A high-throughput screening method for breeding Aspergillus niger with 12C6+ ion beam-improved cellulase

In this study,a high-throughput screening method was established through the 24-square deep-well microliter plate(MTP) fermentation and micro-plate detection for large-scale screening of the mutants.It was suitable for screening a large number of mutants and improving the breeding efficiency after heavy-ion beam irradiation.Seventeen strains showed higher cellulase activity compared with the initial strain after the screening of plate and MTP fermentation.The filter paper activity and β-glucosidase activity of Aspergillus niger H11201 had increased 38.74 and 63.23%separately compared with A.niger H11 by shaking flask fermentation,and it was genetically stable after being passaged to nine generations.The results indicate that the high-throughput screening method can be used for the quick breeding of A.niger with high cellulase activity.

间作黄芪对当归根际土壤微生物的影响

目的:探讨根际土壤微生物对中药材种植模式的响应方式。方法:以间作黄芪及单作下当归根际土壤为研究对象,基于高通量测序技术,分析土壤微生物在不同季节及种植模式下群落组成及功能的差异。结果:间作下Chao1指数、ACE指数高于单作,变形菌门、放线菌门、酸杆菌门、绿弯菌门和芽单胞菌门为间作下的优势菌门,芽单胞菌门的相对丰度在间作下高于单作。11月间作下γ变形菌纲、7月间作下全噬菌纲的丰度显著高于单作。KEGG功能预测表明,在不同时间及间作下根际土壤细菌与细胞过程、环境信息处理、遗传信息处理、代谢功能下属的23类二级功能基因的相对丰度存在显著差异;参与氮循环的功能基因K00371(narH/narY/nxrB)、(K00374 narI/narV)等OTU数在间作下显著高于单作;不同门、纲在间作下的共生网络比单作下连接紧密且更复杂。结论:当归间作黄芪影响土壤细菌群落组成,增加其丰富度及功能的丰富性,影响土壤氮循环能力,促进土壤微生物间的交互作用。

基于纯培养法结合高通量测序技术解析胀袋辐照凤爪中的微生物多样性

为研究真空包装胀袋辐照凤爪中的微生物多样性,该研究采用纯培养法与高通量测序技术对其微生物多样性进行解析。纯培养法结果表明,13株菌经鉴定分为4株植物乳杆菌(Lactiplantibacillus plantarum)、3株短乳杆菌(Lactobacillus brevis)、1株寡养单胞菌(Stenotrophomonas maltophilia)、3株欺诈明串珠菌(Leuconostoc fallax)以及2株热带假丝酵母(Candida tropicalis)。高通量测序的结果表明,乳杆菌属(Lactobacillus)在胀袋辐照凤爪中的相对丰度最高(平均占比97.30%),是胀袋凤爪中的优势菌。此外,产气胀袋验证试验的结果表明L.brevis及L.fallax可引起产品胀袋。该研究结果可为掌握辐照凤爪胀袋产品中微生物污染及群落组成提供一定参考,并为后续产品微生物污染控制及产品品质提升提供一定理论依据。

拟境栽培下两种附生方式金钗石斛化学组成和根内生菌比较及相关性研究

研究拟境栽培下附石(stone epiphytic cultivation,SE)和附木(tree epiphytic cultivation,TE)两种附生方式金钗石斛化学成分组成和根内生菌的差异性及二者的相关性。采用高通量测序技术对根内生菌进行了测序与分析,并初步探究了化学成分含量与根内生菌的差异性和相关性。研究结果表明,SE金钗石斛中石斛碱、总生物碱、总黄酮含量高于TE,TE总多糖含量高于SE。两种附生方式金钗石斛根内生菌物种相对丰度差异较大,SE金钗石斛根内生菌物种丰富性、多样性高于TE,SE中的壳三毛孢属(Robillarda)促生菌、根瘤杆菌属(Rhizobacter)和芽孢杆菌属(Bacillus)固氮菌、镰刀菌属(Fusarium)致病菌属较TE增加,而TE中的柱孢属(Cylindrocarpon)和Ralstonia致病菌属较SE增加。相关性研究发现,SE金钗石斛富集的假诺卡氏菌属(Pseudonocardia)、根瘤杆菌属(Rhizobacter)细菌相对丰度与石斛碱含量显著正相关;TE富集的Cladophialophora真菌、热酸菌属(Acidothermus)、异枝藻属(Allobranchiibius)、链嗜酸菌属(Streptacidiphilus)细菌相对丰度与石斛碱含量呈显著负相关;而SE中富集菌属与总黄酮、总生物碱、总多糖含量呈显著正相关,与TE中相反。综上,SE金钗石斛化学成分较TE升高,这与SE栽培有利于金钗石斛富集促进植物生长、固氮的根内生菌有关,促进了植物化学成分的产生,有利于提升药材品质。为金钗石斛“附生方式-根内生菌-次生代谢产物”相关性研究奠定基础,为石斛“生石上者胜”提供科学依据。

高通量卫星通信系统移动用户越区切换测试方法

高通量卫星通信系统使用的点波束和频率复用技术大幅提高系统容量的同时,带来了车载终端、机载终端、船载终端类用户在组网通信时需要进行移动切换的难题。为在室内环境下测试移动用户的越区切换策略,结合卫星信道特性,提出了一种测试环境构建方法,模拟了移动用户在多个波束覆盖的交叠区域跨越波束场景。测试结果表明,该方法能够有效构建越区切换场景,解决测试难题。

基于高通量培养分析稻虾共作模式土壤的细菌群落

高通量测序技术的发展发现并鉴定了土壤微生物的未培养物种,然而,仅依赖非培养的高通量测序无法获得发挥关键功能的微生物培养物,限制了对其功能的验证及其应用,这对关键功能微生物的机理性研究和应用具有一定的局限性.本研究以稻虾共作和水稻单作两种稻作模式的土壤样品为研究对象,分别对比了传统平板涂布、96孔培养板划线分离以及将非培养和培养法相结合的———“96孔高通量培养法”3种方法的土壤细菌分类差异、菌群多样性、组成特异性以及细菌功能特征.结果表明,相对于传统涂布培养法,96孔高通量培养法所获取的细菌数量高约5倍,能鉴定到属的培养物高约4倍,预测功能鉴定提高约2倍.由此可见,“96孔高通量培养法”大大提高了对土壤细菌培养物的获取和鉴定率.本研究弥补了传统培养法的获得率低的不足,拓宽了高通量培养技术的应用领域,同时,也为进一步揭示稻虾共作模式参与土壤生态变化过程的微生物机制提供研究基础.

基于微流控技术平台的Pt基三元电催化剂高通量合成和筛选

高性能铂基电催化剂的高效合成和筛选对于加速其在各个领域的进一步发展和应用具有重要意义。微流控高通量技术在铂基电催化剂的合成参数优化应用方面具有巨大的潜力。然而,缺少性能评估的微流控高通量合成无法最大限度地发挥其优势。在这项工作中,我们构建了将材料的高通量合成与高通量筛选相结合的多功能平台。该平台的微流控芯片可以生成三种不同前驱体金属离子的20级浓度梯度。微反应器阵列具有100个微通道,用于材料合成和电化学表征。利用该平台我们合成了5组铂基三元电催化剂(共计100种不同的组分),并进行了电化学表征,直接确定了Pt基三元电催化剂对析氧反应的最佳组成。这表明我们所构建微流控高通量平台具有高效性和灵活性,可大大缩短了新材料开发和材料性能优化的周期。

杜仲种子内生微生物群落组成及生态功能分析

[目的]揭示杜仲种子内的微生物群落组成和多样性,丰富杜仲相关微生物资源。[方法 ]本研究采用传统培养法和高通量测序技术对杜仲种子内生微生物群落组成和多样性进行分析,同时基于FAPROTAX和FUNGuild数据库对其进行功能注释。[结果 ]从杜仲种子中共分离获得真菌40株(3门11属),优势属为曲霉属(Aspergillus)(30%);细菌142株(1门6属),其中,土壤芽孢杆菌属(Solibacillus)(47.18%)为主要优势属。高通量测序获得141个真菌OTUs,隶属于6门101属;442个细菌OTUs,隶属于24门313属。在属水平,种子优势真菌属为Apiotrichum(31.28%)和德巴利氏酵母属(Debaryomyces)(26.07%);优势细菌属主要为假单胞菌属(Pseudomonas)(16.66%)和乳杆菌属(Lactobacillus)(9.68%)。功能注释结果显示:真菌以降解有机物、促进宿主植物生长、促进宿主对土壤养分的吸收、改善土壤环境微生物群落结构以及致病菌群为主;细菌以化能异氧、有氧化能异养以及具有发酵和固氮作用的菌群为主。[结论 ]杜仲种子内携带多种有益功能菌和潜在致病菌,这些微生物对植物的生长发育具有重要影响。同时本研究还分离到多株有益功能菌,这将为后续人为调控种子微生物组以增强植物健康提供微生物资源。

高通量计算二维材料界面摩擦

建立了基于第一性原理方法研究二维材料界面摩擦的高通量计算程序,该程序实现了自动化批量建模、批量提交任务、多任务并发计算,以及计算结果自动收集、处理和图像绘制,使用该程序可以节省时间.采用此程序计算了不同层间距离下双层氮化硼和双层石墨烯的滑移势能面,及层间界面摩擦力和摩擦系数.研究发现,随着层间距离减小,双层氮化硼界面的平均摩擦力近似线性增大,摩擦系数为0.11—0.17,双层石墨烯界面摩擦力先增大后减小再增大,其摩擦系数在12 nN载荷下达到最小值(0.014),这些结果与已有研究结果一致,验证了该计算程序的可靠性.此外还研究了表面氢化和氟化对双层氮化硼界面摩擦的影响,发现氟化氮化硼/氮化硼界面的摩擦系数更低.

4949例学龄前儿童亚健康体质调查与舌象特征定量研究

目的探讨不同体质的儿童中医临床诊断有意义的舌象客观定量化指标,为临床诊疗的评价提供客观依据及新的研究思路。方法对3~6岁幼儿园儿童进行了儿童体质辨识信息采集工作,采用道生四诊仪(DS01-B)进行舌象采集,并对舌象进行图像处理,提取舌象定量影像组学参数和颜色空间参数。通过逻辑回归分析,分析舌象定量参数与体质间的潜在关系。结果共纳入4949例不同体质的儿童作为研究对象,参与舌象采集的儿童,肝火体最多,占38.5%。舌的高通量影像组学参数与体质有着密切的联系,气虚体的高影响因素为:舌象的苔一阶最大值、苔一阶平均绝对偏差、苔一阶中位数苔一阶最小值、苔一阶鲁棒性平均绝对偏差、苔灰度共生特征Idm、苔灰度区域特征最小面积低灰度值、舌灰度区域特征最小面积低灰度值、舌相邻灰度差矩阵复杂度。对Lab模型拟合的似然比假设检验的显著性水平P=0.477。结论不同中医体质与舌象影像组学参数存在相关性,不同体质的儿童与舌的Lab颜色空间无显著性关系,舌象参数可为不同中医体质临床诊断提供客观依据。

微液滴高通量筛选方法的研究与应用进展

在单细胞层面对生物功能进行高通量的分析和分选是对关键基因、元件、途径与细胞工厂进行优化的重要技术。基于微液滴的筛选方法因其低成本、超高通量等优势,已被广泛应用于生物、医药、食品和工业等各个领域。本文针对目前主流的荧光激活的液滴分选、吸光度激活的液滴分选,以及无标记液滴分选等微液滴筛选设备的进展进行综述,主要包括基于质谱、拉曼、核磁共振、电化学、图像识别等。并总结了近年来微液滴筛选设备在酶进化、微生物育种等领域应用成功的案例。此外还对不同的微液滴筛选设备的优势与面临的挑战进行了讨论,未来各种新的荧光探针的开发以及质谱等非标记检测方法的进一步发展,将是微液滴筛选设备的主要发展方向,在蛋白质工程、抗体工程、细胞分选及临床研究等方面具有重要的应用潜力。

腐乳中菌群基因组DNA提取方法的对比研究

为更好研究腐乳中微生物菌群的多样性,采用改良十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)法和玻璃珠法对腐乳中的微生物进行非培养方式的基因组DNA提取,并将提取产物进行高通量测序分析。结果显示,在基因组DNA提取浓度方面,玻璃珠法和改良CTAB法均能得到一定量的基因组DNA,且均可得到扩增条带,但玻璃珠法拖尾严重。借助高通量测序方法检测,两种提取方法得到的样品基因组DNA在文库中的序列基本都能够被测出,在门和属水平上菌群结构相差不大。综上,改良CTAB法更适合大批量样品进行非培养方式的基因组DNA提取,该方法提取得到的基因组DNA浓度高且不影响后续实验。

高通量酶抑制法快速测定蔬菜中有机磷和氨基甲酸酯类农药残留

目的建立一种室温下高通量酶抑制法快速测定蔬菜中农药残留的方法。方法从酶抑制法检测原理出发,以阳性蔬菜样品为研究对象,通过对提取剂、提取时间及反应体系的选择和优化,确立酶反应体系。采用该方法检测市售蔬菜样品,对筛选出阳性样品进行定量检测复核,验证方法有效性。结果蔬菜样品用乙腈作为提取液,采用超声提取,上清液氮吹后加入磷酸盐缓冲溶液(pH 8.0)作为最终样液,农药提取效率最高,且不会对酶抑制法反应体系造成影响。采用优化后的高通量农药速测方法,以室温(25±5)℃下酶抑制率≥40%作为阳性判定标准,对筛选出的734个阳性样品进行仪器定量分析复核,检出符合率达到92.1%。结论该方法有效提升了农药提取效率和检测效率,可有效用于蔬菜中有机磷和氨基甲酸酯类农药残留的快速检测。

高通量提取西红柿基因组DNA方法探究及其在SNP分型中的应用

随着植物分子生物学的发展,植物分子试验对于大规模样品DNA提取的需求越来越大。本研究旨在开发快速、简便、高通量的DNA提取技术。以西红柿叶片为试验材料,用96孔盒对西红柿叶片进行冷冻干燥及粉碎,基于改良的SDS提取DNA方法,采取排枪“两步加样一步抽提”,简化提取步骤,实现DNA的高通量提取。该方法提取DNA样品的平均浓度在138.6 ng/µL左右,满足一般性的PCR扩增要求;琼脂糖凝胶电泳结果显示绝大部分样品泳道可见清晰完整的DNA条带,无明显降解,并伴有少量的RNA污染。利用3个等位基因特异的定量PCR基因分型系统(AQP)分子标记对192个样本进行检测,结果显示3个标记的整体检测结果良好,均能有效区分样品间的不同等位基因位点。样品的有效荧光值占比在97%~99%之间,可以用于分子标记检测或遗传群体的基因分型。本研究在前人基础上探讨了一种简便、快速、高通量的西红柿基因组DNA提取方法,对于提取其他植物叶片组织DNA同样适用,并且该方法能够成功应用于AQP等其他类似的荧光分子标记检测,为大规模分子标记检测等实验DNA样品准备提供了借鉴。

基于高通量测序分析不同发酵方式下黄精泡菜中微生物多样性

为探明母水发酵和接种发酵对黄精泡菜品质的影响,该文研究黄精泡菜发酵过程的相关理化指标和感官评价,并利用高通量测序方法分析不同发酵时间黄精泡菜中微生物群落组成和多样性的变化。结果表明,两种黄精泡菜发酵第3天时p H值为3.0,母水发酵总酸含量为11.9 g/kg,接种发酵总酸含量为7.3 g/kg,母水发酵第3天和接种发酵第5天成熟度最好,质地脆嫩、汁液清亮。两种黄精泡菜亚硝酸盐含量远低于标准限量(20 mg/kg)。通过微生物群落结构分析发现,两种黄精泡菜优势菌门是厚壁菌门(Firmicutes)和变形菌门(Proteobacteria);属水平上,接种发酵优势属是植物乳杆菌属(Lactiplantibacillus),而母水发酵优势属是植物乳杆菌属(Lactiplantibacillus)、迟缓乳杆菌属(Lentilactobacillus)、乳酸杆菌属(Lactobacillus)和嗜戊糖乳杆菌属(Secuutliactobacillus)。Alpha多样性指数分析表明两种黄精泡菜微生物群落丰富度相近,母水发酵微生物多样性高于接种发酵;主成分分析表明,两种黄精泡菜微生物群落结构差异较大,母水发酵群落结构随发酵时间变化较大。

沥青混合料骨架细观接触的高通量计算

为实现沥青混合料骨架细观接触的高通量计算,首先提出了近邻列表法与改进的窗搜索法两种接触计算方法;然后,使用4种(AC13、AC16、OGFC13及SMA13)沥青混合料对比了两种新方法与遍历法、窗搜索法及iPas软件在计算精度与效率方面的差异,采用虚拟试件研究了可实现计算速度与精度均衡的图像分辨率范围;最后,就高通量计算方法的适用性进行了验证。结果表明:近邻列表法可避免遍历法不可能发生接触集料对的冗余接触计算,改进的窗搜索法通过形态学膨胀处理即可完成传统窗搜索法环扫一周的目的;近邻列表法、遍历法、窗搜索法、改进的窗搜索法及iPas软件尽管计算原理存在差异但具有一致的精度;不同计算方法的计算效率排序为近邻列表法>遍历法>改进的窗搜索法>iPas软件>窗搜索法;图像分辨率的降低会提高接触计算的速度但是会降低接触点计算结果的准确性,综合考虑精度与效率的要求,图像分辨率范围处于0.05~0.075 mm/pixel时可实现计算速度与精度的均衡;近邻列表法能有效地实现沥青混合料骨架细观接触的高通量计算。

基于传统分离和高通量测序的健康和患锈腐病西洋参根际土壤微生物群落分析

探究健康和患锈腐病西洋参根际土壤微生物的群落多样性和可培养菌株分离,以期为西洋参锈腐病发生机制及防控提供参考。利用传统分离技术和高通量测序技术分析健康和患锈腐病西洋参的根际土壤,探究其微生物的群落组成及多样性变化。经由传统分离技术合计得到24株细菌和25株真菌,优势菌属包括假单胞菌属(Pseudomonas)、芽孢杆菌属(Bacillus)和青霉菌属(Penicillium)。高通量测序结果显示,健康和锈腐病土壤中细菌群落均以蓝细菌门(Cyanobacteria)和变形门(Proteobacteria)为主;患锈腐病组有所降低的为蓝细菌门(Cyanobacteria)、软壁菌门(Tenericutes)和变形菌门(Proteobacteria),大幅上调的为拟杆菌门(Bacteroidetes)、酸杆菌门(Acidobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)与厚壁菌门(Firmicutes)。健康和锈腐病土壤内所含的真菌群落以子囊菌门(Ascomycota)为主,被锈腐病感染后有所上调的为担子菌亚门(Basidiomycota)、子囊菌门(Ascomycota)与被孢霉门(Mortierellomycota)。感染锈腐病根际土壤细菌多样性明显减少。研究表明健康和锈腐病土壤微生物群落组成与数量明显不同,为西洋参锈腐病的发病机制及防控技术提供了理论依据。

肉枣加工过程中细菌群落消长规律

目的:确定导致样品胀袋的关键控制点,加强肉枣加工过程中微生物污染防控。方法:采用微生物传统培养法结合高通量测序手段分析肉枣生产全过程中不同加工工序样品及胀袋样品的微生物变化情况。结果:整体来看,原料中菌落总数较低,其中鸡皮中菌落总数最高达9.10×10^(4)CFU/g,蒸煮后菌落总数下降至30 CFU/g,但真空包装后菌落总数显著上升,说明真空包装工序存在较大污染风险。胀袋样品中微生物增殖明显,菌落总数为1.03×10^(6)~3.30×10^(6)CFU/g。肉枣原料中的优势菌属为不动杆菌属(Acinetobacter)、嗜冷杆菌属(Psychrobacter)和假单胞菌属(Pseudomonas)。加工过程中样品的主导菌属为葡萄球菌属(Staphylococcus),灭菌后其相对丰度降至0.02%。而胀袋样品中均以枝芽孢菌属(Virgibacillus)为主,平均相对丰度为99.37%;该属在灌肠工序开始出现,且耐热性较强,灭菌后其相对丰度增加。结论:灌肠和包装工序可能为肉枣加工过程中的关键污染点。

减氮配施有机肥对燕麦土壤细菌群落特征影响与生态功能预测

为了探讨减氮配施有机肥处理下燕麦根际土壤细菌群落多样性的差异状况,以晋燕17号为试验材料,采用高通量测序技术,分析不施肥(CK)、仅施用尿素(T1,180 kg/hm^(2))和尿素与有机肥分别按照9∶1(T2)、8∶2(T3)、7∶3(T4)、6∶4(T5)和5∶5(T6)的比例配施等7个处理对土壤养分状况和细菌群落多样性的影响,并利用PICRUSt法预测其生态功能。结果表明,减氮配施有机肥处理下,随着有机肥添加比例的增加,土壤中有机质含量逐渐增加,且在T6处理时达到最大(14.86 g/kg),籽粒产量在T4处理下达到最高(4357.61 kg/hm2);与不施有机肥土壤相比,增施有机肥后显著提升了变形菌门、厚壁菌门的相对丰度,丰度前5的优势细菌门依次为变形菌门、厚壁菌门、拟杆菌门、放线菌门、绿弯菌门;影响燕麦田土壤细菌群落结构的主要环境因子是速效氮(AN)、有机质(OM)、速效钾(AK)、全氮(TN)。PICRUSt预测结果表明,减氮配施有机肥后明显降低了土壤细菌细胞转化功能基因的丰度,明显增加了生物体系统功能基因的丰度。综上,T4处理(126 kg/hm2尿素+54 kg/hm2有机肥)下生物产量最高,且其优势菌群更有利于土壤的可持续生产。

高通量测序结合传统微生物培养研究酱醪中微生物多样性及群落变化

为了探究不同发酵时期酱醪中微生物群落结构及其动态变化,采用传统可培养和Illumina MiSeq高通量测序技术相结合的方法,研究0~6个月酱醪中的微生物群落多样性和动态变化。结果显示,酱醪发酵整个阶段细菌群落厚壁菌门(Firmicutes)占94.04%,为优势菌门。四联球菌属(Tetragenococcus)和魏斯氏菌属(Weissella)分别占41.55%和25.84%,为优势菌属。发酵前期非嗜盐乳酸菌含量最高,活菌数达到108CFU/mL,发酵中期乳酸菌种类和数量逐渐减少,发酵后期以嗜盐乳酸菌为主导。真菌群落主要以子囊菌门(Ascomycota)为优势菌门,占99.83%;Starmerella、Candida和Aspergillus为优势真菌属,该研究首次发现Starmerella在酱醪发酵过程中作为主要真菌属。研究表明,酱醪发酵主要参与的微生物是米曲霉、酵母菌和乳酸菌,其中米曲霉仅存在于发酵前期,发酵中期主要以乳酸菌为主要菌属,发酵后期以嗜盐乳酸菌和酵母菌为主。探究酱油酿造中微生物的变化规律,有利于指导人工添加乳酸菌和酵母菌来提高国内酱油的风味和品质。