夏季浮游微生物群落多样性空间分化程度.季节性径流和温度是影响高度人工化城市河道水文水质季节变化的主要原因,由于季节性径流和温度变化引起的ČNO₂^--N和TP变化是河道浮游微生物多样性变化的主要原因.春季季节性断流导致的北运河水体还原性状态,使得春季水体中富集的细菌大都为厌氧菌,如与溶解性有机物降解有关的拟杆菌门（Bacteroidetes）和与反硝化过程有关的纤细菌门（Gracilibacteria）等.而夏季季节性径流和频繁降雨以及河道闸坝、闸门开闭频率增高引起的水体复氧能力增强,一方面显著缓解河道营养物质污染,另一方面使得夏季水体中富集的细菌大多为好氧菌或兼性厌氧菌,如具有嗜高温特性的蓝藻（Cyanobacteria）和绿弯菌门（Chloroflexi）等自养微生物,以及在污染物降解转化过程中有重要作用的酸杆菌门（Acidobacteria）和芽单胞菌门（Gemmatimonadetes）等.研究结果对以再生水为补给水源的城市河道污染治理和生态修复有实际指导意义.     

土壤微生物对环境胁迫的响应机制

微生物在生态系统物质循环和能量流动过程中起重要作用.研究土壤微生物对各种环境胁迫的响应有助于认识微生物对环境变化的适应与演变机理,维持土壤生态系统功能的稳定.土壤微生物群落多样性是衡量土壤生态系统稳定性的一个重要指标.多数研究表明,土壤微生物群落多样性越高,土壤生态系统越稳定.本文在总结土壤微生物群落多样性及其与环境胁迫响应关系的基础上,进一步讨论了土壤微生物对环境胁迫响应的生态学机制,包括:①抗性微生物的出现及抗性基因的水平转移.该过程导致了土壤微生物群落结构和多样性的改变,产生了更多抵抗能力较强的微生物类群,从而达到对外源干扰的适应,使土壤微生物群落对环境胁迫的抵抗力和恢复力随之提高.②土壤微生物群落功能的冗余.这些冗余程度越高,冗余组分缓冲维持生态系统正常功能的能力越强,从而提高微生物群落对环境胁迫的抵抗力和恢复力.研究土壤生态系统的稳定性与微生物多样性之间的关系,不仅有助于揭示土壤生态系统稳定性的内在机制,为合理调控提供科学依据,也可以为土壤环境质量管理提供参考.     

抚顺盆地西露天组油页岩微生物碳代谢多样性分析

为探讨油页岩微生物的碳代谢功能多样性,以抚顺盆地西露天组油页岩为研究对象,利用Biolog-GN2和GP2微孔板检测法,在连续7d的培养期内,测定油页岩本源微生物群落水平生理图谱(CLPP),并根据化学基团的不同,分析微生物对不同类型碳源的代谢能力和代谢差异.结果显示,微生物对不同类型碳源的代谢程度和代谢速率存在明显的差异.革兰氏阴性和阳性细菌群落均对氨基类碳源的利用较好,其次是羧酸类以及糖和糖衍生物,而对磷酸糖利用较差.连续多点测算Shannon-Wiener,Simpson和McIntosh多样性指数,分析表明微生物群落碳代谢功能多样性总体较高,但是随着培养时间的增加,多样性略有降低.     

Biolog和PCR-DGGE技术解析椒江口沉积物微生物多样性

采用Biolog和PCR-DGGE技术对椒江口6个站位表层沉积物群落水平的微生物代谢功能和以16S rRNA基因标记的细菌遗传多样性进行分析,并对其代谢功能和群落结构与沉积物污染物等参数进行冗余梯度分析(Redundancy gradient analysis,RDA)和典范对应分析(Canonicalcorrespondence analysis,CCA).Biolog分析结果表明,微生物群落整体代谢活性由高到低的顺序为:潮间带(B1、B2)、入海口处(A3)>入海口内(A1、A2)>入海口外(A4);碳源代谢的Shannon-Wiener多样性指数范围为2.09～3.25,由高到低的顺序为:潮间带(B1、B2)、入海口处(A3)>河道内(A1)>近入海口处(A2)>入海口外(A4);潮间带、入海口处及河道内的微生物对各类碳源的相对利用率较平均,而近入海口处和入海口外的微生物群落对聚合物的相对利用率较高,对氨基酸类和胺类的相对利用率较低.DGGE图谱分析表明,细菌群落结构沿河口盐度梯度存在空间异质性,但两潮间带站位的相似度高(82.27%);遗传基因的Shannon-Wiener多样性指数范围为1.68～2.87,由高到低的顺序为:潮间带>入海口处>入海口外>近入海口处>河道内.群落代谢功能与理化因子的RDA显示,有机质和硝基苯的分布能较好地解释微生物群落代谢功能的变化;群落遗传结构与理化因子的CCA显示,硝基苯和多环芳烃的分布能较好地解释细菌群落遗传结构的变化.综上结果认为,椒江口沉积物的微生物代谢及遗传多样性符合典型的河口特征,但入海口内微生物沉积环境已表现出对某些化工污染物的响应.