基于FY-4A卫星数据反演气溶胶光学厚度及分析应用

风云四号A星（FY-4A）是我国新一代静止气象卫星,多通道扫描成像辐射计（AGRI）是风云四号静止气象卫星的主要载荷之一.为探究FY4A数据用于气溶胶光学厚度（AOD）反演的可行性,基于FY-4A/AGRI数据,利用暗像元算法对2019年2月23~26日及10月27~30日京津冀地区AOD进行反演研究,并与AERONET地基观测AOD数据进行了对比分析.结果表明,基于FY-4A数据及构建响应函数库,通过暗像元方法能较好的反演出京津冀地区气溶胶空间分布;AOD主要的高值区体现在京津冀中南部地区并向周边郊区逐渐降低,在AOD值较大时此特征较为明显;将反演值与同期AERONET地基观测数据对比验证,相关系数达到0.869,均方根误差为0.221,表明AOD反演值与观测值吻合较好,FY-4A卫星数据反演AOD具有一定可行性.     

农田土壤自养微生物碳同化潜力及其功能基因数量、关键酶活性分析

研究农田土壤自养微生物碳同化潜力,对全面认识农田生态系统碳吸收和碳储存有着重要意义.选取6种典型农田土壤,通过14C连续标记示踪技术结合密闭系统模拟培养,量化了土壤自养微生物碳同化潜力及其向土壤活性碳库组分转化,同时结合分子生物学技术及酶学分析方法,探讨了不同土壤自养微生物细菌固碳功能基因(cbbL)丰度及关键酶(RubisCO)活性.结果表明,土壤自养微生物具有可观的CO2同化潜力,在本实验条件下,全球每年表层(0~20 cm)土壤通过自养微生物的同化作用可固定的碳为0.57~7.3 Pg.供试土壤的14C土壤有机碳(14C-SOC)含量范围为10.63~133.81 mg·kg-1,而14C可溶性有机碳(14C-DOC)、14C微生物生物量碳(14C-MBC)含量范围分别为0.96~8.10 mg·kg-1、1.70~49.16 mg·kg-1.土壤可溶解性有机碳(DOC)、微生物量碳(MBC)和SOC的更新率分别为5.07%~14.3%、2.51%~13.12%和0.09%~0.64%.土壤细菌cbbL丰度范围为2.40×107~1.9×108copies·g-1,且RubisCO酶活性(CO2/soil)范围为34.06~71.86 nmol·(g·min)-1.相关分析表明,土壤14C-SOC与14C-MBC及RubisCO酶活性均呈极显著正相关关系(P<0.01).说明土壤对大气CO2的同化作用主要是由自养微生物参与的同化过程,且较高的RubisCO酶活性意味着较高的自养微生物CO2同化潜力.     

Construction of WCB-11: A novel phiYFP arsenic-resistant whole-cell biosensor

The prediction and assessment of environmental pollution by arsenic are important preconditions of advocating environmental protection and human health risk assessment.A yellow fluorescent protein-based whole-cell biosensor for the detection of arsenite and arsenate was constructed and tested.An arsenic-resistant promoter and the regulatory gene arsR were obtained by PCR from the genome of Escherichia coli DH5α,and phiYFP was introduced into E.coli DH5α as a reporter gene to construct an arsenic-resistant whole-cell biosensor(WCB-11) in which phiYFP was expressed well for the first time.Experimental results demonstrated that the biosensor has a good response to arsenic and the expression of phiYFP.When strain WCB-11 was exposed to As 3+ and As 5+,the expression of yellow fluorescence was time-dependent and dose-dependent.This engineered construct is expected to become established as an inexpensive and convenient method for the detection of arsenic in the field.     

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.     

宏基因组研究及其应用研究进展

传统的微生物培养方法损失了近乎99%的微生物资源,而宏基因组研究能够直接从环境中提取全部微生物基因组DNA,通过构建宏基因组文库并结合适当的筛选方法,得到目的基因及其表达蛋白,该研究能够最大限度地开发微生物的序列空间。文章简要概述了宏基因组研究的产生、原理及其在生态学方面的发展和对新基因资源的开发和利用。     

低温1,2,4-TCB降解菌的选育、降解特性及邻苯二酚1,2-双加氧酶基因表达水平

从长期受1,2,4-三氯苯(1,2,4-TCB)污染的地下水中筛选出一株低温寡营养降解菌A2,对A2菌进行革兰氏染色鉴定和16S rDNA鉴定,研究了不同pH、温度、盐度等因素对A2菌降解1,2,4-TCB效果以及对邻苯二酚1,2-双加氧酶基因表达的影响,并进行了正交实验。结果表明,A2菌为革兰氏阴性短杆细菌,初步鉴定为假单胞菌;在pH值为7、培养温度30℃、盐度0.8%、培养时间6 d时,A2菌对1,2,4-TCB降解效果最好,降解率达到88.14%,同时该条件下邻苯二酚1,2-双加氧酶基因相对表达水平最高;培养温度为10℃时,A2菌对1,2,4-TCB降解率可达到85.3%,同时邻苯二酚1,2-双加氧酶基因也有较高的相对表达水平。以上结果说明,将A2菌应用于低温寡营养地下水的生物修复是可能的。     

Toxic effects of acetochlor, methamidophos and their combination on nifH gene in soil

Toxic effects of two agrochemicals on nifH gene in agricultural black soil were investigated using denaturing gradient gel electrophoresis （DGGE） and sequencing approaches in a microcosm experiment. Changes of soil nifH gene diversity and composition were examined following the application of acetochlor, methamidophos and their combination. Acetochlor reduced the nifH gene diversity （both in gene richness and diversity index values） and caused changes in the nifH gene composition. The effects of acetochlor on nifH gene were strengthened as the concentration of acetochlor increased. Cluster analysis of DGGE banding patterns showed that nifH gene composition which had been affected by low concentration of acetochlor （50 mg/kg） recovered firstly. Methamidophos reduced nifH gene richness that except at 4 weeks. The medium concentration of methamidophos （150 mg/kg） caused the most apparent changes in nifH gene diversity at the first week while the high concentration of methamidophos （250 mg/kg） produced prominent effects on nifH gene diversity in the following weeks. Cluster analysis showed that minimal changes of nifH gene composition were found at 1 week and maximal changes at 4 weeks. Toxic effects of acetochlor and methamidophos combination on nifH gene were also apparent. Different nifH genes （bands） responded differently to the impact of agrochemicals： four individual bands were eliminated by the application of the agrochemicals, five bands became predominant by the stimulation of the agrochemicals, and four bands showed strong resistance to the influence of the agrochemicals. Fifteen prominent bands were partially sequenced, yielding 15 different nifH sequences, which were used for phylogenetic reconstructions. All sequences were affiliated with the alpha- and beta-proteobacteria, showing higher similarity to eight different diazotrophic genera.     

基于16S rRNA基因测序法分析北京霾污染过程中PM2.5和PM10细菌群落特征

2013年1月8~14日,北京出现了严重的霾污染.霾污染时高浓度的大气颗粒物增加了暴露人群的健康风险,而大气中的微生物也可能带来一些风险,但目前对霾污染时大气中微生物组成了解较少.本研究选取了2013年1月8~14日北京7d的PM2.5和PM10采样样本,通过对细菌16S rRNA基因V3区扩增和Mi Seq测序,得到PM2.5和PM10中的细菌群落结构特征,并将结果与相同采样样本的宏基因组测序结果及三项国外基于16S rRNA基因测序方法的大气中细菌研究结果进行了比较.研究发现7 d连续采样条件下,PM2.5中细菌群落结构在门和属的水平上均差别不大.在属级别上,节杆菌属(Arthrobacter)和弗兰克氏菌属(Frankia)是北京冬季大气中细菌群落的主要类群.16S rRNA基因测序与宏基因组测序结果对比分析发现,在属级别上,两种分析方法中有39个相同的属类群(两种分析方法丰度前50的细菌类群合并所得),弗兰克氏菌属(Frankia)和副球菌属(Paracoccus)在16S rRNA基因测序分析结果中相对含量较多,而考克氏菌属(Kocuria)和地嗜皮菌属(Geodermatophilus)在宏基因组测序结果中相对含量较高.在门和属的水平上,PM2.5和PM10中细菌群落结构特征呈现出相似的规律.在门水平上,放线菌门(Actinobacteria)在PM2.5中的相对百分比较大,而厚壁菌门(Firmicutes)在PM10中的相对百分比较大.在属水平上,梭菌属(Clostridium)在PM10中的相对百分比较大.与三项国外基于16S rRNA基因测序研究结果对比发现,尽管在采样地点和采样时间上有较大差异,大气中普遍存在一些相同的细菌类群,且近地面大气细菌群落结构特征相似度较高,区别于高空对流层中细菌群落结构特征.     

工程菌及其固定化细胞对有机磷农药的降解

用抗性库蚊酯酶基因,引入原核表达载体pRL439,转化大肠杆菌HB101细胞,获得表达.通过酶切、Southern杂交鉴定重组质粒.研究了重组菌酯酶的活性,重组质粒pRL-B1表达的酯酶具有高酶活并能高效降解酯酶的特异性底物a-乙酸萘酯(a-NA)和β-乙酸萘酯(β-NA);经对重组菌进行细胞固定化后降解有机磷农药对硫磷(1605),反应时间短,降解效率高.     

干燥和复吸水条件下发菜过氧化物氧还蛋白差异表达与基因克隆

发菜(Nostoc flagelliforme)是一种陆生固氮蓝藻,为探讨其耐旱的分子机理及对极端干旱环境的适应和保护机制,运用双向电泳技术(2-DE)、凝胶图像分析、MALDI-TOF-TOF/MS质谱鉴定和数据库检索,分析发菜过氧化物氧还蛋白(Peroxiredoxin)在持续干燥48 h和复吸水4 h后的差异表达水平,根据鉴定的过氧化物氧还蛋白已知氨基酸序列设计简并性引物克隆该基因,分析基因和氨基酸序列的同源性及对蛋白质二级结构进行预测,并研究其原核表达.结果表明,发菜过氧化物氧还蛋白在复吸水后的表达量明显高于干燥状态下的表达量。根据简并性引物克隆获得长度为639 bp的过氧化物氧还蛋白基因,GenBank登陆号为HM854286.序列比较分析显示该基因具有较高的保守性,蛋白质二级结构主要由α螺旋、β折叠和随机卷曲构成.将过氧化物氧还蛋白基因在大肠杆菌中表达,获得符合预期的外源重组蛋白(26.5×103),经Western blotting验证,该外源蛋白为过氧化物氧还蛋白.图10表1参25