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第二十次全国环境微生物学学术研讨会

第二十次全国环境微生物学学术研讨会

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  • 摘要:根癌农杆菌GW4分离自富砷的地下水沉积物中,具有极高的亚砷酸盐[As(Ⅲ)]抗性,并具在较低碳源条件下将高毒性的As(Ⅲ)氧化成低毒性的As(Ⅴ).前期研究表明该菌加As(Ⅲ)促长,砷氧化可以产生ATP和NADH,且细菌GW4在As(Ⅲ)浓度0.5-2mM时下表现出对As(Ⅲ)的正趋化现象.然而,细菌砷氧化的电子传递链以及砷氧化与砷趋化的关系还有待阐明.
  • 摘要:木质纤维素是最丰富的可再生资源之一.其中由木质素及其复合超分子构成木质纤维素生物降解的抗性屏障,限制了碳素释放及利用.白腐真菌能通过分泌木质素降解酶系对木质素进行降解,这类降解酶系也能对多种难降解芳香族污染物进行降解.基于此,本研究在获得不同有效降解木质素的白腐菌株及其木质素降解功能基因的基础上,从木质素分子结构表征、木质素生物降解酶系统、木质素—芳烃污染物共基质降解组学等方面深入研究并揭示了木质素生物降解、木质素—污染物共基质降解的分子机制.
  • 摘要:谷氨酸棒状杆菌(简称谷棒杆菌,Corynebacterium glutamicum)是生产氨基酸、维生素等多种化学品的重要工业微生物菌种.近期研究发现谷棒杆菌能够降解以对甲酚(p-cresol)为代表的多种芳香族化合物,展现出其在治理芳烃环境污染方面的潜力.基于前期从谷棒杆菌ATCC13032中鉴定的对甲酚生物降解相关基因簇“cre”,通过体外实验对该基因簇编码的CreCDEFGHI七个酶蛋白的催化功能和酶学特性进行了解析,并成功实现了整条降解途径的体外重建.首先,对甲酚被双亚基磷酸化酶CreHI转化为4-甲苯基磷酸;然后,4-甲苯基磷酸中的甲基被一种多功能细胞色素P450氧化系统CreJEF连续氧化,生成磷酸化的醇、醛、酸中间产物;最终,上述磷酸化中间产物被磷酸水解酶CreD水解,分别生成对羟基苯甲醇、对羟基苯甲醛和对羟基苯甲酸;对羟基苯甲酸可进入微生物中心代谢而被完全降解利用.此外,该降解途径中还含有一个醇脱氢酶CreG和一个醛脱氢酶CreC,这两种酶的存在可进一步加强对甲酚的降解效率.
  • 摘要:蓝细菌是地球上最古老的光合微生物,通常为单细胞或简单多细胞原核结构,可以通过光合作用将光能转化为化学能同时释放O2并将CO2固定有机物,被誉为阳光驱动的细胞工厂.以胁迫响应的模式材料蓝细菌Synechocystis6803(下文简称6803)为研究对象,对其胁迫响应的生物学基础进行了深入地系统性研究,揭示了蓝细菌基于PSI的胁迫响应机制.
  • 摘要:DNA磷硫酰化修饰,是由dndABCDE组成的基因簇负责完成的,存在于细菌DNA骨架上的生理修饰.该修饰能够用硫原子取代DNA磷酸二酯键上的非桥连氧原子.DNA的磷硫酰化修饰在不同菌属间存在序列的特异性,且具有Rp空间构象的专一性.DNA磷硫酰化修饰是目前发现唯一存在于DNA骨架上的特异性生理性修饰,由DndBCDE-DndFGH组成的依赖于DNA磷硫酰化修饰的“限制-修饰”系统,在细菌抵御外源DNA片段地入侵中起到了关键作用.
  • 摘要:生物冶金是利用微生物将矿石中有价元素选择性浸出,制备高纯金属及其材料的新技术.其应用最早在公元前六、七世纪的《山海经》就有记载.基因组学是现代生物学组学时代的新技术.近年来本研究团队将基因组学的最新技术应用与生物冶金领域,实现了传统生物冶金由微生物表型观察和定性分析到基因组学研究和定量分析的跨越以及矿物氧化分析从宏观到表面化学的微观研究跨越,所开发的基于微生物基因组学的生物冶金技术从实验室小型试验发展到了大规模产业化应用,用生物技术的钥匙开启了矿产资源绿色高效利用的大门,并扩展到水体和土壤环境的重金属污染治理领域.
  • 摘要:氨氧化单加氧酶(AmoA)和颗粒性甲烷单加氧酶(PmoA)有同源性.为了找出以这些基因作为标记的氨氧化或甲烷氧化细菌群落结构分析时被“遗漏”的微生物,2013年开发了可基于高简并引物的两步PCR同时覆盖氨氧化或甲烷氧化细菌amoA/pmoA基因的方法.利用此方法分析各种生态环境中氨/甲烷氧化细菌过程中,发现以前被报道为奇异甲烷氧化菌Crenothrix的pmoA基因相关序列广泛分布于各种生态环境中,但在以前的研究中被“遗漏”.
  • 摘要:针对重金属污染环境微生物原位修复技术挑战,研发了一套基于微生物矿化原理,从尾矿污染源控制到末端修复的重金属原位生物修复技术,包括尾矿微生物固化技术、盐碱土砷污染微生物原位修复技术、地表水和地下水重金属污染微生物原位修复技术,以及单质汞和离子汞微生物原位修复技术等.
  • 摘要:感知环境中包括温度,pH,氮源,碳源等信号,对微生物适应复杂生存环境是必需的.因此,微生物进化出了各种各样的感知调控系统来探知周围环境的信号,并通过信号转导调控细胞的代谢和细胞的行为.氮是细胞组成的必要元素,是蛋白质和核酸生物大分子物质的主要成分.微生物对氮源响应的分子调控系统复杂多样,其中包括肠道细菌的NtrBC系统,蓝细菌的NtcA系统和低GC含量的革兰氏阳性菌的GlnRA系统等.相较于前两者,GlnRA系统相对简单,该系统由转录调控蛋白GlnR,GlnR对应的DNA结合序列和谷氨酰胺合成酶GlnA构成.
  • 摘要:湖泊富营养化导致浅水湖泊初级生产力提高,从而产生大量的以浮游藻类和大型水生植物为主的内生有机质,其分解过程深刻影响湖泊系统碳氮磷营养物质循环,和湖泊生态灾害“湖泛”(黑水团)发生也直接相关.
  • 摘要:莱州湾西岸石油污染、盐渍化十分严重,石油污染及盐分梯度复合逆境对土壤、植物、微生物等产生直接或间接的危害,如引起土壤板结化,损害植物根部,阻碍根的呼吸与水分吸收,甚至引起根系腐烂,改变土壤有机质的碳氮比和碳磷比,造成土壤微生物群落、区系的变化等.由于植物-微生物在从海洋到陆地演替过程中对这种复合逆境的适应机制尚不了解,被石油污染的生态系统很难恢复.因此,研究石油污染及盐分梯度复合逆境下植物-微生物的适应机制,利用植物-微生物联合修复莱州湾滨海湿地,恢复其生态功能迫在眉睫.本研究以野外选点采样与室内模拟相结合,应用基因组学测序分析植物根际细菌的丰度及适应机制,揭示黄河三角洲田菁根瘤菌及山东半岛海岸带特有植物海边香豌的遗传多样性及与环境因子的关系,并筛选到高效共生固氮的田菁根瘤菌与丛枝菌根真菌.应用耐盐微生物根瘤菌和丛枝菌根真菌,复合接种于田菁根际,进行耐盐小区实验,土壤降盐效果明显,重度盐碱土壤表层土平均降盐率达约49%.高耐盐根瘤菌4105在盐胁迫环境中和菌根真菌GM之间存在协调促进宿主田菁抗盐胁迫的作用,并通过转录组学手段研究了其耐盐促生机制.同时进行了田菁和丛枝菌根真菌、根瘤菌在添加以菲和芘为代表的多环芳烃的三共生修复效果研究,植物-微生物联合作用对污染物的去除率达到90%左右,其互作机理正在进一步研究.下一步将优化耐盐植物-微生物共生体系,为海岸带复合逆境下植物-微生物联合修复提供示范作用.
  • 摘要:本报告将介绍城市垃圾填埋过程主要污染物的微生物处理技术原理和应用,包括新型污染物抗生素抗性基因的变化和控制等.
  • 摘要:在火山口、热泉等极端环境中,生长着一类极端嗜酸热微生物,其独特的生长环境决定了这类微生物所蕴含的潜在科研价值.冰岛硫化叶菌Sulfolobus islandicus REY15A是一种较早被发现、并建立了完善的遗传操作体系的极端嗜酸热模式微生物.CRISPR-Cas系统是近年来发现的原核生物抵御入侵的病毒和质粒DNA的获得性可遗传的免疫系统,该系统能够使古菌或细菌在被病毒等侵染以后获得特异性识别该病毒的能力,当该病毒再次入侵时CRISPR-Cas系统将切割降解其DNA等核酸物质,从而保护菌体不被感染.近年来该系统在模式生物(如水稻、小麦、人细胞,小鼠,斑马鱼等)的基因组编辑方面取得了重要的应用,在生物医学领域引起了一场科技巨变.但是CRISPR-Cas系统如何获得免疫能力(即适应)的机制上存在的未解之谜.原核生物特别是嗜热古菌在适应这一过程的细节及病毒入侵诱导CRISPR系统运行之后对宿主复制、转录、翻译的影响等领域的研究尚处于起步阶段.研究这些问题将对于认识CRISPR系统的具体机制、开发和利用CRISPR系统具有深远意义.
  • 摘要:污水处理厂是一类重要的抗生素抗性基因(ARGs)库,因此必须加强控制和去除其排水中的ARGs,从而削弱ARGs由污水处理厂向排水受纳环境的传播.目前对污水处理系统中ARGs赋存情况已有不少报道,但研究多采用0.22μm滤膜过滤的预处理方法收集DNA,即只关注了细胞态ARGs,而游离DNA所携带的ARGs情况还少有报道.ARGs在环境中可通过接合、转化、转导三种水平基因转移方式在不同细菌间传播扩散;其中,转化正是细菌从环境中直接吸收游离DNA的方式.忽略了对污水处理厂排水中游离ARGs的评估,污水处理厂传播ARGs的风险水平很可能被低估.本研究选取一座大型污水处理厂为研究对象,采用荧光定量PCR技术,率先对污水处理系统内包括游离态在内的ARGs丰度特征开展研究,同时考察污水处理厂排水后细胞态和游离态ARGs丰度可能的动态变化趋势,从而评估游离ARGs是否可能是污水处理厂向排水受纳环境传播ARGs的一种被忽视的重要形态.
  • 摘要:生物冶金是通过微生物的作用将硫化矿物中的铁硫化合物氧化,从而使有价金属以离子的形式溶于水中并进一步提取的新技术.本研究基于分子生物学方法(real-time qPCR和16S rRNA高通量测序技术)、理化环境监测方法(电感耦合等离子发射光谱AES-ICP、X射线衍射XRD和分光光度法等)及生物统计分析方法(去趋势对应分析DCA、Pearson相关性分析、偏最小二乘路径模型PLS-PM、分子生态网络MENs等),探究实验室和自然条件下,生物冶金体系环境-微生物-矿物氧化效率之间的关联机制.
  • 摘要:我国是抗生素生产和使用大国,每年有成千上万吨抗生素药物被用于禽畜养殖和个人医疗中,其中磺胺类抗生素由于其广谱性和质优价廉的优点成为我国医药和兽药抗生素中使用量较大的一类.事实上,大部分抗生素并不能完全被机体所吸收.研究发现,高达85%~90%抗生素以药物原形或代谢物形式经排泄物进入环境中,对土壤和水体等造成严重污染.甚至由此导致耐药菌不断出现和大量繁殖,诱导产生的抗性基因对生态环境造成潜在的基因污染。另一方面,重金属(如铜、铬、锌等)常作为促生长剂被广泛用于动物饲料中,从而在畜禽养殖区及周边土壤环境形成抗生素和重金属共存的典型复合污染。环境中微生物在残留的抗生素和重金属复合污染长期的选择胁迫下,势必产生多重抗性,而抗性菌的出现,将会破坏微生物生态系统的多样性平衡。因此,开展抗生素和重金属复合污染环境中抗性微生物的多重抗性机制研究具有重要的科学意义。本研究选取磺胺类抗生素和重金属铜作为研究对象,从污染环境中筛选分离获得多株对抗生素和重金属铜具有多重抗性的菌株,并以此开展抗生素和重金属复合污染胁迫下抗性菌的胁迫响应以及抗生素和重金属在抗性菌细胞的代谢转化途径研究。
  • 摘要:随着科学技术的不断发展,当前蛋白质组学技术已经进入了“翻译后修饰”研究的科学时代.在已知的600多种翻译后修饰种类中,蛋白的酰基化修饰最为频繁,其中包括赖氨酸残基的甲基化、丙酰化、豆蔻酰化、乙酰化以及琥珀酰化修饰等.为了进一步研究蛋白赖氨酸常见酰基化修饰在细菌中的分布与生物学功能,本研究以水产类致病菌—嗜水气单胞菌为研究对象,利用抗体亲和富集与高分辨质谱鉴定技术,分别构建了嗜水气单胞菌琥珀酰化与乙酰化修饰蛋白质组学图谱,并对其修饰位点与修饰蛋白的功能进行初步的探讨分析.
  • 摘要:浸矿细菌多为嗜酸性细菌,在金属浸出和污染物清除中发挥重要作用.它们可以对矿粉进行生物氧化,使金属元素从矿石中溶解处理,通过进一步的纯化、浓缩获得目的金属.浸矿细菌也能把硫、汞和砷等元素从污染场地转化为可溶解状态从而达到去除污染物的目的.浸矿细菌的生物氧化方法与传统冶炼方法相比,具有成本低、操作简单和能耗少等特点.
  • 摘要:当前,A2/O工艺是一个广泛应用的污水生物处理工艺,因其具有较稳定的脱氮除磷能力且成本较低,因而在国内被大多数污水处理厂所采用.但随着有关部门提出污水处理厂出水水质须进一步提升(达到地表Ⅳ类水)的要求,污水处理厂在不断寻求提升出水水质的方法和措施.本研究选取了宁波市两家具有代表性的污水厂(分别用字母D和X表示),通过高通量测序分析各自的厌氧区、缺氧区和好氧区的细菌群落结构,结合相关水质参数,试图找出两个污水厂脱氮能力差异的主要原因,为提高污水厂脱氮效果提供一定的基础依据.
  • 摘要:含氮杂环化合物是重要的环境污染物,导致肿瘤、胎儿畸形等疾病.某些微生物可以高效地分解这些含氮杂环污染物,例如恶臭假单胞菌S16菌株可以高效地降解烟草加工废弃物中的尼古丁.许平、唐鸿志教授发现了S16菌株中对尼古丁代谢起到关键调控作用的蛋白NicR2.NicR2是nic2基因簇的转录阻遏蛋白,阻遏尼古丁分解代谢下游途径一系列关键代谢酶的转录,它的DNA结合位点位于转录起始位点上游-32到-4区域内,是一个28bp的回文序列.
  • 摘要:以芘为唯一碳源,富集了能够降解芘的混合菌群.芘初始浓度为60mg/L时,在1%,5%及10%盐度下,该降解菌都具有降解作用(76%、55.05%以及46.6%);pH=7的培养基对应的降解效果最好(76%),酸性条件下,菌液中芘的降解率较低,碱性条件下,菌液中芘的降解率较高;2.5g/L羟丙基-β-环糊精对菌群降解芘具有抑制作用(70%).但当其浓度分别为5g/L、10g/L、20g/L时,菌群对芘的降解具有促进作用(依次91%、90.5%、91.5%).以芘为唯一碳源,富集的能够降解芘的混合菌群主要包含Mycrococcales、Pseudomonadales、Burkholderiales等菌.
  • 摘要:好氧颗粒污泥因其致密的物理结构、优异的沉降性能、功能互营的菌群和高浓度的生物量,在改善泥水分离、同步脱氮除磷、高效降解有毒物、剩余污泥减量以及降低工程投资等方面具有明显技术优势、良好开发应用前景.但在好氧颗粒污泥工艺长期运行过程中,经常发生颗粒污泥不明原因的解体,多数研究者通过水力学优化、进水机制强化等策略研究认为颗粒结构解体与颗粒污泥胞外多聚物(extracellular polymeric substances,EPS)凝胶性能、菌群结构紧密相关.近年来,学者发现除通过人为因素调节促进颗粒污泥功能微生物团聚外,颗粒污泥内部存在自我调节机制(群体感应为主).群体感应(Quorum sensing,QS)是微生物细胞间主要的信息传递方式,微生物根据自身种群密度、环境因子变化分泌一种或多种信号分子,通过扩散、转运蛋白作用进入细胞并结合特异蛋白,进而调控下游功能基因表达实现生物膜形成、致病因子分泌、生物荧光等生命活动.研究表明,群体感应现象显著调节好氧污泥颗粒化,但调控机制上不明确.
  • 摘要:石油污染严重破坏人类与生物的生存环境,具有很强的致畸、致癌毒性及生物累积效应,直接威胁着人类社会与生物圈的生存与繁衍.微生物修复是去除石油污染的有效手段,依靠环境中分离的微生物菌株或菌群,以石油污染物中的烷烃类物质为碳源,通过复杂的代谢反应将其分解为无害的终产物与可应用的化学品.尽管一系列石油降解菌株被分离,但其降解机制尤其是调控机理尚不明确,大大影响了其降解效能的进一步优化与实际应用.
  • 摘要:有机污染物的生物修复和生物降解一直是生物技术的研究热点.20世纪90年代,多位科学家研究了有机污染物在两相分配反应器中的微生物降解作用,考察了疏水性有机污染物在两相系统的增溶与传质,以期解决污染物低生物利用度的问题.而构建污染物降解的两相生物反应器的基本前提是:1)有机溶剂对疏水性有机污染物的溶解度;2)有机溶剂相具有生物相容性;3)污染物从有机相向水相转移的扩散传质能力;4)有机溶剂本身是否被生物降解.相对于水-有机溶剂两相系统,而如何提高疏水性有机污染物的生物利用度,应该从污染物溶解度、相间扩散传质和微生物摄取能力三个方面进行强化,这也是浊点系统中污染物生物降解到所要解决的主要问题.
  • 摘要:可替宁(Cotinine)是尼古丁(Nicotine)在人体内的主要代谢产物,对人体有潜在的致癌和致畸作用.摄入人体内的尼古丁约有70-80%被转化成Cotinine.Cotinine并不能完全被人体分解,约有10-15%的Cotinine随尿液排出体外.据统计全世界每年大约消费5.5万亿支香烟(约5万吨Nicotine),因此有大量的Cotinine被排入到环境之中并产生潜在的危害.微生物是降解环境污染物的主力军,具有高效、经济、环保等优势.迄今为止,尚未有纯培养微生物降解Cotinine的报道.
  • 摘要:随着人类生活水平的不断提高,对能源的需求量也急剧增加,能源短缺和环境污染问题已经成为全球面临的两大难题.木质纤维素具有可再生性、含量巨大、不与人争粮等优势,被誉为取之不尽用之不竭的资源,到目前为止其已经提供了世界能源消耗总量的14%左右.低品位废弃生物质由于本身存在很强的降解抗性,很难被微生物高效降解利用,大量的丢弃还造成环境污染问题,其资源化利用引起了世界各国的广泛关注.氢气作为最纯净的可替代能源一直都是可再生能源研究领域的重点,以木质纤维素为原料的生物制氢工艺,可以在温和条件下合成氢气,同时解决废弃生物质的环境污染问题,是一种环境友好型的工艺.
  • 摘要:环二鸟苷酸(c-di-GMP)是广泛存在于细菌中的一种核酸类第二信使,参与调节原核生物中多种生理活动,例如在调节菌体生物被膜状态和运动状态的转变中起着重要作用.氧化胁迫是指高浓度的活性氧(ROS)对细胞中的生物分子造成的氧化损伤,有效应对氧化胁迫是细菌适应和生存于各种环境的重要能力.通常认为,c-di-GMP是通过影响生物被膜形成和运动能力而间接影响菌株的抗氧化胁迫能力,但c-di-GMP能否通过调控胞内氧化还原酶的表达或活性而直接影响菌株抗氧化胁迫尚不清楚.前期工作发现c-di-GMP对恶臭假单胞菌KT2440应对氧化胁迫有重要作用,高c-di-GMP水平的菌株对氧化胁迫的抵抗能力更强.通过比较不同c-di-GMP水平的KT2440菌株中常见抗氧化胁迫相关基因的表达水平,发现高水平c-di-GMP促进fpr-1和katE的表达.fpr-1编码的铁氧化还原蛋白还原酶可为参与各种代谢的蛋白质提供电子,katE编码的过氧化物酶参与胞内过氧化物的处理,两者在细菌应对氧化胁迫过程中起重要作用.
  • 摘要:多环芳烃是一种由两个及以上苯环以弯接,簇集等方式形成的有机化合物,由于其具有较强的化学稳定性,故其在环境中广泛存在.生物处理是一种多环芳烃降解的有效手段.以往,多环芳烃生物降解的研究多集中在好氧微生物的研究.但实际环境中存在大量的厌氧环境,故对多环芳烃的厌氧降解的研究是非常重要的.本研究旨在在不同厌氧环境(以硝酸根、硫酸根、三价铁以及产甲烷)条件下富集多环芳烃的厌氧降解菌,了解其代谢途径、特性以及主要功能基因.
  • 摘要:近年来,人类利用微生物作为细胞工厂进行高附加值产品的生产得到了广泛关注.但实际生产过程中,微生物需要面临多种环境胁迫压力,如有机溶剂、高温、高渗、高盐、极端pH条件、营养条件缺乏等,这些对细胞的生理活性产生重要影响,进而限制了反应的生产效率.
  • 摘要:氮是维持生命活动最重要的营养元素之一.氮的生物地球化学循环是将氮转化成生物可利用形式的关键过程.微生物在氮循环过程中起着关键作用,如固氮菌、硝化菌、反硝化菌然而,环境微生物种类和功能及其丰富多样,并且超过99%的环境菌目前无法实现纯培养,造成了对环境菌的活性和功能的认识仍非常不足.
  • 摘要:我国是农业大国,拥有非常丰富的农用废弃物资源.利用秸秆类木质纤维素资源生物转化生产生物燃料和生物基化学品,是国内外研究者很关注的热点研究内容.纤维素酶是降解木质纤维素重要的酶,但是纤维素酶生产成本过高,导致木质纤维素资源的转化成本过高.此外,木质纤维素预处理过程产生多种抑制性物质,限制微生物发酵活性.本课题组利用微生物代谢工程改造,促进丝状真菌里氏木霉纤维素酶合成,此外,开发了高效的发酵方法,提高纤维素酶生产效率.对酿酒酵母进行代谢工程改造,提高了菌株对多种抑制物的耐受性,相关研究进展为开发创新的微生物降解技术,提高木质纤维素原料降解效率,促进农用废弃物资源化利用,进而为利用生物技术生产包括生物燃料和生物基化学品在内的多种产品提供了基础.
  • 摘要:近年来,对虾养殖病害频发的局面不但没有改善,反而有更加严重的趋势,已成为对虾养殖产业发展的主要瓶颈.正常情况下,对虾肠道菌群处于动态平衡,维持着肠道正常生理功能,但当肠道内外环境发生变化、肠道菌群的平衡遭到破坏时,会导致病害的发生.因此,研究对虾肠道菌群的变化对于防治对虾病害具有重要意义,本研究选取了不同发病时间以探究发病时对虾肠道细菌群落的变化规律.
  • 摘要:硫氧化驱动的自养生物反硝化是近几年发展起来的生物脱氮新技术,其是化能自养型微生物以单质硫或其他还原态硫化物为电子供体、CO2等无机碳作为碳源,将硝态氮还原为N2的过程.相对于异养生物反硝化过程,该过程不消耗有机碳源,减少运行费用和CO2排放;自养型微生物细胞产率低,剩余污泥量少;无机物作为电子供体,消除有机碳残留问题.硫自养反硝化在低碳/氮比地下水或废水和基于硫循环的生物脱氮领域已被广泛研究.然而,该过程硫元素生物氧化不可避免生成SO42-,同时N2O作为其代谢过程的一个中间产物,使得该过程具有N2O释放的潜能.因此,如何控制该过程SO42-生成,并阐明该过程N2O生成势及释放潜能,是该技术走向工程应用亟需解决的关键科学技术难题.
  • 摘要:微生物燃料电池(MFC)是一种较新的环保能源技术,在最近的十几年里发展迅速.该技术潜在的应用领域包括水处理、生物修复、生物电能、生物电合成和生物传感器等,扩大化和规模化实现应用是该技术目前面临的最大挑战.污染水体处理和修复被认为可能是MFC最先实现应用的领域.
  • 摘要:随着石油等化石能源的日趋枯竭,人类面临着能源短缺的严峻挑战,开发可再生的洁净能源刻不容缓.氢是一种环境友好型的清洁能源,由于其热值高(142MJ/kg),而且燃烧或被氧化释放能量,因其可再生、清洁高效、高热能等优点,成为新能源研究的理想目标.氢气的制取除了物理和化学法,还可以利用微生物发酵制取.微生物发酵制取氢气较物理和化学方法能耗低,而且可以实现有机废水和废弃有机质等廉价底物的资源化.目前,限制生物制氢工业化的瓶颈主要来源于产氢效率相比较物化法低和产氢成本偏高.因此,研究者们将研究重点主要集中在高效发酵产氢细菌的分离和廉价底物筛选等方面.本研究在对高效发酵产氢细菌的分离研究实验中,分离获得了2株高效发酵产氢细菌ZGM211和G1.
  • 摘要:随着国内工业化和现代化进程的不断推进,人口急剧增长,土壤质量严重下降,土壤污染问题日渐突出,其中土壤重金属污染中的镉(Cd)污染已经成为重金属污染中的镉(Cd)污染已经成为全民关注的焦点问题之一,施加土壤调理剂,改变土壤重金属的生物有效性对土壤重金属的修复起着重要作用.针对土壤镉污染面积大,活性高的问题,通过钝化稳定化方式降低其生物有效性是在确保农业耕地红线的前提下,保障农产品和土壤环境安全的主要方式,已经成为农业、环境及食品工作领域的重点关注话题.生物质炭是由富含碳的生物质在无氧或缺氧条件下经过高温裂解生成的一种具有高度芳香化、富含碳素的多孔固体颗粒物质.具有丰富的孔隙结构、较大的比表面积且表面含有较多的含氧活性基团,在改善土壤质量,提高生物学活性方面发挥积极作用.枯草芽孢杆菌是一种需氧型革兰氏阳性棒状细菌,大量存在于土壤和水域中,具有抗生作用、促进植物生长、对土壤污染物的高效去除作用.但在施用中存在活性丧失和浓度难控制等弊端.鉴于此,本文以生物质炭为载体,以枯草芽抱杆菌为功能微生物,进行高效复合,旨在避免菌株失活现象的发生,达到土壤锅离子的高效钝化稳定化的目的。
  • 摘要:趋磁细菌广泛分布在全球的不同生态环境中,湖泊、河流、沼泽、瀉湖和海洋环境等,通过对不同海洋生境中的趋磁细菌进行了一些研究,发现了它们的一些生态分布特点,多样性变化和一些特殊趋磁细菌,同时培养了几株海洋趋磁细菌.为海洋趋磁细菌研究提供一些基础和资源积累.
  • 摘要:为探究尾水排放对地下水及河道水中细菌群落结构的影响,于2016年3月-2017年2月采集江苏省常州市武进区建东路污水处理厂内尾水(W)、2个地下井(D1、D2)及排放口上(S)、下(X)游河道水的水样样品,每个月采集1次,共计12次.以D1为地下水参照点,D2为地下水实验点;S为河道参照点,X为河道实验点,监测水质指标、水中细菌群落结构变化,分析细菌群落结构与水质指标的响应关系.研究结果表明,传统微生物培养技术发现尾水的排放对地下水细菌群落结构变化较小,对河道水细菌群落结构变化较大.尾水对地下水及河道水中细菌群结构的影响研究为尾水排放的安全性评估与国家相关标准/规范的制定提供相应的理论依据对了解尾水排放还原过程水质变化及研究河道污染情况监控与治理具有重要的意义。
  • 摘要:喀斯特洞穴具有恒温、寡营养和黑暗等特点,是一个相对封闭或半封闭的特殊生态环境.微生物是洞穴生态系统中的重要组成,在能量代谢和物质循环中起重要作用,对沉积物及洞穴发育形成具有促进作用.织金洞是高原喀斯特地貌的典型集中发育区和缩影,对织金洞内细菌群落结构和细菌群落在洞穴环境中的潜在功能进行研究探讨,可为喀斯特洞穴微生物结构与功能研究提供指导.同时,通过比较织金洞内不同开放程度洞厅中细菌群落结构和组成,进一步探究旅游开发对洞穴细菌造成的影响,为喀斯特洞穴保护提供理论依据.本研究采用基于高通量二代测序的方法,比较研究织金洞中不同人为扰动程度下洞穴细菌结构组成的异同,并利用PICRUSt对人为扰动较小区域内的细菌的功能和代谢途径进行预测分析.
  • 摘要:对虾养殖频繁的病害暴发已成为制约对虾养殖健康发展的瓶颈.因此,亟需建立灵敏、定量地预测对虾的发病风险技术,并明确潜在的病原菌进行对症下药.前期工作发现对虾病害的严重程度与肠道细菌群落的变异幅度正相关并筛选到指示细菌种群.通过中性模型比较健康和病害对虾肠道微生物维持的生态学机制,筛选到潜在的益生菌和病原菌库.基于上述发现,推测能够以肠道指示微生物为自变量定量预测病害.将养殖环境—浮游细菌—肠道微生物—病原菌致病能力增强—对虾免疫反馈等作为一个相互影响的整体考虑.在对虾正常养殖过程中,肠道细菌群落演变具有一定规律,其变化是可以预测的,而一旦养殖塘对虾发病,肠道细菌群落的变化会显著偏移正常的变化轨迹.
  • 摘要:随着人类活动在环渤海地区的日益频繁以及黄海水入侵,渤海海峡生态环境逐年来受到很大的影响.本研究主要目的是研究海峡区微生物群落对人类活动和外海输入复合环境变化的响应,从而更好的理解微生物多样性在复杂水文环境中的分布状态.通过采集渤海海峡水及沉积物样品,结合流式细胞术计数浮游病毒和浮游细菌的丰度,对相关的理化参数进行分析,提取样品DNA,进行PCR扩增,然后进行Illumina-Miseq高通量测序.研究发现,在冬季沿着黄海暖流入侵的方向,浮游病毒和浮游细菌的丰度呈现明显的降低趋势,浮游病毒和浮游细菌的平均丰度由5.7×108cells/mL和7.1×107cells/mL分别下降到2.1×108cells/mL和1.6×107cells/ml,且浮游病毒和浮游细菌的丰度与磷酸盐,硝酸盐和盐度呈现明显的相关性.进一步对测序数据进行整合,利用PICRUSt预测宏基因组信息,利用统计学分析和构建网络结构图(network)分析微生物多样性与环境因子之间的关系.研究结果表明,经过质控和OTU过滤之后,从18个样品中获得了312786条16S rRNA序列,其中有5841条序列相似度不足97%被剔除.在夏季和冬季两个组别中,覆盖度均值分别为92.23±0.03%和96.58±0.01%,说明我们的测序结果能够很好的反应渤海海峡主要群落的微生物多样性.其中,起关键作用的环境因子主要包括总碳,总氮,温度以及深度.在我们的研究中有680对生态关联模式同时与p-NC和n-NC相关.例如与Piscirickettsiaceae-Desulfobacteraceae相关的p-NC和n-NC模式分别有67和57对.在冬季,微生物群落结构主要受黄海暖流引起的渤海海峡环境因子变化的影响.其中占优势的有Lactobacillus,Lactococcus和Piscirickettsiaceae,这些类群主要与渔业及海水养殖有很大的关系.通过宏基因组学预测分析,发现与反硝化作用相关的微生物类群,其中,这些类群从科水平上分类主要属于OM60和Piscirickettsiaceae.通过对生态特征SumNC和p-Percent进行定义分析,揭示了渤海海峡存在的生态关联模式(如Chitinophagaceae-Flavobacteriaceae和Moraxellaceae-Flavobacteriaceae),从而揭示了科水平上存在的微生物群落之间的协同和竞争关系.对渤海海峡微生物群落结构的研究,发现黄海暖流可能会加剧人类活动影响的环境变化,这种叠加效应将会对海岸带微生物群落结构造成较大的影响.
  • 摘要:本文目的是了解公共场所物体表面葡萄球菌分布及耐药特征.收集不同公共场所物体表面标本,分离培养葡萄球菌,质谱鉴定所属种,KB法检测药物敏感性,碱裂解法提取质粒,PCR法鉴定SCCmec类型及质粒相关的耐药基因.结果表明,14个场所214份样品分离出葡萄球菌219株,鉴定到种的有184株,包括金黄色葡萄球菌14株、表皮葡萄球菌63株、腐生葡萄球菌29株、溶血葡萄球菌16株、头状葡萄球菌14株、人葡萄球菌19株、木糖葡萄球菌6株、科氏葡萄球菌12株、克氏葡萄球菌1株、沃氏葡萄球菌4株、松鼠葡萄球菌2株、模仿葡萄球菌2株、马胃葡萄球菌1株,酱油葡萄球菌1株.公共场所物体表面葡萄球菌对青霉素和红霉素的耐药率最高,分别为77.7%(143/184)和64.7%(119/184),未见对丁胺卡那、万古霉素和利奈唑胺耐药.所有采样点均分离出耐药的凝固酶阴性葡萄球菌(CoNS)及甲氧西林耐药的CoNS(MRCoNS).14株金黄色葡萄球菌对甲氧西林均敏感,其中2株多重耐药,有4种耐药表型;170株凝固酶阴性葡萄球菌中,有68株为甲氧西林耐药(MRCoNS),其中有45株(66.2%)多重耐药,SCCmec分型Ⅰ型5株,Ⅱ型6株,Ⅲ型23株,Ⅴ型13株,21株不能分型;甲氧西林敏感CoNS(MSCoNS)102株,全敏感20株、多重耐药21株、非多重耐药61株;CoNS共有50种耐药表型.
  • 摘要:好氧甲烷氧化菌是在有氧的条件下,以CH4为唯一碳源和能源的微生物.在甲烷单加氧酶(MMO)的作用下,CH4首先被氧化为甲醇,然后甲醇在甲醇脱氢酶(MDH)的作用下被氧化为甲醛,继而一部分甲醛通过丝氨酸途径或5-磷酸核酮糖途径合成生物量;另一部分,在甲醛脱氢酶(FADH)和甲酸脱氢酶(FDH)的作用下,将甲醛进一步氧化为CO2和H2O,为细胞代谢提供NADH.
  • 摘要:微生物个体虽小,但它们组合之后的影响巨大,随着近年来基因组测序、成像和计算工具等方面的进展,科学家们已经开始揭示微生物群落在人类健康、粮食生产、气候变化和环境治理等领域所产生的巨大影响.然而,目前国内外对微生物群落的认识也依然集中在物种组成的层面上,通过16S rRNA高通量基因测序方法等免培养的分子生物学手段来确定环境中微生物群落里的优势物种.但微生物群落中优势物种并不一定是核心的功能菌,仅通过对16S rRNA基因的测序无法准确识别环境中真正承载着生态功能的功能菌群的多样性和生物量.比如在生物修复过程中,微生物是否含有能够代谢或转化污染物的功能基因,以及该功能基因能否在当前环境下顺利表达以合成相应的蛋白酶系,是污染物被生物降解的关键.污染环境的具有降解或转化能力的微生物物种数量和丰度与污染物的降解密切相关,而这些有特殊能力的微生物物种的组合就是微生物功能类群.掌握在庞大的微生物群落中真正具有降解功能的微生物类群对开展生物修复工作十分重要.
  • 摘要:细胞分裂周期蛋白Cdc45作为复制型解螺旋酶复合物CMG(Cdc45-MCM helicase-GINS)的核心亚基之一,对基因组DNA解链成单链DNA至关重要.在原核生物中并没有发现Cdc45的高度序列同源蛋白.关于Cdc45的进化来源一直是一个谜.最近人Cdc45蛋白结构的解析为进一步认识其功能、寻找其进化祖先提供了基础.通过序列比对与蛋白结构解析,发现古菌RecJ核酸酶在三维结构与保守motif层面都与人Cdc45高度相似,很可能是真核Cdc45蛋白的进化祖先.古菌RecJ核酸酶与真核细胞Cdc45蛋白都具有典型的DHH与DHHA1结构域,这一点与细菌RecJ核酸酶也非常相似.与细菌RecJ不同之处是二者都编码一个额外的结构域CID(CMG-Interaction-Domain).与Cdc45蛋白不同,RecJ具有典型的核酸酶活性,对单链DNA与单链RNA均有活性.因与GINS有相互作用,其活性还受GINS促进.
  • 摘要:生物沥浸指通过特定微生物的直接/接触作用或其代谢活性产物的间接/非接触作用将固相材料中目标金属浸出并进入液相的过程.该技术在常温常压工况条件下实现目标金属的浸提溶释,具有经济、绿色、节能、安全的特点.基于铁/硫氧化菌之生物冶金对于硫化矿显示了较高的溶释效能,但对于碱性矿却效果很差.重金属危废如废旧电池、失效催化剂、电镀污泥、酸洗污泥等大都是高碱性的氧化物或氢氧化物,与碱性矿具有相似的化学组成和结构.因此,重金属危废中有价金属的生物沥浸过程强烈消耗H+,导致沥液pH值居高不下危及嗜酸自养菌株的生长和活性.更为严重的是,相当多的重金属危废含有对自养菌株高毒的有机/无机物质,如锌锰电池含有高浓度淀粉(浆糊),锂离子电池含有电解质六氟磷酸锂,酸洗污泥含有高浓度氟离子.随着金属的溶释这些高毒物质也进入沥液之中,危及工作菌株生长并最终导致沥浸过程停止.由于诸多不利因素的存在,重金属危废生物沥浸的固液比往往只有1.0%(w/v)甚至更低.较之硫化矿生物冶金5%-10%的高固液比,重金属危废生物沥浸技术处理能力大幅减低、处理成本显著上升,这对于该技术的实际应用构成重大障碍.因此,针对重金属危废之高碱性和高毒性的共性问题,研究有效而普适的解决方案以实现高固液比条件下的高效浸提对于生物沥浸技术发展和应用具有重要的理论和实际意义.
  • 摘要:群体感应是一种细菌细胞之间彼此交流的机制.在Pseudomonas aeruginosa中,有两个主要的群体感应系统:LasI-LasR和RhlI-RhlR.在LasI-LasR系统中,LasI调控信号分子3OC12-HSL的合成,当环境中3OC12-HSL信号分子达到阈值时,即可激活转录调节子LasR,调节下游基因包括rhlI和rhlR的表达;RhlI-RhlR系统受LasI-LasR系统调控,当由RhlI合成的C4-HSL在环境中达到一定阈值时,RhlR转录调节子则会激活其下游基因的表达.部分由RhlI-RhlR调控的下游基因亦受LasI-LasR系统所调控.
  • 摘要:铬是一种过渡金属元素,在电镀、鞣革、钢铁、汽车制造、木材加工等现代工业中应用广泛.其在自然界中稳定存在的化学形态主要是Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ).微量的Cr(Ⅲ)在人体中有降低血糖、降低胆固醇、促进氨基酸吸收等作用,但过量有毒.Cr(Ⅵ)一般以CrO42-和Cr2O72-形式存在,难以吸附或沉淀,而且是很强的致畸变、致癌剂.很多微生物长期处在铬污染环境中,进化出了相应的铬转化和抗性机制.本课题组在金属矿中分离出以一株具有铬抗性和还原特点的类希瓦氏菌Alishewanella sp.WH16-1.并采用基因组学分析和转座子突变两种手段对其铬转化和抗性机制进行了深入研究.
  • 摘要:sphingomonads是一类革兰氏染色阴性、化能异养、严格好氧、菌落多呈黄色、属于α-变形菌纲的细菌.sphingomonads在地球上分布广泛,各种水体、土壤、大气甚至极端环境中都可见踪影.sphingomonads亦可在污染环境中存活,已有研究表明,sphingomonads对有机类污染物,特别是多环芳烃(PAHs)有着独特的降解优势.但不同环境中sphingomonads的群落结构特点及sphingomonads与环境类型的相关性鲜有报道.本研究设计了新的针对sphingomonads菌群的16S rRNA特异性引物,利用高通量测序技术调查十个环境样品中sphingomonads菌群的多样性.并通过RDA分析发现sphingomonads菌群与环境类型具有显著的相关性.
  • 摘要:资源紧缺和环境污染是当前集约化水产养殖面临的突出问题,极大地制约了水产行业的发展.碳氮比(C/N)调节技术作为新兴、环保的微生态水质调控技术,已广泛应用于对虾养殖业,在净化水质和促进对虾生长等方面效果显著.然而,碳氮比调节技术的微生物生态学过程及作用机理尚不明确.本研究采用16SrRNA基因高通量测序技术,通过调节葡萄糖输入维持恒定饵料C/N比(对照组C/N比为6,碳源组为10),研究碳氮比调控对高密度南美白对虾养殖系统的对虾生长指标、浮游细菌和对虾肠道细菌群落的影响.研究结果:1)CN10组的产量、存活率分别比对照组提高了95.04%、106.92%,饲料转化率降低了50.64%;2)CN10组和对照组的浮游细菌和肠道细菌群落差异显著(p<0.05),提高饵料C/N比降低了浮游细菌和肠道细菌群落多样性,增加了肠道细菌群落稳定性;3)弧菌科和红杆菌科分别是CN10组的浮游细菌和肠道细菌的主要判别性类群;T9d、支原体科(Mycoplasmataceae)等是对照组对虾肠道的主要判别性细菌类群;4)鲁杰氏菌属(Ruegeria)是肠道细菌群落差异贡献最大的细菌属,差异贡献度达27.04%.结果表明,提高饵料C/N比促进对虾生长、净化养殖水质和增强肠道细菌群落稳定性,并显著改变了养殖水体和对虾肠道细菌群落结构.该研究结果为阐明碳氮比调节技术的微生物生态学机制提供了科学理论依据.
  • 摘要:本实验研究的是一种高浓度有机废水的处理技术,即活性土壤化技术.首先制作Pellet(一种微生物复合载体),其主要成分为草炭土、膨润土、海藻酸钙、水泥,草炭土与膨润土的加入量分别为40g与10g,通过曝气实验确定海藻酸钙与水泥的最适加入量,然后将四种成分按最适比例混合,并喷洒一定量蒸馏水,使之形成柱状物质,即Pellet,另外将三种芽孢杆菌CGMCC13429、CICC23692、CICC20666按照1∶1∶1(菌量不小于×108cfu/ml)的比例,包含芽孢的培养液,放入蒸馏水中喷洒,同样使按最适比例混合的四种成分混合后形成柱状物质,即Pellet(菌).实验先利用草炭土、膨润土、海藻酸钙、水泥等制作成Pellet、Pellet(菌)与浮石在蒸馏水中(Pellet∶浮石∶DW=3∶6∶250)曝气四天制作生物活性水(Bioactive Water,BW),即BW与BW(菌),对两种活性水进行SiO2含量测定,然后用生物活性水配制高浓度有机废水(即人工废水),制作的人工废水指标约为CODcr3000mg/L,TN150mg/L,TP30mg/L,随后接种1%活性污泥,在37°C,120rpm,培养4天后对人工废水水质进行分析.实验的结果表明,由蒸馏水(DW)配制的人工废水CODcr、TN、TP的去除率分别为28%、4%、21%,BW配制的人工废水CODcr、TN、TP的去除率分别86%、11%、26%;由BW(菌)配制的人工废水CODcr、TN、TP的去除率分别为87%、12%、35%.说明生物活性水显著增强了废水的处理效果,可以增加微生物的活性,从而促进微生物对高浓度有机废水的处理,且活性水BW(菌)的处理效率高于活性水BW.活性水BW(菌)中SiO2含量要高于活性水BW中SiO2的含量,这说明芽孢杆菌分解了浮石中的硅酸盐类物质,释放SiO2,而Si元素对芽孢杆菌初期发芽阶段和细胞分裂的促进起到重要作用,从而有利于芽孢杆菌的增殖,这可能有助于废水处理中氮磷的去除.
  • 摘要:不同品系南美白对虾的生长性状和抗逆能力具有较大差异,生长快的品系其抗逆性未必强.肠道微生物是宿主内部的重要组成部分,在维持对虾健康和生长中发挥着重要作用,然而关于对虾肠道细菌群落与抗逆性的相关分析尚未见诸报道.本研究设ZT、PM两个品系实验组,实验后期出现低温胁迫;采集养殖前、中、后三个阶段的对虾肠道样品,通过Illumina测序及相关分析探究两个品系对虾肠道菌群稳定性与其抗逆性的关系.结果表明:1)ZT品系对虾较PM生长快;低温胁迫致使ZT体重显著下降,PM则基本维持原体重.2)养殖后期,ZT肠道菌群α-多样性骤降显著低于PM,且肠道菌群α-多样性不稳定.3)两个品系对虾的肠道菌群符合相似性-时间衰退模型,PM的周转率低于ZT(0.31<0.46).4)PM中与抗逆密切相关的类群,如红杆菌、浮霉菌、分支杆菌、疣微菌、腐螺旋菌等的相对丰度显著高于ZT.总体来看,ZT对虾生长快对温度敏感,PM虽生长慢却具有更强的抗逆性.PM肠道菌群α-多样性更高,具有更少生态位变异,菌群更稳定.因此,肠道菌群越稳定,其抗逆性越强.本研究对选育生长快且抗逆强的南美白对虾品系具有实际指导意义.
  • 摘要:为探究尾水排放对地下水及河道水中细菌群落结构的影响,于2016年3月-2017年2月采集江苏省常州市武进区建东路污水处理厂内尾水(W)、2个地下井(D1、D2)及排放口上(S)、下(X)游河道水的水样样品,每个月采集1次,共计12次.以D1为地下水参照点,D2为地下水实验点;S为河道参照点,X为河道实验点,监测水质指标、水中细菌群落结构变化,分析细菌群落结构与水质指标的响应关系.研究结果表明,传统微生物培养技术发现尾水的排放对地下水细菌群落结构变化较小,对河道水细菌群落结构变化较大.D1、D2细菌数量随季节不同有明显的变化趋势,均为冬季<春季<秋季<夏季,其中D1点的细菌数量变化幅度较小,而D2点的变化幅度较大.对可培养的细菌进行菌属鉴定,共分选出36个属,其细菌群落结构存在明显不同,D2最优势菌属为副球菌属(Paracoccus)(21.62%);而D1点最优菌属为4个属,优势度均为12%,将D2点的细菌群落结构和水质指标进行冗余分析(RDA分析),其中NO2-主要影响葡萄球菌属(Staphylococcus),NO3-与假单胞菌属(Pseudomona)和副球菌属(Paracoccus)正相关,TN与甲基单胞菌属(Methylococcus)和不动杆菌属(Acinetobacter)正相关.NH3-与Aeromonas,Zoogloea,Shigella,Flavobacterium and Demococcus呈负相关.水质指标的变化会影响细菌群落结构的改变,两者存在一定的响应关系.
  • 摘要:疏水性有机物水溶性较低,在生物降解过程中存在显著的传质限制,其降解速率大多比较缓慢.提高细胞表面疏水性(CSH)是减弱传质限制的有效方法之一,故本研究探索了提高正己烷降解菌Pseudomonas mendocina NX-1CSH的方法,并在两相分配体系中进行了验证.
  • 摘要:生物表面活性剂,是由微生物或动植物在特定条件下产生的具有表面活性的两性物质.它不仅具有表面活性剂的特性,如可降低溶液表面自由能和表面张力、促进不溶或微溶物质溶解及形成并稳定乳状液等,同时具有环保高效、可生物降解、不易造成二次污染等优点.因此,生物表面活性剂受到了广泛关注,越来越多研究人员针对生物表面活性剂在环保领域(赤潮治理、石油污染修复、重金属污染修复等)的应用开展研究.
  • 摘要:我国是抗生素生产和使用大国,每年有成千上万吨抗生素药物被用于禽畜养殖和个人医疗中,其中磺胺类抗生素由于其广谱性和质优价廉的优点成为我国医药和兽药抗生素中使用量较大的一类.事实上,大部分抗生素并不能完全被机体所吸收.研究发现,高达85%~90%抗生素以药物原形或代谢物形式经排泄物进入环境中,对土壤和水体等造成严重污染.甚至由此导致耐药菌不断出现和大量繁殖,诱导产生的抗性基因对生态环境造成潜在的基因污染.另一方面,重金属(如铜、铬、锌等)常作为促生长剂被广泛用于动物饲料中,从而在畜禽养殖区及周边土壤环境形成抗生素和重金属共存的典型复合污染.环境中微生物在残留的抗生素和重金属复合污染长期的选择胁迫下,势必产生多重抗性,而抗性菌的出现,将会破坏微生物生态系统的多样性平衡.因此,开展抗生素和重金属复合污染环境中抗性微生物的多重抗性机制研究具有重要的科学意义.本研究选取磺胺类抗生素和重金属铜作为研究对象,从污染环境中筛选分离获得多株对抗生素和重金属铜具有多重抗性的菌株,并以此开展抗生素和重金属复合污染胁迫下抗性菌的胁迫响应以及抗生素和重金属在抗性菌细胞的代谢转化途径研究.
  • 摘要:怀牛膝属于牛膝属苋科,是一种多年生草本植物,为“四大怀药”之一,主产于河南温县、武陟等地.据《中国药典》记载,其根部经炮制后即可入药,具有补肝肾、散淤血、填精补髓之功效.本研究以不同连作年限怀牛膝根际土壤为材料,样品设置为连作1年牛膝土壤(1Y)、连作10年(10Y)、连作30年(30Y),未种怀牛膝的对照(CK).采用16S rDNA PCR-DGGE和amoA PCR-DGGE分析了不同处理土壤氨氧化细菌(Ammonia-oxidizing bacteria,AOB)多样性指数和群落变化.通过对DGGE图谱进行Shannon和Evenness指数分析,结果表明怀牛膝连作会促使AOB多样性指数变化明显,其中10Y和30Y处理显著高于其他处理(P<0.05);主成分分析结果表明,CK与1Y根际土壤中AOB群落结构差异较小、10Y与30Y根际土壤中AOB群落结构较为接近,但CK、1Y与10Y、30Y的AOB群落结构差异较大.amoA基因测序与系统发育树的构建显示,不同连作年限怀牛膝根际土壤的AOB一部分属于已报道的AOB类群,一部分未知.另外,在本次所检测的AOB优势条带中,部分在文献中无记录和归类,包括10Y特有条带12、13和14,30Y特有条带5、7、8和9以及10Y、30Y共有条带2、3和4.综上分析,不同连作年限怀牛膝对土壤根际AOB多样性有显著影响,并改变AOB群落结构的组成.
  • 摘要:随着矿产资源的开发利用,工业生产的迅猛发展和各种化学产品、农药及化肥的广泛使用,含重金属的污染物通过各种途径进入环境,造成土壤污染日益严重.与有机污染物不同的是,重金属污染物不能被化学或生物降解,易通过食物链途径在植物、动物和人体内积累,毒性大,对生态环境、食品安全和人体健康构成严重威胁.近年来出现的“镉大米”事件,预示着农田镉污染已成为日益严重的环境问题,其污染来源和修复技术也成为国内外研究的热点和难点.钝化技术和高富集植物萃取技术是目前土壤重金属污染治理的两大技术,但钝化技术面临的主要问题在于不能从根本上降低重金属含量,而植物萃取技术也存在效率低、时间长(10年以上)以及高富集植物难以驯化培养等问题.微生物修复技术以其经济、高效以及环境友好等优势突显出来.
  • 摘要:黄药是目前应用最广的硫化矿捕收剂,黄药具有恶臭,可使水质发臭,导致水域中鱼虾减少,鱼体变形,鱼肉有异味且不宜烹调,并严重影响附近水域的生态平衡.会对周边生态环境产生一定的危害.松醇油起泡性强,能生成大小均匀、黏度中等和稳定性适合的气泡,纯度较低时是淡黄色到棕红色液体,比重小于水,有刺激性气味;松油醇在工业选矿废水中,由于其作为起泡剂的作用,会使得废水极易起泡,使水质恶化,对环境带来轻微影响.本文主要针对含有选矿时使用的浮选药剂的选矿废水的生物降解的问题,进行了优势降解菌的筛选、纯化、驯化以及含有浮选药剂的废水降解等一系列试验.经过培养、筛选、富集以及驯化等多个步骤,从采自湖南省长沙市岳麓山上松树根部土壤中得到了2株可以同时降解松油醇和黄药的菌株.通过对这2株菌株进行初步的降解试验,进一步筛选出1号菌株和2号菌株.对1号菌株和2号菌株这两株松油醇降解菌进行黄药降解性能的筛选后,得到的是1号菌可以同时降解松油醇和黄药.对1号菌进行了16S测序鉴定,比对结果表明其为未发现菌株,自主命名为XLF1.最后,以COD为标准对菌株降解松油醇及黄药的效果进行比对,发现7d降解率为12.3%.
  • 摘要:厌氧消化过程中,体系有机负荷高、原料相对复杂等因素会导致系统中挥发性脂肪酸(VFAs)的累积,引起系统酸化、抑制微生物的生长,从而影响系统稳定性.本研究利用丙酸互营氧化菌群,通过两相反应器间的循环作用,实现了对酸化、不稳定的厌氧消化系统的修复.实验分为三个主要阶段:阶段一,酸化阶段;阶段二,修复阶段;阶段三:稳定产气阶段.在阶段一期间,以秸秆和餐厨为混合原料启动两个实验室规模的CSTR厌氧消化反应器,12d内CSTRcontrol和CSTRtreatmentVFAs迅速累积至19.83g/L和19.05g/L,反应器酸化,产甲烷作用停止.第二阶段中,将酸化后的CSTRtreatment与CSTRreco、ver通过过滤器Separater相连接,CSTRreco、ver中具有能有效降解VFAs的丙酸互营氧化菌群.通过CSTRtreatment与CSTRreco、ver消化液的逐步循环、稀释作用,18d后,CSTRtreatment恢复了正常产甲烷代谢作用,进入第三阶段.厌氧消化结束时,CSTRtreatment中VFAs降解率可达100.00%,TS产气率为456.49L/kg,水稻秸秆纤维素和半纤维素降解率分别为47.29%和45.69%.通过微生物群落结构分析发现,酸化过程中CSTRcontrol和CSTRtreatment中的主要优势细菌为Unclassified Clostridiales,Clostridium和Ruminiclostridium;优势古菌为Methanosarcina,Methanobacterium和Methanoculleus.修复过程中,伴随着VFAs降解率的提高,CSTRtreatment中细菌Acinetobacter,Syntrophomonas,Petrimonas相对丰度逐渐增加;执行产甲烷作用的古菌主要为Methanosarcina,Methanobacterium和Methanoculleus.随着CSTRrecover与CSTRtreatment之间消化液的逐步循环作用,两反应器中细菌和古菌的优势物种及其丰度逐渐趋同.
  • 摘要:多环芳烃(Polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)污染物因其致畸、致癌、致突变及高毒性受到广泛关注,菲作为一类具有三个稠和苯环的典型低分子量多环芳烃在环境中的污染程度高.近年来,许多研究者致力于寻求降解环境中PAHs的优化方法以应对这一问题.本课题组前期研究表明,一株广谱内生真菌枫香拟茎点霉Phomopsisliquidambari在体外纯培养条件下具有降解菲的能力,同时已证明该菌株能够与水稻建立共生关系且对环境中的菲污染有去除效果.但到目前为止,关于P.liquidambari对菲的降解机制还知之甚少.因此,利用体外纯培养探究了P.liquidambari降解菲的途径、酶活和基因,同时将P.liquidambar与水稻建立联合体系进行室内蛭石条件下去除菲的研究.我们的结果表明,该菌株能够以50mg L-1菲作为唯一碳源和能源进行生长,并且10天后对菲的降解率超过77%.利用HPLC-MS鉴定出代谢中间产物并提出两条可能的降解途径:菲首先在P450单加氧酶的催化下形成9,10-环氧化菲,之后一条可能的途径是9,10-环氧化菲经环氧化物水解酶的水解作用形成反式9,10-二氢二醇菲,接着在脱氢酶作用下生成9,10-二醇菲,再经邻苯二酚2,3-双加氧酶为9,10-二醇菲加上两个氧原子形成9,10-菲醌.另一条可能的途径是9,10-环氧化菲先在多种酶的作用下转化为9-羟基菲,接着被氧化为9,10-菲醌.两种途径转化成的9,10-菲醌进一步裂解并氧化形成2,2'-联苯二甲酸,最终进入到TCA循环.P.liquidambari中编码三种降解酶(P450单加氧酶、环氧化物水解酶和脱氢酶)的基因(分别为P450SMOB3,EHB3和DHB3)的表达水平在降解过程中也受到调控,其转录水平比内参基因最多分别高出8.99倍、39.88倍和11.62倍.在体内降解方面,P.liquidambari与水稻建立联合体系后可有效去除水稻幼苗体内积累的菲,在水稻培养30天后,建立联合体系的处理组中菲的去除率比未接菌处理高出25.68%.我们的研究表明,P.liquidambari不仅能够应答体外培养时的菲胁迫,也能对积累了菲的植物起到缓解毒性的作用.同时,本研究也将为内生真菌应用于植物体内外环境中的PAHs生物修复奠定基础.
  • 摘要:杂草可以迅速耗尽土壤中作物和其它目的植物所需要的有价值养分.目前有许多类型的除草剂用于控制杂草,取代脲类除草剂自上世纪中期被推入市场以来,在世界范围内被广泛施用,成为除草剂大家庭中一个重要成员.由于其具有相对较高的水溶性和较低的土壤吸附能力,在各地不同区域的地下水、溪流、湖泊、海水中均检测到了取代脲类除草剂的存在.这些残留带来两个问题,一是严重污染环境,二是对下茬作物产生药害.此外,取代脲类除草剂对人体及动物具有致癌作用.因此,去除环境中残留的取代脲类除草剂显得非常必要.利用转基因植物与微生物联合修复土壤污染物具有低成本、环境友好型等特点,受到极大的关注。研究结果表明转pdmAB拟南芥与助Sphingobium sp.1017-1联合修复取代脲类除草剂污染土壤及水体可能成为一种有效且环境友好型的方法。
  • 摘要:南极常年低温、干旱、强紫外和寡营养的环境特点,使生存于此的微生物有着独特的特征.近些年来随着冰川的消融和冻土的暴露,很多潜在的微生物资源也逐渐暴露出来,在这里发现了很多新的物种.采集自南极维多利亚地难言岛的3个土壤样品,分离了146株菌,包括20个属;优势属为节杆菌属(28%)、马赛菌属(18%)、假单胞菌属(11%).从南极拉斯曼丘陵采取了2个土壤样品,分离了100株细菌,包括16个属;优势属为罗河杆菌属(22%)、节杆菌属(21%)、鞘氨醇单胞菌属(17%).从拉斯曼丘陵土壤样品中分离得到了一株菌200T,其16S rRNA基因序列与已知细菌种的序列的相似性小于97%,对其进行了多项分类学研究.
  • 摘要:生物法降解高氯酸盐技术具有效率高、成本低等特点,在去除高氯酸盐方面有很好的发展前景.生物法可分为异养法和自养法.异养法以有机物作为电子供体(乙酸盐,甲酸等),该方法可降解高浓度高氯酸盐,但对有机物的加量需要控制,当投加过量时会对水体造成二次污染;当有机物投加不足则高氯酸盐得不到有效降解.自养法是以无机物(S、S2O32-、H2等)作为电子供体,具有污泥产量低、无毒等特点,但是该过程消耗碱度和副产物硫酸盐等缺点也制约着该方法的推广.目前为止,尚没有单一技术可以将高浓度高氯酸盐经济高效去除.本实验结合异养和自养各自的优缺点,在8隔室ABR(厌氧折流板反应器)中,采用异养协同硫自养工艺降解高浓度高氯酸盐。前四格室为异养,后四格室为自养。在HRT为12h下,经过71d的运行,进水COD为400mg/L,在高氯酸盐浓度为300mg/L的条件下,高氯酸盐可被完全去除,出水COD稳定在30mg/L以内,且出水S Oaz稳定在250mg/L内。实验结果表明:①异养产碱可以弥补自养。而实现酸碱互补;②由于异养的联合,可以降低自养过程中硫酸盐的产生;③可以降低异养过程中污泥的产量;④当有机物过量时,异养未被利用的有机物在自养过程中继续被降解;当有机物不足时,未降解的高氯酸盐可以被硫自养继续降解;⑤硫自养充当保障工艺,使得整套体系更加的高效和完善。异养协同硫自养ABR反应器对高浓度高氯酸盐具有良好的去除效果,以期为面临相似环境问题的水厂提供理论依据和技术支撑。
  • 摘要:用血平板法和石油为唯一碳源的培养基,从青藏高原石油污染土样筛选到一株能产生表面活性剂的低温石油降解菌23-1,形态学和16S rRNA基因序列分析鉴定其为纺锤形赖氨酸芽孢杆菌(Lysinibacillus fusiformis23-1).用比色法测定该菌株的乳化性能为19.6%,超声波法测定乳化稳定性为37.5%,表明该菌株能产生表面活性剂,具有降低油水界面张力和石油增溶作用,这一特性保证其较强的石油和烃类物质的降解能力.重量法测定L.fusiformis23-1对石油的总降解率为57%,适宜降解条件为初始pH7.5,温度25°C,培养8d后获得最佳降解效果.GC-MS方法分析该菌株的石油降解特性,结果表明该菌对石油中不同碳链的烃类降解能力不同,其中对C12-C28直链饱和烷烃的降解率接近99%,对C11-C23的支链烷烃的降解率为85%左右,而对C12以下短链烷烃和C28以上长链烷烃以及芳香烃的降解能力较弱.通过PCR检测发现,L.fusiformis23-1基因组中具有烷烃羟化酶alkB和黄素单加氧酶almA两个与石油烃降解有关的功能基因.Q-PCR检测结果显示,该菌析在C18-C36为唯一碳源的培养基中培养5h烷烃羟化酶alkB的转录显著增强,在C8-C20为唯一碳源的培养基中培养时,黄素单加氧酶基因almA转录显著上调.这一结果也表明,该菌株对不同碳数烃类化合物的降解机制不完全相同.
  • 摘要:本课题以正在退缩的天山一号冰川前沿不同年代序列下真菌为研究对象,分析真菌群落结构和多样性随着冰川退缩前沿年代序列的变化,阐述真菌群落在强紫外线,寡营养和无植被的极端环境中发生的演替模型及与生态环境之间的相互作用,以及真菌群落对环境变化的响应机制和群落分布格局.
  • 摘要:水稻是世界上食用人口最多、历史最悠久的农作物.全球25亿以上的人口主食大米.亚洲是最主要的水稻生产与消费区,全世界90%以上的水稻产自亚洲.水稻根系会在其生长期不断的向土壤中释放的各种分泌物,主要包括低分子量的有机物质、根细胞脱落物及其分解产物、高分子量的黏胶物质、气体、质子和养分离子,使得根际区域内微生物群落结构和活性显得非常独特.为了了解这种简单有机物降解过程中的活性细菌群落,用13C标记的N6D培养基诱发水稻种子培育愈伤组织(callus),进行室内微宇宙实验.在56天的培养过程中进行阶段性的样品采集,结合稳定性同位素核酸探针技术(DNA-SIP)、变性梯度凝胶电泳(DGGE)和克隆测序分析callus降解过程中活性细菌群落动态变化.结果表明:callus的添加显著改变了细菌丰度和群落结构;DGGE条带聚类分析表明callus降解前期(3-7天)的细菌明显不同于后期(14-56天);多于70%同化callus碳源的细菌为革兰氏阴性菌,主要是α-,β-,γ-变形菌、鞘脂杆菌和放线菌.
  • 摘要:多环芳烃(PAHs)是一类难降解,毒性高的持久性有机污染物.通过微生物降解环境中的PAHs也成为目前最环保、最有效的治理方法.研究发现微生物在降解PAHs过程中,大多数微生物降解PAHs的第一步反应是环羟化加氧酶催化的环羟化加氧反应,这也是PAHs降解过程中最关键的一步反应.本研究选择新鞘氨醇杆菌属内模式种NovosphingobiumpentaromativoransUS6-1作为研究对象,该菌株能够降解苯并[a]芘(BaP)、芘、菲和萘等多环芳烃.通过对US6-1全基因组序列分析发现US6-1有五个质粒,并且US6-1中有多个可能与多环芳烃降解有关的环羟基化加氧酶(RHD)和细胞色素P450单加氧酶(CYP).其中细胞色素P450单加氧酶基因有14个,9个位于染色体上,1个位于质粒PLA1,4个位于质粒PLA3.通过转录组表达分析发现在BaP作为唯一碳源和能源第6天(降解率为14.54%)时,细胞色素P450单加氧酶基因JI59-RS20900,JI59-RS08470,JI59-RS08480,JI59-RS08485,JI59-RS23900相对对照组(饥饿12h)显著上调,其中上调最为明显的是JI59-RS20900,相应的电子传递链基因JI59-RS20905(铁硫蛋白),JI59-RS20910(FAD还原酶)也呈现明显的上调.由于细胞色素P450单加氧酶JI59-RS20900与电子传递链基因在BaP压力下显著且协同上调.由此推测JI59-RS20900很可能与PAHs降解相关.
  • 摘要:环境雌激素(Environmental Estrogens)是自然或人类活动中产生的可在环境中持久存在的一类化学物质,具有很强的致癌性与致病性,直接威胁着人类社会与生物圈的生存与繁衍.生物降解是目前去除环境雌激素类物质的主要与有效手段;但是,现已鉴定的雌激素降解微生物的降解效率、降解周期和底物偏好等存在较大差异,降解性能不十分稳定,难于进行有效的环境修复.因此,亟需开展对此类污染物降解菌株的降解代谢与环境适应机制等方面的研究.
  • 摘要:几丁质是自然界中仅次于纤维素的第二大聚合物.许多研究表明,几丁质或者其去乙酰化的壳聚糖具有抗氧化,抗癌,抗菌等生物活性.但大分子的聚合物不易被人体吸收,将几丁质降解为几丁寡糖能够使其充分发挥功效.几丁质在自然界中并未累积,可见环境中存在着降解它的机制,因此通过以几丁质为唯一碳源的培养基富集污水处理厂活性污泥中的几丁质降解菌,结合16SV4区域的高通量测序,观测在不同培养阶段样品中菌群结构的变化.此外,对富集培养物进行饥饿处理,一段时间后加入几丁质并观察优势菌的变化,同时通过以cDNA为模板扩增16S进行测序的结果来判断微生物的表达,进而推断出转录活跃微生物.结果显示,Caulobacteraceae,Flavobacteriaceae,Comamonadaceae,Cellvibrionaceae这四个科的微生物被大量富集,且得到表达活跃的细菌.本研究有望获得具有几丁质降解功能的微生物甚至功能基因.
  • 摘要:环境中绝大多数细菌尚未被经典的微生物分离实验所分离培养,一般认为主要原因是实验室条件无法完全构建特定细菌所存在的环境中生长所需的某些关键因素.此外,由于某些微生物生长速度慢导致在分离过程中易被忽略.本研究采取刮取平板上所有微生物进行菌种检测的思路,对一个EBPR(Enhanced Biological Phosphorus Removal)样品进行平板分离实验,然后提取总DNA,对细菌16S rRNA基因V4区进行高通量测序,基于文献界定不同分类阶元的16SrRNA基因相似度对平板存在的新种微生物进行评估.结果表明,在48个平板上共检测出889个分类操作单元(operational taxonomic units,OTUs),其中共有177个新种(与所有可培养菌株97%相似度以下),包括1个新纲、9个新目、17个新科、59个新属和91个新种.在至少3个平板上出现的高频度新种95种,为1个新纲、5个新目、3个新科、30个新属和56个新种.另外,对平板上生长的部分细菌进行挑菌分离,根据16S rRNA基因序列相似度并通过构建系统发育树,分别得到新属,新科,新目水平的各1株纯培养菌株.本研究暗示,常规平板分离过程可能存在大量被人为忽略的新种菌落,可能是由于其生长缓慢和菌落较小等原因所导致.
  • 摘要:不同品系南美白对虾的生长性状和抗逆能力具有较大差异,生长快的品系其抗逆性未必强.肠道微生物在维持对虾健康和生长中发挥着重要作用,然而关于对虾肠道细菌群落与抗逆性的相关分析尚未见诸报道.本研究设ZT、PM两个品系实验组,实验后期出现低温胁迫;采集前、中、后三个养殖阶段的对虾肠道样品,通过Illumina测序及相关分析探究两个品系对虾肠道菌群稳定性与其抗逆性的关系.结果表明:1)ZT品系对虾生长快,但低温胁迫致其体重显著下降;2)PM肠道菌群α-多样性显著高于ZT,且稳定性更强;3)两个品系对虾的肠道菌群符合时间衰退模型,PM的周转率更低;4)PM中与抗逆密切相关的类群,如红杆菌、浮霉菌、分支杆菌、疣微菌、腐螺旋菌等的相对丰度显著高于ZT.PM虽生长慢,但肠道菌群更稳定,具有更强抗逆能力.本研究对选择育苗具有实际指导意义.
  • 摘要:荧光增白剂广泛应用于造纸、印染等工业,荧光增白剂生产废水的水质复杂,结构问题,且具有一定的毒性,难于生物降解,因此单纯的采用生物处理单元进行处理,往往达不到相关标准的指标,故而采取高级氧化处理等预处理是非常必要.但是目前,国内外对荧光增白剂生产废水的研究并不多,现有的工艺多数采用O3氧化、Fenton试剂、紫外辐射等高级氧化技术来进行前期预处理,后续和生化处理联用.芬顿预处理目前已经获得大规模应用,实际工程运行效果较好,但也面临一些问题,如处理成本高,产生大量的化学污泥,容易造成二次污染,使后续处理工艺的成本增加.铁碳微电解虽然存在由于长运行时间的运行而产生长板结现象,进而造成效能下降,但铁碳的优势也较明显,如铁碳填料造价低廉,处理成本低,且没有化学污泥,具有一定的环境友好性能.此外,一些学者正在研究铁碳-芬顿联用技术,铁碳微电解阳极产生的二价铁离子可直接与H2O2形成芬顿反应,故而可节省二次投加亚铁盐的成本,因此具有显著的应用价值.本研究以序批式实验为基础,分别考察了铁碳微电解工艺和芬顿工艺对荧光增白剂废水COD的去除效果,并进行两种工艺的对比研究.
  • 摘要:磷霉素是一种广谱性抗菌素,其生产废水如不经处理排入河道将对生态环境造成巨大威胁.在磷霉素废水的现有处理方法中,生物法由于其经济性受到行业青睐.而常规的生物处理法中微生物受抗生素的抑制,处理效率有限.本研究采用生物强化技术,从制药废水处理设施中分离和培养出磷霉素高效降解菌剂,对比了聚乙烯(PE)和聚氨酯吸水凝胶(PU-GEL)两种不同填料为载体对高效菌的固定化效果影响.监测了两种不同载体下进出水中COD、有机磷、磷霉素的去除效果,利用数字显微镜和扫描电镜(SEM)观察两种填料的微生物挂膜效果.结果表明,PU-GEL填料荷载的生物量为14.60-87.50mg/g填料,高于PE填料荷载的生物量3.12-3.89mg/g填料;采用PU-GEL填料荷载生物强化菌的系统COD去除率为92.47%-97.02%,高于PE填料;采用PU-GEL填料荷载生物强化菌的系统对有机磷和特征污染物磷霉素的去除率分别为91.16%-95.12%和95.59%-96.72%,优于PE填料;通过定量PCR的检测发现,填料荷载的三种高效菌N1,N2,N3的丰度在PU-GEL填料上分别为112.90-340.80,308.80-981.80,404.70-901.70copy/ugDNA,优于PE填料上的123.40-276.50,118.80-549.70,157.30-587.70copy/ugDNA.
  • 摘要:细胞分裂周期蛋白Cdc45作为复制型解螺旋酶复合物CMG(Cdc45-MCM helicase-GINS)的核心亚基之一,对基因组DNA解链成单链DNA至关重要.在原核生物中并没有发现Cdc45的高度序列同源蛋白.关于Cdc45的进化来源一直是一个谜.最近人Cdc45蛋白结构的解析为进一步认识其功能、寻找其进化祖先提供了基础.
  • 摘要:植物根系分泌物中含有多种营养物质和信号分子可以作为趋化效应物诱导根瘤菌向根系表面趋近,趋化是根瘤菌实现与宿主共生的第一步.细菌跨膜受体感受根系中趋化效应物,发生构象变化,并通过改变胞内CheY-P浓度对外界环境做出响应.CheZ作为趋化通路中的磷酸酯酶,通过调节CheY-P磷酸化水平影响趋化行为.之前研究发现,茎瘤固氮根瘤菌A.caulinodans ORS571趋化通路中的磷酸酯酶基因cheZ敲除后趋化行为严重受损.大量研究表面趋化与定植之间存在紧密的相关性,当整个che簇或个别趋化相关蛋白基因被敲除时,细菌定植宿主的能力显著降低.但有趣的是,cheZ敲除突变体(AC601)对其宿主Sesbania rostrata根部的竞争性定植能力强于野生型.本研究发现cheZ突变体的这种较强的竞争性定植能力不受接种剂量和早期接种时间(<4h)的影响.普遍认为根瘤菌定植能力和结瘤能力之间存在明显的正相关性,但通过竞争性结瘤实验发现AC601的竞争性结根瘤能力弱于野生型.在单独结瘤实验中,尽管AC601在结瘤数量和固氮能力上的作用与ORS571相似,但在瘤型上,接种AC601的Sesbania不定型瘤数量明显减少.为探究AC601未能将早期定植优势转变为结瘤优势的原因,利用LacZ分别标记ORS571和AC601,并分别对其与宿主根部的互作行为进行长期观测.结果发现,在定植早期,AC601的定植能力显著优于ORS571;到第5天时,AC601和ORS571的定植能力相当;而到第7天时,ORS571与AC601的定植能力发生逆转,ORS571强于AC601.
  • 摘要:非生物胁迫,如干旱、高低温等都会使体内保护酶系统的活力和平衡受到破坏,酶复合体解聚,由多聚体变成亚基单位,同时酶的构象也会发生变化,疏水基团外露,酶活丧失,氧化胁迫使体内活性氧积累,引起膜脂过氧化及蛋白质结构损伤和失活.研究表明,苹果酸脱氢酶(MDH)和乳酸脱氢酶(LDH)在胁迫条件下极易变性失活,体外MDH和LDH活性的测定已广泛用于胁迫条件下研究分子伴侣功能的模式蛋白系统.胚胎发育晚期丰富蛋白LEA(Late Embryogenesis Abundant protein,LEA)是一种逆境响应蛋白,广泛存在于植物中,具有分子伴侣作用,在体外可保护逆境胁迫处理条件下酶的活性,稳定酶结构.目前,在细菌等非植物中也发现了LEA同源蛋白,但其功能很少有报道.耐辐射戈壁异常球菌(DeinococcusgobiensisI-0)对辐射、氧化和干旱等非生物胁迫具有超强的抗性,基因组序列分析显示该菌含有一个LEA同源蛋白,该蛋白含有大量的α-螺旋结构,高度亲水,是一类亲水蛋白,本研究将其命名为Dhl(DeinococcusHydrophilic LEA,Dh1).本实验证明了Dhl蛋白在体外胁迫条件下(如液氮反复冻融和H2O2处理)可保护MDH和LDH酶活性.随着反复冻融次数和H2O2浓度的增加,MDH和LDH酶的活性逐渐降低,尤其在液氮反复冻融3次和20mMH2O2处理后,MDH和LDH酶活只有不到20%,而加入Dh1蛋白可减少MDH和LDH酶的损失,MDH和LDH酶活都在50%以上.由此推测Dlp蛋白可能具有类似分子伴侣的功能,在胁迫条件下形成兼性α-螺旋结构,稳定MDH和LDH结构,从而保护他们的活性.
  • 摘要:硝化作用在维持全球氮素平衡中起着至关重要的作用.完全氨氧化微生物(Comammox)的发现终结了传承百年的经典两步硝化理论,并引出了大量与硝化作用相关的亟待解决的科学问题,如这类微生物在环境中的生态位及在氮循环中的贡献等.本研究紧跟氮循环研究领域的前沿动态,在Comammox发现之初,就构建了Comammox amoA基因的数据库,并和不同环境样品的宏基因组拼接数据(包括养殖场土壤、红树林土壤、污水处理厂活性污泥、河口水样及沉积物样品)进行比对,证实该基因广泛存在于自然环境中.在此基础上,以深圳湾淡水、淡咸水交接和咸水区三种典型水生环境为研究区域,使用Comammox amoA基因的特异性引物cobaob200F和cob574R对各沉积物样品进行扩增,证实Comammox存在于不同环境的沉积物中;接着构建了数个环境参数差异较大沉积物样品的Comammox amoA的克隆文库.结果显示,不同样品的该基因具有较高的同源性,且属于cladeA分支的序列要远多于cladeB分支;最后,以高通量测序的方法对Comammox amoA的多样性进行研究,通过对前期构建的Comammox amoA基因数据库分析聚类(id=95%),获得了该基因的OTU参考序列数据库.比对分析结果显示,各样品均呈现丰富的Comammox amoA基因多样性,且OTU组成差异较大,相较于淡水区域,咸水区沉积物样本的多样性更高.本研究结果丰富了人们对于此类新发现基因的认识,同时为进一步评估不同环境下Comammox在硝化作用的贡献提供了重要的基础数据.
  • 摘要:由微生物引起的或受微生物影响的腐蚀被称为微生物腐蚀.海洋金属建筑、船运、海洋国防等领域都受到微生物腐蚀的严重影响,给国民经济造成巨大的损失,因此,海洋环境下钢铁的微生物腐蚀和防腐已引起了人们的广泛关注.不锈钢(304型)是一种耐腐蚀性良好的材料,但在微生物的作用下,也极易发生局部腐蚀,这大大的影响了不锈钢在海洋中的应用.为了研究不锈钢被微生物腐蚀的机理以及减少腐蚀造成的损失,从浸泡在海水中、已经腐蚀的钢铁锈层中筛得几株细菌.通过Zobel12216E培养基培养与16S rDNA分析相结合的方法研究发现,这些锈层中的好氧微生物主要是微小杆菌(Exiguobacterium)、盐单胞菌(Halomonas)、铁细菌(Fontibacterflavus)、微杆菌(Microbacterium)、黄杆菌(Imtechellahalotolerans).将这些细菌单独加入浸泡有304不锈钢片的灭菌海水,培养30天后,根据钢片表面显微腐蚀形貌,可得出腐蚀能力为铁细菌>黄杆菌>微小杆菌>微杆菌>盐单胞菌.将铁细菌与黄杆菌等量混合加入灭菌海水构建混菌体系,在30°C下静置30天,通过原子发射光谱法(Atomic Emission Spectrometry)等手段分析揭示该混菌体系对304不锈钢的平均腐蚀速率大于各自的单菌体系.
  • 摘要:碳酸盐的微生物矿化对于地球科学、生物科学和环境科学等都具有非常重要的意义.在自然界中,碳酸盐矿物不仅是石灰岩、白云岩等海相沉积岩的主要成分,而且还是珍珠、珊瑚、鸟类蛋壳以及软体动物外骨骼的重要组份(秦善等,2008).有些微生物具有促进碳酸盐矿物结晶的能力,该能力被认为在固定大气CO2进而减缓温室效应方面具有潜在的作用(Kim et al.,2012).微生物诱导碳酸盐形成的机制一直是微生物矿化领域研究的难点和热点.研究表明,细菌钙化作用既不局限于特定的生物类群,也不局限于特殊的生态环境(Zhang et al.,2017).成核模板对于碳酸盐矿物晶体的择优取向和晶型选择具有明显的诱导作用(Bharatkumar et al.,2016).为了探究细菌细胞对碳酸盐矿物成核和生长过程的影响、建立微生物成因碳酸盐矿物可能的生长模型,本研究利用一株巴氏生孢八叠球菌(Sporosarcina pasteurii)进行了30天的模拟矿化实验,利用X射线衍射仪(XRD)对矿物种类进行了分析,利用配有能谱仪(EDS)的场发射扫描电镜(FESEM)等先进仪器对不同时段的矿物形态进行了观察和分析.结果表明,在实验开始后的前4天,在XRD图谱上未出现明显的衍射峰;从第4天开始出现方解石(个别样品中有球霰石)的衍射峰,直至实验结束(第30天).
  • 摘要:淡水湖泊湿地对于维持湖泊生态平衡、保障周边淡水安全和调节区域气候都有重要的作用.鄱阳湖作为我国最大的淡水湖泊,孕育了广阔的湖泊湿地.肥沃的湿地土壤为湿生植被提供了营养保证,而植物死亡后通过分解过程将大量营养归还湿地.受到鄱阳湖季节性水位涨落的影响,湿地中的湿生植被在一年中要经历两个生长周期,分别为每年的3-5月和9-12月,而5-9月为鄱阳湖丰水期,大量植物水淹后死亡分解.湿地作为全球重要的碳汇,储藏了大量的有机碳.而随着全球气候变化的影响,许多湖泊湿地的水文状况发生了巨大变化,湖泊湿地是否能够继续维持碳汇的功能是人们关注的重点.为了详细研究鄱阳湖湿地植被水下分解的动态,采集了鄱阳湖最为典型的植被-苔草作为研究对象,采用网袋分解法原位模拟苔草的水下分解过程以及主要营养元素的释放状况.实验中分别以新鲜样品和烘干样品模拟活体植物淹水分解和自然枯死植物淹水分解的过程.研究结果表明,新鲜苔草和烘干苔草样品水下分解过程中质量损失在前45天最快,质量残余率分别为55.0%和49.5%;经过245天的分解过程之后,质量残余率分别为20.8%和14.3%.新鲜苔草分解速率(k=0.0849/d)明显快于烘干苔草(k=0.0818/d).在分解进行70天时,植物质量残余率有一个明显的升高现象,同时有机质含量(AFDM,ash free dry mass)的迅速降低,可能与植物对周围土壤的吸附有关.两种样品中有机碳TOC的含量在前30天缓慢增加,之后快速降低.所有样品总氮含量TN比较稳定,总磷含量TP在前45天比较稳定,之后迅速升高.实验同时测定了植物残体中包括β-葡萄糖苷酶(Bglu)、β-木糖苷酶(Bxyl)、N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)、磷酸酶(Phos)、酚氧化酶(Phox)和过氧化氢酶(Pero)在内的六种酶活性.结果表明烘干样品中β-葡萄糖苷酶、β-木糖苷酶和磷酸酶活性高于新鲜样品;两种样品在分解前期N-乙酰氨基葡萄糖苷酶和过氧化氢酶活性相似(<70d),但在后期烘干样品明显高于新鲜样品.新鲜样品中酚氧化酶活性明显高于烘干样品.以上研究结果表明,活体植物在经历水淹死亡后的分解过程明显快于干枯植物,并且在此过程中微生物对于植物分解的贡献降低.鄱阳湖水位变化将会严重影响湖泊湿地中的营养元素循环,并对气候变化产生影响.本研究揭示了鄱阳湖独特的植物水下分解动态,将为湖泊湿地的科学管理提供科学指导.
  • 摘要:黑水虻,学名亮斑扁角水虻(Hermetiaillucens),幼虫以自然界腐烂有机物和动物粪便为食,在环境治理中具有潜在的应用价值.黑水虻幼虫在取食畜禽粪便的过程中,可以显著地减少粪便的体积以及臭气.经处理的粪便可用作有机肥料,而幼虫在此过程中又能积累大量的蛋白质和脂肪酸,因此,黑水虻也是一种重要的资源昆虫.了解黑水虻肠道微生物的种类及其作用,对黑水虻的利用具有重要的意义.本研究选用了三种培养基通过梯度稀释法和连续划线法,从亮斑扁角水虻肠道内分离到了82株好氧和兼性厌氧菌.以形态学和基于16S rRNA基因的分子生物学特性对这82株细菌进行了初步鉴定.ARDRA聚类分析表明,这82株细菌共有36种ARDRA类型,对这些菌株16S rRNA基因进行分析,发现它们分别隶属于克雷伯氏菌属(Klebsiella)、普罗维登斯菌属(Providencia)、产碱杆菌属(Alcaligenes)、柠檬酸杆菌属(Citrobacter)、肠球菌属(Enterococcus)、假单胞菌属(Pseudomonas)、芽孢杆菌属(Bacillus)、鞘氨醇杆菌属(Sphingobacterium)、摩根氏菌属(Morganella)、苍白杆菌属(Ochrobactrum)、肠杆菌属(En terobacter)、不动杆菌属(Acinetobacter)、Paenalcaligenes属、Miniimonas属、Paenochrobactrum属及疣微菌门(Verrucomicrobia)的一个属共16个属.这些分离株对黑水虻生长发育和代谢、免疫等的影响值得进一步研究.
  • 摘要:催化加氢废催化剂中含有价金属镍和钼,具回收价值.生物浸提技术以绿色、安全、经济的特点得到越来越多的关注,但在催化加氢废催化剂中有价金属的回收少有系统研究.本试验中,对催化加氢废催化剂焙烧预处理除去其中有机物,改变镍、钼的赋存形态,提高后续生物浸提对金属的浸出率,确定最佳焙烧温度和时间分别为400°C,lh.使用氧化硫硫杆菌、氧化亚铁硫杆菌、嗜铁钩端螺旋菌混合菌株非接触浸提焙烧后废催化剂中的镍、钼,确定最佳工艺条件如下:生物酸液初始pH0.8,固液比5%,浸提温度35°C,浸出时间6h,镍和钼的浸出率分别达到95%、92%,对含镍、钼的失效浸提液通过混合菌株生化过程再生对废催化剂中镍、钼的浸提能力,浸提液重复循环使用10次后,镍、钼的富集浓度分别达到13g/L,70g/L,为后续高效低成本萃取提纯和电解镍、钼提供了可行性.
  • 摘要:Enterobacter cloacae WL1318是一株分离自塔里木河野生鲤鱼肠道的产氢细菌,能够高效发酵棉秆水解糖液产氢.为实现生物氢产量的进一步提高,本研究进行了该菌株中铁氢酶基因的克隆和原核表达载体的构建,以期进一步获得铁氢酶基因超表达的工程菌株.以E.cloacae WL1318基因组DNA为模板,利用简并引物首先克隆了约750bp大小的铁氢酶(hydA)基因全长序列,并进行测序验证,序列分析表明,该序列上存在450bp左右的开放阅读框(ORF)与铁氢酶C末端保守序列(H-cluster)相似.因此,以hydA基因为模板,克隆了hydA ORF,将该目的基因连接到克隆质粒pUCm-T上,转化至大肠杆菌DH5α感受态细胞中,筛选阳性克隆并测序.测序正确的克隆质粒pUCm-T-hydA ORF和原核表达质粒pGEX-4T-3采用限制性内切酶BamHI和XhoI双酶切并纯化后连接,转化至DH5α中,经菌落PCR及双酶切验证,表明hydA ORF基因已成功插入pGEX-4T-3质粒中.该原核表达载体pGEX-4T-3-hydA ORF的成功构建为后续在E.cloacae WL1318中超量表达hydA ORF基因奠定了基础.
  • 摘要:为了研究茎瘤固氮根瘤菌(Azorhizobium caulinodans ORS571)中转录调控因子AZC_0619的功能.采用三亲同源交换法构建了基因缺失突变体Δ0619,并构建了回补菌株Δ0619/pBBR.测定野生型、突变株及回补菌株的生长状况;用半固体平板法检测趋化性;刚果红固体培养基用来观察菌株的胞外多糖分泌情况,并用蒽酮-浓硫酸法定量测定;还测定了野生型与突变株的生物膜与细胞絮凝情况.生物信息学分析表明,AZC_0619基因位于ORS571中整个鞭毛簇的上游,与其它α-变形菌相比碱基序列保守,与Brucella melitensis16M中的FtcR(flagellar two-component regulator)氨基酸序列相似性为58%,据此推测AZC_0619可能会参与调控鞭毛的合成,因此选取了ORS571中参与合成鞭毛的10个基因(motB、fliF、fliL、flgI、flgG、flgB、flhB、fliG、fliM),利用荧光定量PCR技术测定野生型与突变株中这10个基因的表达量.实验结果表明,与野生型菌株相比,Δ0619鞭毛缺失,生长速率无明显变化,在0.3%半固体培养基上趋化能力明显降低,回补菌株Δ0619/pBBR有一定的趋化能力,但不及野生型.Δ0619的胞外多糖含量、生物膜形成能力均下降,而细胞絮凝程度高于野生型.荧光定量PCR结果显示,选取的10个鞭毛基因在突变株Δ0619中的表达量均下调.此次研究结果说明,AZC_0619参与调控了ORS571鞭毛的合成,因此该基因的缺失会大大降低菌株的运动能了,也影响到了与运动相关的一些表型.
  • 摘要:根瘤菌能够与宿主豆科植物共生形成根瘤,且在共生条件下固定大气中游离的氮,为宿主提供氮素养料.根瘤菌-豆科植物共生状态的建立首先开始于两者之间的信号物质交换.根瘤菌侵染进入豆科植物的路径具有种属间的差异,其中研究最透彻的就是通过根毛进行细胞内侵染.但是另外一种通过侧根基部进行的细胞间侵染则研究较少.茎瘤固氮根瘤菌与其宿主田菁(Azorhizobium.caulinodans-Sesbaniarostrata)建立共生关系是通过后一种侵染方式进行的.细胞间侵染方式的特征之一就是侵染腔的形成,并且这个侵染腔的形成过程伴随着大量过氧化氢的生成.此外,在根毛侵染(细胞内侵染)的过程中,也存在着氧化迸发以及过氧化氢的积累.在这两种侵染方式中,过氧化氢都起到重要的调节作用并且是最终共生关系建立对的关键.但是,过氧化氢对根瘤菌是有害的.在共生关系建立的过程中,根瘤菌必须有特殊的机制来保护自己免受过氧化氢的毒害.
  • 摘要:油藏的形成作为一个极其复杂的地质生物反应过程,其特殊的环境条件如温度、盐度、压力、pH等,使得油藏微生物的种群结构和代谢方式形成了特殊的选择性.以油藏采出液或石油污染水体及土壤作为分离源,从中获得具有特殊代谢功能微生物菌株,并通过其在油藏环境中的有益活动,即细胞的代谢过程和代谢产物作用于岩油、原油、油水界面等方式以提高原油采收率或应用于石油严重污染的水体及土壤的修复,现已成为油藏微生物研究的重要组成部分.本研究主要是从胜利油田被石油污染的土壤中分离筛选得到一株能在中高温下高效石油降解菌O-9,根据细菌形态学、生理生化特性及16S rDNA基因序列分析,初步鉴定为芽孢杆菌.该菌在25~50°C、初始pH4~10、盐度0%~8%条件下生长良好.在45°C条件下可高效乳化并降解原油.在以三种不同烃组分含量的原油分别作为唯一碳源的培养基,45°C,150rpm培养5d,经紫外分光光度计和GC-MS测定,对原油的降解率分别可达到30.30±2.76%、51.38±5.35%、72.63±3.91%.测定结果表明:该菌株的降解效率与原油的API值及烃组分有关.其中,API值越大,越有利于该菌株对其进行降解;且该菌对原油中烃组分具有一定的选择性利用能力,优先利用原油中饱和烃组分后,而后可部分降解芳香烃组分.此外,O-9被发现有生物表面活性剂生产能力,大大有利于降低表面张力和原油降解.
  • 摘要:氨氧化古菌(AOA)分布非常广泛,不仅在地球生态系统的氮循环,而且在废水深度处理、微污染水源净化等领域,有着潜在应用.由于AOA的筛选和分离很困难,到目前为止,人类只获得2株AOA纯培养物.Nitrosopumilus maritimusSCM1是唯一一株来自海洋的AOA.该菌单个细胞非常小,常规条件下培养15天,培养溶液几乎与自来水一样清澈,生理生化性质特异,研究难度较大.本实验长期研究AOA的生理生化和应用,经过4年多在本实验室的培养,生理生化特性与文献报道有了明显的差异,为此将本实验室的Nitrosopumilus maritimus标记为Nitrosopumilus maritimusXMUI。这些研究结果有助于丰富人们深入理解AOA氨氧化过程,也为后续氨氧化古菌新种的筛选、XMU 1在低污染水源处理、城市污水提标等方面的应用研究,提供了宝贵的研究基础。
  • 摘要:脂肪族聚酯是目前被认为最具发展前景的可替代传统塑料的生物降解型塑料高分子材料,可在环境中的微生物作用下降解为易被环境接纳的碎片并最终转化为无害物质回归自然.聚丁二酸丁二醇酯[Poly(butylene succinate),PBS]就是其典型代表.目前,有关PBS的相关研究主要集中于PBS的合成及改性,值得关注的是PBS在改性或制成产品后,在自然界中往往降解缓慢且存在特殊性.本研究通过构建重组毕赤酵母表达体系实现了腐皮镰孢(Fusarium solani)中PBS解聚酶(FSC)的高效表达.根据毕赤酵母偏好密码子优化FSC的基因密码子,并导入毕赤酵母X33中实现其重组表达.进一步通过单因素实验优化高效产酶菌株的产酶条件.结果表明优化后的FSC基因序列中的157个碱基发生改变,G+C含量由59.6%降低到48.3%,序列同源性为77.34%;构建的重组表达载体pPICZα-FSC转入毕赤酵母X33,结合抗性平板初筛、SDS-PAGE和Western bolt验证以及摇瓶发酵酶活力测定获得了一株具有较高产酶能力的重组菌株L1;进一步确定其摇瓶发酵培养条件为:培养基起始pH6.0,摇床转速220r/min,甲醇补加量1%,接种量8%,培养时间72h,培养温度30°C,此优化条件下菌株发酵液酶活力可达110U/mL.聚丁二酸丁二酯解聚酶在毕赤酵母中的高效表达,有助于实现以PBS为代表的生物可降解塑料的生物降解,并为利用PBS降解酶进行PBS废弃物后续处理及利用奠定研究基础.
  • 摘要:生存在南极的微生物由于环境常年温度低、干旱、紫外线强、营养少,因此也都有着极其特殊的特征.近年来,许多新的微生物资源也随着冰川的消融和冻土的暴露逐渐被人们发现.本土壤样品采集自南极菲尔德斯半岛的四个样品,分离得到268株细菌,共四个门,其中变形菌门(54.85%),放线菌门(32.09%),拟杆菌门占主要部分;20个属,其中主要为假单胞菌属(34.7%),节杆菌属(27.61%),极单胞菌属(11.94%)为主要优势菌属.
  • 摘要:植物内生细菌(endophytic bacteria)具有固氮、促生等生物学功能作用,并通过菌株发酵生产功能活性成分,可有效解决药用植物资源稀缺、药用受阻等问题.金钗石斛(Dendrobium nobile Lindl.)为兰科(Orchidaceae)多年生草本植物,是我国传统名贵中药材,在贵州省有50余年栽培历史.主要化学成分为生物碱、多糖、倍半萜类、菲类、联苄类等,具抗肿瘤、抗衰老、改善记忆、提高免疫力、提高胃肠道功能、抗白内障等药效.本研究对贵阳、赤水和金沙等地金钗石斛,以及根、茎、叶不同部位内生细菌进行分离,结合16S rDNA序列分析进行分子鉴定,分析可培养内生细菌群落组成结构,为植物内生细菌资源的研究和开发利用奠定基础.
  • 摘要:土壤重金属污染是当代面临的重大研究问题.植物内生细菌可缓解重金属毒性,促进植物生长,利用植物和微生物进行生物修复是解决土壤重金属污染的有效途径之一.本研究对贵州省六盘水市大湾镇开花村著名的土法炼锌集散地优势植物为研究对象,通过选择分离培养,初步探讨该矿区中优势植物可培养重金属抗性细菌的多样性;并对内生细菌Cd2+、pb2+耐受性进行评价.为今后将细菌强化植物修复重金属污染提供理论依据.
  • 摘要:渤海海域河口区浮游病毒和浮游细菌对渤海海域的碳、氮、硫等生物地球化学循环都有着重要的作用,但对于其年际分布变化的研究较少.从2013年冬季至2016年夏季采集的渤海水样样品中选取了12个有代表性的河口区站位样品,利用流式细胞术对其进行了处理和数据分析.结果显示,每年浮游病毒和浮游细菌丰度的平均值在夏季(2.19×108和4.71×107cells/mL,7.37×107和7.58×106c ell/mL,6.07×107和6.35×106cell/mL)比之冬季(1.50×108和1.82×107cells/mL,8.83×107和1.58×106cells/mL,7.10×107和1.30×106cell/mL)皆较高.所有站位浮游病毒比浮游细菌的丰度都高出约一个数量级,且随水深的增加,二者丰度均无明显变化.各站位间的浮游病毒和浮游细菌丰度呈现一致的变化趋势.而从同季节的年际变化来看,浮游病毒和浮游细菌的丰度都随年份的推移呈现部分下降趋势.从空间分布来看,离岸越近则二者丰度越高.故根据现有数据可知,这两类浮游生物在河口区的分布随时空的变化呈现一定的规律且几乎不受深度的影响.研究渤海海域河口区浮游病毒与浮游细菌的年际变化将为保护渤海海域生态系统可持续发展提供重要的理论依据.
  • 摘要:新疆是我国最大的植棉区,受可耕土地面积的限制,近年来其它作物与棉花套作逐渐成为南疆地区种植业生产的重要模式之一.本研究选取南疆阿拉尔垦区3种不同作物(茴香、香梨、苹果)与棉花套作的棉田,以单作棉田为对照,分别于棉花苗期,花蕾期,花铃期,吐絮期四个时期采集土样,对棉花根际土壤酶活性、N、P含量及微生物群落等进行对比分析,以探明套作对棉花根际微生态的影响.研究结果表明:在棉花不同生育期,3种作物与棉花套作土壤中,除过氧化氢酶外,土壤蔗糖酶、脲酶、碱性磷酸酶活性均有较大程度提高,其中茴香-棉花套作土壤蔗糖酶活性在吐絮期比单作棉田提高445.91%、脲酶活性在花铃期比单作棉田提高207.86%.各处理土壤中硝态氮,氨态氮和无机磷含量随棉花不同生育期呈现出一定的上升趋势,其中3种套作土样中无机磷含量要显著高于单作棉田;在花铃期时,套作土壤中铵态氮含量显著高于单作土样,其余时期无显著差异.总体来看,茴香-棉花套作土壤中的氮、磷含量要高于其余处理.各土样中细菌的DGGE结果分析显示,棉花单作和苹果-棉花套作土样中细菌的Shannon-Wiener指数在棉花四个发育时期呈现出先升高后逐渐降低的趋势,而香梨-棉花、茴香-棉花的Shannon-Wiener指数则存在先降低再升高,而后又降低的变化,说明不同种植模式对棉花根际土壤微生物群落结构的影响较大,导致微生物数量及多样性发生了变化.其中发现茴香-棉花套作土壤中固氮菌、纤维素分解菌的数量在花蕾期和吐絮期相比其余土壤有显著增加.
  • 摘要:铬是一种过渡金属元素,在电镀、鞣革、钢铁、汽车制造、木材加工等现代工业中应用广泛.其在自然界中稳定存在的化学形态主要是Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ).微量的Cr(Ⅲ)在人体中有降低血糖、降低胆固醇、促进氨基酸吸收等作用,但过量有毒.Cr(Ⅵ)一般以CrO42-和Cr2O72-形式存在,难以吸附或沉淀,而且是很强的致畸变、致癌剂.很多微生物长期处在铬污染环境中,进化出了相应的铬转化和抗性机制.本课题组在金属矿中分离出以一株具有铬抗性和还原特点的类希瓦氏菌Alishewanella sp.WH16-1.并采用基因组学分析和转座子突变两种手段对其铬转化和抗性机制进行了深入研究.
  • 摘要:水体硝酸盐污染成为越来越受关注的环境问题.大量的氮元素存在于水体会引发水体富营养化和赤潮,对人体健康造成严重危害.水体去除硝酸盐的方法有化学脱氮、反渗透、电渗析、离子交换、生物脱氮等,其中生物反硝化脱氮是最普遍的脱氮方法,但其生物降解速率慢.近年来,很多研究者发现厌氧条件下,氧化还原介体具有加速呼吸链中电子传递效率,催化硝酸盐生物降解的作用.中性红作为一种小分子氧化还原介体,具有良好的氧化还原可逆性,且其氧化还原电位与电子传递链顶端的电子载体NAD+/NADH电子对相匹配,能使更多处于呼吸链链顶端的代谢电子被捕获,加速污染物的生物降解。由于其水溶性的特点,投加于水中,会造成介体的流失和水体的二次污染。本研究选用海藻酸钠/聚乙烯醇水凝胶固定中性红,得到化学性能稳定、机械性能优良、能重复利用、生物相容性好的固定化介体,既防止了水溶性介体的二次污染、又克服了其它载体材料传质阻力大的缺点,同时减缓了中性红对微生物的毒性。利用固定后的中性红水凝胶催化生物反硝化,实验结果表明,相比于未添加中性红水凝胶的体系,硝酸盐的转化速率提高了3-4倍,亚硝酸盐的累积量减少了2-3倍。通过加入电子传递链抑制剂,研究中性红催化生物反硝化的机理,这对进一步理解氧化还原介体催化生物反硝化,解决水体硝酸盐污染具有重要的意义。
  • 摘要:群体感应是一种细菌细胞之间彼此交流的机制.在Pseudomonas aeruginosa中,有两个主要的群体感应系统:LasI-LasR和RhlI-RhlR.在LasI-LasR系统中,LasI调控信号分子3OC12-HSL的合成,当环境中3OC12-HSL信号分子达到阈值时,即可激活转录调节子LasR,调节下游基因包括rhlI和rhlR的表达;RhlI-RhlR系统受LasI-LasR系统调控,当由RhlI合成的C4-HSL在环境中达到一定阈值时,RhlR转录调节子则会激活其下游基因的表达.部分由RhlI-RhlR调控的下游基因亦受LasI-LasR系统所调控.
  • 摘要:CaCl2法制备感受态细胞虽然已经成为一种成熟而经典的方法,但Ca2+是如何诱导细胞形成感受态并维持细胞的这种状态,目前尚不清楚.是否在细胞膜及细胞内存在Ca2+受体及其响应机制亦未可知.为此,本研究以E.coli DH5α为研究对象,采用转录组学和蛋白组学对100mM CaCl2诱导E.coli DH5α形成感受态细胞时转录组水平和蛋白组水平的变化进行关联性分析,找出在感受态形成过程中响应Ca2+的关键基因和蛋白.结果表明,在转录组水平,差异性表达基因共有333个,其中317个基因上调,16个基因下调.基因表达差异倍数大于4的基因共有15个且均为上调基因,其中srA,ygeI,psuK基因表达量分别是对照组的13.688倍,13.344倍和12.327倍.其余的12个基因表达倍数在4.07~6.58倍之间.差异性表达倍数大于2的基因共有101个.在所有差异性表达基因中,与细胞膜相关的基因共有41个,其中与细胞内膜相关的基因有25个如qiJ,yjiZ,yaiY,pspD等;与细胞外膜相关的基因共有8个,如yfaZ,ompL,yfeN等;与膜结构相关基因共8个与离子转运或结合相关的基因有11个,其中差异倍数大于2的共有五个,分别为:ybdR、kdpA、yciF、ddp、mntP,细胞表面信号传递相关基因为bhsA;表达差异倍数大于2的无特征基因蛋白五个,他们分别是yncJ、yebV、yfeK、ygaC、ygeI,其中基因ygeI表达差异倍数为13.3.
  • 摘要:本研究以E.coli DH5α为研究对象,基于Ca2+诱导下E.coli DHSα形成感受态细胞时转录组和蛋白组的分析结果,采用生物信息学在线分析软件对膜蛋白yiaW的理化性质、保守结构域、跨膜区、信号肽、磷酸化位点、糖基化位点及相互作用蛋白拓扑网络进行了预测分析.利用Red同源重组技术构建yiaW基因缺陷型菌株,研究在yiaW基因缺失对Ca2+诱导E.coli DH5α感受态形成的影响.结果表明yiaW为疏水性蛋白,分子中存在2个跨膜区,不存在信号肽序列,也没有磷酸化位点,yiaW有2个糖基化位点.α-螺旋占57.94%.对其相互作用蛋白的拓扑网络预测发现,yiaW与yiaV蛋白为膜融合蛋白(外排泵组件、信号锚,与物质外排有关),和ycdZ(DUF1097家族内膜蛋白)、nrfA(亚硝酸还原酶)、nrfD(甲酸依赖亚硝酸盐还原酶)蛋白相互作用关系最为密切.突变菌株E.coliDH5α∷ΔyiaW生长状态与野生型相比差异性不显著(p>0.05),Ca2+处理下突变菌株质粒pET-32a的转化效率为1.37×106CFU/μg,野生型转化效率为1.08×107CFU/μg,差异极显著(p<0.01).综合以上研究结果,基因yiaW在Ca2+诱导E.coli DH5α感受态细胞形成过程中起到了十分重要的作用,其可能是细胞膜上的Ca2+受体之一.
  • 摘要:铜绿微囊藻是形成蓝藻水华的主要优势藻种,给人们生产生活,水体环境和生态系统带来一系列不利影响.氮、磷作为自养生物的必需元素,影响铜绿微囊藻的生长繁殖和细胞周期.当水体中氮、磷元素富集时易引起藻细胞快速繁殖,爆发水华.在水华发生的后期,随着水体中氮(N)、磷(P)的耗尽,铜绿微囊藻生长停滞并逐渐衰亡.本探究旨在模拟氮、磷耗尽的情况下,探究铜绿微囊藻生长抑制和细胞衰亡的机制,为水华治理提供理论依据.
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