金属硫蛋白基因MT1A在大肠杆菌中的自诱导表达条件优化及其抗镉性

为了提高金属硫蛋白基因MT1A的高效表达和对重金属的抗性,以菌体密度、可溶性目的蛋白表达量为评价指标,对工程菌自诱导的培养条件(诱导时间、诱导温度)和培养基组分(蛋白胨、酵母粉、甘油、葡萄糖、乳糖)进行优化,并对其抗镉(Cd)性进行分析。结果表明,最优自诱导培养基组分为2.0%蛋白胨、2.0%酵母粉、0.3%甘油、0.05%葡萄糖、0.3%乳糖;重组菌自诱导表达最优培养条件为37℃培养3 h,然后25℃继续培养13 h,此时菌体密度、可溶性蛋白表达量、可溶性蛋白相对产量均最高,分别比未优化ZYM-5052培养基提高77.7%、94.0%、244.8%。当Cd2+浓度为0.5 mmol/L时,高效表达金属硫蛋白的菌株具有明显的抗Cd活性。

水稻OPR基因的克隆及其在烟草中抗镉性分析

12-氧-植物二烯酸还原酶是茉莉酸生物合成途径的一个关键性酶,广泛参与植物生长过程中生物与非生物胁迫。本研究主要探讨OPR基因在植物非生物胁迫中的作用。从水稻中克隆了OPR基因,该基因的cDNA编码区全长1 203 bp,编码400个氨基酸,将其连接到植物表达载体pSH 737上,通过农杆菌介导的方法,将含有目的基因的载体遗传转化烟草,获得31株转基因植株。选取生长状况基本一致的8株不同转基因株系和4株野生型烟草,在非生物胁迫下,用300μmol·L^-1 CdCl2溶液浇灌处理,观察植株生长并对抗镉能力进行初步分析;选取T 1代3个转基因株系(TP 7、TP 8和TP 12)和野生型烟草的种子,放入含有3个不同浓度CdCl2溶液的滤纸上萌发进行镉胁迫并统计发芽率。在300μmol·L^-1 CdCl2溶液胁迫15 d后,种子发芽率比野生型高40%以上,转基因烟草的抗氧化酶活性显著高于野生型,丙二醛的含量显著低于野生型植株。利用RT-PCR方法分析相关基因表达情况,结果表明,在Cd2+胁迫下,OPR,Snakin-2和GRP-2基因表达均上调,因此推测OPR基因的高表达是其具有高抗性的主要原因。OPR基因的过量表达使烟草提高了对重金属Cd2+的抗逆性能力。

耐辐射甲基杆菌JB18对菊苣幼苗生长及抗性的影响

为探究铅镉抗性菌株JB18对菊苣(Cichorium intybus L)幼苗的影响,在不同铅镉复合浓度胁迫土壤中种植菊苣。将菌株JB18接种到菊苣根部周围,测定菊苣幼苗部分生长指标、光合作用参数、抗氧化酶活性、蔗糖含量、蔗糖代谢酶的活性及基因表达量。结果表明:接种菌株JB18后,提高了菊苣幼苗含水量、抗坏血酸含量、叶绿素含量、胞间CO_(2)浓度、蒸腾速率、净光合速率、过氧化物酶和超氧化物歧化酶活性,显著减少菊苣内丙二醛及铅镉含量。蔗糖合酶、蔗糖磷酸合酶、蔗糖转化酶活性显著提升,菌株JB18促进了叶片中蔗糖积累。RT-qPCR结果显示,受Pb-Cd胁迫并接种JB18的菊苣幼苗中SS和SPS基因的相对表达量与对照组相比,分别上调2.1倍和5.6倍。因此,菌株JB18能够提高受铅镉复合胁迫下菊苣幼苗植株光合作用速率和抗氧化能力,上调蔗糖代谢相关基因的表达,促进蔗糖的积累,提高菊苣幼苗的铅镉抗性。

龙葵-镉抗性菌株修复镉污染土壤

为研究镉抗性菌株对龙葵修复镉污染土壤的效应,开展龙葵室外盆栽试验。从镉污染土壤、龙葵根际土壤和标准菌株中共筛选出3株抗镉产铁载体菌株,经16S rRNA基因序列对比分析,以上3株菌株分别被鉴定为贝莱斯芽孢杆菌(Bacillus velezensis)、苍黄假棍状杆菌(Pseudoclavibacter helvolus)和荧光假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)。试验中,研究了此3株菌株单种及其复合接菌处理对龙葵生长和富集镉能力以及土壤修复效率的强化作用。结果表明,与空白对照相比,复合接种苍黄假棍状杆菌和荧光假单胞菌显著(P<0.05)提高龙葵地上部分干质量(提高31.07%)、地下部分干质量(提升75.59%)、龙葵镉总积累量(提高30.28%)、地上部分镉积累量(提高31.53%)、转运系数(提高39.47%)和土壤修复效率(提高67.83%)。此外,接种以上复合菌株后土壤镉去除量的86.16%随淋溶流失,13.84%由龙葵吸收。

不同品种菜心对镉抗性的研究

以对镉 ( Cd)抗性不同的两个菜心品种特青 6 0天和迟心 2号为试验材料 ,用盆栽土培试验的方法研究了在不同浓度 Cd处理下 ( 0 mg/kg,1 .0 mg/kg,3.0 mg/kg,1 0 .0 mg/kg) Cd在菜心体内累积及迁移的差异 ,并探讨了造成差异的机理。研究结果表明 :Cd处理下 ,特青 6 0天茎叶中积累的 Cd比迟心 2号的少 ,在高 Cd浓度 ( 1 0 .0 mg/kg)下 ,与对照相比 ,特青6 0天的干重明显增加 ,而迟心 2号的干重则显著降低。进一步分析研究发现 ,在相同的 Cd处理下 ,特青 6 0天中 Cd的迁移率较小 ,特别是在 3.0 mg/kg Cd处理下比迟心 2号的低 5 .6 2 % ;根系细胞壁中的 Cd所占的比例比迟心 2号的高 ;特青6 0天根系中全硫 ( S)的含量比迟心 2号的高 ,而且随着 Cd处理浓度的增加 ,全 S含量提高 ,但迟心 2号中 S含量的变化趋势与之不同 ;特青 6 0天根系汁液的 p H值比迟心 2号的高 ,且汁液中 Cd的含量比迟心 2号的低 ;相关分析的结果显示 :根系汁液中的 Cd含量与茎叶汁液中 Cd的含量呈显著的正相关关系。以上的结果可能造成了特青 6 0天中 Cd在根系内的活性和迁移能力较低 ,减少了 Cd由根系向茎叶的迁移 ,从而使特青 6 0天对 Cd的抗性高于迟心 2号。

喜温嗜酸硫杆菌YN12菌株的鉴定及其镉抗性能

自云南酸性热泉水样中分离出一株中度嗜热硫氧化菌YN12。对其形态特征和生理生化特性以及16S rDNA序列分析结果证明,该菌株归属于喜温嗜酸硫杆菌(Acidithiobacillus caldus)。重金属抗性实验表明,YN12菌株对3CdSO4.8H2O具有超强抗性,其最高初始Cd2+耐受浓度达4.8 g/L。在此基础上,不断提升3CdSO4.8H2O浓度,其最终Cd2+耐受浓度可达31.5 g/L(相当于3CdSO4.8H2O 210 g/L)。在该最终Cd2+耐受浓度下,经过连续3代的适应性生长,YN12菌株的生长速度和硫氧化活性均能得到较好的恢复。

铅镉抗性菌株JB11强化植物对污染土壤中铅镉的吸收

研究了铅、镉抗性菌株(JB11)和生物降解螯合剂乙二胺二琥珀酸(S,S)-EDDS)提高高羊茅和红三叶草吸收土壤中铅、镉的能力。从土壤样品中筛选出1株对Cd、Pb具有较强抗性的菌株JB11,经鉴定为成团泛菌属(Pantoea agglomerans)。JB11对Pb2+、Cd2+、Cr6+、Cu2+、Zn2+、Ni2+等多种重金属和卡那霉素、氨苄青霉素、链霉素、四环素等抗生素具有抗性,在温度15—35℃和pH为5.0—9.0范围内生长良好,最适生长温度为30℃,最适pH值为7.0左右,在低于3%的NaCl浓度下生长良好。盆栽试验研究了菌株JB11、EDDS及1/2EDDS+JB11 3种处理下对生长在Cd 100 mg/kg、Cd 200 mg/kg、Pb 500 mg/kg和Pb 1000mg/kg的土壤中的高羊茅和红三叶生长及从土壤富集Cd、Pb能力的影响。结果表明,外加JB11能使高羊茅和红三叶的干重分别比对照都有增加。除外加JB11后在经Pb 1000 mg/kg处理的土壤中高羊茅地上部的Pb浓度、经Cd 200 mg/kg处理的土壤中红三叶地上部的Cd浓度以及经Cd 100 mg/kg处理的土壤中高羊茅和红三叶根部的Cd浓度以外,外加JB11后对其他重金属处理植物中Pb和Cd的含量都显著增加。外加EDDS后除在经Pb 500 mg/kg的土壤中高羊茅根部的Pb浓度增加差异不显著,对其余重金属处理都可产生显著的影响(P<0.05)。1/2EDDS+JB11的复合处理下植物重金属吸收量多数高于JB11和EDDS单独处理,JB11用于植物修复土壤Pb和Cd污染具有很大的潜力。

酿酒酵母谷胱甘肽产量与镉盐抗性关系的研究与应用

酿酒酵母谷胱甘肽(GSH)生成量与其镉盐抗性关系验证实验和利用镉盐抗性筛选高产GSH酿酒酵母突变株实验证明,酿酒酵母GSH生成量越高,其镉盐抗性越强;反之,酿酒酵母镉盐抗性越强,其GSH生成量不一定越高。在紫外诱变实验中利用镉盐抗性筛选高产GSH酿酒酵母突变株,正突变率达到23.5%,最终获得突变株BV54和MV16,其胞内GSH含量较出发菌株B-3和M8分别提高了32.53%和36.55%。结果表明,这种利用镉盐抗性筛选高产GSH酿酒酵母突变株的育种方法可行且高效。

镉抗性细菌的筛选及其生物矿化硫化镉去除溶液中的镉离子

水体重金属污染中,镉[Cd(Ⅱ)]因其高毒性成为最受关注的对象之一。生物矿化是通过生物作用影响金属形态,把有毒重金属转化为不相容的危害较小的化合物,成为环境污染治理领域的研究热点。本研究从重金属污染土壤中筛选出一株镉抗性细菌N1905,基于16S rRNA序列分析鉴定为Enterobacterludwigii N1905。研究其对多种重金属抗性和不同镉浓度下生长情况,结果表明菌株N1905具有多种重金属耐受性,在LB液体培养基中对Cd(Ⅱ)的最小抑制浓度(MIC)为8 mmol·L^(-1),高浓度的Cd(Ⅱ)抑制其生长代谢。同时研究发现,细菌N1905以L-半胱氨酸为特异性底物产硫化氢;在细菌N1905、1 mmol·L^(-1)硝酸镉和2 mmol·L^(-1) L-半胱氨酸共存培养过程中,通过细胞外沉淀硫化镉可以100%去除水溶液中的Cd(Ⅱ)。此外,细菌N1905对消除多种复杂水溶液中Cd(Ⅱ)污染有较好应用潜力。XRD、SEM-EDS及光谱学分析表明细菌N1905可生物合成具有光学特性的硫化镉纳米颗粒。

食源性单核细胞增生李斯特菌的重金属镉抗性及其与抗生素耐药性的关系研究

研究了不同血清型食源性单核细胞增生李斯特菌对重金属镉的抗性及其与抗生素耐药性之间的关系。采用琼脂稀释法检测单核细胞增生李斯特菌对重金属镉的抗性,与菌株的抗生素耐药性进行比较分析。结果表明,73株实验菌株中,36株具有镉抗性,总体镉抗性率达49.3%(36/73)。分离到的5株多重耐药单核细胞增生李斯特菌均为镉抗性菌株,表明食品生产、加工及其储存环境中这种同时携带多重耐药性与重金属抗性的微生物从食品链及有关环境进入到人类,就会对人类健康构成构成潜在威胁。

镉抗性植物内生菌EB12-6菌株的筛选及去除Cd^(2+)的初步研究

从生长于沈抚污灌区的野生东方蓼、狗尾草、稗草、山莴苣等植物组织中分离纯化出46株植物内生菌,经用含Cd^(2+)培养基筛选,得到对重金属镉具有较强抗性的细菌菌株EB12-6。观察其形态特征,研究对Cd^(2+)去除情况以及温度、p H、O_2、Na Cl对菌株生长的影响,结果表明:EB12-6菌株为好氧革兰氏阴性菌,有鞭毛;在p H为7.5,37℃温度,培养时间36 h,初始Cd^(2+)浓度为20 mg/L条件下,对Cd^(2+)去除率可达63.88%。

重金属镉抗性菌的筛选及促生、修复效果

为考察微生物-植物联合体系对土壤重金属镉(Cd)污染的修复效果,通过菌株筛选与盆栽实验,筛选一株具有较高Cd耐受和促生能力的菌株,探究植物促生菌对黑麦草富集能力、土壤理化性质和重金属赋存形态的影响.研究结果显示,伯克霍尔德氏菌株YXL1呈淡黄色、杆状、边缘圆滑,平均长度为5μm,且耐受重金属镉的质量浓度达250 mg/L.YXL1产吲哚乙酸(indole-3-acetic acid,IAA)能力为31.56 mg/L,产铁载体能力为0.89,溶磷能力为46.18 mg/L.在YXL1与黑麦草的联合修复体系中,土壤的有机质和有效磷质量浓度均显著提高,分别增加了4.08 g/kg和2.54 mg/kg;土壤中弱酸可提取态Cd和还原态Cd的质量分数分别达16.25%和12.53%;与仅种植黑麦草的对照组相比,联合修复体系黑麦草的富集Cd能力提高了2.76倍.研究发现,以YXL1和黑麦草联合修复体系处理Cd污染农田土壤,4 a后耕作层土壤的Cd含量降低到《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB 15618—2018)规定的风险筛选值(0.3 mg/kg)以下,可实现农用地的安全利用.

研究发现褪黑素可提高植物重金属镉抗性

近期,中国科学院合肥物质科学研究院技术生物与农业工程研究所研究员吴丽芳课题组在研究植物对重金属镉抗性调控机理方面取得进展。该研究发现一种重要生物激素褪黑素,可显著增加植物对重金属镉抗性,施用褪黑素的植物在含重金属土壤上的长势、产量等重要农艺性状得到显著提高。该成果为土壤重金属污染综合治理提供了新途径,相关研究结果发表于国际期刊Molecules。通过研究发现,植物中存在一系列褪黑素合成关键基因,这些基因表达水平和内源褪黑素合成受重金属镉胁迫后表达上调,褪黑素进一步激活内源过氧化物清除系统,特异性地增强APX和SOD两种抗氧化酶表达,从而提高抗逆能力。研究还发现褪黑素可显著促进植物根生长,增强植株逆境抗性。该研究对阐明新型植物激素-褪黑素在植物逆境调控上的作用具有重要意义。

强抗镉真菌的分离鉴定及溶磷能力研究

通过在培养基中加入200 mg/L镉(3CdSO4.8H2O),从电子垃圾污染区土壤中筛选到1株强抗镉真菌,经ITS序列鉴定为月状旋孢腔菌Cochliobolus lunatus.该菌株可在镉质量浓度为2 000 mg/L的PDA平板上生长良好,抗性试验结果表明,菌株对镉的抗性可能与该菌在生长过程中产生碱性物质有关;菌株对镉、铅、锌和铜的最小抑菌浓度(MIC)均超过500 mg/L,菌体对9种重金属离子抗性的强弱顺序大致为:Zn2+、Cd2+>Pb2+>Cu2+>Co2+>Ni2+、Cr2+>Hg2+、Ag+.该菌株对3种难溶性的磷酸盐具有溶磷作用,溶磷能力强弱顺序为:Ca3(PO4)2(104 mg/L)>AlPO4(86 mg/L)>FePO4.4 H2 O(17 mg/L).

酵母菌促进铅和镉胁迫下麻疯树生长的研究

为了筛选对铅和镉具有抗性和吸附性的酵母菌,构建麻疯树根系-酵母菌联合修复体系,促进高浓度铅和镉胁迫下麻疯树的生长。该研究分别从麻疯树的根段、珙桐的茎段、珙桐的根段分离到3株具有铅、镉抗性的酵母菌,分别命名为Jc、Di1、Di2,测定了三者对铅、镉的抗性和吸附性,并将筛选出的2株能吸附铅、镉的酵母菌菌株接种到麻疯树幼苗,研究接种两种酵母菌的麻疯树植株对铅、镉胁迫的响应。结果表明:经形态学和生理生化特征观察,Jc初步鉴定红酵母属(Rhodotorula sp.),Di1为假丝酵母属(Candida sp.),Di2为德巴利酵母属(Debaryomyces sp.)。三种酵母菌对铅、镉都有一定的抗性,其抗性能力的大小为Jc>Di2>Di1。Di1和Jc对铅和镉都具有一定的吸附性将其用于接种麻疯树幼苗。与不接种酵母菌(CK)的麻疯树植株相比,接种Di1和Jc的麻疯树植株在根、茎、叶、全株干重方面显著增加,叶绿素、全株氮、全株磷浓度显著增加,SOD、POD、CAT的活性提高,丙二醛(MDA)浓度显著下降。从综合接种效应来看,Jc、Di1作为铅、镉的钝化剂,是铅、镉胁迫下促进麻疯树生长的备选菌株,这对于提高麻疯树对铅、镉污染土壤修复效率具有重要的意义。

一株高耐镉菌株的分离、鉴定及系统发育分析

采用梯度浓度驯化方法,从极度重金属污染环境的土壤中取样分离、纯化1株具有较强镉耐受性的菌株(编号为LY29-1-5)。经菌落、菌体形态观察、生理生化及系统发育分析,该菌株初步鉴定为大肠杆菌(Escherichia coli)。该菌株能耐受镉离子的最高浓度为15 mmol/L,在最低抑制浓度试验中,该菌株对铅、铜、锌也表现出了一定的耐受性。

云南省个旧市矿区耐镉和铅菌株的分离、鉴定及系统发育分析

[目的]:通过对云南省个旧市矿区周边进行土壤采样,筛选出耐Cd2+和Pb2+菌株并且对其Cd2+和Pb2+耐受性进行评价和系统发育分析。[方法]:采用平板法进行微生物菌株分离和Cd2+、Pb2+耐受性评价,基于16SrDNA和ITS序列对耐受Cd2+和Pb2+菌株进行系统发育分析。[结果]:共筛选到耐重金属Cd2+微生物57株,其中细菌39株,真菌18株;耐重金属Pb2+微生物161株,其中细菌121株,真菌40株。对178株菌株耐受性研究发现,细菌在100 mg/L Cd2+浓度和2000 mg/L Pb2+浓度下耐受性最好,达28.9%和32.2%,真菌在1000 mg/L Cd2+浓度耐受性最好,达27.6%,真菌在不同Pd2+浓度处理下耐受性均表现出一致为25.0%。菌株对Pb2+的耐受性明显好于Cd2+。通过16SrDNA和ITS序列和系统发育分析,经鉴定S73-1菌株属于肠杆菌属(Enterobacter)细菌,S156-1为不动杆菌属(Acinetobacter)细菌,IS73-1为根霉属(Rhizopus)真菌。

乳酸乳球菌镉抗性质粒的鉴定及镉抗性功能片段的获取

为获得乳酸菌食品级筛选标记基因,通过质粒消除、PCR方法和电转化方法鉴定一个镉抗性质粒pCD077。酶切分析结果显示该质粒是一个50kb以上的大质粒。结合PCR及热不对称嵌套PCR的方法获得镉抗性功能片段,为以镉抗性为筛选标记构建乳酸菌食品级载体奠定了基础。

抗性菌株JB13强化高羊茅对铅镉的富集

以铅镉抗性菌株JB13和高羊茅为试材,采用植物微生物联合修复的方法,研究了Pb、Cd抗性菌株(JB13)与高羊茅共同作用对Pb、Cd污染土壤修复的影响,以期得到高效修复重金属的方法。结果表明:Pb、Cd对高羊茅的生物量有抑制作用,且对地上部的抑制作用高于地下部,Cd对高羊茅生长的抑制作用强于Pb。高羊茅具有富集重金属的能力,Pb、Cd单一和共同污染时地下部富集量优于地上部。抗性菌JB13能促进高羊茅对重金属的富集。

乳酸乳球菌镉抗性菌株的鉴定及质粒消除的研究

为构建乳酸菌食品级载体/受体系统,从分离自内蒙古传统乳制品103株乳源性乳酸菌中筛选出7株高浓度镉抗性菌株。特异性16SrDNA PCR扩增产物的序列测定结果表明,其中两株为乳酸乳球菌。PCR扩增镉抗性基因部分序列证实了这两株乳酸乳球菌含有镉抗性基因,为镉抗性阳性菌株。通过物理和化学方法消除乳酸乳球菌内源质粒,确定了镉抗性质粒,并获得一系列衍生菌株,包括无质粒菌株。为进一步研究各种质粒的功能及基因表达提供了理想的宿主,也为乳酸菌食品级载体/受体系统的构建奠定了基础。