我国蚕豆根瘤菌的多样性和系统发育研究

采用数值分类、16S rDNA PCR-RFLP、IGS PCR-RFLP等方法对分离自我国11个省的50株蚕豆根瘤菌及11株参比菌株进行了表型测定和遗传型研究,同时对5株蚕豆根瘤菌的代表菌株进行了16S rDNA全序列测定.表型测定的结果表明,在80%的相似水平上供试菌株分为4个群,各群间存在地区交叉;16S rDNA PCR-RFLP的聚类结果与数值分类的聚类结果有很好的一致性;IGSRFLP反映的多样性更明显,形成的遗传群较多,可用于菌株间的鉴别.实验结果表明我国蚕豆根瘤菌具有极大的表型多样性和遗传多样性.系统发育研究结果表明,蚕豆根瘤菌的代表菌株均位于快生根瘤菌属(Rhizobium)系统发育分支,与R.leguminosarum USDA2370的全序列相似性达99.9%,说明蚕豆根瘤菌属于Rhizobium,系豌豆根瘤菌的一个生物型.图4表3参12     

四川攀西干热河谷区根瘤菌的多样性研究

采用数值分类、BOXAIR-PCR和16S rDNA PCR-RFLP方法,对分离自四川攀西干热河谷区11种豆科植物上的43株根瘤菌的表型和遗传多样性进行了研究.数值分类结果表明,攀西地区根瘤菌具有极大的表型性状多样性,在80%相似性水平上绝大多数供试菌株单独成群,能耐60℃(10min处理)的高温,在低温(10℃)或者低pH(4.0)条件下生长很差.与数值分类结果相比较,BOXAIR-PCR的分群结果更分散,说明供试菌株在遗传性状上也具有多样性.在数值分群基础上,选取15个代表菌株进行16S rDNA PCR-RFLP分析.结果表明,供试的15株代表菌株遗传差异明显,仅CCBAU61224与Rhizobium leguminosarum USDA2370T,CCBAU61303与Agrobacterium tumerfacienseIAM13129T具有相同的遗传图谱类型.数值分类和16S rDNA PCR-RFLP分析具有较好的一致性,BOXAIR-PCR适合于对根瘤菌种内菌株间的遗传多样性研究.图4表2参21     

饭豆(Vigna umbellata L.)根瘤菌的分离及多样性

从生长在湖北省几种不同土壤中两类饭豆(Vigna umbellata L.)的根瘤中分离、纯化并通过结瘤试验筛选出26株饭豆根瘤菌；对这些菌株和来自其它种属的8个参比菌株的培养特性、生长速度、耐酸碱性、生长最终pH值、耐盐性、天然抗药性、碳源和氮源的利用及部分快生型菌株质粒图谱进行了系统的比较研究，并通过聚类分析得到数值分类树状图谱。结果发现，分离自不同类型土壤中的饭豆根瘤菌具有较大的多样性，在77％的相似水平上，形成了三大类群，群Ⅰ为慢生型菌群，群Ⅱ与群Ⅲ为快生型菌群，在80％相似水平上各群又可进一步划分为不同亚群，而且亚群中部分菌株的相似性与地理来源有相关性。图2表4参13。     

紫云英根瘤菌的系统发育多样性

在筛选根瘤菌与不同紫云英品种高效结瘤的基础上,通过16S rRNA基因序列分析,对13株共生结瘤效果好的菌种进行了系统发育研究.结果表明,13株菌属于3个主要聚类群,分别与Mesorhizobium、Agrobacterium和Stenotrophomonas亲缘关系最为接近,种类多样性较为丰富;其中编号为ACCC13065株的菌株与S.rhizophila16S rDNA序列相似性为100%,位于γ-变形菌纲,这是除α-变形亚纲、β-变形亚纲外所发现的一类新的根瘤菌类型.     

DNA同源性分析最终确定新疆中华根瘤菌（Sinorhizobium xinjiangensis）为一独立种

针对S.xinjiangensis分类地位的争议，从新疆再次分离获得34株快生大豆根瘤菌，在16SrDNAPCR-RFLP分析和SDS全细胞蛋白电泳分群的基础上，进行了16SrDNA全序列相似性和DNA同源性分析.所测4个菌株和S.fredii模式菌株USDA205的16SrDNA全序列有很高的相似性.而DNA同源性分析说明新分离的菌株代表与原定的S.xinjiangensis为一个DNA同源群.其模式菌株CCBAU110与S.fredii的2株参比菌株USDA194、2048之间的DNA同源性分别为31.5%和28.7%.S.fredii的模式菌株USDA205与新分离的菌株代表及原定的S.xinjiangensis的模式菌株和2个参比菌株之间的DNA同源性为20.8%～39%，远低于70%.属于种水平上的差异.按照国际细菌分类委员会以DNA同源性≥70%且△Tm≤5℃作为定种的标准，S.xinjiangensis是Sinorhizobium属中不同于S.fredii的一个独立的种.表3参20     

慢生根瘤菌交叉结瘤及其系统发育关系的研究

选用包括6株花往根瘤菌[Bradyrhizobium sp.(Arachis)]在内的13株慢生根瘤菌，进行了6种豆科植物结瘤试验及共系统发育分析。研究结果表明，慢生根瘤菌与试验的豆科宿主植物间普遍存在交叉结瘤，还发现有些菌株在原宿主外的豆科植物根部形成类根瘤的现象。16S rDNA和23S rDNA的PCR－RFLP分析揭示出这些菌株rDNA基因的差异性，不同宿主来源的慢生根瘤菌株可以同属一个rDNA类型，而从同一宿主中分离的根瘤菌菌株可分属多种不同的rDNA类型，研究结果表明，采用rDNA PCR-RFLP等遗传背景分析的手段，可能筛选出广谱的根瘤菌力株，表4参8。     

根瘤菌新类群的全细胞蛋白电泳及16S rDNA全序列分析

应用ＳＤＳ全细胞蛋白电泳技术对根瘤菌３个新类群进行聚类分析，并对３个新类群中心菌株的１６Ｓ ｒＤＮＡ全序列（Ｍｒ≈１．５ｋｂ）进行了测定。将所测序列与ＥＭＢＬ／ＢａｎｋＩＴ／ＤＤＢＪ资料库中根瘤菌及相关菌已知种的１６Ｓ ｒＤＮＡ全序列进行聚类比较，得到系统发育树状图，树状图中，菌株ＳＨ２２６２３和ＳＨ１９３１２与山羊豆根瘤菌、葡萄土壤杆菌、根癌土壤杆菌和悬钩子土壤杆菌在同一个分支上，彼此亲缘关系较     

豆科树种刺槐、黄檀、合欢根瘤菌的数值分类及16S rDNA-PCR RFLP研究

测定了从豆科树种刺槐、黄檀、合欢根瘤中分离获得的51个菌株与18株参比菌株的唯一碳源、氮源利用，抗生素抗性，耐逆性和酶活性等132个表型性状，并用MINTS软件进行聚类分析，结果表明，全部供试菌株在59％的相似性水平上分为两大群：一个各为慢生菌群，另一群为快生和中慢生菌群，在85.1%的相似性水平上分为5个亚群，其中亚群4不与任何已知参比菌株聚在一起，可能为新种。同时，表型性状测定结果发现某些菌株对抗生素（300μg／mL）、温度（40℃）有较强抗性，大多数菌株能在较宽的pH值范围内生长（pH5-12），这些具有抗逆特性的菌株为我国西部大中种植豆科植物接种适宜的根瘤菌提供了宝贵的种质资源，在数值分类的基础上，又对47株菌进行了16S rD-NA-PCR RFLP分析，经SPSS软件聚类后，划分为7个亚群，在较大类群的划分上，与数值分类的结果有较好的一致性，16S rDNA-PCR RFLP遗传图谱共有30种类型。表型及遗传型分析结果表明，豆科树种根瘤菌具有极大的多样性，图2表2参14。     

澳洲野生稻(Oryza australiensis)内生固氮菌的分子鉴定及发育分析

采用两种无氮培养基经平板划线法共分离筛选到澳洲野生稻(Oryza australiensis)45株内生固氮菌.利用全细胞蛋白电泳和插入序列指纹图谱对获得的内生固氮菌进行聚类分析,将其分为8个类群.其中类群Ⅰ有10株菌,类群Ⅱ为4株菌,类群Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ均为3株菌,类群Ⅵ、Ⅶ和Ⅷ各有2株菌.对分离得到的内生固氮菌主要类群部分代表菌株的固氮活性进行了系统研究,结果表明,菌株在偏酸(pH值5.0)和偏碱(pH值9.0)的条件下均能保持较高的固氮酶活性,NaCl浓度在2%时达到最高固氮活性,NH4+浓度达到7.5 mmol/L时,均无固氮酶活性,不同菌株所能利用的碳源不同.16S rDNA序列测定及系统发育分析显示:类群ⅠYH39与Burkholderia cepacia ATCC 25416T相似性为97%;类群Ⅱ为克雷白氏杆菌属(Klebsiella),相似性为100%;类群Ⅲ为泛菌属(Pantoea),相似性为99%;类群Ⅴ为草螺菌属(Herbaspirillum),相似性为99%;类群Ⅶ为中华根瘤菌属(Sinorhizobium),相似性为99%.本研究表明澳洲野生稻内生固氮菌资源具有遗传多样性.图5表1参26     

好氧同时硝化-反硝化菌的分离鉴定及系统发育分析

从土壤中分离到一株好氧同时硝化-反硝化菌,编号为SDN,该菌株革兰氏染色呈阳性,球状或杆状,菌落颜色橙红色.该菌株以硝酸钠为氮源时能进行好氧反硝化作用;以乙酸钠和硫酸铵分别为碳源和氮源能进行异养硝化作用,能以乙酰胺为唯一碳源和氮源进行生长.部分长度的16S rDNA序列分析表明,分离菌株SDN与Rhodococcusruber的16SrDNA序列具有99%相似性.并用PHYLIPS程序将该菌株与报道的相关微生物进行了系统发育分析.图4表1参13     

16S rDNA克隆文库方法对制药废水处理系统中微生物多样性的研究

采用分子生物学构建16S rDNA克隆文库的方法对制药废水交替流生物反应器内的微生物群落进行了多样性研究,该反应器对CODcr、氨氮、石油类化合物以及多种特殊污染物均有较高的去除效率.代表序列的BLAST比对结果表明微生物群落具有高度多样性,优势菌群为Proteobacteria,占78.6%.微生物群落分属7个不同纲,优势顺序为Alphaproteobacteria (39.8%),Betaproteobacteria(23.5%),Gammaproteobacteria(14.3%),Chlorobil(6.3%),Firmicutes(4.1%),Flavobacteria (1.0%),Deltaproteobacteria(1.0%.使用Vector NTI Suite 6.0软件对50个OTU的代表序列和NCBI基因库中最相近的已知细菌16S rDNA序列绘制系统进化树,表明克隆子与已知菌之间的基因系统进化关系.     

慢生型花生根瘤菌16S rRNA分析

以２１株分离自四川,云南不同花生产区的慢性型花生根瘤菌和６株参比菌株为材料,进行了１６ＳｒＤＮＡＰＣＲ－ＲＦＬＰ,结果除证实了慢性型花生根瘤菌同慢生型大豆根瘤菌（Ｂｒａｄｙｒｈｉｚｏｂｉｕｍｊａｐｏｎｉｃｕｍ）高度的遗传相似性外,还发现了一些菌株同Ｂｒａｄｙｒｈｉｚｏｉｂｉｕｍｌｉａｏｎｉｎｇｅｎｓｉｓ和Ｂｒａｄｙｒｈｉｚｏｂｉｕｍｅｌｋａｎｉｉ有较高的遗传相似性,菌株Ｓｐｒ１－２的１６ＳｒＲＮＡ     

九株染料脱色菌的脱色特性及其质粒与基因分析

对9株染料脱色菌的脱色特性及其质粒的携带情况进行初步的研究，测定和比较了这9株细菌的16SrDNA序列，并对其进行分子鉴定和分类，经检测的9株细菌均属于肠杆菌科，其中脱色能力较广谱的5株细菌均未检测到质粒的存在，它们在系统分类地位上基本上聚为一类，与埃希氏菌属的大肠埃希氏菌具有较高的同源性。而另外4株脱色能力单一、仅对三苯基甲烷类染料有较强脱色能力的菌株除一株以外，其它3株均携带有大分子量的质粒，在系统分类地位上也基本聚为另一类。     

黄芪根瘤菌CA8561和JL84的部分16S rRNA基因序列的测定

报导了黄芪根瘤菌ＣＡ８５６１和ＪＬ８４的部分１６Ｓ ｒＲＮＡ基因序列，测算了它们与已知根瘤菌、茎瘤菌各属模式种之间的遗传距离。结果表明，ＣＡ８５６１和ＪＬ８４均具有独立的进化路线，充分显示了黄芪根瘤菌的遗传多样性。     

南海球形棕囊藻质体16SrDNA序列分析

测定了采自香港2株球形棕囊藻和湛江1株等鞭金藻质体16SrDNA基因序列,结合GenBank中下载的32条同源序列,分析序列特征并构建分子系统树。发现600bp序列中有可变位点42个,简约信息位点33个,可变位点和简约信息位点分别为全序列的7．0％和5．5％。A＋T的含量（52．5％）略大于C＋G含量（47．5％）,与已报道的棕囊藻属叶绿体和线粒体基因相似;在分子系统树上,同属藻种聚类在一起,属间遗传距离分别为0．0255-0．0503。棕囊藻属属内遗传距离0-0．0050,不同藻种相混杂,并未独立成支;质体16srDNA部分序列虽不能区分棕囊藻属内不同藻种,但能鉴定出GenBank中27个环境样品为棕囊藻属藻株,从而能确定其地理分布和相对丰度,对棕囊藻赤潮的预测预报具有重要意义。质体16srDNA在其他赤潮藻类物种鉴定方面的应用需要进一步研究。     

一株脱硫菌的鉴定及其对H2S的降解能力

取污水处理厂有生物活性的污泥,经富集培养、分离纯化得到1株脱硫活性较高的菌株CTD843-T-3,将其载入生物滴滤塔中对H2S进行连续脱硫反应.当最佳反应温度为30℃、pH为6.0、H2S进口浓度为500～3000mg·m-3时,菌株对H2S的去除率可保持在92％以上,H2S最高负荷率可达6.5g·m-3·h-1.通过形态生理特征和16SrDNA序列分析对CTD843-T-3进行鉴定,结果表明该菌株为椭球状,大小为0.4～0.6μm,为革兰阴性菌,属假单胞菌属(Pseudomonas sp.).     

石油降解菌株G5 16S rDNA全序列的系统学分析

用PCR方法扩增了一株石油降解菌株G5的16S rRNA基因全序列，并对其进行了克隆和测序．对该序列在GenBank中的BLAST结果表明，所有与该序列高度同源的序列都是假单胞菌的16S rRNA基因．其中假单胞菌的代表菌株Pseudomonas aeruginosa，P．fluoroscens，P .putida，P.syringae的16S rRNA基因序列与G5的16S rRNA基因序列同源性分别为93．4％，98．4％，96．3％，97．5％．对G5和其他39株假单胞菌的16S rRNA基因序列进行聚类分析，获得的系统发育树与RDP(Ribosomal Database Project)报道的系统发育树基本一致，其中菌株G5与5株P．chlororaphis聚类在一起．图2参7     

一株生长pH较宽的产甲烷菌分离与系统发育分析

采用Hungate厌氧操作技术.从造纸厂阴沟污泥中分离到一株生长pH范围为5.5～9.5的产甲烷菌株SH4.该菌对酸碱具有良好的适应性,培养3 d后,在初始pH值6.0～8.0的培养基中甲烷产量相差不大,且基本达到最大产量.SH4革兰氏染色阳性,短杆状,多数单生,不运动;菌落近圆形,微黄;利用H2+CO2或甲酸盐作为唯一碳源生长,不利用乙酸盐,对氯霉素非常敏感.该菌最适生长pH为7.0,最适生长温度为35 oC,最适NaCl浓度为0～1.5%.实验表明,与仅添加厌氧污泥作为接种物相比,添加SH4菌液可使产甲烷启动时间缩短1/3,甲烷总产量亦有大幅提高.形态、生理生化特征以及16S rDNA序列分析表明,该菌为嗜树木甲烷短杆菌(Methanobrevibacter arboriphilus).图8参16     

4株多环芳烃降解菌的分离及鉴定

以多环芳烃(PAHs)为筛选培养基,从石油污染土壤和石油废水中筛选到4株能够降解PAHs的高效微生物菌株,分别定名为3-28、NF、EW和EY;并对其进行了形态学观察、生理生化指标测定及分子生物学鉴定.16S rDNA序列分析显示,这4株细菌分别有581、582、1209和1230个碱基,与Microbacterium、Cellulosimicrobium、Chelatococcus和Sphingopyxis等4个属有较高的序列同源性,分别为100%、97.8%、98.2%和99.0%.结合表型特征和16S rDNA序列分析,用DNAMAN构建系统发育树,并用Bootstraping法对其评价,初步将3-28、NF、EW和EY这4株PAHs降解菌分别归属于Microbacterium sp.、Cellulosimicrobium sp.、Chelatococcus sp.和Sphingopyxis sp..图3表1参22