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 .     

用于分子生态学研究的堆肥DNA提取方法

分子生态学为堆肥微生物的研究提供了新的技术手段,DNA的提取是该技术的基础,但由于腐殖酸类物质的污染,增加了堆肥微生物总DNA的提取难度.采用了3种不同的方法(溶菌酶法、超声波破碎法和蛋白酶K-CTAB法)从堆肥中提取微生物的总DNA,使用核酸和蛋白质分析仪检测后表明3种提取方法获得的DNA产量均较高;琼脂糖凝胶电泳结果表明其长度约为23 kb;使用细菌16S rRNA基因通用引物(27F和1 495R)对总DNA进行PCR扩增,都获得了几乎全长的16S rDNA序列(约1.5 kb);利用限制性内切酶(Hae Ⅲ和AluⅠ)对纯化后的PCR产物进行RFLP分析,结果表明3种方法提取的DNA反映了比较一致的微生物多样性.虽然3种方法各有优缺点,但其提取的DNA都可以用于堆肥微生物的分子生态学研究,可以根据实际需要选用某一种方法用于提取堆肥总DNA.     

PCR-DGGE研究处理垃圾渗滤液序批式生物膜反应器(SBBR)中的细菌多样性

为了研究序批式生物膜反应器中的细菌多样性及其脱氮的微生物学机理,为工艺改进提供依据,从同步高效去除垃圾渗滤液中高氨氮和高COD的SBBR生物膜和渗滤液原水中采集微生物样品并提取微生物总DNA,使用细菌通用引物对（GC341F/907R）从总DNA中成功扩增出目标16S rDNA片段,然后对扩增的16S rDNA进行DGGE,对凝胶染色并进行条带统计分析和切胶测序,使用序列数据进行同源性分析并建立了系统发育树.结果表明,该驯化后的SBBR生物膜和渗滤液原水中都有比较丰富的细菌多样性,驯化的生物膜细菌主要来自渗滤液原水,而且生物膜细菌在反应器正常运行时不会出现明显的群落结构变化;在该SBBR中有多种硝化细菌与反硝化细菌、好氧反硝化细菌和厌氧氨氧化细菌共存,说明该反应器中可能同时存在全程硝化反硝化、同步硝化反硝化和厌氧氨氧化3种脱氮方式.研究结果为SBBR脱氮微生物机理研究提供了一些有价值的参考依据.     

内循环UASB中微生物群落多样性分析研究

应用聚合酶链式反应(polymerase chajn reaction,PCR)结合变形梯度凝胶电泳(denature gadient gel elecophoresis,DGGE)技术对内循环UASB反应器内活性污泥的微生物多样性进行分析。通过OMEGA试剂盒的方式提取活性污泥中微生物的基因组DNA,以细菌通用引物进行16S rDNA基因V3高变异区域PCR扩增,再将PCR产物(约200bp)进行变性梯度凝胶电泳分离(变形梯度为30%⁶0%),从而获得表征污泥样中微生物群落特征的DNA指纹图谱。借助Quantity One软件对不同污泥样进行多样性分析。研究表明,内循环UASB反应器内不同取样口取得的活性污泥虽有着共同的和不同的微生物种属,但DGGE图谱中多为共同带,少有特征带,污泥样品间的相似性很高、微生物群落多样性基本一致。反应器内污泥混合均匀、微生物种类丰富,反应器运行稳定且有很强的抗冲击能力。     

一种高效提取焦化废水活性污泥总DNA的方法

对焦化废水活性污泥中微生物建立高质量的总DNA提取方法是开展分子生态学研究的重要前提.通过反复冻融-蛋白酶K-SDS、溶菌酶-反复冻融-SDS及溶菌酶-反复冻融-蛋白酶K-SDS这3种综合方法对焦化废水活性污泥总DNA进行提取,以OD260/OD280、OD260/OD230、产率、片段完整性、片段大小5个指标来评价样品总DNA的提取效果.结果表明,溶菌酶-反复冻融-蛋白酶K-SDS法所提取的总DNA的OD260/OD280值约为1.8,产率为1.90～16.30 μg·g-1,片断完整性好,主带清晰,大小约为23 kb,其PCR反应抑制物少,能够直接进行16S rRNA基因的PCR扩增.溶菌酶-反复冻融-蛋白酶K-SDS法能够为焦化废水活性污泥中微生物的分子生态学研究提供高质量的总DNA.     

典型水稻土微生物RNA的提取方法比较

采用4种方法分别提取和纯化2种典型土壤微生物RNA(水稻土和旱地土),并对RNA产量和质量进行比较评价.结果表明,方法1用液氮研磨法提取的RNA提取量最高,但需要纯化后才能满足RT-PCR等后续分子生物学要求;方法2用玻璃珠破碎法提取的RNA提取量稍低,但RNA纯度较高,可以直接用于RT-PCR等后续实验;方法3用试剂盒提取的RNA纯度高,但提取量最低,成本高,且对土壤样品有选择性;方法4未能提出供试土壤的微生物RNA.选择RNA提取效果较好的方法1和方法2并应用于3种典型水稻土(紫潮泥、红黄泥、麻沙泥),结果表明,这2种方法也适合于这3种水稻土微生物RNA的提取.     

活性污泥高质量RNA快速提取方法研究

通过比较RNA产量、纯度、降解程度、特定基因的扩增能力、微生物多样性等评价指标,考察和探讨了5种不同RNA提取方法对活性污泥总RNA提取效果的影响并最终建立了一种快速、有效的活性污泥RNA提取方法,即在TENP和PBS洗涤沉淀污泥的基础上,分别采用溶菌酶和TRIzol裂解活性污泥细菌、氯仿去除细菌裂解液中的蛋白和大部分DNA、异丙醇沉淀核酸和DNase I水解残留DNA后,最后进一步用离心柱纯化RNA.结果表明,这种方法可以有效提取高质量的菌群RNA,不仅提取的RNA总量多(每g污泥可提取169.6μg RNA)、纯度高、降解程度低、完整性好、具有丰富的生物多样性,而且可同时进行16SrRNA和amoA基因的RT-PCR扩增反应;与其它方法相比,性价比高,具有明显的优越性,适用于活性污泥RNA的大量提取,同时,T-RFLP结果证明RNA提取方法对分析样品的微生物种类和丰度分析结果影响较大,不同的RNA提取方法所获得的微生物群落基因多样性及其种类、丰度均不同.本研究建立了一种快速、有效的高质量RNA提取方法,将在监测活性污泥菌群动态变化、菌群代谢功能学、微生物群落芯片等研究上具有重要意义.     

海洋沉积物中细菌DNA和RNA水平群落差异

海洋沉积物中的微生物在生物地球化学循环中具有重要作用.目前,细菌群落的研究多基于16S rRNA基因(DNA)展开,但DNA不仅包括活性微生物DNA也包括非活性微生物DNA,而RNA水平则可表征环境中具有活性的微生物种群.本研究采用荧光定量PCR和Illumina高通量测序技术,在DNA和RNA水平上研究了渤海和南黄海表层沉积物中细菌群落结构.结果表明,细菌DNA基因丰度比RNA基因丰度高1～2个数量级,DNA水平群落多样性高于RNA水平,二者群落结构差异显著.沉积物中的细菌具有活跃的化能异养、硫酸盐还原和硝化作用.基于16S rRNA基因的测序在探索微生物群落功能时可能会误判重要的功能微生物,总细菌群落中的"稀有生物圈"可能包含转录活跃者,发挥着重要的生物地球化学作用.总体而言,在分析来自稳定沉积环境的细菌群落结构时,基于16S rRNA的研究更能反映真实的生态状况.     

高氨氮废水与城市生活污水短程硝化系统菌群比较

短程硝化是污水脱氮工艺中的重要环节,系统中的菌群结构决定了其处理效果.为探讨短程硝化系统中的微生物对不同污水的适应性,利用细菌16S rDNA克隆文库、磷脂脂肪酸(PLFA)和定量PCR分析方法对高氨氮废水和城市生活污水短程硝化系统中活性污泥的细菌群落结构、总体微生物的多样性以及功能微生物进行了比较.克隆文库结果表明两个系统中细菌群落结构明显不同,城市生活污水中细菌种类更丰富,但两个系统的优势菌群都属于变形菌门(Proteobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidete).磷脂脂肪酸分析结果显示高氨氮废水短程硝化系统中微生物多样性指数和均匀度指数明显低于城市生活污水.定量PCR结果表明,高氨氮废水短程硝化系统中氨氧化菌(AOB)与亚硝酸盐氧化菌(NOB)的数量都多于城市生活污水短程硝化系统;高氨氮废水短程硝化系统中AOB比NOB高3个数量级,而城市生活污水短程硝化系统中AOB比NOB高2个数量级.     

高浓度硝酸盐对城市污水活性污泥中微生态种群结构的影响

研究了城市污水处理系统中微生态种群结构在无机培养基和基础培养基条件下受到无机硝酸盐冲击的情况,并分析了微生物群落结构及行为特征．利用分子生物学技术直接从活性污泥样品中提取DNA,对16S rDNAV3区进行PCR扩增,结合DGGE(变性浓度梯度凝胶电泳)分析活性污泥中微生物种群结构．测定了活性污泥中部分菌种的16S rDNAV3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,初步确定了部分细菌的属．在受到高浓度硝酸根离子冲击时,城市污水处理系统微生态种群结构在尽可能保持原有微生物多样性的同时,会及时改变菌群结构以尽快适应新的环境条件．     

Purification of total DNA extracted from activated sludge

Purification of the total DNA extracted from activated sludge samples was studied. The effects of extraction buffers and lysis treatments (lysozyme, sodium dodecyl sulfate (SDS), sonication, mechanical mill and thermal shock) on yield and purity of the total DNA extracted from activated sludge were investigated. It was found that SDS and mechanical mill were the most effective ways for cell lysis, and both gave the highest DNA yields, while by SDS and thermal shock, the purest DNA extract could be obtained. The combination of SDS with other lysis treatment, such as sonication and thermal shock, could apparently increase the DNA yields but also result in severe shearing. For the purification of the crude DNA extract, polyvinyl polypyrrolidone was used for the removal of humic contaminants. Cetyltrimethyl ammonium bromide, potassium acetate and phenol/chloroform were used to remove proteins and polysaccharides from crude DNA. Crude DNA was further purified by isopropanol precipitation. Thus, a suitable protocol was proposed for DNA extraction, yielding about 49.9 mg (total DNA)/g volatile suspended solids, and the DNA extracts were successfully used in PCR amplifications for 16S rDNA and 16S rDNA V3 region. The PCR products of 16S rDNA V3 region allowed the DGGE analysis (denatured gradient gel electrophoresis) to be possible.     

重金属复合污染农田土壤的微生物群落遗传多样性研究

采集了浙江省富阳市环山乡某冶炼厂小高炉附近受铜、锌、铅、镉不同程度复合污染的4个农田土壤样品，首先扩增土壤总DNA中的16S rDNA，然后进行变性梯度凝胶电泳(Denaturing Gradient Gel Electrophoresis)，分析了长期受重金属复合污染的农田土壤的微生物群落遗传多样性变化．结果表明，不同程度的重金属复合污染明显改变了农田土壤的微生物群落遗传多样性，但与多样性的改变不是简单的负相关关系，最大的多样性指数出现在中等污染程度的土壤中．     

1株咔唑降解菌的分离、鉴定及其降解特性研究

利用微生物分离技术,从土壤中分离到1株咔唑降解菌KH-6.菌株KH-6能够以咔唑为唯一的碳源和能源良好地生长,同时还可以利用3-甲基咔唑、4-羟基咔唑和2,2′-二羟基联苯生长.经过对其形态特征、生理生化、以及16S rDNA序列分析,初步鉴定为黄杆菌属细菌.该菌株对咔唑的降解性是通过在液体培养基内菌体的增加及底物的减少来证实的,其利用咔唑生长的最适温度和pH分别为30℃和7.5.静止细胞反应试验表明,菌株KH-6除了咔唑以外还可降解其它杂环化合物.咔唑污染土壤中的生物降解实验表明,在灭菌土壤中90%的咔唑被降解,菌株KH-6对土壤中的咔唑有很好的生物降解效果.     

基于分子技术的1株产毒藻藻际细菌多样性分析

采用构建16S rDNA克隆文库的方法,对实验室保存的1株产毒塔玛亚历山大藻在不同时期的藻际细菌群落多样性进行了分析.限制性片段长度多态性(restriction fragment length polymorphism,RFLP)结果表明,塔玛亚历山大藻藻际微生物的16S rDNA克隆文库中的克隆子总共可分为 34 种基因型,选取各谱型的代表克隆子测定其16S rDNA片段核苷酸序列,将所获得的序列与GenBank数据库进行BLAST比对,结果表明所有基因型分属于2个细菌类群：变形细菌门(Proteobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes).在延滞期的藻培养液中,α-Proteobacteria占36.4%,β-Proteobacteria占9.1%,γ-Proteobacteria占27.3%,拟杆菌门(Bacteroidetes)占27.3%;在指数后期的培养液中,α-Proteobacteria占53.3%,β-Proteobacteria占13.3%,γ-Proteobacteria占6.7%,拟杆菌门(Bacteroidetes)占26.7%; 在稳定期的培养液中,α-Proteobacteria占47.8%,β-Proteobacteria占8.7%,γ-Proteobacteria占21.7%,δ-Proteobacteria占4.3%,拟杆菌门(Bacteroidetes)占17.4%;其中有不少克隆子与已知序列同源性低于 94%,表明塔玛亚历山大藻藻际环境中附着有新的未开发的微生物资源,这些细菌可能在微藻的生消过程中起着重要的调控作用,所以本研究结果在赤潮微生物调控中具有重要的理论意义和应用价值.     

Archaeal community structure along a gradient of petroleum contamination in saline-alkali soil

The impact of petroleum on archaeal community in salinealkali soils was investigated, which will expand the knowledge of the archaeal population involved in the natural attenuation of hydrocarbons in extreme environments.     

石油污染地下水中细菌多样性研究

采集了某废弃炼油厂的石油污染地下水样品,提取水中微生物总DNA,构建细菌16S rDNA克隆文库,并通过16S rDNA序列的系统发育分析,对样品中的细菌种群多样性以及群落结构进行了研究.结果表明,文库中阳性克隆的16S rDNA序列分属10个细菌类群,分别为γ-Proteobacteria(49.1%)、α-Proteobacteria(12.9%)、β-Proteobacteria(11.1%)、Bacteroidetes(9.2%)、Verrucomicrobia(6.7%)、Acidobacteria(2.5%)、δ-Proteobacteria(1.2%)、Actinobacteria(1.2%)、Planctomycetes(0.6%)、Unidentifiedbacteria(5.5%).在这一生态系统中,γ-Proteobacteria类细菌占据主导地位,接近50%,尤其是假单胞菌属(Pseudomonas)微生物在文库中的比例达35.6%.该石油污染地下水样品中细菌与许多其它已知的降解菌亲缘关系较近,如鞘胺醇单胞菌(Sphingomonas)、红球菌(Rhodococcus)和短波单胞菌(B...     

呼伦贝尔沙区土壤细菌群落结构与功能预测

以呼伦贝尔沙区裸沙地、草地、沙地樟子松（Pinus sylvestris var. mongolica）人工林和沙地樟子松天然林四种生境土壤为研究对象,采用野外调查、16S rRNA基因高通量测序和PICRUSt功能预测相结合的研究方法比较分析不同生境土壤细菌群落结构和潜在功能组成特征.结果显示：呼伦贝尔沙区沙地樟子松天然林土壤细菌多样性最高,人工林土壤细菌多样性最低,Shannon指数分别为（8.623±0.193）和（7.432±0.028）,不同生境土壤细菌alpha和beta多样性存在显著差异.草地、沙地樟子松人工林和天然林土壤中变形菌门（Proteobacteria）相对丰度最高,均值分别为29.83%±1.14%、34.73%±1.99%、31.95%±0.21%,裸沙地土壤放线菌门（Actinobacteria）相对丰度最高,均值为26.13%±0.43%.不同生境土壤细菌主要优势属为慢生根瘤菌属（Bradyrhizobium）、RB41,其相对丰度在四种生境中的均值分别为5.29%±2.24%、4.22%±1.23%.PICRUSt功能预测共得到6个一级功能层,40个二级功能层,土壤细菌功能较为丰富,土壤细菌群落在环境信息处理、代谢、遗传信息处理和有机系统方面功能活跃.沙地樟子松天然林核苷酸代谢、酶家族、氨基酸代谢、碳水化合物代谢功能基因较为丰富,保证了沙地樟子松天然林土壤细菌的存活,使其具有较高的多样性.呼伦贝尔沙区不同生境土壤细菌功能基因丰度波动,反映了四种生境的土壤细菌群落组成及多样性的变化,指示了不同生境功能基因对土壤细菌群落的影响规律,可为预测和理解沙区土壤细菌代谢潜力和功能提供参考借鉴.     

脱氮硫杆菌的分离鉴定和反硝化特性研究

从土壤中分离到1株高活性自养反硝化菌TD,并对其进行了鉴定和硝酸盐还原特性研究.该菌株为革兰氏阴性短杆菌,严格自养.16S rDNA序列分析表明.该菌株与ThiobaciUus denitrificans相似性为99.85%.结合生理生化特性和16S rDNA序列分析,确定菌株TD为脱氮硫杆菌.通过对该菌的生长特性和反硝化特性的研究表明,该菌在初始pH为6.85,32.8℃培养条件下脱氮效果最佳;在初始pH为6.90,29.5℃培养条件下生长最快.该菌生长比较缓慢,没有明显的稳定期,对数生长期阶段的反硝化能力最强,反硝化速率最快,达到了2.245 mg·(L·h)-1,在培养过程中培养基pH值明显下降.较高盐度对该菌株的反硝化活性有抑制作用.该菌株的急性毒性实验结果显示,脱氮硫杆菌对健康鱼体几乎无毒,属于无毒性菌株.     

典型岩溶土壤微生物丰度与多样性及其对碳循环的指示意义

探讨土壤微生物指标的变化规律,用于揭示其在岩溶土壤碳循环中的指示意义.以桂林岩溶试验场洼地、坡地和垭口这3种岩溶地貌形态下的剖面(0~10、10~20、20~30cm)土壤为研究对象,采用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCRDGGE)和荧光定量PCR相结合的方法,分析这个典型岩溶土壤剖面中的微生物多样性和丰度变化.数据显示,16S rRNA最高丰度出现在洼地,为1.32×1011拷贝·g-1,而18S rRNA最高丰度出现在垭口,为1.12×1010拷贝·g-1;洼地和垭口剖面的16S rRNA丰度随着深度的增加而降低,3种岩溶地貌形态的18S rRNA丰度均随着剖面深度的增加而降低,与土壤有机碳质量分数的变化趋势一致.但是,在3种岩溶地貌形态中,3个16S rRNA和6个18S rRNA的多样性指数均随土壤剖面深度的增加而增大.由于16S rRNA和18S rRNA的多样性与丰度和土壤有机碳之间总体上表现出相反的变化趋势,说明微生物丰度指标在土壤碳循环中的指示意义比微生物多样性指数更重要.