藻际环境铁载体细菌的筛选及群体感应信号对其合成的调节作用

铁载体是海洋微生物获取铁元素的重要代谢因子，现有的一些研究推测海洋微生物铁代谢功能的发挥依赖群体效应，但海洋微生物群体行为的介导方式及其对铁载体功能的调节还未见揭示.为深入了解微生物的铁代谢特征，以藻际微生物为例，从中分离筛选产铁载体的细菌，并探讨群体感应信号（QS）对其合成的调控作用.利用稀释涂布法从甲藻赤潮样品中分离得到5株产铁载体的细菌，16Sr RNA基因序列鉴定为新鞘氨醇杆菌（Novosphingobium sp.）、鞘氨醇单胞菌（Sphingomonas sp.）、寡养单胞菌（Stenotrophomonas sp.）、嗜水气单胞菌（Aeromonas hydr ophi la）和根瘤菌（R hizobiumar enae）.铬天青S(CAS)检测法结合化学显色反应分析显示，细菌分泌的铁载体主要包括羧酸盐、异羟肟酸、儿茶酚和肠杆菌素.薄层色谱法（TLC）检测到4株细菌具有明显产群体感应信号的能力，信号分子主要为高丝氨酸内酯（AHLs）AHL-C8、AHL-C8-O以及AHL-10.为验证群体感应信号对铁载体的调节能力，以新鞘氨醇杆菌为代表构建AHL突变株，通过突变株与野生株...     

珊瑚共生细菌稳定性调节机制研究进展

珊瑚礁卓越的生态价值得益于共生系统的稳定与健康,而"珊瑚-微生物"共生体的平衡是维护珊瑚礁生态系统健康的重要基石.过去10年里针对共生体的稳定性调节机制进行了大量研究,取得了一些重要成果,并建立了"微生物-宿主-环境"三者之间的关系;但基于共生系统的复杂性,涉及的稳态调节机制复杂而多变,一些基础理论仍然有待达成共识.本文以珊瑚共生菌为重点,尝试梳理最新的研究进展,包括共生菌的组成,环境因子对共生菌群的影响,以及多重压力下(水温、光照、营养盐以及人类活动)的稳态调节类型,重点包括光合作用下的碳浓缩机制,时空异质性的微生物选择偏好、共生体的营养分配,以及群体感应信号介导下的调节过程等.最后从组学角度总结了稳态调节过程涉及的分子机制,如pH稳态钙化、能量代谢差异、氧化应激以及细胞色素P450家族基因的应答等.对今后的研究重点和可能方向也进行了提炼,包括研究维度的扩充(关注古菌)、新技术-新方法("拉曼光谱-组学-Nano时间飞行质谱"耦合)的应用以及生态模型的构建等.本综述旨在提升对珊瑚、细菌和环境之间互作关系的认识,增进对共生体微生态学机制的理解,可为珊瑚礁的生态健康和资源保护提供理论借鉴.(图2参117)     

群体感应信号分子对Pseudomonas aeruginosa PAO1生物膜结构及产电性能的影响

电活性生物膜(EAB)是微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)的重要组成部分.为揭示群体感应(quorum sensing,QS)信号分子在MFC中对EAB的响应机制,在MFC阳极室接种铜绿假单胞菌,添加两种QS信号分子(N-丁酰基高丝氨酸内酯C4-HSL和喹诺酮PQS),观察其对阳极生物膜形态、结构及MFC产电性能的影响.结果显示:添加终浓度为10μmol/L N-丁酰基高丝氨酸内酯、喹诺酮的MFC的驯化启动期分别比对照组缩短了290.33 h、169.9h,最高输出电压分别提高了18.18%、22.73%,MFC运行后期传质电阻分别减小了9.77Ω、15.15Ω,绿脓素含量分别提高了20.27%、24.32%;扫描电子显微镜(SEM)照片显示添加两种信号分子生物膜的生物量均多于对照组;激光扫描共聚焦显微镜(CLSM)照片显示添加QS信号分子可以明显增大阳极生物膜的厚度并改善活死细胞比例.本研究表明添加QS信号分子显著促进了产电菌Pseudomonas aeruginosa PAO1在MFC阳极表面的成膜速率,强化了其生物活性,提高了EAB与电极间的电子传递效率及MFC的产电性能.(图9参21)     

室温条件下油藏采出液微生物群落结构稳定性

获得准确的油藏微生物群落信息是开展油藏微生物工业化应用的重要前提.为了解油藏采出液脱离油藏环境后微生物群落结构的变化以及一个时间点的单次取样的代表性,利用目前最先进的高通量测序技术,对胜利油田油藏采出液室温放置5 d内的微生物群落结构以及连续5 d独立取样的同一油井水样间的微生物群落结构开展研究.结果显示,室内放置0-5 d过程中,细菌和古菌群落结构中的优势菌群没有发生明显改变,细菌的优势菌为热硫还原杆菌属(Thermodesulforhabdus)、无色杆菌属(Achromobacter)、沙雷氏菌(Serratia)以及一些未分类的细菌,古菌的优势菌为古生球菌属(Archaeoglobus)、产甲烷球菌属(Methanococcus)和甲烷鬃毛菌属(Methanosaeta).但是细菌和古菌的多样性存在逐渐降低的趋势,其中古菌多样性的变化比细菌更为明显.同时研究也证实同一口油井连续5 d独立取样的样品间,细菌和古菌群落结构中的优势菌群也没有发生较大的变化,与室内放置样品的优势菌属一致,多样性分析同样发现油藏内不同时间点古菌多样性的波动较细菌的大.本研究说明油藏采出液室温放置短期内优势菌群结构具有稳定性,一次取样的油水井样品具有阶段代表性,这可为高通量测序技术在油藏微生物群落结构解析中的应用提供重要理论支撑.     

白蚁肠道微生物多样性和作用研究进展

白蚁在热带森林系统碳循环和氮循环中起重要作用.白蚁肠道中的微生物包括原生生物、细菌、古菌和真菌,帮助白蚁消化食物.本文主要概括近年来白蚁肠道微生物多样性研究方面的新进展,介绍白蚁肠道微生物的组成和作用.白蚁种类繁多,根据其后肠内是否含有原生生物,分为低等白蚁和高等白蚁两大类群.不同白蚁食性不同,其肠道微生物的组成也不同.白蚁肠道微生物对于宿主具有重要的作用,帮助宿主分解木质纤维素,发酵产生乙酸、甲烷和氢气(中间产物),除此之外,在热带以土壤为食白蚁的腐殖质矿化作用有助于氮循环.白蚁与微生物的共生关系是目前较受关注的研究热点,不仅有助于人们了解白蚁共生菌群落间的互作及其与宿主间的关系,而且可能为工业生产纤维素乙醇提供潜在的方法.分离鉴定方法和高通量测序技术的发展将有助于进一步深入了解白蚁肠道微生物的结构组成和功能.     

不同C/N值下亚硝酸盐氧化菌和异养菌混合体系的微生物多样性

采用PCR-RFLP技术研究了不同C/N比下亚硝酸盐氧化菌及异养菌混合体系的微牛物多样性,并探讨了微生物菌群结构与其功能(硝化件能)的关系.C/N=0时,混合体系主要由自养菌和寡营养菌(85.1%)组成,包括亚硝酸盐氧化菌(NOB)、拟杆菌门、α-变形菌纲、浮霉菌门和绿色非硫细菌中的一些菌株.C/N=0.44时,混合体系中的自养菌减少,异养菌(主要是γ-变形菌纲的成员)大量出现.C/N=8.82时,γ-变形菌纲的菌株尤其是反硝化菌Pseudomonas sp.占主导(93.8%),与此同时,随着C/N升高,该混合体系的硝化性能也由专一的亚硝酸盐氧化过程转变为同时硝化反硝化过程.微生物菌群结构的转变较好地解释了其硝化性能的改变.本研究揭示了微生物菌群结构与其功能的内在联系,同时表明PCR-RFLP技术与化学分析相结合是研究微生物菌群结构与功能的有力工具.图3表2参13     

地衣芽孢杆菌Lan群体感应系统挖掘及鉴定

地衣芽孢杆菌（Bacillus licheniformis）是一种重要的工业菌株，但目前研究或生产中均主要应用野生型及其传统诱变衍生菌株，对调控认识不足和标准化生物元件缺乏严重限制了该菌株应用的拓展.为开发地衣芽孢杆菌新型调控、表达元件,本研究挖掘地衣芽孢杆菌内源群体感应（quorum sensing,QS）系统Lan QS系统，以荧光蛋白作为报告基因研究转录表达特性，并利用细胞密度无关的组成型启动子鉴定基因簇中调控元件功能.结果表明，lan基因簇与已报道的Agr QS系统具有一定同源性，lanC、lanA、lanB在16 h达到一定细胞密度后开启表达.其下游元件Ptr1启动子具有前期（5 h）表达极弱、后期（48 h）表达脉冲型增长的特性，荧光强度最高可达组成型强启动子Pshuttle-09的30倍；同时，Ptr1的表达依赖胞外信号分子，去除原有培养基后，后期（48 h）Ptr1荧光强度降为对照的30%. lanCBDA完整基因簇、lanC、lanBD和lanA的表达均使Ptr1高表达时期提前，其中lanC、lanA的效应最显著.综上所述，Lan QS系统为地衣芽孢杆菌内源QS系统，...     

不同地区成体大熊猫肠道微生物结构差异性及其与纤维素消化能力的相关性

肠道微生物对大熊猫的消化吸收和代谢免疫具有重要的意义.为了解上海、四川两地成体大熊猫肠道微生物结构的差异及其与消化纤维素能力的关系,对两地大熊猫肠道微生物多样性、纤维素酶活性以及两地环境差异、食物性质等进行分析,并对成体大熊猫肠道微生物性质与纤维素酶活性进行相关性分析.结果表明,上海成体大熊猫肠道菌群结构较四川成体大熊猫更加丰富,两地成体大熊猫肠道优势菌和特异性菌有较大差异.上海成体大熊猫具有更高的纤维素消化能力,这可能得益于其肠道中具有更丰富的细菌多样性和较丰富的芽孢杆菌属(Bacillus)及山野壳菌科未知菌属(Unclassified_f_Montagnulaceae).两地成体大熊猫肠道微生物多样性及消化纤维素能力的差异,可能是由食物性质、海拔等外在环境因素导致的.总体而言,不同地区成体大熊猫肠道微生物结构差异明显,且对大熊猫肠道的消化能力具有一定的影响.(图3表7参37)     

太湖梅梁湾附生细菌和游离细菌群落结构分析

细菌是浮游藻类群落结构重要的生物调节因子之一.采用PCR-DGGE技术研究太湖梅梁湾水域的菌群结构,主要分析水华发展阶段和暴发阶段该水域附生细菌和游离细菌的群落结构,以获得富营养化水体更丰富的微生态信息,探讨附生细菌和游离细菌在水华过程中可能具有的重要生态功能.结果表明,附生菌群结构简单,具有较高的时空稳定性,是水华发展阶段的优势菌群,其优势种群主要为α-proteobacteria和γ-proteobacteria;比较而言,游离菌群具有明显的时间差异性,水华发展阶段的种群多样性非常低,水华暴发阶段的则相当高,从而成为这一时期的优势菌群,以Actinobacteria和α-proteobacteria为主.此外,在水华发展与暴发阶段均发现淡水水体中较为罕见的SAR11种群,且这类细菌在附生菌群和游离菌群中均可检测到.     

长春市土壤重金属化学形态与土壤微生物群落结构的关系

采用样品采集、室内分析和多种数据统计方法相结合的方法,研究了长春市土壤重金属化学形态与土壤微生物群落结构的关系.结果表明:长春市土壤重金属(Pb、Cd、Cu、Zn和Ni)不同化学形态对土壤微生物群落结构影响明显不同,碳酸盐结合态的Pb和Ni对放线菌的生长繁殖具有刺激作用,碳酸盐结合态Zn对细菌的生长繁殖具有刺激作用,铁锰氧化物结合态和有机结合态的Zn与有机结合态Cu对细菌、放线菌的生长繁殖具有刺激作用.土壤理化性质对重金属化学形态与微生物群落结构之间的关系影响很大,其掩盖了土壤重金属化学形态对土壤微生物群落结构特征的影响,有机质含量、电导率、阳离子交换量掩盖了重金属化学形态对细菌、放线菌和微生物总数的影响.自然含水率掩盖了重金属化学形态对多样性指数的影响.采用重金属的化学形态评价重金属对土壤微生物参数的影响更合理,而且在确定评价长春市土壤重金属污染状况指标时,应该剔除土壤理化性质的影响.选择有机结合态Cu、铁锰氧化物结合态Zn与微生物群落多样性指数相结合来评价长春城市土壤重金属Cu和Zn的污染状况.     

青霉素对土壤微生物群落结构的影响

利用Biolog-ECO技术分析不同青霉素浓度处理下土壤微生物的群落代谢活性及结构多样性,利用变性梯度凝胶电泳(denaturing gradient gel electrophoresis,DGGE)技术分析典型微生物群落结构变化情况,探讨青霉素对土壤微生物群落的生态毒理效应。主成分分析(PCA)结果表明,高浓度青霉素(400和800 mg·kg-1)处理能快速诱导土壤中以酚酸类化合物为碳源的微生物菌群富集。DGGE结果显示,在高浓度青霉素(800 mg·kg-1)胁迫初期,土壤中微生物多样性指数(Shannon-Wiener index)显著降低(P0.05);7 d后,主要微生物群落结构随土壤中青霉素降解又逐渐恢复。     

非稳态条件下藻类种间非生物资源竞争理论及研究进展

从理论及实验研究的角度论述了藻类非稳态种间资源竞争研究进展。实验室内稳态条件下的竞争理论得到了大量实验验证,由于自然水体处于非稳状态,非稳态条件下藻类种间资源竞争日益成为藻类水华形成机制研究的重点。主要理论包括Tilman的R*法则和资源比假说,Grover的拾遗者-机会主义者交替竞争假说(VIS),中度干扰假说(IDH)及关键光强(CLIH)假说。这些假说的提出丰富了藻类资源竞争的理论体系,为研究自然状态下藻类增殖和竞争行为奠定理论基础。今后的藻类种间资源竞争的研究重点为非稳态下物理条件变化以及物理、化学和生物资源共同变化下藻类种间关系及生物多样性的研究。     

木质纤维素沼气体系中共培养菌群形成及适应性变化研究进展

木质纤维素沼气化是生物能源领域最具潜力的技术之一,需要各功能菌群的协同作用和调控.本文综述了水解菌群、丙酸和丁酸互营氧化菌群以及乙酸产甲烷中各类菌群的协同效能.在水解阶段,厌氧真菌与嗜氢甲烷菌、纤维素降解菌和耗氢菌形成互利菌群后,代谢途径发生改变,实现了NAD+的再生,提高了水解效率;水解菌与非水解菌通过功能互补、抑制解除方式发挥作用.丙酸和丁酸互营氧化菌群形成后,适应性变化主要体现在种间距离缩短,电子转移加快及相关基因表达水平提高等方面.高温、高乙酸及高氨氮条件下,乙酸互营氧化产甲烷途径增强,使代谢途径更加灵活.未来菌群研究可从群体感应信号和基因水平转移两方面展开:借助调控因子,结合基因和蛋白质组学等手段深入研究群体感应信号在功能菌群形成中的作用;在菌群的适应性机理方面,通过组学分析来揭示基因水平转移在菌群适应性变化及系统进化中的意义,以便为重塑菌群结构和功能改造提供理论支持.     

16S rDNA克隆文库解析江汉平原高砷地下水系统中的细菌多样性

为研究江汉平原高砷地下水系统中细菌多样性和种群结构,以2011年11月采自江汉平原仙桃市沙湖镇高砷含水层沉积物为研究对象,沉积物采自同一50m钻井,分别选取埋深9.9～10.1m和15.7～16.0m样品。提取沉积物中总DNA,采用16SrDNA克隆文库方法,分析高砷含水层沉积物中土壤细菌的多样性。结果发现,伯克氏菌目(Burkholderiales)、假单胞杆菌目(Pseudomonadales)和肠杆菌目(Enterobacteriales)构成了高砷系统中抗砷的优势菌群。结果表明,高砷含水层中生活有大量微生物,这些微生物在砷的地球化学循环中扮演着重要角色。     

黄土丘陵区不同土地利用方式土壤微生物功能多样性特征

土壤微生物是生态系统的重要组成部分,分析黄土丘陵区小流域不同土地利用方式土壤微生物功能多样性变化状况以及与土壤化学因子间的关系,以期为区域土壤微生物研究以及生态环境监测提供一定的参考依据。采集区域主要土地利用类型土样38份,采用生态板(Biolog-ECO)方法测定不同土地利用方式土壤微生物利用碳源的状况,利用主成分综合评价和相关系数等方法,分析不同土地利用方式土壤微生物功能多样性,以及平均吸光值、多样性指数、6类碳源和土壤化学因子的关系;结果表明:(1)土壤微生物平均吸光值随着培养时间的延长,微生物活性呈现直线增加趋势,土壤微生物功能多样性从表层到底层呈现递减趋势;(2)土壤微生物功能多样性总体趋势为林地天然草地耕地,苜蓿地土壤微生物功能多样性不同层次间变异大;(3)土壤全量氮、有机质、速效磷和速效氮对土壤微生物功能多样性具有显著影响。不同土地利用方式以及相同利用方式下不同措施土壤微生物功能多样性变化较大,Biolog-ECO技术可以作为生态环境监测的指标。     

基于高通量测序技术研究成年大熊猫肠道菌群

选取6只成年健康大熊猫(Ailuropoda melanoleuca)、1只成年亚健康大熊猫,基于高通量测序技术,测定其肠道内细菌及真菌组成,研究性别和健康状况对成年大熊猫肠道微生物的影响,分析不同年龄段大熊猫肠道菌群的差异.结果表明,在门水平,成年大熊猫肠道内细菌主要为Proteobacteria和Firmicutes,真菌主要为Ascomycota和Basidiomycota.在属水平,成年大熊猫肠道细菌为Escherichia、Streptococcus、Clostridium及Leuconostoc,真菌为Humicola.雌性和雄性大熊猫肠道菌群没有显著性差异(P0.05),健康大熊猫肠道细菌Esherichia、Clostridium(53.33%、1.10%)的含量比亚健康大熊猫(2.48%、0.00%)高,Streptococcus(22.88%)的含量比亚健康大熊猫(48.15%)低,健康大熊猫肠道真菌的多样性高于亚健康大熊猫.与文献比较发现,大熊猫肠道内菌群多样性为成年老年亚成体,随年龄增长,成年时Streptococcus(22.88%)、Leuconostoc(2.97%)和Clostridium(1.10%)的含量升高,Shigella(6.25%)和Citrobater(2.50%)的含量降低,老年时Weissella(16.67%)的含量升高,Leuconostoc(2.97%)和Clostridium(1.10%)的含量降低.本研究结果表明身体健康状况和年龄对大熊猫肠道微生物菌群结构组成有影响,成年大熊猫性别对肠道菌群没有影响.     

长期定位施肥对土壤生理转化菌群的影响

针对哈尔滨黑土28 a长期定位施肥现状进行土壤生理转化菌群测试分析,采用稀释平板法和MPN法测定不同施肥处理土壤的微生物各生理群的数量.结果表明:施肥处理的土壤微生物多样性指数最高,微生物种类多,群落结构较复杂,同不施肥处理之间的土壤微生物群落结构组成存在显著差异.     

溶藻菌对受污染水源水除藻及脱氮特性研究

针对我国水源地藻类污染日趋严重等问题,利用前期分离获得的溶藻菌Streptomyces sp.HJC-D1研究固定化微生物技术强化污染水源水除藻以及脱氮性能。结果表明,对照组和试验组的水体叶绿素a平均去除率分别为（71.66±5.35）%和（80.94±4.36）%,NH4＋—N的平均去除率为（77.76±2.83）%和（72.36±3.18）%,而高锰酸盐指数（CODMn）平均去除率为（24.99±1.52）%和（18.74±1.38）%;不同曝气条件的影响研究发现,曝气/停曝时间比2：4、曝气量60 L.h-1工况下,系统CODMn和NH4＋—N去除率均有所提高,相比对照组NO3-—N积累更为明显;水力停留时间（HRT）变化对系统NH4＋—N、CODMn等的去除影响不大,但缩短HRT时叶绿素a去除率有所降低;分析反应器内填料表面微生物相发现,试验组填料表面有溶藻菌富集,推测对照组除藻主要通过填料对藻类的吸附去除,而试验组则是藻类吸附在填料表面后通过溶藻微生物实现藻类去除。     

生物吸附/A~2O组合工艺处理城市污水效能及其微生物群落结构

采用生物吸附/厌氧-缺氧-好氧(Anaerobic-anoxic-oxic,A~2O)组合工艺处理城市污水,考察碳源投加前后两个阶段对污水处理性能的影响并解析反应器内微生物菌群结构.结果表明:由于生物吸附段的絮凝吸附作用截留了部分无机颗粒物和有机物,导致后续A~2O段缺少碳源,系统脱氮除磷效果较差.为提高出水水质,将优质碳源投加到后续A~2O段中,改善A~2O段碳源环境,出水水质明显提高,进水化学需氧量(Chemical oxygen demand,COD)、氨氮(Ammonia nitrogen,NH_4~+-N)、总氮(Total nitrogen,TN)和总磷(Total phosphorus,TP)平均去除率分别达到88%、96.9%、93.9%和92.1%,其中TN实现超低排放,出水浓度低至4.2 mg/L.通过16S r DNA基因序列分析,发现生物吸附段微生物群落多样性最丰富,A~2O段中优势菌群突出,其优势菌为脱氯单胞菌属(Dechloromonas)、黄杆菌属(Flavobacterium)和动胶菌属(Zoogloea).同时各反应器中活性污泥菌群相似性较高,但由于环境及操作条件的不同导致微生物菌群结构仍存在差异,使生物吸附段和A~2O段的各自功能得到强化,有效保证了系统稳定的脱氮除磷效果.     

缢蛏6个群体遗传结构的ISSR分析

采用ISSR分子标记对采自福建宁德(ND)、浙江台州(TZ)、上海崇明(CM)、山东海阳(HY)、天津汉沽(HG)和辽宁庄河(ZH)的缢蛏6个野生群体进行遗传多样性和遗传关系分析.筛选出10条ISSR引物对6个群体共216个样品进行扩增,共得到138个清晰的扩增位点,其中多态性位点135个,多态位点百分率为97.83%,在物种水平上的遗传多样性较为丰富.群体遗传多样性分析结果表明,6个群体的多态位点百分率在61.59%～72.46%之间,基因多样性指数和Shannon's信息指数分别在0.104 3～0.176 6和0.178 9～0.280 8之间,其中ND群体的多样性指数最低.群体间遗传分化、遗传距离和聚类结构显示,ND群体和TZ群体亲缘关系最近,首先聚为一支,之后依次与CM群体及HG群体和HY群体聚类,最后与ZH群体聚在一起,表明地理位置较远的群体,遗传距离也较远.