三苯基甲烷类染料氧化酶基因(tpmD)在大肠杆菌中的无诱导表达

为了解决嗜水气单胞菌DN322对鱼类的潜在致病性问题,有必要克隆表达该菌的三苯基甲烷染料脱色酶基因tpmD.通过PCR方法获得该基因,并与脱色希瓦氏菌S12的NAD(P)H脱氢酶基因启动子和用于荧光标记的编码CCPGCC的碱基序列融合,将有启动子和无启动子的融合基因片段分别连接到质粒pMD18-T中,转化大肠杆菌E.coli DH5α和E.coli BL21.结果发现,有启动子的融合基因能被E.coil在不加诱导物IPTG的条件下高效正确表达,脱色酶活性甚至超过基因供体菌DN322.将上述两株大肠杆菌工程菌株在自然水体中进行孔雀石绿污染小试处理,60d内在每个350mL反应体系中累积共投加大于10000mg的孔雀石绿,脱色率一直保持在92%以上;细菌数量最后增加了5～10倍.研究结果证明,基因工程菌在不加营养物的条件下也有很强的脱色活性和长期的存活能力;在tpmD基因3'端加入的用于螯合双砷荧光染料的18bp编码氨基酸碱基序列不影响此基因的表达和酶的脱色活性,这将赋予此工程菌可示踪性.     

亚剂量抗生素诱导抗性基因水平迁移

为探究亚剂量抗生素诱导下编码广谱β-内酰胺酶(extended-spectrum β-lactamase,ESBL)基因的接合转移(conjugation),使用从新加坡主要医院的废水中直接分离的可合成ESBL的铜绿假单胞菌(P.aeruginosa)和大肠杆菌(E.coli)菌株作为ESBL编码质粒的供体,以携带绿色荧光蛋白(green fluorescent protein, GFP)基因的耐氯霉素(chloramphenicol,CHL)大肠杆菌SCC1(E.coli SCC1)作为受体,借助响应面分析,检测并分析了携带有ESBL编码基因的质粒在亚剂量水平的四环素(tetracycline,TC),磺胺甲噁唑(sulfamethoxazole,SMZ)和头孢他啶(ceftazidime,CAZ)单一暴露和共同暴露时,从供体菌株接合传递至受体菌株的特征.结果发现,ESBL编码质粒可在无诱导抗生素胁迫下,以平均0.001 5和0.004 2的频率分别由铜绿假单胞菌和大肠杆菌供体接合转移至受体大肠杆菌SCC1菌株,具有较低的"适应性代价",并在质量浓度低于最小抑菌浓度(minimum inhibitory concentration,MIC)的抗生素暴露下更易在大肠杆菌菌株之间传递.大肠杆菌菌株之间的接合转移显著发生在质量浓度低于0.03 mg·L~(-1)的TC与质量浓度低于0.002 mg·L~(-1)的CAZ单一暴露或共同暴露时,并可被亚MIC的TC显著抑制.铜绿假单胞菌与大肠杆菌间的接合转移可在5倍MIC的TC、CAZ共同暴露时被显著诱导,未检测到亚MIC水平抗生素对其的促进作用.     

四环素对大肠杆菌抗生素抗性基因进化的影响

为了解环境中低浓度抗生素对抗生素抗性发展的影响,以大肠杆菌(Escherichia coli,E.coli)为基础材料,通过亚抑菌浓度四环素处理,得到由敏感到抗性的菌株,研究了四环素对大肠杆菌产生抗生素抗性基因(antibiotic resistance genes,ARGs)的影响,采用同位素标记相对和绝对定量技术(isobaric tags for relative and absolute quantification,iTRAQ),分析四环素处理前后,大肠杆菌总蛋白差异表达情况.结果表明,大肠杆菌经1/2MIC浓度的四环素诱导,20 d后可由敏感转至耐药,表明环境中的低浓度四环素的刺激对大肠杆菌耐药性的形成影响较大.并且,检测到四环素抗性基因tetA、tetE和tetZ,β-内酰胺类抗性基因blaTEM和blaFOX,多重耐药性基因acrA、marA和marR.蛋白结果表明大肠杆菌在四环素胁迫下以特定的节能存活模式,通过诱导细胞防御和修复系统来应对环境压力,并表现出对离子传输的严格调节,来抵抗四环素毒性的影响.研究结果为进一步解析环境中抗生素胁迫的抗性机制提供了参考.     

沉积物中多环芳烃对反硝化功能基因垂直分布的影响

研究了沉积物中PAHs对特定反硝化功能基因垂直分布的影响,以建立反硝化条件下PAHs和各阶段反硝化反应之间的关系.2011年3月,对珠江广州河段珠江大桥、黄沙码头和二沙岛三处具有代表性的区域沉积物进行采集,对沉积物PAHs污染和特定反硝化功能基因(narG、nirS、nosZ和nrfA)的垂直分布特征进行了研究,并通过多变量技术建立了反硝化条件下PAHs和特定反硝化功能基因之间的关系.典范对应分析(CCA)表明,硝酸盐异化还原反应和高环PAHs之间联系密切.PAHs对nosZ编码基因影响最为明显,即对反硝化作用氧化亚氮还原阶段抑制作用最强.除氧化亚氮还原阶段外,其他各阶段反硝化细菌普遍体现出对高环PAHs的适应性,特别是含有异化亚硝酸盐还原酶编码基因(nrfA)的微生物可能具有潜在的高环PAHs厌氧降解能力.亚硝态氮还原酶编码基因(nirS)表现出特异性,需要进一步深入研究.     

再生水补给型城市景观水体中抗生素抗性基因的污染特征——以圆明园为例

由于抗生素抗性基因(Antibiotic Resistance Genes,ARGs)对环境和人类健康存在潜在威胁而逐渐受到人们的重视,高人口密度城市中典型景观水体是ARGs储存库和传播媒介.本研究采用实时荧光定量PCR技术,研究了圆明园不同点位的ARGs污染情况和分布特征.结果表明:园区中ARGs的绝对丰度范围在n.d.(未检出)～1.08×10~9copies·L~(-1)之间;园区进水口目标ARGs的丰度低于末端,表明封闭的水体可能为ARGs的积累提供了理想培养基.在所检测基因中,磺胺类ARGs占主导,ARGs的绝对丰度依次为:sulIIsulImefAtetQtetMermB.磺胺类ARGs与指示微生物粪大肠菌群和大肠杆菌间存在显著相关性,表明指示微生物在ARGs的传播中可能起着关键作用.     

紫色土丘陵区畜禽养殖场土壤中抗生素抗性基因分布特征

鉴于紫色土高垦殖丘陵区土壤中抗生素抗性基因的潜在生态环境风险,本研究采用高通量荧光定量PCR技术,分析了抗生素抗性基因在不同类型畜禽养殖场(养猪场、养鸡场和养牛场)土壤中的丰度和多样性.结果表明,3种养殖场土壤中共检出79种抗生素抗性基因和5种可移动基因元件,其中多重耐药类基因是养殖场土壤中丰度最高的耐药基因.不同养殖场土壤中抗生素抗性基因的丰度和多样性均表现为养鸡场和养猪场样品高于养牛场土壤,且3种养殖场土壤样品中的抗性基因表现出不同的类别分布特征.养殖场土壤中较高的可移动基因元件丰度,及其与抗生素抗性基因丰度显著的相关性(P0. 05)说明,可移动基因元件可能促进了抗生素抗性基因在养殖场土壤中的迁移和扩散.     

蜡样芽孢杆菌中甲酸脱氢酶基因产氢研究

通过基因筛选,成功分离并克隆到蜡样芽胞杆菌XN12（Bacillus cereus XN12）的甲酸脱氢酶基因fdhF（formate dehydrogenase）,该基因全长2937bp,GC含量39.3%,编码978个氨基酸,与已报道的蜡样芽孢杆菌Q1的fdhF基因（GenBank No.CP000227.1）同源性达到100%.将其连接在表达载体pET32a上并融合His标签,构建了重组质粒pET32a-FDHF-His,转入大肠杆菌BL21（Escherichia coli BL21）后获得了高效表达.重组菌株经IPTG诱导后经WesternBlot分析表明,重组蛋白分子量约为108kDa.通过对重组菌株产氢性能试验表明,重组菌对提高产氢率具有一定促进作用,产氢量为每消耗1mol的葡萄糖和甲酸盐分别能产生0.73mol和0.20mol的氢气.     

转聚磷激酶基因的大肠杆菌去除水体中的磷

为探索有效的生物除磷方法,构建了聚磷激酶基因(ppk)的表达载体pET28a(+),并转化大肠杆菌(Escherichiacoli)BL21,获得了可过表达ppk基因的工程菌BL-PPK.RT-PCR结果表明,ppk基因在转化的大肠杆菌中得到了高效表达.聚磷试验结果表明,培养10h后,转化了ppk基因的大肠杆菌细胞内聚磷含量比对照菌株高20倍,而培养液中可溶性磷浓度为对照菌株的约1/9.     

鸡粪模拟堆肥中多重耐药菌、耐药基因和整合酶基因的消减动力学解析

为掌握多重耐药菌、耐药基因和整合酶基因在鸡粪堆肥过程中的消减动力学规律,试验外源添加多重耐药菌,并以其携带的磺胺类耐药基因(sul2)、多肽类耐药基因(mcr-1)、喹诺酮类基因(oqxB)和Ⅰ类整合酶基因(intI1)作为典型污染物,开展模拟堆肥试验. 结果表明:可培养的多重耐药大肠杆菌数量在3 d的高温后得到完全灭活;堆肥10 d后,多重耐药菌总量下降了4～6个数量级. 在高温堆肥过程中耐药基因的绝对丰度随着堆肥过程的进行而逐渐降低,耐药基因aadA、sul2、mcr-1、oqxB的消减率分别为89.39%、97.99%、99.89%、99.81%,intI1基因的消减率高于80%;大多数耐药基因的相对丰度表现出先降低后略微升高的趋势. 基于基因绝对丰度的非线性回归分析表明,“独立”耐药基因(oqxB、mcr-1)的消减速率明显高于与Ⅰ类整合酶基因相连的基因(aadA),多重耐药大肠杆菌16S rRNA基因消减速率为0.128 d?1,半消减期为5.41 d. 堆肥对耐药基因绝对丰度的消减速率高于相对丰度. 研究显示,堆肥可以有效消减鸡粪中多重耐药菌,耐药基因消减规律符合一级动力学方程,与Ⅰ类整合酶基因相连耐药基因消减速率慢于“独立”耐药基因,4种耐药基因的半消减期为1.69~5.81 d.      

磁混凝对市政污水中抗生素抗性基因和重金属抗性基因的削减效能

污水中抗性基因给环境和人类健康带来潜在的危害.本研究通过调查市政排口污水磁混凝处理过程中抗性基因绝对含量和相对丰度变化,考察磁分离技术对市政污水中抗性基因的削减效果.结果表明,加入磁种和絮凝剂的一级搅拌和二级搅拌对抗生素抗性基因(ARGs)、重金属抗性基因(MRGs)和可移动遗传元件均有较好地去除效果,但出水中部分抗性基因的绝对含量增加,这可能是由于出水中依然具有较高含量的水平转移元件(int1,2. 00×10~(10) copies·mL~(-1); int2,1. 91×10~8 copies·mL~(-1); Tn916/1545e,5. 38×10~8 copies·mL~(-1)).网络分析和主成分分析结果表明,磁混凝处理过程中ARGs与MRGs呈显著正相关(P 0. 05),城市污水中常规污染物如悬浮物、磷和COD等是影响抗性基因去除效率的重要因子.这些结果表明,磁混凝可通过有效削减污水中常规污染物进而制约抗性基因的传播和转移;但需要关注磁混凝的出水及脱水污泥的后续管理,如出水前增设消毒环节,以降低抗性基因污染风险.     

广东某农村塘坝饮用水污染的微生物溯源

以大肠杆菌为指示微生物,采用脉冲场凝胶电泳(PFGE)、肠杆菌间重复一致序列PCR(ERIC-PCR)和BOX插入因子PCR(BOX-PCR)3种分子分型方法对广东省某典型农村塘坝饮用水污染来源进行了追踪研究,利用软件Quantity One进行分析.结果表明,浅层井水与其近处的池塘水存在大肠杆菌的克隆现象,两者可能存在着共同的污染传播载体,或是浅层井水受到了池塘水的污染.3种方法的分型能力从强到弱依次为PFGE、BOX-PCR、ERIC-PCR.其中, BOX-PCR最宜在水体污染的微生物溯源中应用.鉴于分离培养的溯源方法存在的缺陷,应加强与非培养微生物溯源相结合进行分析以使结果更加准确.     

基于FIB的北京温榆河流域粪便污染物分布特征和源解析

目前,北京市温榆河流域存在着较为严重的粪源微生物污染问题,对流域周边暴露人群的健康带来了潜在的威胁.为了明确温榆河粪便污染的分布特征及宿主来源,本研究采用传统培养法与定量聚合酶链式反应(qPCR)分别对常规粪便指示细菌(Fecal indicator bacteria, FIB),包括粪大肠菌群(Fecal Coliform, FC)、大肠杆菌(Escherichia coli, EC)与肠球菌(Enterococcus,ENT)和溯源FIB,包括不同宿主来源的特异性生物标记进行检测,并探究其相关性.研究结果表明,流域内粪源微生物污染较为严重,常规FIB浓度介于0～4.38×10~7 CFU·L~(-1)之间,溯源FIB处于1.37×10~6～4.29×10~(10) copies·L~(-1)之间.从时空分布来看,由于来水中各大支流及污水处理厂的贡献,从温榆河起点沙河闸至终点北关闸,所有的指示菌浓度呈现出大幅度的升高趋势.其中,龙道河为干流来水中粪便污染的首要地域,污水处理厂的尾水可能是清河河口及坝河处微生物污染的主要来源;降雨径流对粪源微生物含量的时空变化存在着非常显著的影响,使得FIB最高可达2个数量级的增长.微生物溯源结果显示温榆河流域内的粪源微生物来源主要为人类粪便污染,而非畜禽粪便污染,这同北京市近年来有关畜禽养殖管控密切相关.相关性分析表明,虽然FC与EC、ENT之间皆存在着统计学意义上的显著正相关性,但传统的FIB指标与拟杆菌及人源拟杆菌指标之间不存在显著相关性.本研究通过传统FIB培养和微生物溯源方法结合,明确了北京温榆河粪源污染程度及其主要来源,为北京温榆河污染防控提供了新的思路.     

矿区土壤中砷污染对微生物群落的影响研究

采用梯度培养和PCR-DGGE技术,对大柳塔矿区矸石山及周边土壤的砷含量及其对土壤微生物群落的影响进行了研究,并通过测序研究了土壤微生物群落的结构。结果表明,矸石山及其周边自然表土的含水量较少,且十分相近;全磷和有机质含量普遍较高,p H呈中偏碱性;不同风化程度矸石山土壤砷含量对土壤微生物群落有显著的影响,不同砷污染负荷土壤中微生物群落的丰度存在差异;矸石山复垦年限不同,土壤理化性质会发生变化;土壤中砷含量的增高,对植物生长起关键作用的Gemmatimonas(甲烷单毛菌属)等微生物群落受到不同程度的抑制;Proteobacterium(变形菌门)具有较强的耐砷性;矸石山土壤特有的理化性质可为GASP-WA2W2_F11等微生物群落的演替创造了条件。     

我国近岸海域微生物源示踪监测技术的研发

通过对我国近岸海域陆源性非点源污染污染贡献率及其危害性剧增现状的分析,强调了在我国开展污染源示踪检测技术研发的必要性。在总结了国外治理非点源污染的经验———微生物源示踪技术研究和应用现状的基础上,介绍了我国近岸海域微生物源示踪检测技术研发的设计思想。从而阐明,传统的环境监测指标和方法已不能满足发展的需要,集监测、溯源和示踪为一体,适应于我国国情的近岸海域非点源污染源监测技术的研发势在必行。     

MBR和CAS工艺污泥在贫营养培养条件下的微生物群落结构研究

采用聚合酶链式-变性梯度凝胶电泳（PCR-DGGE）技术,研究了膜生物反应器（MBR）和传统活性污泥工艺（CAS）反应器中微生物在贫营养条件下的总细菌群落结构.结果表明,在培养过程中,污泥的微生物种群经历了一个比较明显的变化过程,且以CAS污泥微生物种群的变化更为明显,演替过程中既有原始优势种群的消亡,又有新的优势种群...     

质粒基因强化活性污泥系统对2,4–D的降解

以携带质粒pJP4[含编码2,4-二氯苯氧基乙酸(2,4-D)降解功能的基因片段]的基因工程菌Pseudomonas putida SM1443::gfp2x (pJP4::dsRed)为供体菌,通过半连续流实验研究了质粒基因强化对活性污泥系统的2,4-D的降解效应及菌群结构的影响.结果表明,以初始浓度约为320mg/L的2,4-D为唯一碳源,向活性污泥系统投加携带pJP4质粒的基因工程菌P. putida,运行初期,降解促进作用不明显;随着半连续流反应的进行,促进作用显著增强.与对照系统相比,降解速率之差最高为6.67mg/(L·h).从基因强化系统中筛选到1株占有优势的接合子,经鉴定为Alcaligenes sp.::pJP4. Alcaligenes sp.本身不具备降解2,4-D的能力,获得质粒pJP4后,对2,4-D降解能力大幅度提高,与野生型2,4-D高效降解菌Bacillus sp.相当. PCR-DGGE分析表明,在受到2,4-D冲击条件下基因强化的活性污泥系统较对照系统保持了相对更加稳定的菌群结构.     

Human-, Ovine-, and Bovine-Specific Viral Source Tracking Tools to Discriminate Between the Major Fecal Sources in Agricultural Waters

This study evaluated the sources of fecal contamination in different river catchments, using a combination of microbial source tracking tools, for human, ruminant, ovine and bovine livestock, in order to define appropriate water management strategies. Every source of waterway pollution was evaluated in river water samples from one urban river catchment and two important farming regions in New Zealand. Fecal pollution was initially measured by testing Escherichia coli and evaluating the presence of human- and ruminant-associated DNA markers of Bacteroidales (BiAdo, BacHum-UCD, BacH, and BacR) and human and ruminant fecal sterols/stanols ratios. Then specific fecal pollution sources were assessed with previously reported quantitative PCR assays targeting human-, bovine-, and ovine-specific viruses: human adenoviruses (HAdV), human JC polyomaviruses, bovine polyomaviruses (BPyV), and ovine polyomaviruses (OPyV). High level of ruminant fecal contamination was detected all over the farming areas, whereas no ruminant sources were identified in the urban river sampling sites. BacR was the most frequently observed ruminant marker and OPyV and BPyV allowed the identification of ovine and bovine fecal sources. The human fecal viral marker (HAdV) was the most frequently observed human marker, highly abundant in the urban sites, and also present in farming areas. This is the first study using simultaneously the ovine and the bovine viral markers to identify and quantify both bovine and ovine fecal pollution.     

西江流域地表水微生物污染定量源解析

水体微生物污染标记物的源强特征是定量解析微生物污染来源的关键.应用实时荧光定量PCR（qPCR）技术分别对人源（qHS601F/qBac725R）、牛源（BacB2-590F/Bac708Rm）、猪源（Bac41F/Bac163R）及禽类（qC160F-HU/qBac265R-HU）特异性拟杆菌引物的源强特征进行了探索,并进一步对西江流域广东段进行微生物污染来源定量解析,结果表明：针对不同目标宿主,不同特异性拟杆菌引物的源强特征为人源（qHB） > 猪源（qPB） > 牛源（qRB） > 禽类（qCB）,DNA模板浓度对引物的源强特征影响较小.选取的目标研究区域水体普遍受到人、猪、牛及禽类粪便污染.干流中qHB、qCB及qPB自上游至下游缓慢升高.各支流中qHB、qCB及qPB的平均浓度较干流均上升了1个数量级,qRB在不同河段变化较小.说明下游河段的生活污水、猪源及禽类粪便污染较为严重,牛源污染的影响较小.统计分析显示在污染水平较高的各支流中,人源特异性拟杆菌引物与传统指示菌具有一定的相关性（P<0.05）,说明生活污水是传统指示菌浓度较高的主要原因,且为持续排放源.     

Dynamic changes of microbial community diversity in a photohydrogen producing reactor monitored by PCR-DGGE

A PCR-DGGE (denaturing gradient gel electrophoresis of polymerase chain reaction) protocol was used for monitoring the dynamic changes in the microbial population during photohydrogen production. Total DNA was extracted directly from the mixed bacterial community in the reactor and subjected to PCR with V3-16S rDNA and pufM gene primers, and the amplifications were then analyzed by DGGE. The DGGE patterns demonstrated the dynamics of community structure and the shift of microbial diversity, which correspond...     

有机污染源标志物的探讨及其研究意义

在分析广州市饮用水源水及自来水厂沉淀地底泥、市售洗衣粉、洗洁精等样品中有机污染物的基础上,探讨正构烷烃、藿烷、多环芳烃、苯基长链正构烷烃、长链烷基酚等化合物的污染源指示作用,由此探索判别污染源的特征性污染物（污染物标志物）,从而探讨广州市饮用水源水的污染源,这将对于评价水体污染状况、控制污染源排放等具有重要的现实意义。