微生物降解石油烃的代谢机制及研究进展

石油烃类污染物是复杂的有机化合物,对生态环境和公众健康具有较大危害。目前微生物技术已成为修复石油烃污染环境的主要方法,微生物可利用目标污染物作为碳源,通过一系列的酶催化对其进行代谢降解。研究了微生物降解石油烃的代谢机制,可通过合理设计降解途径中关键步骤的酶,降低限制因素对石油烃微生物降解的影响,提高限速步骤的反应速度,从而提高对石油烃的降解率,以更好地应用于石油烃污染场地的修复。通过梳理总结石油烃的主要组成和结构、代谢途径、功能基因和关键酶种类,以及组学和合成生物学技术在石油烃降解代谢机制研究中的应用现状,为进一步优化提升微生物修复技术在石油烃污染领域的应用前景提供参考。     

不同沉水植物净水能力与植株体细菌群落组成相关性

选取苦草(Vallisneria natans)、密刺苦草(Vallisneria denseserrulata)、黑藻(Hydrilla verticillata)、伊乐藻(Elodea canadensis)、金鱼藻(Ceratophyllum demersum)、竹叶眼子菜(Potamogeton malaianus)、篦齿眼子菜(Potamogeton pectinatus)和微齿眼子菜(Potamogeton maackianus)这8种亚热带地区常见的沉水植物为研究对象,在室内静水条件下对其氮、磷吸收和水质净化能力进行对比试验,并结合16S rRNA基因测序对沉水植物关联细菌群落组成进行测定,研究沉水植物对水体的净化能力与植株体菌群之间的相关性.结果表明,8种沉水植物对水体中的氮磷的去除主要通过植物增效作用,植物吸收富集作用去除率较低.其中密刺苦草对水体中TN、TP的去除率最高,达到了91. 58%和96. 81%.伊乐藻、金鱼藻对水中氮磷自身吸收能力高于其他组,密刺苦草和苦草的植物增效的净化能力最强.经分析,8种沉水植物对水体中氮磷的净化能力较强可能是因为植物关联的细菌大多具有降解作用.根瘤菌目(Rhizobiales)、伯克霍尔德氏菌目(Burkholderiales)、黄杆菌目(Flavobacteriales)、产碱杆菌科(Alcaligenaceae)、贪铜菌属(Cupriavidus)和芽孢杆菌属(Bacillales)的细菌可能是引起密刺苦草增效的净化能力较强的优势菌群,异常球菌纲(Deinococci)、丛毛单胞菌科(Comamonadaceae)、腐螺旋菌科(Saprospiraceae)和生丝微菌属(Hyphomicrobium)的细菌可能是引起苦草增效的净化能力较强的优势菌群.     

牛粪堆肥系统环境因子对抗性基因的影响

本研究利用实时定量PCR技术检测牛粪60 d好氧堆肥过程中典型四环素类抗性基因(tet Q、tet W、tet M、tet G、tet A和tet X)和大环内酯类抗性基因(erm35、erm36、erm B、erm F、erm T和erm X)的数量变化规律,系统研究了温度、含水率、挥发性有机质(VS)含量、碳氮比(C/N)、pH值、氧化还原电位(ORP)等堆肥系统环境因子和细菌数量(TCB)对这两类典型抗生素抗性基因的影响.结果表明,堆肥升温阶段牛粪中tet Q、tet W、tet G和tet X数量分别增加1. 7、0. 3、84. 8和4. 5倍,而tet M丰度降低了83. 1%;堆肥腐熟阶段牛粪中tet G和tet X数量分别增加23. 8和11. 5倍,而tet W、tet Q和tet M数量均降低90%.整个牛粪堆肥过程中erm35、erm36、erm B、erm F、erm T和erm X丰度分别增加2. 1、430. 4、0. 6、11. 5、2. 1和49. 1倍. RDA分析表明,牛粪堆肥过程中对四环素与大环内酯类抗性基因数量影响较大的3个环境因子分别为:ORP(54. 8%)、温度(34%)和VS(11. 3%),其中ORP与erm X和erm B、温度与tet Q和erm F以及VS与tet W数量均呈明显地正相关.     

磺胺嘧啶对鱼菜共生系统氮元素转化的影响

本文研究了典型抗生素磺胺嘧啶对实验室规模鲤鱼-小白菜共生系统生产性能和氮元素转化的影响.结果表明,磺胺嘧啶使系统鲤鱼体重增量提高17%,但小白菜生产性能大幅下降,使得系统氮素利用率由43.66%降至21.20%,N₂O转化率由1.02%上升至1.98%.磺胺嘧啶在投加初期对系统的硝化过程表现出短期抑制效应,经过32d的适应期后,实验组氨氮浓度下降至和对照组相近水平,系统运行后期实验组氨氧化细菌丰度相较对照组提高51.43%.鱼体内残余的磺胺嘧啶为35.23μg/kg,符合国家标准,但水体中磺胺类药物抗性基因sul1、sul2及intI1的拷贝数分别提升至7.23倍、2.74倍和4.12倍.从生产性能及环境友好性考虑,鱼菜共生系统在设计及运行中应减少或避免抗生素的使用,并采取合理的替代措施规避其风险.     

氯和紫外消毒过程中胞外抗性基因的产生特征

考察了城市污水氯和紫外消毒过程中不同物理形态的胞外抗性基因的产生行为与及微生物群落的关联特征.结果表明,氯消毒尽管使胞内抗性基因丰度下降,但使结合型胞外抗性基因丰度明显上升（0.7±0.1）log,而游离型胞外抗性基因丰度下降（0.2±0.1）log.紫外消毒也使胞内抗性基因下降,但使游离型胞外抗性基因显著上升（0.4±0.2）log,而结合型胞外抗性基因丰度下降（0.3±0.1）log.氯消毒后,结合型胞外DNA（a-eDNA）中变形菌门丰度下降而其他菌门的丰度上升,细菌多样性指数由4.2上升到4.7;而游离型胞外DNA（f-eDNA）中变形菌门上升了6.6%,多样性指数则从3.5降低到2.8.紫外消毒后,a-eDNA中变形菌门丰度下降了36.6%,多样性则上升到4.8,而f-eDNA中细菌丰度变化较小.分子生态网络分析揭示了抗性基因与细菌间广泛的寄存关系,tetA、tetX、sulI和sulII分别与17、15、15和5种菌属间存在共现性,表明抗性基因潜在宿主的变化是导致消毒后胞外抗性基因产生的关键原因.本研究表明氯和紫外消毒不能消除抗性基因风险,反而通过导致不同胞外抗性基因的大量产生,使风险的形式发生变化.     

水产养殖环境中抗生素抗性基因的研究进展

为摸清我国水产养殖环境抗生素抗性基因（Antibiotic resistance genes,ARGs）污染状况,统计了当前水产养殖环境水、沉积物和养殖对象中七大类抗性基因的赋存状况,进一步分析了影响其赋存的因素,对未来我国水产养殖ARGs污染研究进行了展望.水产养殖环境中ARGs主要以iDNA形式存在;磺胺类和四环素类抗性基因的丰度和检出率较高,被认为是水产养殖环境主要的ARGs,已受到当前研究的广泛关注;而喹诺酮类、氯霉素类、β-内酰胺类、大环内酯类和氨基糖苷类抗性基因报道的丰度和检出率相对较低.养殖过程中,养殖用药、饲料及养殖模式是影响水产养殖环境ARGs赋存的主要因素,但环境理化因子调节养殖环境ARGs的作用也不容忽视.     

稻田土壤氧化亚氮产生潜势、反硝化功能基因丰度和群落结构的垂向分布

土壤中氧化亚氮（N₂O）的释放量占全球N₂O释放总量的60%.其中，稻田土壤是N₂O最主要的释放源.反硝化过程是稻田土壤N₂O生成的主要微生物过程之一.本研究选取广东韶关稻田垂向土壤（0~100 cm）为研究对象，通过乙炔抑制剂法测定了N₂O产生潜势和反硝化潜势，并利用针对特异性功能基因的实时荧光定量和高通量测序技术分别分析反硝化功能基因丰度和反硝化微生物群落结构.结果显示：0~10 cm深度的土壤样品N₂O产生潜势最高，可达（0.020±0.0035）μg·g^-1·h^-1.反硝化功能基因中，nirK基因的丰度峰值（（1.51±0.0015）×10⁸ copies·g^-1）出现在0~10 cm深度，而nosZ和nirS基因的丰度峰值（（4.29±0.0015）×10⁷ copies·g^-1和（8.86±0.0010）×10⁷ copies·g^-1）均出现在10~20 cm深度.稻田垂向土壤中N₂O产生潜势和相关的反硝化功能基因（nosZ、nirK和nirS）丰度均随土壤深度的增加而逐渐降低.其中在所有深度的土壤样品中nirK基因的丰度均高于nirS.基于nirK基因的高通量测序结果发现慢生根瘤菌（Bradyrhizobium）的相对丰度最高（44.06%±6.14%，n=6）.相关性分析表明，稻田土壤中N₂O产生潜势与环境因子（TN、TC和含水率）、反硝化功能基因丰度以及慢生根瘤菌（Bradyrhizobium），罗河杆菌属（Rhodanobacter）和亚硝化螺菌属（Nitrosospira）的相对丰度呈正相关.上述结果表明稻田土壤中环境因子和反硝化功能基因丰度影响了N₂O产生潜势的垂向分布.     

拟南芥VTE1过量表达可以增加维生素E含量和提高烟草植株耐盐行

维生素E在动物细胞内具有抗氧化等重要作用，但在植物体内的功能却鲜为人知．本实验利用CaMV 35S启动子与来源于拟南芥的编码生育酚环化酶（TC）的cDNA（VTE1）构建的嵌合表达载体，以根癌农杆菌介导的叶盘法转化烟草W38．实验结果表明，具有卡那霉素抗性的再生植株经RT-PCR检测，得到了与阳性对照一致的495bp的目标片段；转基因植株的VE含量比对照植株高2倍左右，个别株系高达11倍．实验还发现，在耐盐性实验中转基因植株对盐的抗性明显高于野生型烟草；同时，在不同盐浓度（150、250mmoL／L）胁迫下转基因植株VE含量比未转化植株增加了1．3～1．8倍，首次证明VTE1与植物耐盐性之间的关系．     

水稻DDB1基因的表达特性及功能分析

利用RNA干涉技术构建水稻DDB1(Damaged DNA binding protein 1)基因不同启动子驱动植物表达载体,DDB1-RNAi和DDB1-glu-RNAi.通过根癌农杆菌介导转入水稻愈伤,经组织培养成功获得转基因植株.半定量RT-PCR分析显示,与野生型植株相比,两组转基因植株幼叶内DDB1的表达量...     

双酚A促进粪肠球菌中信息素调控质粒pCF10介导的耐药基因接合转移

粪肠球菌是一种在自然水体中广泛存在的革兰氏阳性细菌。信息素调控质粒介导的接合转移是造成粪肠球菌耐药基因快速扩散的重要方式。双酚A是一种内分泌干扰物,因其在工业中大量应用造成其在水环境中的广泛分布。本文以信息素调控质粒中比较有代表性的pCF10质粒作为研究对象,研究了双酚A对粪肠球菌中耐药基因接合转移的影响,证实了双酚A可以促进pCF10质粒介导的耐药基因接合转移,且这一结果同双酚A作用浓度和作用时间相关。双酚A影响耐药基因的扩散,是通过促进编码正调控信息素的ccfA基因表达实现的。本文旨在深入理解双酚A影响抗生素抗性基因扩散的环境行为,为耐药基因控制及双酚A环境效应的评估提供理论支持。