生物合成气囊:一种兼具成像与治疗性能的纳米级囊泡

气囊是一种存在于蓝藻、古菌等多种原核微生物中的纳米级中空蛋白结构,其作用是为细胞提供浮力,赋予其在水环境中控制漂浮深度的能力。气囊壁厚约2 nm,内部疏水、外部亲水,气体可以自由通过气囊壁进行交换。目前已知的编码气囊的基因约8~20多个,其中编码气囊壁结构蛋白的基因GvpA和GvpC尤为关键。GvpA基因的表达是气囊合成所必须的,GvpC基因的表达对气囊的合成是非必须的,但表达GvpC蛋白可增强气囊外壳的抗压能力。通过去除、添加或修饰GvpC,气囊可以作为一个多功能分子平台实现疫苗研发、靶向治疗以及多模态医学成像等。在本篇综述中,我们介绍了气囊的结构与基本特性、编码基因及相关基因工程改造的研究进展,着重分享了气囊在超声成像等领域潜在的临床应用价值,并讨论了在应用过程中可能面临的问题。

微藻高CO_2耐受机制及其在生物减碳领域的应用

为更好地利用微藻实现碳捕获和生物质生产,研究微藻高CO2耐受/驯化的过程及其基本机制尤为必要.综述了微藻对高CO2耐受的生理现象、可能的耐受机制及分子响应机制的研究进展,分析了耐受高CO2微藻在生物减排、生物燃料开发等领域的应用前景,指出筛选耐受高CO2微藻并结合合理利用生理和基因工程手段以达到高效固碳的目标,是解决环境问题同时提高大规模微藻培养生产力的有效途径.

pH诱导絮凝-气浮收获雨生红球藻研究

为提高雨生红球藻(Haematococcus pluvialis)收获效率,文章发现一种通过pH调控诱导雨生红球藻絮凝-气浮收获方法。通过与自然沉降对比发现,在不添加混凝药剂的情况下,调节藻液的pH可以诱导雨生红球藻细胞自发团聚形成絮体,显著提高其沉降或气浮收获效率。pH小于3或大于11.5时,气浮可在2min内实现95%左右的收获效率,而自然沉降则需要30min,才能达到80%-90%的收获效率。气浮收获后的生物质含固率要显著高于沉降收获,当初始浓度为3.2 g/L时, pH诱导絮凝-气浮收获后的雨生红球藻生物质含固率可达到17%,实现了53倍浓缩。另外,与化学混凝剂(硫酸铝)和生物混凝剂(壳聚糖)混凝-气浮对比发现, pH诱导絮凝-气浮不仅可以实现传统药剂混凝-气浮的高收获效率,还可以有效避免混凝剂对生物质的污染(如金属离子残留等),且不会对雨生红球藻中虾青素提取产生影响。因此, pH调控诱导絮凝-气浮可以实现雨生红球藻的快速、高效和无污染收获,为雨生红球藻的收获提供新的解决方案。

用混合氮源在室外培养产油链带藻的可行性研究

为探索两株链带藻(Desmodesmus sp.T28-1和Desmodesmus sp.NMX451)在室外培养的最优氮源,首先在室内就不同氮源(尿素、硝酸钠、碳酸铵以及尿素和硝酸钠混合氮源)下微藻的生长和油脂积累做了研究,筛选出最优的混合氮源在室外进行了培养的可行性研究。室内研究结果表明两株链带藻在尿素下培养油脂含量最低,在铵氮下培养生物量最低。且NMX451在混合态氮下的油脂产率显著性的高于其他氮源下的油脂产率。对两株链带藻在混合氮源下的脂肪酸组分做进一步分析,结果表明油脂组分适合生物柴油生产要求,估算的生物柴油品质达到国际和国内生产标准。将两株链带藻置于室外140 L柱式反应器中用混合氮源进一步扩大培养,结果表明NMX451比T28-1的油脂含量和油脂产率高,生产成本更低,且脂肪酸组分更适宜生物柴油生产。研究表明用混合氮源在室外培养微藻是非常可行的培养方法,也说明NMX451比T28-1在生物柴油生产方面具有更好的潜力。

3株真核微藻在不同浓度猪粪水沼液中生长差异及氮磷去除率研究

为比较小球藻(Chlorella Vulgaris)、四尾栅藻(Scenedesmus Quadricauda)和斜生栅藻(Scenedesmus Obliqnus)3株真菌微藻在不同浓度猪粪水沼液中的生长情况及氮磷去除率的差异,试验选用猪粪水沼液,进行稀释,得到1/1、1/2、1/4、1/8、1/16和1/32不同浓度的猪粪水沼液,高压灭菌后,分别培养3株微藻。结果表明:3株微藻均能在粪水沼液中生长,而且能有效去除浓度为1/4、1/8、1/16和1/32的沼液中的氮磷;在浓度为1/4和1/8沼液中,小球藻相对生长速率最高,而在浓度为1/16和1/32的沼液中,四尾栅藻和斜生栅藻的生长速率优于小球藻;在浓度为1/4、1/8、1/16和1/32的沼液中,斜生栅藻的总氮和氨态氮去除效果最佳;3株微藻在浓度为1/4和1/8的沼液中硝态氮增加,在1/16和1/32沼液硝态氮有所减少,其中四尾栅藻去除效果较好;四尾栅藻和斜生栅藻的总磷去除率基本相同,优于小球藻。在本试验条件下,小球藻和斜生栅藻可作为后期驯化的优势藻种。

蓝藻的蛋白质翻译后修饰研究进展

蛋白质翻译后修饰系统几乎参与了细胞所有的正常生命活动过程,并发挥着重要的调控作用。目前,基于生物质谱技术进行蛋白质翻译后修饰的规模化分析鉴定,已经成为蛋白质组学研究的核心内容之一。近年来的研究表明,蓝藻细胞中存在着复杂的蛋白质翻译后修饰系统,如磷酸化,乙酰化,甲基化,糖基化,氧化等,这些翻译后修饰在蓝藻细胞的代谢过程中可能发挥着重要的调控作用。本文主要针对蓝藻细胞中蛋白质翻译后修饰的发现与鉴定,以及翻译后修饰潜在的生物学功能展开简要综述。

以莱茵衣藻为载体表达外源抗菌肽的研究

将黑水虻抗菌肽基因sarcotoxin3转入到莱茵衣藻细胞中,以期实现抗菌肽活性片段的大规模表达生产,为将来完成抗菌肽的临床测试及水产应用奠定实验基础。以质粒pHK85为骨架,插入荧光素酶基因和黑水虻抗菌肽sarcotoxin3基因,用DNA连接酶将质粒连接,构成抗菌肽质粒。抗菌肽质粒经克隆、提取、酶切线性化、衣藻玻璃珠转化、荧光素酶活性筛选和抑菌实验,结果表明:经过测序进一步确认质粒成功构建,碱基序列与所设计质粒序列一致,质粒浓度472.8 ng/μL、纯度(A_(260)/A_(280))1.93,7 d后每个巴龙霉素平板长有单克隆约200个,大多数单克隆荧光素酶活力值可高达10^(6),少数单克隆荧光值甚至可达10^(8);藻株在26 kDa附近出现了特异信号,含有抗菌肽的蛋白对大肠杆菌DH5α有一定的抑制作用。莱茵衣藻可以作为抗菌肽外源表达的一种载体,为抗菌肽的大量生产提供了一种可能。

一株蛋白核小球藻对猪场沼液的净化研究

为了更经济、有效地处理猪场沼液,采用微藻净化沼液的方法,通过一株蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa)对10%猪场沼液稀释液为期18 d的净化,全面检测沼液在净化过程中不同时期、不同指标的变化情况。结果表明,蛋白核小球藻可在消毒后的沼液稀释液中存活且具有较好生长状态,OD_(680nm)最高可达1.206、相对生长速率最高可达0.208 0。经过蛋白核小球藻净化后,沼液中总氮、总磷、铵态氮含量去除率分别为61.89%、99.72%、96.79%;硝态氮以及亚硝态氮含量有所上升;COD含量变化曲线呈波动情况。证明了蛋白核小球藻净化猪场沼液的可行性。

鄱阳湖夏季有色可溶有机物空间分布及其和浮游藻类的关系分析

有色可溶有机物(CDOM)的分布及光学性质对于研究湖泊水体富营养化和水色遥感具有重要的科学意义.该文通过紫外分光光度法定量研究了2016年夏季鄱阳湖水体不同区域的有色可溶有机物光吸收特性,分析了a_(CDOM(440))与光谱斜率比值(S)的关系,讨论了CDOM吸收系数与藻类及其他环境因子之间的关系,并与其他湖泊和水库相比较.研究结果表明:鄱阳湖水体在440 nm波长处的吸收系数为0.13~2.17 m^(-1),均值为(0.93±0.54)m^(-1).不同区域的CDOM含量差异显著,排序依次为主航道>珠湖区>南矶山水域,表现为3种典型吸收光谱曲线.夏季在300~440nm波长处S与CDOM有很好的相关性.鄱阳湖CDOM分别来源于藻类降解、沉积物扰动和河流流入.珠湖区CDOM来源主要为内源性,由浮游植物降解所产生.南矶山水域CDOM来源于赣江等河流汇入以及养殖肥水排入,其吸收系数与水体总磷关系密切.

人工生物结皮的发育演替及表土持水特性研究

为了解接种蓝藻对荒漠地区表土持水特性的改善作用，对库布齐沙漠东缘达拉特旗地区人工接种蓝藻后形成的生物结皮进行了发育演替及持水特性研究．结果表明，在人工接种荒漠蓝藻之后，藻结皮能够很快形成，并在一些微环境下藻结皮直接演替为藓结皮（接种2-3a后）．随着结皮的发育演替，表土生物量、多糖含量、厚度以及孔隙度增加，而土壤容重减小；同时，形成结皮之后表土质地也发生了明显的变化，其中沙粒含量逐渐减少，粉粒、黏粒含量增加．实验还发现随着结皮的发育演替，表土含水量与饱和持水量都呈增加的趋势，即：藓结皮〉藻结皮〉流沙，藻结皮中的含水量（饱和持水量）为流沙中的1．1-1．3倍，藓结皮中的含水量（饱和持水量）为流沙中的1．8-2．2倍．相关分析表明表土含水量及饱和持水量与表土生物量、多糖含量、厚度、容重、粉粒和黏粒含量呈正相关，与表土孔隙度和沙粒含量呈负相关．通过逐步回归分析发现影响含水量的主要因素为表土黏粒的含量，而影响饱和持水量的主要因素为表土孔隙度．

生物结皮的发育演替与微生物生物量变化

生物结皮在荒漠地区的生态恢复中具有重要的生态学意义,且不同发育演替阶段的结皮具有不同的生态功能.通过野外调查、显微观察结合微生物定量分析对腾格里沙漠东南缘沙坡头地区生物结皮的发育演替进行了研究.结果表明该地区的生物结皮一般按照"藻结皮→地衣结皮→藓结皮"的模式发育演替.随着结皮的发育演替,光合生物生物量逐渐增加,微藻生物量却呈现先增加后减少的趋势.其中,具鞘微鞘藻(Microcoleus vaginatus)作为结皮藻类中的第一优势种,在藻结皮中生物量最大,达到0.33 mm3·g-1,而爪哇伪枝藻(Scytonema javanicum)和(一种)念珠藻(Nostoc sp.)在晚期的地衣结皮中生物量达到最大.另外,研究发现异养微生物生物量在藻结皮中开始增加,但在地衣结皮中呈下降的趋势,最后在藓结皮中异养微生物生物量再次增加并达到最大.其中细菌数量的增加与结皮有机碳、Na+含量的增加显著相关(P<0.05),真菌数量的增加与K+、Na+含量的增加显著相关(P<0.05).本研究观察了沙坡头地区生物结皮发育演替的模式,并从环境适应与功能需求的角度探讨了生物结皮发育演替过程中微生物生物量的变化特征,对于理解结皮的发育演替以及荒漠化地区生态恢复过程中结皮的维护管理具有重要的理论与实践意义.

倪氏拟多甲藻叶绿素荧光活性对环境因子的响应

采用叶绿素荧光分析技术探讨了温度、p H、光强对水华优势种倪氏拟多甲藻光合活性的影响。结果表明,倪氏拟多甲藻光系统Ⅱ的量子产量Y(Ⅱ)和最大光化学效率(F_v/F_m)随温度(7.5—20.0℃)升高而显著增加(P<0.05),在低温下电子传递速率未受阻,细胞在7.5—20.0℃内均有高光合活性;10.0℃下的光合活性随p H增大先升高后降低,峰值出现在p H 7.3时,光合活性顺序为:弱碱性>中性>酸性;快速叶绿素荧光动力学曲线分析显示p H 7.3下的光合活性为典型OJIP曲线,其他p H下PSⅡ反应中心、电子受体库受损,显示该藻适应较窄的p H范围,p H7.0—8.0内是其适宜的条件;快速光响应曲线显示其半饱和光强E_k为385.52μmol photons/(m^2·s),表明其具有高光饱和点,耐受高光强。研究表明藻细胞光合活性对温度和光强变化有较强适应性,对p H的变化敏感,弱碱性条件是其光合作用的适宜条件;低温时细胞通过环式电子链提高光化学效率,降低高光强可能带来的光损伤;弱酸性(p H 5.0)会同时损伤其光系统Ⅰ和光系统Ⅱ,造成其光化学效率的显著下降;倪氏拟多甲藻在低温和高光强下的独特光合特性使其在春季淡水水体中占据竞争优势,是其形成水华的内在原因。

空间飞行微重力降低裸藻光合电子传递并改变光合能量分配（英文）

利用神舟8号飞船的SIMBOX发射机会,对真实微重力影响裸藻光合作用活性进行了研究.我们发现,微重力降低了光合活性(Fv/Fm),提高了细胞内叶绿素a和胡萝卜素含量.快速叶绿素荧光动力学研究显示微重力降低了叶绿素荧光强度,但快速叶绿素荧光动力学曲线的形状(O-J-I-P)没有改变.在微重力处理下裸藻的最大光化学效率(φPo)、用于电子传递的量子产额(φEo)和光合作用性能指数(PIABS and PICS)都明显降低,但单位反应中心吸收的光能(ABS/RC)和单位反应中心耗散的能量(DIo/RC)都明显升高.77K低温荧光光谱实现微重力改变了能量在PSⅠ和PSⅡ之间的分配并出现了红移现象.这些结果表明真实微重力降低光合作用的活性有可能通过两个途径,即抑制裸藻抑制光合电子传递中PSⅡ的受体端和改变PSⅠ的结构从而引起流向PSⅠ的能量传递减少.

一株新型鱼腥藻溶藻细菌的分离鉴定及其溶藻特性

蓝藻水华在全球范围频繁暴发,鱼腥藻(Anabaena)水华出现频度仅次于微囊藻(Microcystis)水华,其中的一些鱼腥藻种类能产生多样的藻毒素或异味物质,鱼腥藻水华去除技术的研发备受关注.本研究以从武汉市新洲区土壤中分离筛选到的一株细菌WP为材料,通过分析其生理生化特征及16S r DNA序列对其进行分类地位鉴定,考察了该菌株对真紧密鱼腥藻(Anabaena eucompacta)CHAB 1799的溶藻特性.结果表明,菌株WP与Lysinibacillus fusiformis NRS-350的同源性达到了99.6%,故鉴定WP属于Lysinibacillus属.菌株WP对真紧密鱼腥藻CHAB 1799发生溶藻作用的细菌阈值为6×10~3cfu/ml,其生理状态不会明显影响溶藻效果,且对不同生长时期的藻液均有较强的溶藻作用.该菌株的溶藻方式为间接溶藻.本研究结果丰富了溶藻细菌的资源库,也为治理鱼腥藻水华提供了更多的技术支持.

太湖3种优势微囊藻对不同形态磷的吸收利用

微囊藻(Microcystis)是最常见的淡水水华蓝藻,它们对磷营养盐的竞争力是其成为优势种的最主要影响因素.本文以太湖水华中的3种优势微囊藻(Microcystis flos-aquae,Microcystis wesenbergii和Microcystis aeruginosa)为材料,比较研究了它们对正磷酸盐(K2HPO4)、三聚磷酸盐(Na5P3O10)、小分子溶解态有机磷(葡萄糖-6-磷酸,G-6-P)和大分子溶解态有机磷(卵磷脂)的吸收和利用能力.结果发现,3种微囊藻对4种磷形态有明显的嗜好.当磷浓度为0.2 mg/L时,M.flosaquae只在正磷酸盐下生长最快,M.wesenbergii在三聚磷酸盐和大、小分子有机磷下生长最快,M.aeruginosa在所有磷形态下生长都最慢.而当磷浓度为2.0 mg/L时,M.flos-aquae在所有形态磷下生长都最快.在2种磷浓度下M.wesenbergii都表现出最高的溶解态无机磷比例和光合活性Fv/Fm.以上结果说明,3种藻在磷形态利用方面存在明显的互补性差异,即低磷浓度下M.wesenbergii适宜利用的磷形态更多,高磷浓度下M.flos-aquae适宜利用的磷形态更多,而不论磷浓度高低,M.aeruginosa对4种形态磷的适应性最差.由此可知,可利用磷形态的丰富性只是部分优势微囊藻的竞争策略.

基于MLST鄱阳湖微囊藻的遗传多样性及其系统发育

为了研究鄱阳湖微囊藻的遗传多样性及其系统发育关系,基于7个管家基因(ftsZ、glnA、gltX、gyrB、pgi、recA和tpi),建立了一个多位点序列分型(MLST)方法.对来自鄱阳湖的20株微囊藻分离株进行MLST研究,并构建本地微囊藻MLST基因库.结果表明:这20株藻株具有20种独特的序列型(STs),揭示了微囊藻高水平的遗传多样性(H=0.986).基于7个MLST位点串联序列的系统发育分析显示,微囊藻藻株序列型可分为5个不同的组.与之前日本湖泊研究的237个STs共建的系统发育树比对表明,本研究的STs形成了独立的分枝.该结果说明不同地区的微囊藻是相对稳定的,因此可以用MLST进行明确的表征.

洱海CDOM吸收光谱特征变化及其影响因素

为了解溶解性有机质(CDOM)光学特性及影响因素,在2018年11月至2019年10月期间采集了洱海120个表层水样本,利用紫外吸收光谱解析了CDOM的组成及来源,主成分分析法(PCA)阐明光学特性与环境因子之间的相关性。结果表明:CDOM吸收系数[a(440)]范围为0.22—0.90/m,随时间变化显著(P<0.01),营养水平差异较小(P=0.97)。[a(440)]与溶解性有机碳(DOC)关系显著(P<0.01),有利于建立遥感模型监测CDOM时空分布特征。基于芳香度(SUVA_(254))、斜率比值(S_(R))、分子量参数(M)和吸收光谱斜率(S275—295)等吸收特征参数发现CDOM光学特性随季节变化差异显著,由非度量多维尺度(NMDS)分析可分为以下2个时期:2018年11月至2019年7月和2019年8—10月,后者CDOM的SUVA_(254)显著低于前者。吸收特征参数表明洱海CDOM分子量较小,主要为内源产生。在不同时期,水温、pH和TP始终对CDOM吸收特征产生较大影响。文章阐明了洱海表层水体CDOM分布特征及影响因素,为洱海水体污染治理提供理论依据。

微RNA Cre-miR914参与调控衣藻对高温胁迫的适应过程

高温胁迫是生物所面临的常见环境胁迫,因此在长期进化中生物逐渐进化出了对高温胁迫的高效适应能力.目前,有关藻类对高温胁迫的适应机制研究主要集中在生理调控及其相关的编码基因调控方面,而有关非编码基因对高温适应的调控尚无报道.在前期研究中,我们通过对衣藻细胞的定量PCR筛选和生物信息学分析发现,在多种胁迫处理后Cre-miR914表达下调且其靶基因有可能是RPL18,但对它们的作用却不清楚.本研究中利用生物信息学结合降解组测序确定了Cre-miR914的靶基因是RPL18,接着利用定量PCR验证Cre-miR914及其靶基因的表达情况,发现Cre-miR914表达在高温处理后明显下调,而RPL18表达明显上调,同时通过构建Cre-miR914过表达株和靶基因RPL18过表达株,结合高温胁迫处理和抗性表型研究,发现Cre-miR914过表达明显降低衣藻对抗高温胁迫能力,而靶基因RPL18过表达提高了衣藻对抗高温胁迫能力.本研究发现了一个microRNA参与调控藻类高温适应过程的分子机制,即衣藻通过调控Cre-miR914及其靶基因RPL18表达参与了的高温胁迫适应过程.

基于卷积神经网络模型的微藻种类识别

微藻的种类识别对于水生态监测和保护具有重要意义。传统的藻类识别不仅需要投入大量的人力,且对操作人员的藻类分类学知识和技能要求较高。近年来基于人工神经网络的图像识别技术的快速发展让微藻智能识别成为可能。该研究首次将卷积神经网络模型Inception v3引入微藻种类识别中,通过对25种典型微藻进行迁移学习和参数优化,识别率达到了94.19%。以此为基础开发识别系统,并在无锡太湖、广西牛尾岭水库和福建漳浦某水产养殖厂的水体中进行应用验证,亦取得了较好的识别效果。

湖泊微拟球藻高含油突变株的构建及筛选

研究旨在建立湖泊微拟球藻(Nannochloropsis)的遗传转化体系,然后根据外源基因随机插入的特性,挑取抗性转化子构建突变体库,并从突变体库中筛选高含油突变株。以湖泊微拟球藻自身β-tublin基因启动子和三角褐指藻fcp A终止子驱动和终止来源于细菌的sh ble抗性选择基因,构建了一个转化载体p Pha-T1-TUB。将线性化后的质粒以电穿孔的方法转化湖泊微拟球藻,通过1μg/m L zeocin的抗性平板筛选,并经液体培养基连续传代后,得到了可以稳定遗传的转化子。我们从这些转化子中筛选得到了数株油含量高于野生型,且生长也优于野生型的突变株。其中,2个突变株K26和G5的总脂中多不饱和脂肪酸含量更低,其脂肪酸组成更符合作为生物柴油原料的标准。研究通过随机插入构建突变体库的方法为快速获取优良目的性状的高产油突变株提供了一个有效手段。