低温纤维素酶产生菌的筛选、鉴定、生长特性及酶学性质

从北极楚科奇海分离出一株产纤维素酶的耐冷假交替单胞菌BSw20308.研究表明:该菌最适生长温度10℃,35℃不生长;在pH7.0～8.0、含2.0%～3.0% NaCl的培养基条件下最适宜菌株生长与产酶;可溶性淀粉、酵母浸出液是有利于菌株生长及产酶的碳源、氮源物质;蔗糖、可溶性淀粉、麦芽糖及麸皮对CMCase的合成具有明显诱导作用;CMC、麸皮、可溶性淀粉及麦芽糖对滤纸酶的合成有一定诱导作用,单糖与部分双糖(蔗糖、纤维二糖及乳糖)则起阻遏作用;在指数生长后期至稳定早期,大量产CMCase;发酵液含CMCase、滤纸酶及葡萄糖苷酶活性,以CMCase活力最高;胞外CMCase活力占总CMCase活力的74.1%左右;酶最适作用温度35℃,5℃时酶活保留50%左右;酶对热敏感,35℃半衰期为3 h,25℃下酶活稳定;酶最适pH8.0.

极地微生物--新天然药物的潜在来源

微生物是极地生态系统的重要组成部分。由于极地独特的地理、气候及环境特点,极地微生物所具有的新颖性与多样性,在科学研究、应用开发等方面都具有重要价值,并逐渐受到人们的广泛关注。有关极地微生物的资源勘探与代谢活性产物研究,已成为国际微生物学研究的热点之一。结合笔者的工作实践,对近年来极地微生物资源的勘探与收集情况进行了介绍,并着重对以医药与生物农药等为目标的极地微生物产活性化合物的研究现状进行了概述,同时还对目前一些影响研究工作开展的限制因素进行了讨论。可以预见,针对极地微生物资源的研究开发工作,将会给新型天然药物的筛选与发现带来新的机遇与突破。

北极海冰细菌产胞外酶及主要环境因子的初步研究

覆盖在北极海洋上的广阔海冰为其内部生存的微生物群落提供了一个独特的生境。研究表明 ,大量海冰细菌能够分泌产生胞外酶 ,其中产蛋白或脂质水解酶细菌的比例远高于产多糖水解酶的细菌。温度、盐度是直接影响海冰细菌生存与活力的 2个主要环境因子。 76%的产酪蛋白酶海冰细菌为低温菌 ,菌株只能在 <35°C条件下生长 ;而 98%的酪蛋白酶最适作用温度≥ 35°C ,其中 62 %的酶最适作用温度≥ 45°C。

北极海洋细菌BSw20353的胞外蛋白酶性质

从北极楚科奇海水中分离到一株产蛋白酶耐冷河豚毒素假交替单胞菌BSw20353。该菌可合成多种胞外蛋白酶,而培养温度影响蛋白酶的合成。分离纯化出其中一种在15℃、25℃培养时均有生成的酶:该酶最适作用温度55℃;最适pH8;金属离子Hg2+、Sr2+抑制酶活,Fe2+、Mn2+则具有激活作用;该酶属于金属蛋白酶,受螯合剂邻二氮杂菲、EDTA及EGTA抑制,基本不受丝氨酸蛋白酶抑制剂PMSF、TPCK及TLCK抑制,半胱氨酸蛋白酶抑制剂E-64对该酶无抑制作用,天冬氨酸蛋白酶抑制剂pepstatin则具有一定抑制作用;SDS、二硫苏糖醇、碘乙酸可抑制酶活;而在变性剂尿素、盐酸胍作用下,酶活反而有所增高。

北极耐冷假交替单胞菌的培养温度对其胞外蛋白酶合成的影响

从北极楚科奇海水中分离筛选到2株产蛋白酶耐冷细菌BSw20308及BSw20353,经分子鉴定为假交替单胞菌属。这2株菌虽存在较近亲缘关系,16SrDNA序列相似性为98%,但属于不同种,表型方面也存在差异。酶谱分析显示,此2株菌的胞外产物中存在至少3种蛋白水解活性组分。培养温度的变化对这2株菌胞外蛋白水解活性组分的生成具有不同的影响效果,表明极地海洋细菌可能在酶学水平上通过酶的种类与活力的调整和采取不同的策略来适应环境温度的变化。

极地环境污染物的微生物降解及其生物修复研究进展

随着人类社会的发展及其对未知世界探索能力的提高,环境污染目前已演变成为全球性问题,即使是远离人类居住地的南北极地区也不能幸免。任何污染在极地这样一个生态系统组成单调、环境承载能力脆弱的地方都可能带来严重后果,因此极地环境的污染治理尤为迫切。生物修复技术作为环境治理的重要方法与手段,受到了普遍关注。本文简要介绍了极地环境的污染现状以及近年来应用微生物开展极地环境污染物降解与生物修复的主要进展,并就研究中的一些潜在问题展开讨论。极地环境的污染治理与生物修复,将是21世纪环境微生物学研究人员的一项重要使命。

海洋细菌对DMSP的降解及其在极地低温海域的研究进展

DMSP(二甲基巯基丙酸内盐)是地球上最丰富的有机含硫化合物之一,同时也是海洋微生物的重要营养物。浮游植物是其主要的生产者。DMSP还是海洋中DMS(二甲基硫)的重要来源和前体,而DMS的排放与全球气候变化存在密切关联。细菌在DMSP的降解及DMS的生成方面扮演着重要角色。有关DMSP生物合成、代谢及其生态影响的研究已开展了近70年,但涉及高纬度极地低温海域的相关研究却为数甚少。本文在简要介绍DMSP生物合成与代谢,以及DMSP降解途径中的关键酶基因及其产生菌的基础上,结合笔者的工作实践,对近年来在极地低温海域的相关研究进行了介绍并展开了部分讨论。随着国内对微生物驱动水圈地球元素循环的重视,有关极地海域细菌参与DMSP/DMS代谢的研究工作将极大地增进人们对于微生物在极地海洋生态系统中生态地位的认识,也对评估极地海洋微生物群落对全球气候环境变化的响应与反馈具有重要的参考意义。

北极高维度海域海冰嗜冷菌系统发育多样性及其低温水解酶分析

应用样品直接稀释涂布平板、-1℃富集培养和-20℃冷冻24h后富集培养等3种方法,从北极加拿大海盆和格陵兰海的高纬度海域(77°30′N^81°12′N)海冰中分离到37株嗜冷菌。根据其16S rDNA全长序列所进行的系统发育分析表明,分离菌株分属于γ_变形细菌群(γ_Proteobacteria)的Colwellia、Marinobacter、Shewanella、Thalassomonas、Glaciecola、Marinomonas、Pseudoalteromonas和嗜纤维菌_曲挠杆菌_拟杆菌群(Cytophaga_Flexibacter_Bacteroide,CFB)的Flavobacterium、Psychroflexus等9个属。其中有9株菌的16S rDNA序列与已明确鉴定种的相似性在93.4%~96.9%,为潜在的新种。北极加拿大海盆海冰细菌BSi20002与南极威德尔海海冰细菌Marinobactersp.ANT8277的16S rDNA序列相似性为100%,表明在种水平上南、北两极也存在相同的细菌。分离的嗜冷菌在4℃条件下能产生多种大分子物质水解酶类,其中62.6%、51.4%和40.5%的菌株分别能水解Tween_80、明胶和淀粉。

北极太平洋扇区海洋沉积物细菌多样性的系统发育分析

对北极太平洋扇区3个不同深度的海洋沉积物样品，采用PCR结合变性梯度凝胶电泳（DGGE）技术进行细菌16SrRNA基因V3区序列的系统发育分析。结果表明，同一个沉积物样品不同层次的DGGE电泳图谱不完全相同。从3个沉积物样品中共获得50条序列。大部分序列与从海洋环境尤其海洋沉积物获得的细菌16SrDNA序列相似性较高（88％-100％），归属于变形细菌（Proteobacteria）的gamma亚群、alpha亚群、beta亚群、epsilon亚群、delta亚群，Cytophaga-Flavobacterium-Bacteroides（CFB）群细菌和高G＋C含量的革兰氏阳性细菌等系统分类群，其中变形细菌（Pmteobacteria）的gamma亚群为沉积物中的优势细菌类群。

低温脂肪酶产生菌的筛选、鉴定及其部分酶学性质

从南极乔治王岛冻土来源的 76株低温细菌中筛选到 13株低温脂肪酶产生菌 ,对其中的BTs10 0 2 2菌株进行鉴定。通过生理生化特征、16srDNA基因序列的同源性和系统发育分析发现 ,菌株BTs10 0 2 2属于假单胞菌属 (Pseudomonas) ,但与已定名的假单胞菌有一定的差异 ,与未定名的Pseudomonassp .PsB的亲缘关系最接近 ,故将其暂定名为Pseudomonassp .BTs10 0 2 2。对该菌脂肪酶的酶学性质初步研究表明 ,酶的最适作用温度为 2 4℃ ,对热敏感 ,6 0℃处理 30min仅残留 2 5 %酶活性 ,酶的适宜作用 pH范围在7.0～ 9.0 ,最适 pH为 8.0。

楚科奇海浮冰区夏季短期颗粒有机物通量及其主要组分

中国首次北极科学考察期间 ,于 8月 2 0— 2 3日在楚科奇海浮冰区联合冰站实施了为期 4天的短期颗粒有机物通量研究。结果显示真光层的颗粒有机碳通量为 1 .582mgCm- 2 day- 1 ,2 2 0m深层为 1 .339mgCm- 2 day- 1 ,而相应的沉降颗粒物总通量分别高达 8.788和 1 0 .30 3mgm- 2 day- 1 。显示北极浮冰区的夏季融冰季节后期 ,颗粒有机碳通量的水平较低。与颗粒有机碳通量水平相似 ,生源硅和活性磷的通量水平也较低。对硅藻通量组份的分析表明 ,真光层沉降硅藻的优势种为Nitzschiacf.seriata、Naviculaglacialis和Melosirasp .,而 2 2 0m层则Lepto cylindrussp .占绝对优势 ,其丰度数量百分比均超过 70 %。硅藻碳通量的绝对值较低 ,为0 .1 0 7— 0 .1 1 3mgCm- 2 day- 1 。然而 ,真光层大型桡足类的碳估算值高达 1 0 8.67mgCm- 2day- 1 ,占浮游动物总碳量的 95 .3 % ,大型浮游动物的表观碳通量高于浮游植物碳通量 2— 3个数量级 ,显示楚科奇海夏季融冰期高浮游动物碳量、低浮游植物碳量的特点。但浮游动物表观碳量高的主要原因与浮游动物的昼夜垂直运动有关 。

白令海夏季浮游细菌和原生动物生物量及分布特征

1999年7月21日至8月1日在我国首次北极科学考察期间,考察了白令海中部的浮游细菌和原生动物,分析了其丰度、分布、生物量及其生态作用,结果显示,浮游细菌表层生物量为1.5～20.2μg/dm3,平均为浮游植物生物量的30%,100m以上水柱柱总生物量(720～3123mg/m2)平均为浮游植物柱总生物量的67%,因而是白令海夏季与浮游植物处同等量级的优势类群;原生动物表层生物量为1.2～27.4μg/dm3,100m以上水柱柱总生物量为189～1698mg/m2,平均为浮游植物柱总生物量的21%,其中粒径小于5,5～20μm和大于20μm的原生动物分别占其柱总生物量的13%,47%和40%;作为主要类群的异养腰鞭毛虫占原生动物柱总生物量的39%.浮游细菌和原生动物生物量的总体分布趋势从西部向东北和东部递减、从表层向深层衰减,20～25m水层温跃层和表层海流的存在对这一分布特性可能有较大的影响.原生动物受潜在的大、中型浮游动物捕食压力的制约,维持了一个相对较低的生物量水平,在一定程度上限制了微食物环(microbial foodloop)在该海域夏季生态系统营养中的作用.

一株产海藻糖合成酶南极海洋低温细菌的鉴定

从南极普里兹湾海域海水中分离到一株产海藻糖合成酶的海洋低温细菌BSw10041,革兰氏阴性,杆状,有极生鞭毛,能运动,菌落半透明。进行了常规生理生化和BIOLOG GN2细菌鉴定系统测试,结果表明菌株BSw10041与恶臭假单胞菌(Pseudomonas putida)的表型特征非常相似。为了进一步确定菌株BSw10041的分类学地位,测定了其16S rDNA序列,分析了相关细菌相应序列的同源性,构建了系统发育树,结果表明BSw10041与P．putida的亲缘关系最近。综合上述结果,菌株BSw10041可鉴定为Pseudomonas putida,定名为Pseudomonas putida BSw10041。

白令海北部表层沉积物中细菌多样性的研究

提取白令海表层沉积物样品总DNA,构建沉积物中的细菌16SrDNA文库,通过RFLP酶切分型与序列测定,进行沉积物中的细菌多样性及系统发育分析。结果表明,该沉积物中细菌多样性丰富,获得的125条序列归属于10个细菌类群,包括占据优势地位的变形细菌(Pro-teobacteria,49.6%)、酸杆菌门(Acidobacteria,20.8%),以及拟杆菌门(Bacteroidetes,6.4%)、放线菌门(Actinobacteria,5.6%)、浮霉菌门(Planctomycetes,5.6%)、硝化螺旋菌门(Nitrospirae,4%)、疣微菌门(Verrucomicrobia,2.4%)、绿弯菌门(Chloroflexi,1.6%)、纤维杆菌门(Fibrobacteres,0.8%)、螺旋体(Spirochaetes,0.8%)。此外,还有一部分分类地位尚不明确的细菌(2.4%)。而在变形细菌中,δ、γ亚群为其中的优势类群。

海冰细菌研究进展

地球两极海洋上覆盖的海冰为微生物提供了一个极端的生存环境。微生物在这环境中生存需要生理和代谢上的复杂适应机制。现有的研究表明,细菌在海冰中旺盛地生长繁殖,并在极区生态系统中占有重要地位。同时海冰细菌也已成为生命现象多样性等基础研究领域和生物工程领域的新热点。本文就近年来国内外在海冰细菌系统发育组成、生态生理学、生态作用和环境适应等方面所取得的研究进展进行简述,并初步探讨了今后海冰细菌研究中需要解决的一些问题。

南极普里兹湾夏季不同层次海冰及冰下海水古菌丰度和多样性

为了解南极普里兹湾夏季不同层次海冰及冰下海水中古菌丰度及群落组成,利用荧光原位杂交(filter in situhybridization,FISH)技术对海冰及冰下海水样品中古菌进行定量研究,通过构建16S rRNA基因文库对不同层次海冰及冰下海水中古菌进行多样性分析,并结合环境因子进行相关性分析。荧光原位杂交结果表明,古菌的平均丰度随着海冰层次的下降呈下降趋势,初步推断可能受海冰中铵离子影响所致;16S rRNA基因文库分析结果表明,仅在海冰底部样品中检测到古菌,且全部16S rRNA基因序列为泉古菌(Crenarchaeota),与来源于北极海水、海冰中古菌16SrRNA基因序列相似性最高,属于泉古菌海洋类群I(Marine GroupⅠCrenarchaeota);冰下海水古菌多样性较高,主要归属于泉古菌Marine GroupⅠ和广古菌(Euryarchaeote)Marine GroupⅡ、Ⅲ。

厦门海域产蛋白酶浮游细菌的多样性研究

从厦门海域分离筛选到33株产蛋白酶浮游细菌,并通过对其16S 核糖体 RNA(16s rRNA)基因进行聚合酶链式反应(PCR)扩增和限制性片段长度多态性(RFLP)分析,初步研究了该海域产蛋白酶浮游细菌的多样性。研究发现,这33株菌可分为12种操作分类单元(OTU),其中 OTU-Ⅰ和 OTU-Ⅱ分别包含8株和12株菌株,分别占总菌数的24.2%和36.4%,为优势分离类群。分别从12种 OTU 中随机选取1株细菌作为代表进行16S rRNA 基因测序。序列分析结果显示,属于 OTU-Ⅶ的细菌为假交替单胞菌属(Pseu-doalteromonas sp.),而包括 OTU-Ⅰ和 OTU-Ⅱ在内的9种 OTU 都属于弧菌属(Vibrio sp.),表明弧菌在厦门海域产蛋白酶浮游细菌中占优势。初步的生理检测显示,这些细菌的适宜生长温度为16%左右,适宜生长盐度范围为3%～5%NaCl。

低温β-半乳糖苷酶产生菌的筛选、鉴定、生长特性及酶学性质的初步研究

自北冰洋楚科奇海、加拿大海盆、格陵兰海和中国南极中山站近岸的海水、海冰和沉积物样品中分离的322株低温细菌中筛选出73株低温β-半乳糖苷酶产生菌,并对其中1株BCw006进行了研究。通过16S rDNA序列同源性分析表明,该菌株属于交替单胞菌属,定名为Alteromonas sp.BCw006。对该菌株研究表明:该菌最适生长和产酶温度为24℃;在pH6.0—8.0、含0%—6.O% NaCl的培养基条件下菌株能够较好地生长与产酶,其最适生长和产酶NaCl浓度分别为3%和1%,乳糖对β-半乳糖苷酶合成具有明显诱导作用,酵母粉和蛋白胨是菌株生长和产酶较适宜的氮源,酶的最适作用温度为35℃,0℃时能保持35℃下酶活的25%左右,表明其具有较好的适应低温特性。酶对热敏感,60℃时作用30min后酶活力下降了41%。

应用hiTAIL-PCR技术克隆Marinomonas sp.BSi20584菌株β-半乳糖苷酶基因

实验使用hiTAIL-PCR(high-efficiency thermal asymmetric interlaced PCR,高效热不对称交错PCR)方法,从海单胞菌Marinomonas sp.BSi20584中克隆β-半乳糖苷酶基因。从GenBank注册的已知β-半乳糖苷酶氨基酸序列出发,设计引物克隆编码β-半乳糖苷酶保守片段的DAN序列;根据Marinomonas sp.BSi20584天然酶N端氨基酸残基测序结果,设计上游引物,保守DNA片段5'端设计下游引物,克隆N端到保守序列之间的DNA片段;将所得的2个DNA片段拼接并命名拼接后的片段为nbs。根据hiTAIL-PCR方法设计引物,染色体步移克隆nbs上下游片段,拼接上下游片段得到全长序列,设计引物扩增全长片段并测序。本文成功克隆了Marinomonas sp.BSi20584菌株β-半乳糖苷酶的编码基因,全长1 971 bp,NCBI比对表明其编码产物为GH-42家族的一个新成员。

2011年夏季北极王湾细菌群落结构分析及浮游细菌丰度检测

采用PCR-DGGE方法,对2011年夏季北极王湾表层海水及沉积物细菌的群落分析结果表明,沉积物中的细菌多样性指数高于海水。深水站位(S1和S3)的沉积物细菌群落不但与浮游细菌群落存在差异,并且与浅水站位(S5)也存在差异。位于湾口、湾内的浮游细菌群落组成也存在一定差异。测序结果显示,王湾海洋细菌的多样性组成包括α-变形细菌、γ-变形细菌、δ-变形细菌、放线菌、拟杆菌及厚壁菌等类群。基于定量PCR方法的检测结果表明,位于湾口、湾内的浮游细菌丰度相似,但湾内玫瑰杆菌支系的丰度明显低于湾口。研究结果表明,与湾口相比,王湾湾内的细菌群落受陆源性淡水输入的影响明显,不但表现在细菌群落的多样性组成上,也表现在某些特定细菌类群的数量分布上。