DGGE技术及其在海洋环境微生物多样性研究中的应用

海洋环境中蕴藏着丰富的微生物资源,在海洋生物中显示出最丰富的生物多样性,在海洋生态系统中发挥着重要的作用.由于传统研究方法的不足,目前对海洋微生物的认知只占其总量的1%,探索以及开发99%未知微生物的巨大资源是一项艰巨而富有挑战性的任务,也具有广阔的前景.近年来,革新的分子生物学技术广泛应用于海洋微生物学研究领域,推动了海洋微生物多样性研究的快速发展,扩展和加深了对海洋环境中微生物的认识.本文介绍了一种基于PCR技术的现代分子生物学技术-DGGE的基本原理、关键环节及其在海洋微生物多样性研究中的应用,同时就其自身存在的缺点进行了简单评价并提出了几点解决方案.     

饮用水处理中不同来源生物活性炭微生物群落多样性和结构研究

通过限制性片段长度多态性技术考察了饮用水深度处理中5种不同来源生物活性炭的微生物群落多样性和结构.单宁酸与腐殖酸吸附值相对较高的A炭、B炭和C炭的多样性指数较为接近,其微生物多样性更为丰富,而单宁酸与腐殖酸吸附值相对较低的D炭、E炭多样性指数较低.生物活性炭样品的系统发育树中包含β-Proteobacteria、α-Proteobacteria、Planctomycetes、γ-Proteobacteria、Bacteroidetes等5类种群.其中β-Proteobacteria和α-Proteobacteria是微生物群落的优势种群,对水中有机物的去除起到重要的作用.Planctomycetes、γ-Proteobacteria和Bacteroidetes是微生物群落的非优势种群.Bacteroidetes出现在A炭、B炭、C炭和D炭中,而没有出现在E炭中.研究结果进一步加深了对生物活性炭中微生物群落的认识,为确保饮用水质安全提供理论基础.     

空心菜浮床对鱼塘水质和微生物多样性的影响

为从环境微生物的角度探讨生物浮床的水质调节机理,采用宏基因组学测序技术和生物信息学手段,分析了环境微生物和根系微生物群落的多样性.研究结果表明,鱼菜共生模式下优势菌门是变形菌门（Proteobacteria）、蓝细菌门（Cyanobacteria）、拟杆菌门（Bacteroidetes）、放线菌门（Actinobacteria）、绿弯菌门（Chloroflexi）和厚壁菌门（Firmicutes）等,主要菌属是聚球藻属（Synechococcus）、hgcI_clade、CL500-29_marine_group、芽孢杆菌属（Bacillus）和分支杆菌属（Mycobacterium）等;空心菜根系微生物群落中最丰富的优势菌门是变形菌门和蓝细菌门,主要菌属是红细菌属（Rhodobacter）、噬氢菌属（Hydrogenophaga）和聚球藻属等.研究结果还表明低覆盖率（3.5%）的空心菜生物浮床能够增加水体的溶解氧含量,降低水体中含氮化合物的浓度和改善养殖环境中的微生态平衡,提高有益菌和氮循环细菌的含量.     

铜离子冲击下活性污泥微生物多样性的分子生态学分析

采用基于 16SrDNA序列分析方法 ,在长度多态 (LPM)和 16SrDNA的GC含量二维水平分析了受重金属污染的活性污泥系统内细菌的优势种类和多样性 .设计的PCR引物可以将细菌分为三大类 :即 1)proteobacterialα&δ(变形杆菌α&δ) ,2 )pro teobacterialβ&γ(变形杆菌 β&γ) ,以及 3)flexibacter(屈桡杆菌 )和革兰氏阳性菌 .分析了未受重金属驯化和受重金属驯化的两类活性污泥系统在重金属作用下优势种和多样性的变化 ,结果显示未驯化的活性污泥系统多样性减少但优势种的变化微小 ,而驯化系统优势种有较大的变化 ,但多样性基本不变 .这一结果证实驯化有助于提高微生物对重金属的抗性     

环境基因组技术在微生物多样性研究中的应用

环境中的微生物具有极大的生物多样性,但99%的微生物不能通过标准的实验技术加以培养,不依赖于培养的环境基因组技术由于适合分析生态系统中整个复杂的微生物基因组而迅速发展起来。文章针对环境基因组技术的原理、方法以及目前该技术在环境微生物多样性研究中的应用等作一综述。     

Biolog法在环境微生物功能多样性研究中的应用

微生物是生态系统的重要组成部分,它不仅要受到外界环境的影响,其自身的结构和功能变化也会对环境产生持续的作用,而这种作用主要是通过群落代谢功能差异来实现的,因此研究微生物群落功能多样性更能够揭示微生物与环境间相互作用的内在机制.Biolog法是目前已知的研究微生物代谢功能多样性的很有力的方法.为了使该项技术在更大范围上得...     

曝气联合微生物技术治理污染湖泊应用效果研究

该文在实验条件下,研究了曝气联合微生物治理污染湖泊的效果,并将曝气技术与微生物技术集成于一个设备,进行湖泊治理中试研究。结果表明：曝气与微生物联合技术,能够增加微生物净化污染物的能力与效率;间歇曝气联合微生物优于连续曝气联合微生物,且间歇曝气可以降低运行成本;在实验室条件下运行10 d,水体的COD去除率达到55.55%,NH₃-N的去除率为79.52%,TP的去除率达到61.54%;应用研究中,经过3周的实验,水体由劣Ⅴ类提升至地表水Ⅲ类水质,水体的COD去除率达到59.38%,NH₃-N的去除率为81.08%,TP的去除率达到82.26%,该设备在湖泊治理中具有较好的应用前景。     

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 .     

利用PCR-DGGE分析未开发油气田地表微生物群落结构

利用PCR-DGGE和克隆测序技术,分别对未开发油田、气田和非油气田对照区域,地表30、60、100、150、200 cm深度的土壤微生物分布进行研究,目的在于了解未开发油气田区域土壤微生物的分布特征,寻找潜在的油气资源指示菌.结果表明,不同深度土壤样品间的菌群相似度很低(26～69.9).在150 cm和200 cm处,DGGE图谱具有更好的丰富度(≥19)、多样性(≥2.69)和均匀度(≥0.90).油田区域富含γ-Proteobacteria(75%),此外还包括α-Proteobacteria、Actinobacteria、Acidobacteria,其相似菌株主要为石油相关菌和烃降解菌,如食烷菌、噬甲基菌.气田含有α、β、γ、δ-Proteobacteria和Bacteroidetes,γ-Proteobacteria含量较小(24%),所获16S rDNA条带相似菌株大多不具有烃降解能力,部分具有甲烷相关性,如甲基孢囊菌.在此类研究中,150 cm、200 cm更适于作为统一取样深度进行大范围取样调查;甲基孢囊菌可用来作为潜在的气田指示菌,食烷菌和噬甲基菌可作为潜在的油田指示菌,但仍需进一步地大范围取样验证.     

基于16S rDNA不同靶序列对厌氧ABR反应器微生物多样性分析的影响

在反硝化抑制硫酸盐还原菌的研究中,探讨了不同引物扩增16S rDNA靶序列对厌氧ABR反应器的活性污泥DGGE图谱多样性的影响,从反应器中提取污泥总DNA,以4对通用引物341F/534R、968F/1401R、63F/534R、341F/926R扩增16S rDNA序列,对指纹图谱的分辨率和种群多样性进行分析.研究表明,采用PBS洗涤污泥和超声振荡有利于硫酸盐还原污泥总DNA提取;不同引物DGGE图谱分析,群落多样性存在显著的差异,341F/534R和968F/1401R的靶序列分离效果较好,341F/926R分离效果一般,63F/534R分离的效果最差.341F/534R的DGGE图谱中条带丰富,多样性最好,968F/1401R的DGGE图谱次之,341F/926R的DGGE图谱条带一般,63F/534R图谱条带最少,多样性也较差.建议DGGE分析厌氧活性污泥样品时,同时采用引物341F/534R和968F/1401R是比较适宜的.     

鄱阳湖水体细菌群落组成及遗传多样性

利用建立细菌16S rRNA基因文库和限制性内切酶长度多态性(RFLP)分析的方法,对鄱阳湖南、北湖区水体的细菌多样性进行了研究. 结果表明,鄱阳湖水体细菌多样性较高,且南湖区2007年水体的细菌多样性明显高于其2006年水体和北湖区水体. 主要细菌组成分析表明,鄱阳湖水体中的349个阳性克隆代表的167种基因型分别属于十大细菌类群,变形菌门(Proteobacteria)在4个克隆文库中占据了47%～81%,数量极其丰富,尤其是亚型的β-变形菌为优势菌群; 拟杆菌门(Bacteroidetes)和放线菌门(Actinobacteria)也广泛分布,且有2.9%～17.1%的克隆数属于未分类细菌. 研究结果进一步提示鄱阳湖水体有一定程度的富营养化.      

不同空间位点沉积物理化性质与微生物多样性垂向分布规律

运用化学分析方法和PCR-DGGE技术从沉积物化学及基因角度对太湖不同空间位点沉积柱理化性质(pH、Eh)、营养盐(TN、TP、OM)及微生物多样性的垂向分布及相关性进行研究.结果表明,沉积物Eh在水-土界面处于轻度还原状态,表层下,随沉积深度的增加迅速下降,还原性逐渐增强.沉积物pH在整个剖面上变化幅度不大,在7.2～7.8变动.沉积物中含有丰富的营养盐,总氮和总磷最高含量分别为 2.436 mg/g和 0.731 mg/g,其剖面分布特征表明,沉积物表层总氮和总磷含量远高于底层,其含量随深度增加而降低.沉积物有机质含量在15 cm以上变化幅度较大,随着沉积深度的增加,有机质含量明显减少.沉积物中微生物群落结构显示了明显的空间分布多样性差异.三位点TN与OM之间均存在显著的相关性,但理化指标与营养盐以及微生物群落多样性指标之间不存在显著的相关性.     

一株纤维素降解菌株的分离鉴定及产酶特征研究

利用纤维素为唯一碳源的选择性培养基,通过平板分离法,从造纸废水处理池中分离出一株产纤维素酶菌株。经菌落及菌的形态观察,生理生化实验和16SrDNA鉴定,判断其为一株荧光假单胞菌,被命名为Pseudomonas fluorescens sp.strainYL。通过其生长曲线和产酶动力学研究,对数期比生长速率约为0.125h-1。纤维素酶的产生与细菌的生长紧密相关联。该菌在摇瓶培养中以微晶纤维素唯一碳源时,粗酶液的最高CMC酶活出现在培养78h,达到17.12U/mL。然而以微晶纤维素和葡萄糖作为复合碳源时产酶活性最高,70h左右达92.3U/mL,而以蔗糖作为碳源时活性很小。这些结果表明:仅具有还原性基团的低聚糖才可诱导产纤维素酶,大分子纤维素对酶的诱导表达效果不及小分子还原糖,其酶的诱导生成可能是通过小分子还原糖间接实现的。     

菲降解菌株GY2B的分离鉴定及其降解特性

对一株菲降解菌进行了鉴定并对其降解特性进行了研究.初步鉴定菌株GY2B为鞘氨醇单胞菌(Sphingomonassp.).菌株GY2B有较高的降解效率,当无机盐培养液中菲初始浓度为100mg/L时,48h内对菲降解率达到99.1%.添加100mg/L的葡萄糖和蛋白胨均可以促进菌株的生长和菲的降解,pH值为中性条件时对细胞的生长较为有利.GY2B菌株还能降解1-羟基-2-萘酸、2-萘酚、萘、水杨酸、邻苯二酚和苯酚等多种芳香化合物并利用其为碳源和能源生长繁殖.GY2B菌株对菲的降解可能通过水杨酸途径.     

2株分别降解壬基酚和双酚A细菌的分离、鉴定和降解特性

对上海天山污水处理厂氧化沟的活性污泥进行驯化,分离纯化并筛选得到2株能分别以壬基酚（NP）和双酚A（BPA）为唯一碳源和能源生长的降解菌株N1和B2.根据菌株的16S rDNA序列同源性分析,结合菌落和菌体形态以及生理生化特征,初步鉴定N1为柠檬酸杆菌属（Citrobacter sp.57）,B2为芽孢杆菌属（Bacillus sp.A1-3）.通过摇瓶试验并借助正交试验优化菌株降解条件,结果表明,N1降解NP的最佳条件:35 ℃,初始pH为 5.5,无机盐培养液中初始ρ（NP）为10 　mg/L,降解24 h,去除率达79.64%;B2降解BPA的最优条件:30 ℃,初始pH为 7.0,无机盐培养液中初始ρ（BPA）为10 　mg/L,降解24 h,去除率达78.68%.在该优化温度和初始pH条件下,分别在不同初始ρ（NP）和ρ（BPA）下对N1和B2降解反应过程进行动力学分析,该降解过程在底物质量浓度为5～40 　mg/L时符合Monod方程,N1和B2的动力学参数K_s和μ_m分别为4.32,8.36和0.177 8,0.111 9.      

青藏高原克鲁克-托素湖湿地系统微生物多样性

克鲁克湖(Keluke Lake)和托素湖(Tuosu Lake)是青藏高原重要的湿地和水禽自然保护区,其水体微生物的多样性有待研究。利用Illumina测序平台进行16S rRNA基因(V3-V4区)高通量测序,并分析两湖水体微生物的群落结构和多样性。结果表明淡水克鲁克湖和咸水托素湖的物种注释OTU数目分别为331和148,获得克鲁克湖的已知细菌种类为16门34纲66属;托素湖为9门19纲54属。克鲁克湖的微生物优势类群以变形菌门(Proteobacteria)为主,次为蓝菌门(Cyanobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes),其优势种群是未确定种属的蓝细菌、弓形杆菌属(Arcobacter)和盐单胞菌属(Halomonas)。托素湖的优势类群以变形菌门为主,次为厚壁菌门(Firmicutes),优势种群是盐单胞菌属。克鲁克湖的微生物物种丰富度、多样性和分布均匀度均显著高于咸水托素湖,但托素湖的物种优势度明显高于克鲁克湖。两湖优势微生物的属群分布与环境因子存在明显的正相关,此为高原湿地生态系统的环境监测与保护提供参考依据。     

柴达木盆地达布逊盐湖微生物多样性研究

本研究采用高通量测序与传统培养技术相结合的方式研究达布逊湖微生物的多样性。结果显示,达布逊盐湖中的细菌多样性与丰度远高于古菌。高通量测序所得的16SrRNA基因序列分别归属广古菌门(Euryarchaeota),放线菌门(Actinobacteria),拟杆菌门(Bacteroidetes),变形菌门(Proteobacteria)和疣微菌门(Verrucomicrobia)。广古菌门序列占原核微生物(细菌与古菌之和)的5.5%,以嗜盐的盐杆菌科(Halobacteriaceae)为主,而属于放线菌门、拟杆菌门、变形菌门和疣微菌门的细菌序列分别占原核微生物的53.0%、25.8%、14.1%和1.6%。定量PCR结果显示,达布逊盐湖水体中的细菌和古菌16S rRNA基因丰度分别为3.27×107和4.35×104拷贝/毫升。培养分离获得的纯细菌菌株分别属于假单胞菌属(Pseudomonas)和芽孢杆菌属(Bacillus)。古菌菌株则分别属于盐杆菌科的盐盒菌属(Haloarcula)、盐红菌属(Halorubrum)和盐棍菌属(Halorhabdus)。本研究为青藏高原盐湖微生物资源的开发和利用提供了有利的数据支持。