基于宏基因组学壳聚糖酶挖掘研究

壳聚糖酶(EC3.2.1.132)可有效地将壳聚糖降解为活性良好和应用前景广泛的低分子壳聚糖或壳寡糖,但目前存在专一性强的壳聚糖酶发酵水平低、种类单一、应用性能较差等问题.本研究从虾蟹堆积场淤泥采样,采用宏基因组文库方法,从其Fosmid文库中筛选出壳聚糖酶基因ChiE.测序表明,ChiE由1 362 bp组成,编码453个氨基酸,预测分子量(Mr)为42×103左右.将ChiE与pET-28a(+)载体连接,转化大肠杆菌Escherichia coli Rosetta-gami(DE3)构建了壳聚糖酶重组菌.采用离子交换柱(DEAE Sepharose FF)和凝胶色谱柱(SuperdexTM 75)纯化目的蛋白.酶学性质结果显示,该酶最适作用温度70℃,最适pH 6.0,Li+、Sr2+、K+等离子对其具有一定激活作用,Fe3+、Pb2+、Fe2+等离子则具有不同程度的抑制.在最适作用条件下,该酶比酶活为2 158 U/mg.本研究表明,重组菌E.coli Rosetta-gami(DE3)/ChiE具有培养简便、酶发酵产量大等优点,结果可为利用基因工程菌生产壳聚糖酶奠定基础.图5表2参17     

不同海拔高度短穗兔耳草克隆生长及克隆繁殖特征

研究了青藏铁路和青藏公路沿线 5个不同海拔高度样地中短穗兔耳草克隆生长和克隆繁殖的特征.结果表明,不同海拔高度短穗兔耳草匍匐茎数量、匍匐茎长度、基株干重、匍匐茎干重和无性系分株干重等均存在极显著差异(P<0. 01);匍匐茎数量与海拔高度之间存在明显的负线性相关性(P=0. 046 4);匍匐茎长度、基株干重、匍匐茎干重、单位长度上匍匐茎干重、无性系分株干重和匍匐茎分株总干重 /基株干重比值均与海拔高度之间存在极显著的二次多项式相关性(P<0. 01),但匍匐茎长度、匍匐茎分株总干重 /基株干重随海拔高度的变化趋势与基株干重、匍匐茎干重、单位长度上匍匐茎干重、无性系分株干重随海拔高度的变化趋势相反.在短穗兔耳草分布的海拔范围内,其克隆繁殖和克隆生长有一个“最佳”海拔高度,远离这一高度,其克隆繁殖和克隆生长会受到一定限制. 图 6表 2参 18     

胡晗华、饶志明等获本刊优秀论文奖

根据我部决定(见本刊1999年第2期第159页)和有关专家推选评定，胡晗华、石岩峻、丛威、蔡昭铃的论文《不同氮磷水平下中肋骨条藻对营养盐的吸收及光合特性》[2004，10(6)：735～739]和饯志明、赵有玺、李辉、王正祥、沈微、方惠英、诸葛健的论文《太湖流域土壤微生物基因组总DNA分离纯化及其质粒文库的初步构建》[2004，10(6)：774～777]获本刊2004年第5期优秀论文奖。     

若尔盖高原湿地藻类多样性研究

分别于夏、冬两季采集若尔盖高原湿地水样,利用传统培养及显微镜检的方法和现代分子生物学方法对其藻类多样性进行了研究.结果表明,夏季水样至少培养出4种绿藻,分别为普通小球藻(Chlorella vulgaris Beij.)、浮球藻(Planktosphaeriagelatinosa G.M.Smith)、繁茂栅列藻(Scenedesmus abundans Kirchner)和柱状栅列藻(Scenedesmus bijuga Turp.),均属于绿球藻(Chlorococcales),其中普通小球藻为优势藻种,并被分离纯化.显微镜检结果表明冬季水样中主要的藻类种群为硅藻,此结果符合在低温季节天然水体中常以硅藻为主的常理.蓝藻16S rRNA基因克隆文库中的主要类群为硅藻(Bacillaripiophyta,35.3%),其次为蓝藻,包括色球藻(Chroococcales,5.9%)、念珠藻(Nostocales,11.8%)、颤藻(Oscillatoriales,11.8%)和一些未知种属的蓝藻类群(Unclassified Cyanobacteria,35.3%),还发现一些与低温环境微生物相关的类群,如颤藻目细纤菌属(Leptolyngbya).     

铁屑耦合固相反硝化对低碳氮比废水中总氮的处理

为考察脱氮效率并解决碳源不足导致总氮 (TN) 去除率不高的问题,将竹刨花作为固体碳源与挂膜载体,引入铁屑,构成耦合体系,搭建2套反硝化实验装置 (分别为耦合体系1号与单纯固相反硝化体系2号) 并对脱氮率及微生物进行分析。结果表明：进水TN为41.62~59.95 mg·L⁻¹,COD/N<0.5,水力停留时间为18 h; 13~105 d,1号TN平均去除率为73.21%~92.79%,比2号平均去除率高近1倍;1号碳源相对2号更为充足,但2体系出水COD均值都低于一级A;1号总铁释放稳定,出水总铁均值低于0.3 mg·L⁻¹,未出现NH₃-N明显积累。SEM表征结果显示,1号竹填料表面黏性物质与微生物数量更多,生物膜更加紧密。16S rRNA表征结果显示：1号具有更高的微生物丰度与多样性;2体系反硝化脱氮相关门类占主体,优势门类均为变形菌门,但1号变形菌门占比高于2号;变形菌门中,1号反硝化菌群 (属水平,丰度>1%) 类别和总占比均高于2号。由此可知,铁屑强化了碳源的分解与利用,促进了脱氮功能菌生长,显著提升了耦合体系脱氮效能,出水TN可达到地表水IV类标准(GB 3838-2002)。竹刨花获取方便灵活,铁屑低廉,两者构成的耦合体系具有巨大的实际应用前景。     

16SrDNA克隆文库解析AO-MBR系统中细菌种群多样性

采用分子生物学手段16S rDNA克隆文库方法对缺氧/好氧膜生物反应器(AO-MBR)的好氧池与缺氧池中细菌进行了多样性研究。实验结果表明,好氧池污泥样品的克隆文库包括9个类群,其中变形菌(Proteobacteria)和拟杆菌(Bacteroidetes)在文库中所占比例最大,分别为37.04%和14.81%;其次是酸杆菌(Acidobacteria)、未培养菌(uncultured bacterium)、绿菌(Chlorobi)和未培养的绿弯菌(uncultured Chloroflexi bacterium)、浮霉状菌(Planctomycetes),分别为11.11%、11.11%、7.41%、7.41%和5.56%;硝化螺旋菌(Nitrospirae)和裸藻门(Euglenozoa)所占比例相对较小,均为1.85%。缺氧池样品克隆文库包括10个类群,其中变形菌(Proteobacteria)、拟杆菌(Bacteroidetes)和未培养菌(uncultured bacterium)在文库中所占比例最大,分别为27.91%、13.95%和12.79%;其次是浮霉状菌(Planctomycetes)、酸杆菌(Acidobacteria)和绿弯菌(Chloroflexi),在文库中所占比例分别为9.3%、9.3%和9.3%;硝化螺旋菌(Nitrospirae)、裸藻门(Euglenozoa)、芽单胞菌(Gemmatimonadetes)和放线菌(Actinobacteria)所占比例相对较少,分别为6.98%、8.14%、1.16%和1.16%。两池细菌的主要类群相似,但菌属及比例有所差异,变形菌是系统中的主要脱氮菌属。     

海带配子体克隆育苗生产中幼苗培育技术的研究

探索了海带配子体克隆育苗生产中的幼苗培育技术,试验证明,流水速度和洗刷压力是幼苗培育技术中的关键技术.其技术指标如下:在采苗结束时,(1)流水,应采取附苗后静水、24h后微流水(表层流速5cm/s以下)、72h后正常流水;(2)洗刷,在孢子体生长到8~16列c时开始以0.5kg/cm2的压力洗刷,以后随着孢子体的生长及附着力的提高逐渐增加洗刷强度和次数.结果显示,这样的措施可使配子体附着率达到80%以上、幼苗健壮、出苗质量达到国家一类帘标准,使克隆采苗自8~16列c期间的生长发育速度较常规孢子体采苗后的生长发育速度快20d.另外,还统计分析了克隆育苗和孢子体育苗两种大孢子体的主要经济性状,并从遗传角度证明前者种群变异程度明显小于后者.表6参16     

超声波促进好氧/缺氧污泥消化过程中细菌群落结构分析

应用基于16S rDNA的PCR-DGGE对超声波-好氧/缺氧污泥消化过程中微生物种群的多样性进行研究.通过SDS细胞裂解法提取不同时期污泥中的基因组DNA,采用通用引物进行V3区域PCR扩增,长约190 bp的PCR产物经DGGE分离后,获得污泥微生物群落的DNA特征指纹图谱,对条带进行切胶测序,使用序列数据进行同源性分析并建立系统发育树.DGGE图谱表明,在反应器运行的不同时期,微生物群落结构发生动态演替.5、10、15、20、25 d微生物相似性与0 d相比分别为61.2%、48.2%、46.4%、42.6%、41.7%,总细菌Shannon指数经历了一个从逐渐减少到趋于稳定的过程,这表明超声波改变污泥内部性质,导致微生物多样性的降低.UPGMA聚类分析将DGGE图谱区分为三大族群并对应于不同运行时期.测序结果表明,超声波-好氧/缺氧污泥消化中微生物群落主要为Firmicute、Genuscitrobacter、Bacilli、α-Proteobacteria、β-Proteobacteria.     

蠡河底泥中反硝化复合菌群富集及菌群结构研究

从无锡市滨湖区蠡河底泥中富集培养反硝化复合菌群,研究其在不同富集培养阶段TN、NO-3-N、NO-2-N、NH+4-N和COD动态变化,分析反硝化过程中气体释放总量、释放速率和成分,通过构建全长16S r DNA克隆文库研究其菌落结构.结果表明,反硝化复合菌群富集在阶段4时脱氮效果最佳,仅在9 h内,330 mg·L-1的TN负荷下,TN去除率达90.9%,NO-3-N去除率达100%,中间产物NO-2-N和NH+4-N积累量最少,分别为3.39 mg·L-1和16.64 mg·L-1,COD去除率达85%;释放气体260m L,气体主要成分为N2,同时还有少量的CH4和CO2等.富集培养反硝化复合菌群细菌属于Pseudomonadaceae科和Rhodocyclaceae科,为Proteobacteria门,OUT丰度分别为57.8%和31.6%,Pseudomonadaceae科是优势类群.     

Community structure and elevational diversity patterns of soil Acidobacteria

Acidobacteria is one of the most dominant and abundant phyla in soil,and was believed to have a wide range of metabolic and genetic functions. Relatively little is known about its community structure and elevational diversity patterns. We selected four elevation gradients from 1000 to 2800 m with typical vegetation types of the northern slope of Shennongjia Mountain in central China. The vegetation types were evergreen broadleaved forest,deciduous broadleaved forest,coniferous forest and sub-alpine shrubs. We analyzed the soil acidobacterial community composition,elevational patterns and the relationship between Acidobacteria subdivisions and soil enzyme activities by using the 16 S rRNA meta-sequencing technique and multivariate statistical analysis. The result found that 19 known subdivisions as well as an unclassified phylotype were presented in these forest sites,and Subdivision 6 has the highest number of detectable operational taxonomic units(OTUs). A significant single peak distribution pattern(P 0.05) between the OTU number and the elevation was observed. The Jaccard and Bray–Curtis index analysis showed that the soil Acidobacteria compositional similarity significantly decreased(P 0.01) with the increase in elevation distance. Mantel test analysis showed the most of the soil Acidobacteria subdivisions had the significant relationship(P 0.01) with different soil enzymes. Therefore,soil Acidobacteria may be involved in different ecosystem functions in global elemental cycles. Partial Mantel tests and CCA analysis showed that soil pH,soil temperature and plant diversity may be the key factors in shaping the soil Acidobacterial community structure.