光照厌氧条件下沼泽红假单胞菌对砷的抗性及其机制

采用UV-Vis和HPLC-ICP-MS分析方法,在光照厌氧条件下研究了沼泽红假单胞菌(Rhodopseudomonas palustris CQV97)对砷(As)的抗性和机制.结果表明,As(Ⅴ)与As(Ⅲ)对R.palustris CQV97的半数效应浓度(EC50)分别为2.3mmol·L-1和0.9mmol·L-1;该菌株能够将As(Ⅴ)还原为As(Ⅲ),不能将As(Ⅲ)转化为As(Ⅴ)或甲基砷;在含有0.1mmol·L-1As(Ⅴ)的培养基中培养80h,细胞积累的总As可达1.32mg·g-1(以干重计),其中,9.8%存在于细胞质中,4.9%与细胞膜的脂质相结合,其余被认为吸附在细胞表面;全细胞、细胞质、细胞膜所含的As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的相对比例分别为16.3%和83.7%、12.1%和87.9%、16.5%和83.5%.静息细胞砷吸附结果表明,与0℃孵育细胞相比,25℃孵育细胞对As(Ⅴ)和As(Ⅲ)吸附量较高;灭活细胞对As(Ⅴ)的吸附量进一步提高,而对As(Ⅲ)的吸附量则降低.因此,光照厌氧条件下,R.palustrisCQV97对As具有较强的抗性和吸附特性,对As(Ⅴ)的抗性和吸附性均明显高于As(Ⅲ);其抗砷机制为细胞质As(Ⅴ)的还原途径,具体为在细胞内将As(Ⅴ)还原为As(Ⅲ),继而As(Ⅲ)被转运至细胞外,维持胞内As的含量在较低水平.本研究可为深入理解光合细菌对无机砷的抗性机制、砷的地球化学循环及砷的环境污染和生物修复提供理论参考.     

沼泽红假单胞菌对活性紫KBR脱色的研究

研究了驯化后的沼泽红假单胞菌(Rhodopseudomonaspalustris)N菌株的生长细胞在不同条件下对活性紫KBR的脱色效果.结果表明,该菌株生长细胞脱色的最佳条件为温度25～30℃,pH值为7,厌氧条件下的脱色率远远高于好氧条件下的脱色率.染料作为该菌株唯一的碳源和能源脱色时,脱色率与细胞浓度呈极显著相关,细菌脱色比活率保持在较恒定的水平.此外,生长细胞脱色过程中对菌体生长的测定表明,该菌株生长的指数期明显滞后于染料脱色的指数期.     

沼泽红假单胞菌W12对活性黑5的厌氧脱色和降解作用

从处理印染废水的厌氧移动床生物膜反应器（moving bed biofilm reactor,MBBR）中分离到一株具有高效脱色活性的沼泽红假单胞菌W12。经实验确定W12对活性黑5（reactive black 5,RB5）脱色的适宜条件为：pH〈10;有光照;谷氨酸盐或乳酸盐作为碳源,当乳酸钠为碳源时浓度应〉500 mg/L;盐度不超过5%;RB5浓度不大于700 mg/L。紫外-可见光谱扫描结果表明,RB5的脱色和降解过程生成芳香胺类化合物,这些中间产物可进一步降解。此外发现,RB5诱导生成的胞外代谢物能提高W12的脱色活性。     

沼泽红假单胞菌累积聚β-羟基丁酸的研究

以沼泽红假单胞菌为材料,研究了不同培养条件下聚β-羟基丁酸(PHB)在微生物体内的累积情况,并用萃取、酯化及质谱联用(GC-MS)技术验证了菌体内累积的PHB。结果表明,在以醋酸钠为碳源、NH4+-N为氮源、中性pH的条件下,菌体内能够最大量的累积PHB,其累积量约为菌体(湿重)的50%。     

沼泽红假单胞菌在蓝藻基质中的生长潜势和碳氮磷利用

为同步高效利用废弃蓝藻和产出活性光合细菌,研究了蓝藻基质中沼泽红假单胞菌（Rhodopseudomonaspalustris）的生长潜势和碳氮磷转化规律.结果表明,温度30℃,光照2000lx,蓝藻浓度>0.87g/L,即可促进R.palustris PUF1生长;蓝藻浓度3g/L,培养108h,PUF1OD₆₅₀虽低于ATYP培养基,但细菌叶绿素a（Bchl a）浓度与ATYP基质相当,表明蓝藻基质可能促进了PUF1光合色素的合成.在细菌对数期后期补加小分子有机酸显著促进蓝藻基质中PUF1再生长,252,444h OD₆₅₀分别是培养108h的191.75%和269.24%,Bchl a分别是108h的206.68%和276.17%.444h蓝藻基质中OD₆₅₀和Bchl a分别是ATYP基质中的130.88%和160.62%,表明长期培养条件下应用天然蓝藻基质更适宜活性PUF1培育.通过分析干物质和藻液中的碳氮磷含量和浓度发现,蓝藻基质中可供给PUF1直接利用的溶解性碳氮磷浓度不平衡,表现为氮充足,碳少量,磷限制.提高蓝藻基质中生物可利用碳浓度对强化光合细菌生长和碳氮磷利用具有重要意义.     

沼泽红假单胞菌在蓝藻基质中的生长潜势和碳氮磷利用

为同步高效利用废弃蓝藻和产出活性光合细菌,研究了蓝藻基质中沼泽红假单胞菌（Rhodopseudomonaspalustris）的生长潜势和碳氮磷转化规律.结果表明,温度30℃,光照2000lx,蓝藻浓度>0.87g/L,即可促进R.palustris PUF1生长;蓝藻浓度3g/L,培养108h,PUF1OD₆₅₀虽低于ATYP培养基,但细菌叶绿素a（Bchl a）浓度与ATYP基质相当,表明蓝藻基质可能促进了PUF1光合色素的合成.在细菌对数期后期补加小分子有机酸显著促进蓝藻基质中PUF1再生长,252,444h OD₆₅₀分别是培养108h的191.75%和269.24%,Bchl a分别是108h的206.68%和276.17%.444h蓝藻基质中OD₆₅₀和Bchl a分别是ATYP基质中的130.88%和160.62%,表明长期培养条件下应用天然蓝藻基质更适宜活性PUF1培育.通过分析干物质和藻液中的碳氮磷含量和浓度发现,蓝藻基质中可供给PUF1直接利用的溶解性碳氮磷浓度不平衡,表现为氮充足,碳少量,磷限制.提高蓝藻基质中生物可利用碳浓度对强化光合细菌生长和碳氮磷利用具有重要意义.     

沼泽红假单胞菌H3对酸性红B2GL染料的厌氧脱色和降解作用

从印染厂污泥中分离到一株沼泽红假单胞菌（ＲｈｏｄｏｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓｐａｌｕｓｔｒｉｓＨ３），在光照厌氧条件下该菌生长细胞可将１００ｍｇ／Ｌ酸性红Ｂ２ＧＬ染料去除到３０ｍｇ／Ｌ．完整细胞脱色的最适条件为ｐＨ７０，温度３０℃，细胞浓度２０—２５ｍｇ／ｍＬ（湿重）．低浓度的阳离子对脱色影响不大．在通Ａｒ气使严格厌氧和加有还原性辅酶Ｉ的条件下无细胞提取液的脱色活性最高，比活率为１５４×１０－２ｍｇ／（ｍｇ·ｈ）．根据降解产物的分析，推断了该菌对酸性红染料的降解代谢途径．     

沼泽红假单胞菌高效产氢hupL缺失突变株的构建

利用湖底淤泥分离的沼泽红假单胞菌(Rhodopseudomonas palustris)CQU01作为出发菌株,构建吸氢酶大亚基基因hupL缺失突变株,以提高光合细菌菌株的产氢效率.以PCR扩增的hupL两侧hupS 和 hupC基因为同源重组双交换臂,连入pMD18-T载体;再将hupS, hupC 和Kmr基因与经SalⅠ和HindⅢ双酶切的pSUP202,构建靶向自杀载体pBPZ.经接合转移转化R. palustris CQU01菌株,成功获得沼泽红假单胞菌吸氢酶活性缺失突变株R. palustris CQU012.测定突变株的吸氢酶活性及生长和产氢特性,结果表明,突变株的产氢量比野生菌株提高了约50%,而生长特性与野生菌株没有显著差异.R. palustris CQU012 吸氢酶缺失突变株可望为工业废水的生物治理提供高效产氢工程菌株.     

沼泽红假单胞菌phbC-hupL双突变株构建及产氢测定

利用湖底淤泥分离的沼泽红假单胞菌(Rhodopseudomonas palustris)CQU01和该菌株的吸氢酶基因hupL缺失菌株CQU012作为出发菌株,分别构建聚羟基丁酸酯合成酶基因phbC单突变株及聚羟基丁酸酯合成酶基因phbC与吸氢酶基因hupL双突变株,以提高其在光照培养条件下的产氢量.以同源重组双交换方法构建含有Em抗性基因的自杀载体,通过接合转移转化R. palustris CQU01菌株,经PCR扩增以及测序验证,成功获得了沼泽红假单胞菌phbC单突变株R. palustris CQU013及phbC-hupL双突变株R. palustris CQU014.相同条件下测定突变菌株与野生菌株的生长和产氢特性,结果显示,突变菌株生长曲线与野生菌株有明显差异,两株突变菌株的产氢量分别是原始菌株的1.31和1.76倍,达到454mL/L和604mL/L.双突变菌株产氢能力较phbC基因和hupL基因单突变菌株的产氢能力有明显提高,说明phbC和hupL基因对菌株R. palustris 的产氢代谢有着显著的影响.     

石油污染土壤中的微生物群落结构与降解菌的分离

该文基于高通量技术,研究了石油污染对土壤的细菌和真菌群落结构的影响,采用选择培养基从石油污染土壤中分离石油降解菌并对其进行分子鉴定。结果表明,油污染土壤的微生物多样性减少,且优势菌群发生显著变化,油污染土壤中细菌和真菌在属水平上主要为Nakamurella、Pseudomonas、Proteiniphilum和Exophiala、Rhodotorula、Ochrocladosporium,这些微生物在石油烃类污染物的降解方面发挥了重要作用。以机油为唯一碳源从石油污染土壤中获得能利用机油作为碳源或能源的细菌11株,利用漆酶氧化丁香醛联氮产生的颜色变化筛选出具有较大降解石油潜力的菌株A01和A07,基于16S rRNA基因序列的分子鉴定表明,2菌株分别为不动杆菌和假单胞菌。     

增氧模式对水稻根际微生物多样性和群落结构的影响

为探讨不同增氧模式对水稻根际土壤微生物数量和群落结构的影响特征,以密阳46（MY）和珍汕97B （ZS）为材料,设置干湿交替（AWD）、长淹充氧（CFA）和长淹（CF）这3种根际氧处理模式,采用Illumina MiSeq高通量测序技术结合土壤理化性质,分析不同氧环境下水稻根际土壤细菌和真菌群落多样性特征及其与土壤理化因子的关系.结果表明,水稻根际土壤中细菌优势菌群为绿弯菌门（Chloroflexi）、放线菌门（Actinobacteriota）、酸杆菌门（Acidobacteriota）、变形菌门（Proteobacteria）和厚壁菌门（Firmicutes）;真菌优势菌群为子囊菌门（Ascomycota）和担子菌门（Basidiomycota）.不同增氧模式下水稻根际土壤微生物群落组成存在明显差异.各生育期,Chloroflexi和Acidobacteriota在AWD处理时,Actinobacteriota在CFA处理时的相对丰度高于其他处理;Firmicutes在AWD处理下相对丰度低于其他处理.增氧影响根际微生物物种多样性和丰富度.如AWD处理显著增加细菌物种多样性,降低其丰富度;AWD和CFA处理后真菌物种多样性和丰富度均显著增加.土壤理化性质也受增氧模式的影响.不同处理土壤氧化还原电位（Eh）大小表现为：AWD>CFA>CF,处理间差异达显著水平;与CF处理相比,增氧处理（AWD和CFA）显著增加根际土壤NO₃^--N含量,降低NH₄⁺-N含量.相关性分析表明,根际土壤pH和Eh与细菌物种多样性正相关,与丰富度负相关;与真菌物种多样性和丰富度正相关.冗余分析发现,全生育期的Chloroflexi相对丰度与pH和NH₄⁺-N均呈正相关;分蘖期和齐穗期的Chloroflexi相对丰度与Eh和NO₃^--N呈正相关,成熟期则负相关.pH和Eh与Acidobacteriota、Proteobacteria和Basidiomycota相对丰度正相关,与Firmicutes和Ascomycota相对丰度负相关.Ascomycota相对丰度与NO₃^--N负相关,与NH₄⁺-N正相关,Basidiomycota与之相反.综上,增氧模式改善根际土壤氧环境,改变土壤理化性质,影响微生物群落多样性和丰富度,从而优化微生物群落结构.     

微塑料和镉复合污染对狼尾草根际土壤微生物群落结构和功能的影响

微塑料和重金属复合污染对植物生长和根际微生物群落和功能的影响目前尚未清晰.以狼尾草为实验材料进行盆栽模拟试验,研究重金属镉（Cd）与不同种类MPs （PE、PS）、粒径（13 μm和550 μm）、质量分数（0.1%和1%）的微塑料复合污染对狼尾草生长、重金属积累和根际微生物群落功能的影响.结果表明,MPs和Cd复合污染条件下整体呈现对植物生长胁迫增加、Cd含量和积累量降低的趋势.MPs和Cd复合污染能改变细菌群落组成,降低细菌多样性,其中550 μm 0.1% PE+Cd处理组ACE指数和Chao1指数降低最显著.与单一Cd污染相比,不同MPs种类、质量分数和粒径的MPs添加能改变新陈代谢、氨基酸的转运和代谢、能量生成和转换等功能组的基因丰度,显著影响狼尾草根际土壤细菌的功能.研究采用宏基因组学的方法分析了MPs和Cd复合污染对狼尾草根际细菌群落和功能的影响,可为MPs重金属复合污染的生态毒理效应及其生物修复提供基础数据和科学依据.     

武昌湖典型退化湿地菰草根际微生物群落结构

为研究淡水湖泊湿地微生物群落结构与退化湿地环境之间的关系,选取武昌湖湿地菰草根际水体、根际土壤、根下湖泊沉积物3组环境样本,提取样本微生物基因组DNA,并利用16S r DNA基因进行454高通量测序,共得到优质序列17 051条,产生2 062条OUTs。结果表明:武昌湖退化湿地菰草根际具有较为复杂的微生物群落结构,涉及15门48属,其中以变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、酸杆菌门(Acidobacteria)和绿弯菌门(Chloroflexi)为主要门类;菰草根际不同微环境微生物群落结构存在明显差异,生物多样性指数Shannon、Chao、ACE指数及OTUs均呈现根际土壤湖泊沉积物根际水体的变化特征。探究湿地退化过程中植被菰草根际微生物群落结构特征,对揭示长江中下游浅水湖泊湿地退化机理具有重要意义。     

植被恢复对刺萼龙葵根际土壤细菌群落结构与功能的影响

入侵植物可以改变入侵地土壤微生物群落,从而有助于其入侵,在前期研究中发现,植被恢复措施可有效控制刺萼龙葵(Solanum rostratum)的入侵,但植被恢复前后刺萼龙葵根际土壤细菌群落结构与功能尚未清楚.选取了前期研究中的2 个植被组合:沙打旺(Astragalus adsurgens)+披碱草(Elymus da...     

连作对党参根际土壤理化性质、微生物活性及群落特征的影响

为探究连作对党参根际土壤理化性质、土壤微生物活性和群落特征的影响.以休耕5 a再种植党参的地块(CK)和不同连作年限的党参种植田为研究对象,采用Illumina高通量测序技术结合土壤理化性质分析,探讨了党参根际土壤理化性质、微生物活性和微生物群落特征对连作年限的响应.结果表明,党参根际土壤有机碳、全磷、全氮和盐分的含量随着连作年限的延长而增加,而土壤pH值则随着连作年限的延长而降低.较CK处理,连作1 a、 2 a、 3 a和4 a的党参根际土壤有机碳含量分别增加了11.1%、 80.5%、 74.9%和78.2%,全磷含量分别增加了11.8%、 52.9%、 66.7%和78.4%,全氮含量分别增加了31.3%、 68.8%、 52.1%和56.3%.连作3 a和4 a时土壤盐分含量显著增加,较CK处理,土壤电导率分别增加了54.2%和84.7%.根际土壤中微生物生物量碳氮比随着连作年限的延长而呈现增加的趋势,土壤呼吸熵和微生物熵则呈现降低的趋势.随着连作年限的增加,土壤中细菌多样性和丰度降低,真菌多样性和丰度增加.此外,随着连作年限的增加,土壤中细菌群落之间的拮抗作用增强,而真菌群...     

野鸭湖湿地芦苇根际微生物多样性与磷素形态关系

以野鸭湖湿地芦苇(Phragmites communis)根际微生物为研究对象,采用化学连续提取法分析了芦苇根际/非根际土壤中各形态磷随植物生长(4、7、10月)的变化规律,同时基于细菌的16S rRNA高通量测序技术,分析了芦苇根际/非根际土壤微生物多样性,进一步采用CCA法分析了土壤样品中特定微生物与磷素形态转化关系.结果表明,无机磷含量的总体顺序大小为:钙磷(Ca-P)闭蓄态磷(Oc-P)铁磷(Fe-P)交换态磷(Ex-P)铝磷(Al-P),无机磷含量变化主要受芦苇生长状况影响,在芦苇旺盛期达到最低,且根际土壤中的总无机磷含量普遍低于非根际.有机磷含量分布为高稳定性有机磷(HR-OP)中稳定性有机磷(MR-OP)中活性有机磷(ML-OP)活性有机磷(L-OP),各组分含量均随芦苇生长先降低后升高.芦苇根际/非根际土壤微生物中的优势菌门均为变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)、放线菌门(Actinobacteria),但在芦苇生长过程中,其根际和非根际微生物群落结构受季节影响变化显著,且根际和非根际的变化有所差异.同时发现了芽孢杆菌属(Bacillus)、肠杆菌属(Enterobacter)、假单胞菌属(Pseudomonas)、伯克霍尔德氏菌属(Burkholderia)、不动杆菌属(Acinetobacter)等可能是与磷形态转化有关的主要功能菌属,这些菌属能利用大部分的有机磷和无机磷,在湿地土壤磷素转化中起着关键作用.     

鄱阳湖白鹤保护区微塑料表面微生物群落结构特征

微塑料作为一种新型污染物所带来的环境问题越来越受到关注.以鄱阳湖五星垦殖场白鹤保护区为研究区,采集沉积物(SL)及不同类型微塑料样品,微塑料的主要类型是薄膜类(PE)、碎片类(PP1)、纤维类(PP2)和发泡类(PS),聚合物被确定为聚乙烯、聚丙烯和聚苯乙烯.采用16S高通量测序鉴定微生物(细菌和真菌)群落结构.结果表...     

同质环境下不同锦鸡儿属植物根际土壤细菌群落结构差异及其影响因素

采用高通量测序技术分析同质环境下小叶锦鸡儿、中间锦鸡儿和荒漠锦鸡儿根际土壤细菌多样性及群落结构,以期探讨驱动锦鸡儿属植物根际土壤细菌群落结构构建的关键因子.结果表明,土壤样品中共检测到细菌42门55纲123目244科558属,优势菌门为变形菌门(Proteobacteria)、蓝藻门(Cyanobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、厚壁菌门(Firmicutes)和酸杆菌门(Acidobacteria)(相对丰度>1%),优势属为苯基杆菌属(Phenylobacterium)、剑菌属(Ensifer)和鞘氨醇菌属(Chitinophaga).双因素方差分析表明,物种间差异显著影响土壤细菌香农指数和辛普森指数(P<0.05),种源和物种交互作用对土壤细菌的物种数、 Chao1指数、香农指数和辛普森指数均影响显著(P<0.05).主坐标分析表明,3种锦鸡儿属植物根际土壤细菌群落结构差异显著(P<0.05),且聚类分析显示来自不同种源地的中间锦鸡儿和荒漠锦鸡儿根际土壤细菌群落结构组成不同.通过冗余分析发现...     

砷污染湿地生境下土壤微生物多样性及群落结构特征

为研究As（砷）污染对微生物多样性的影响,找寻有利于As污染修复的抗As菌种,利用高通量测序技术分析As胁迫〔w（As）分别为0、80、100、150、200和400 mg/kg,依次记为AT0组、AT80组、AT100组、AT150组、AT200组和AT400组〕对湿地生境中土壤微生物多样性及群落结构特征的影响.结果表明:As污染会引起微生物多样性和群落结构的变化,但并不是简单的负相关.在各处理组中,AT80组的土壤中微生物多样性最高,OTU（operational taxonomic units）数高达1 849,较未经As处理的AT0组增加了58.9%,说明低As胁迫在一定程度上会刺激As敏感微生物的生长繁殖,如Desulfovibrio（脱硫弧菌属）和Allobaculum等菌属,使群落结构更加复杂多样.高w（As）（400 mg/kg）对微生物有明显的抑制作用,导致某些物种消亡和多样性下降.As胁迫会诱导抗As微生物〔如Pseuomonas（假单胞菌属）〕成为优势类群,群落结构趋于稳定、单一.微生物群落结构对不同w（As）胁迫有明显的响应特征,可作为As污染湿地土壤质量评价的灵敏指标.在AT400组中存在大量的Pseudomonas veronii,可为As污染湿地微生物修复提供借鉴.研究显示,微生物对As污染具有较为敏感的响应,其中,Proteobacteria（变形菌门）和Firmicutes（厚壁菌门）为As污染生境中微生物优势门类并且与非专性吸附态As和谷胱甘肽含量呈正相关.      

三江平原不同退化阶段小叶章湿地土壤真菌群落结构组成变化

为了了解三江平原小叶章湿地真菌群落结构及多样性变化,探讨湿地水分下降对真菌群落结构的影响.本研究采用高通量测序技术,分析和比较了黑龙江省科学院自然与生态研究所三江平原野外试验研究站内3个不同退化阶段小叶章生态类型湿地真菌群落结构多样性,探讨真菌群落改变的原因.结果表明,从小叶章沼泽湿地(w0)→小叶章沼泽化草甸湿地(w1)→小叶章草甸湿地(w2)的变化,土壤Shannon-Wiener指数(H)呈现出逐步上升的规律,即:w0w1w2.序列比对结果显示,不同小叶章湿地土壤真菌分别属于子囊菌(Ascomycota)、担子菌(Basidiomycota)、壶菌(Chytridiomycota)、未知菌(Fungi_unclassified)、接合菌(Zygomycota)这5个真菌类群,优势菌门为未知菌门(75.12%)、子囊菌门(56.56%)、担子菌门(72.65%).而且Heatmap分析也显示沼泽化草甸湿地和草甸湿地的真菌群落结构和组成比较接近.真菌群落结构受到了土壤养分以及植物组成等影响,其中土壤养分解释贡献率达88.62%,植物组成解释贡献率达到9.85%.三江平原小叶章湿地不同退化阶段湿地真菌群落结构存在较大差异,土壤水分因子对真菌多样性影响较大.这为研究三江平原湿地退化后的真菌结构多样性及空间异质性提供了科学依据.