厌氧发酵过程pH对微生物多样性和产物分布的影响

采用PCR-DGGE技术,研究了不同pH条件下蔬菜类有机垃圾厌氧发酵过程中的微生物多样性,探讨了微生物群落结构与发酵产物分布的关系.Shannon指数分析表明,pH=7和pH=8时的微生物多样性较高,随时间变化规律相似,而pH=5时的微生物多样性较低.UPGMA聚类分析和PCA分析结果也表明,pH=7和pH=8时的微生物群落结构相似,pH=5与之显著不同.在不同pH条件下的优势菌属都是乳酸细菌和梭菌。微生物多样性的变化与发酵产物分布具有一定相关性,pH通过影响微生物群落结构的变化最终影响发酵产物的分布.图4表2参27     

重金属污染土壤的微生物响应

土壤微生物在受到重金属污染胁迫后，往往能够在区系组成、生理生化、遗传等方面对重金属作出响应。微生物对土壤重金属污染的上述响应可用来评价土壤的重金属污染状况，并为土壤污染的生物修复提供理论指导。文章对近年来有关重金属胁迫下土壤微生物响应的研究成果作系统综述。     

DG-DGGE分析除臭生物滤池微生物多样性及富集后的种群结构差异

以细菌的通用引物PCR扩增16SrRNA基因的V3可变区,结合应用双梯度变性梯度凝胶电泳(DGDGGE)技术分析除臭生物滤池中不同空间层次的微生物种群的基因多样性,以及富集前后的微生物种群结构变化,初步了解可培养细菌的情况,并回收主要的DNA片段进行序列分析.结果表明,在滤池的不同层次上呈现出明显的空间分布多样性差异,并且培养前后及不同培养基富集培养的微生物种群的多样性及特异性有很大的差别.序列比对显示,硫氧化细菌在除臭过程中占有优势地位,为进一步的菌种分离提供有益的指导,也为更好地处理恶臭气体提供可靠的科学支持.图4表2参18     

重金属污染对土壤微生物生态功能的影响

数量庞大、种类繁多的土壤微生物作为地球化学的物质循环与能量转换的主要参与者,其自身及所参与的生化过程都会受到重金属污染的严重影响.通过研究土壤重金属污染的微生物生态效应,可以建立重金属污染土壤的微生物评价指标体系,而评价体系的建立有利于土壤环境质量的监测与风险评价.论文就重金属污染对土壤微生物生物量及其多样性,对有机质降解、N传输、酶活性等微生物过程影响的研究现状进行了较全面系统的评述.在此基础上,提出了该类研究中存在的问题,包括研究区域南多北少的问题以及研究中难以排除其他环境因子干扰等问题.针对这些问题,论文指出以后应进一步加强分子手段的多方位应用并建立综合可行的被污染土壤的微生物评价体系.     

微生物分子生态学进展

This paper summarizes some molecular techniques applied in the studies on microbial ecology,such as hybridization of nucleic acid probes,ampification of polymerase chain reaction,denaturing gradient gel electrophoresis and analyses of ribosomal RNA gene sequences,and the progress,performance,achievements and advances made from the researches of microbial ecology in recent years by using these molecular techniques．     

黄土高原土壤中细菌群落结构多样性的PCR-DGGE分析

利用细菌通用引物,对从黄土高原5个地区土壤样品以及西峰剖面26个土壤样品中提取的总DNA进行聚合酶链式反应(PCR)扩增,采用变性梯度凝胶电泳(DGGE)技术对PCR产物进行分析,以揭示黄土高原土壤中细菌群落结构的多样性.针对黄土高原土壤微生物特点进行DGGE试验条件优化,获得最佳变性梯度为40%～70%,最佳电泳时间为17 h(100 V).对不同深度土壤细菌DGGE图谱的聚类分析表明,不同深度土壤细菌呈现2种不同的群落结构,推测其成因可能与季风性气候引起的温湿环境变化及冰期有关.在夏季风加强而冬季风减弱的时期,气候温暖潮湿,风化成壤作用强烈,在DGGE图谱中表现为土壤样品条带多而密;反之,风化成壤作用较弱,在DGGE图谱中表现为条带少而疏.对洛川、西峰等5个地区土壤细菌Shannon-Weiner指数的测定结果表明,Shannon-Weiner指数受条带亮度及迁移率的影响.     

蔬菜土壤微生物种群数量与土壤重金属含量的关系

对呈贡县蔬菜土壤微生物种群数量和土壤重金属质量分数进行大田调查分析，结果表明，土壤微生物种群数量和微生物多样性指数变化较大，土壤微生物种群数量总体水平较高，但微生物多样性指数偏低，其中以细菌占较大的优势；土壤重金属对土壤微生物数量和微生物多样性均有一定的影响，其中土壤中Pb和Cu的质量分数与土壤微生物种群数量显著相关；土壤重金属综合污染指数与真菌／细菌个数比例、真菌／放线菌个数比例与微生物多样性指数均呈显著的指数相关。随着重金属综合污染指数的增加，微生物多样性指数呈指数式地迅速下降。     

人工接种堆肥和自然堆肥微生物区系与分子多态性的变化

采用传统培养方法和PCR-DGGE技术研究了人工接种堆肥和自然堆肥微生物群落的演变过程。结果表明:(1)传统培养方法显示,两种堆肥堆制过程中微生物数量均呈“升高—降低—升高—降低”变化趋势,整个堆肥过程中细菌数量占优势。(2)DGGE图谱显示,两种堆肥不同时期存在不同的细菌种群,其条带数量亦呈“升高—降低—升高—降低”变化趋势。堆肥升温期条带丰富但优势条带不明显;堆肥高温期条带数量减少但出现优势条带,表明高温阶段以嗜热菌或耐高温菌为主;堆肥降温期条带数量再次增多;堆肥腐熟期条带数量少且无优势条带,表明腐熟阶段微生物种群数量少且代谢强度趋于平缓。(3)DGGE图谱表明,人工接种菌株成为堆肥高温期优势菌株。人工接种增加了堆肥中微生物总量,提高了堆肥微生物种群多样性,并且促进了堆肥菌群演替,从而缩短堆肥腐熟时间。     

利用PCR-DGGE技术分析乳制品中的乳酸菌

在食品发酵行业,需要一种简捷有效的方法检测发酵产品中的有益微生物.聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(Ploymerase chain reaction and denaturing gredient gel electrophoresis,PCR-DGGE)技术广泛应用于微生物生态学的研究.采用PCR-DGGE对5种含有乳酸菌的乳制品进行了菌群组成分析,并通过传统培养方法和核酸序列分析进行了验证.结果表明,所有测试样品中的活菌数量都在106～109 cfu/mL之间,通过平板培养法分离出了形态明显的杆状菌和链球状菌,对其进行16S rDNA核酸序列测定及同源性分析,将其鉴定为德氏乳杆菌(Lactobacillus delbrueckii)和嗜热链球菌(Streptococcus thermophilus).建立了由已知乳酸菌组成的DGGE参考阶梯(Reference ladder),可用其对相应菌株进行DGGE鉴定.用两对不同引物进行PCR-DGGE分析,除样品1外,试样中均检测到德氏乳杆菌和嗜热链球菌.对DGGE参考阶梯未能直接鉴定的样品1的电泳条带进行同收、序列分析,分别鉴定为卷曲乳杆菌(L.crispatus)和鼠李糖乳杆菌(L.rhamnosus).同时发现,引物R518-F357对嗜热链球菌模板的识别效率高于引物Lac1GC-HDA2.以上结果表明,RCRDGGE技术可以对样品中的乳酸菌进行快速的分析和鉴定.图4表1参30     

重金属镉对水田土壤微生物基因多样性的影响

采用16S rDNA DGGE分析技术,探讨了不同处理时间、不同浓度镉胁迫条件下水田土壤微生物种群的基因多样性.研究发现,随着处理时间的不同,各处理间的土壤微生物基因多样性差异存在明显不同,培养初期镉对土壤微生物种群毒害作用非常明显,土壤微生物基因多样性下降,但培养后期不同处理之间DNA基因型差异很小,丰度差异较大.在土壤培养初期、含镉3～10 mg/kg的培养基上出现一条新增条带,为对照及低镉浓度土壤所没有,镉形态稳定后会消失,说明土壤中可能存在适官镉浓度下良好生长的微生物种,经序列测定及与网上比对分析.与一株Uncultured bacterium sp.具有96%的相似率,初步确定为一不可培养细菌种,以其作为淹水条件下镉污染初期的报告基因有一定的可行性.     

秦皇岛近海养殖对潮间带微生物群落多样性的影响

潮间带微生物群落在驱动海岸带生态系统物质循环和能量流动中具有重要作用,近海养殖造成的环境问题日益凸显,但其对潮间带微生物群落结构的影响还缺乏研究。采用变性梯度凝胶电泳（DGGE）和限制性片段长度多态性（RFLP）的分子生物学技术,研究秦皇岛养殖区与旅游区潮间带沉积物中微生物多样性的差异,分析养殖区微生物的16S rRNA基因文库的组成特征。结果表明：养殖区的微生物群落结构与旅游区形成较大的差异,DGGE图谱中养殖区的特有条带主要集中于γ-变形菌纲（γ-proteobacteria）,还分布于α-变形菌纲（α-proteobacteria）,拟杆菌门（Bacteroidetes）,放线菌门（Actinobacteria）和厚壁菌门（Firmicutes）。影响潮间带微生物的群落结构的主要环境因子包括温度、盐度、pH和NO3-浓度,影响率达55.2%。对差异最大的洋河大桥南养殖区（Q1站）的微生物样品建立克隆文库分析群落结构,变形菌门（Proteobacteria）为优势菌群,占总群落的60%,其中γ-变形菌纲是主要存在的微生物纲,其余菌群包括放线菌门、拟杆菌门、蓝藻菌门（Cyanobacteria）和疣微菌门（Verrucomicrobia）的微生物。养殖区海岸带微生物群落中出现了与环境污染和赤潮密切相关的菌群,如拟杆菌门、肠杆菌属（Enterobacteriaceae）和α-变形细菌红细菌目（Roseovarius）的微生物。     

亚麻温水脱胶液中细菌菌群结构分析

为了探讨实验室条件下模拟的工厂亚麻温水脱胶液中细菌菌群结构,采用纯培养技术和PCR-DGGE技术(Denaturing gradient gel electrophoresis)对细菌菌群结构进行了研究.用纯培养方法分离获得9类菌落,其中假单胞菌属(Pseudomonas)在有氧培养条件下总是处于优势.梭菌属(Clostridium)在厌氧培养过程中总是处于优势.微球菌属(Micrococcus)和葡萄球菌属(Staphylococcus)只有亚麻脱胶初期才有发现.PCR-DGGE指纹图谱显示,亚麻温水脱胶过程中条带数量较少且没有明显种群群落结构演替过程.通过对不同时期沤麻液中16S rDNAV3片段PCR产物d、e两个DGGE条带进行分子克隆、序列测定和Blas份析,发现e条带包含的16S rDNAV3片段除e 35外均属于假单胞菌属.d条带包含着较多不同的16S rDNAV3片段,其中有传统方法没有分离到的泛菌属(Pantoea)细菌、一些NCBI未收录的序列及一些非可培养微生物序列.纯培养技术和PCR-DGGE技术的共同使用,可以更全面准确地提供细菌多样性方面的信息.图4参15     

PCR-DGGE技术解析针叶和阔叶凋落物混合分解对土壤微生物群落结构的影响

为深入理解凋落物类型和微生物群落之间的相互关系,通过小盆+凋落袋控制实验,运用PCR-DGGE技术解析了南方红壤丘陵区典型针叶树种马尾松和湿地松的凋落物分别与白栎、青冈两个阔叶树种凋落物混合分解对土壤微生物基因型多样性的影响.结果表明:1)针叶凋落物中加入阔叶后细菌群落结构未发生显著变化,将所有处理归为一类的相似度达72%,其差异仅表现在马尾松+白栎和湿地松+青冈处理土壤微生物群落16S rDNA的丰富度和多样性分别显著高于单一马尾松和湿地松;2)针叶凋落物中加入阔叶后真菌群落结构发生了显著变化,单一针叶处理与针阔混合处理间18S rDNA基因泳道带型的相似度只有28%,并且单一马尾松处理土壤18S rDNA的丰富度和多样性显著高于马尾松+白栎和马尾松+青冈,单一湿地松处理土壤18S rDNA的丰富度也显著高于湿地松+白栎和湿地松+青冈,多样性显著高于湿地松+白栎处理;3)土壤真菌18S rDNA的丰富度与凋落物初始C含量呈显著正相关,与凋落物初始N含量呈显著负相关.针叶凋落物中引入阔叶凋落物后,增加了凋落物中N的比重,C的比重则下降,显著影响了土壤真菌群落的结构.     

微生物分子生态学进展[综述]

现代分子生物学技术在生态学研究中的应用大大推动了微生物生态学的发展,导致了微生物分子生态学的产生．微生物分子生态学方法弥补了传统的微生物生态学方法的不足,使人们可以避开传统的分离培养过程而直接探讨自然界中微生物的种群结构及其与环境的关系．微生物生态学研究中采用的分子生物学方法主要有核酸探针技术、ＰＣＲ扩增技术、ｒＲＮＡ序列同源性分析方法、剃度凝胶电泳方法等．这些技术方法的采用,取得了一系列重要的成果和微生物生态学研究中的突破［１～６］,使得对某些微生物的研究成为可能,并在分子水平上阐述了生态问题…     

基因工程改良植物对重金属污染土壤的修复

利用基因工程改良植物，调整植物吸收、运输和富集重金属的能力以及它们对重金属的耐受性，开拓了植物修复的新领域。到目前为止，已有成功改变这些特性的少数例子。例如，汞离子还原酶可以改善植物抵抗力和提取能力，金属巯基蛋白可增强植物对镉的耐受力，铁还原酶和铁蛋白可增加植物对铁的吸收量。文章综述和讨论了这方面的研究进展及方向。     

Current molecular biologic techniques for characterizing environmental microbial community

Microbes are vital to the earth because of their enormous numbers and instinct function maintaining the natural balance. Since the microbiology was applied in environmental science and engineering more than a century ago, researchers desire for more and more information concerning the microbial spatio-temporal variations in almost every fields from contaminated soil to wastewater treatment plant (WWTP). For the past 30 years, molecular biologic techniques explored for environmental microbial community (EMC) have spanned a broad range of approaches to facilitate the researches with the assistance of computer science: faster, more accurate and more sensitive. In this feature article, we outlined several current and emerging molecular biologic techniques applied in detection of EMC, and presented and assessed in detail the application of three promising tools.