一株产电菌的产电性能及低温沼气发酵过程微生物群落特征

在利用牛粪和小麦秸秆为原料,采用实验室模拟低温生产沼气试验进行低温沼气发酵过程中,筛选到1株产电菌H11,鉴定为Shewanella属。该菌在自制人工双室微生物燃料电池中具有良好的产电性能,产电功率密度最高可达13.88mW·m^(-2)。基因组解析发现了286个与产电相关的基因,分布在与电子转移、细胞色素C相关蛋白和NADH脱氢酶等16个基因家族。为了探究低温沼气发酵过程中的微生物群落特征,在发酵不同阶段采集微生物样品,利用分子生物学方法和传统微生物培养法,随着发酵进程的推进,微生物群落在门水平上广古菌门(Euryarchaeota)、奇古菌门(Thaumarchaeota)、乌斯古菌门(Woesearchaeota)、泉古菌门(Miscellaneous Crenarchaeota Group)占绝对优势。而在属水平上的优势菌群为甲烷马赛球菌(Methanomassiliicoccus)、甲烷短杆菌属(Methanobrevibacter)、甲烷囊菌属(Methanoculleus),相对丰度分别达到30.1%、17.3%、9.68%,且Methanoculleus的优势一直持续至发酵的第120天。优势菌群相关性分析表明,随着低温沼气发酵进程的推进,优势菌群由细菌向古菌演变且二者之间具有紧密的互营关系。

新疆农业科研院所大型仪器设备管理初探——以新疆农业科学院微生物应用研究所为例

大型仪器设备作为实验室研究的重要组成部分,保障了各项科研工作的顺利进行。该文就新疆农业科学院微生物应用研究所大型仪器设备利用现状、存在问题,提出解决问题建议以供探讨。使大型仪器设备充分发挥其在科研创新中的基础作用,更好为科研服务为社会创造价值。

新疆叶城两种主栽红枣土壤养分、微生物多样性与营养品质的比较分析

比较新疆叶城两种主栽红枣—骏枣与灰枣的土壤养分、微生物多样性和枣营养品质之间的差异,分析土壤养分、微生物与枣营养品质之间的相关性,从土壤养分、微生物角度研究枣营养品质的影响因素。通过化学分析法测定叶城骏枣与灰枣土壤养分、枣营养品质指标,高通量测序分析土壤微生物多样性,将土壤养分和微生物优势门属微生物进行冗余分析,研究枣营养品质指标与土壤养分、微生物功能类群的相关性。结果显示,新疆叶城两种主栽红枣土壤的全氮、速效氮、有机质含量显著不同;细菌群落变化的主要原因是土壤TN(全氮)值,真菌群落变化的主要原因是土壤AN(速效氮)值。两种主栽红枣土壤微生物多样性显示,骏枣土壤微生物在细菌水平上具有更高的物种丰富性和多样性,薄壁杆菌属(Gracilibacillus)、芽胞杆菌目(Bacillales)等溶磷微生物、固氮微生物等功能土壤微生物相对丰度和占比较高,差异显著;枣营养品质,尤其是不可溶膳食纤维、Fe、K、Zn的含量差异明显。而不可溶膳食纤维、K、蔗糖含量与TP(全磷)、OM(有机质)存在显著负相关;Fe、Zn含量与薄壁杆菌属、芽胞杆菌目等九类功能微生物存在显著正相关;Mg、可溶性糖、可溶性膳食纤维含量与Paenibacillaceae存在显著负相关。相关性结果表明,新疆叶城两种主栽红枣的枣营养品质与土壤养分、微生物功能类群具有密切的联系,土壤养分和微生物的共同作用也影响着枣果的营养品质。

外源菌剂对棉花秸秆堆肥过程中微生物群落及腐熟效果的影响

为探究外源菌剂对棉花秸秆堆肥过程中微生物群落及腐熟效果的影响,以棉花秸秆为原料,设计3组堆肥处理,采用液体菌剂接种后发酵35 d的堆肥工艺,分别接种0.5%的菌剂T1和菌剂2,其中菌剂T1包括假氧芽孢杆菌(Anoxybacillus rupiensis)、依利诺斯类芽胞杆菌(Paenibacillus illinoisensis)和贝莱斯芽孢杆菌(Bacillus velezensis);菌剂T2包括假氧芽孢杆菌、依利诺斯类芽胞杆菌、贝莱斯芽孢杆菌和噬热地芽孢杆菌(Geobacillus thermoleovorans),CK为不接种菌剂的对照组。结果表明,接种微生物菌剂能够不同程度加速堆肥升温,促进有机物料降解及养分保留,提高堆肥腐熟度和种子发芽率,并显著提高纤维素、半纤维素和木质素的降解率。对堆肥过程中的微生物群落分析表明,接种菌剂提高了微生物群落的多样性,改变了微生物群落的演替规律,激发了潜在功能细菌类群,细菌类群主要包括芽孢杆菌属(Bacillus)、高温双岐菌属(Thermobifida)、尿素芽孢杆菌属(Ureibacillus)和糖单孢菌属(Saccharomonospora);真菌类群包括Vishniacozyma、Unclassified_f_Dipodascaceae和枝孢菌属(Cladosporium),它们与有机质的降解相关。冗余分析发现,pH值和TOC含量是堆肥过程中细菌群落变化的主要驱动因子,而C/N比等环境因子对真菌群落的变化起重要作用。总体而言,接种菌剂能够促进堆肥腐熟进程,改善微生物菌群,减少堆肥过程中养分流失,提高堆肥产品质量,其中菌剂T1的整体堆肥效果更优。

RhlA、RhlB基因表达对微生物采油的影响

为了探究RhlA、RhlB基因表达在微生物采油中对降黏效果的影响,建立了RhlA和RhlB基因实时荧光绝对定量(Q-PCR)方法,测定不同培养时期的铜绿假单胞菌X7发酵液和克拉玛依油田不同地层水的RhlA、RhlB基因表达量,并测定其鼠李糖脂产量、表面活性、乳化活性、乳化稳定性及原油降黏率。结果表明,RhlA、RhlB基因表达量与鼠李糖脂产量、表面活性、乳化活性及原油降黏率呈正相关。随着发酵时间的延长,发酵液中RhlA、RhlB基因表达量不断升高并在24 h时达到最大值,随后下降并于60 h趋于平稳,RhlA、RhlB基因表达量最大值分别为2.51×106和3.25×105 copies/µL,发酵液中12~60 h期间鼠李糖脂产量快速上升,并在60 h时达到最大值(824.08 mg/L);发酵液的表面活性、原油乳化活性及稠油降黏率也随着发酵时间的增长而升高,并分别在24、48、60 h时达到最大。发酵液中的鼠李糖脂粗提物有良好的稳定性,能在一定的极端条件下稳定发挥作用。RhlA、RhlB基因很可能通过影响鼠李糖脂产量、表面活性、乳化活性及原油降黏率对微生物采油产生影响。本研究初步揭示了生物表面活性相关功能基因表达对稠油降黏效果的影响,对推进微生物采油的工业化应用具有重要的意义。

有机肥与生物炭对新疆盐碱沙化土壤微生物群落特征的影响

有机肥和生物炭在改善中低产田土壤质量,提升土壤肥力方面具有重要意义。设置不施肥CK、单施化肥NPK、增施羊粪有机肥NPK+M、增施生物炭NPK+B和增施羊粪有机肥-生物炭NPK+M+B等5个处理,进行5年田间定位试验,采用高通量测序技术,探讨有机肥和生物炭对改善新疆盐碱沙化土壤微生物群落多样性和功能的施肥策略。结果表明,有机肥和生物炭改善了盐碱沙化土壤理化性质,降低pH,增加阳离子交换量和养分含量,其中NPK+M+B处理对土壤中有机质、速效磷和速效钾有显著提升作用,分别提高了87.80%、125.15%和59.52%。施肥增加了土壤电导率,但NPK+B和NPK+M+B处理可缓解其升高。微生物α多样性分析发现,施肥增加了盐碱沙化土壤细菌群落Shannon多样性指数及Chao和Ace丰度指数,以NPK+M+B处理效果最好,分别提高了6.31%、57.98%和57.25%。施用化肥增加了土壤真菌多样性,增施羊粪有机肥和生物炭则降低。NPK+M+B处理使细菌群落组成朝更有利于增加耐受盐碱、干旱、抗菌和寡营养能力的放线菌门方向发展,显著减少了潜在病原真菌群落丰度,降低了土传真菌性病害风险,改善了土壤微环境。冗余分析表明,AK、OM、TP、TK和TN、TK、CEC、AN是影响土壤细菌和真菌群落结构和功能类群的主要环境驱动因子。PICRUSt功能分析表明,施肥能提高与盐碱、干旱等抗逆相关的细菌代谢功能;FUNGuild功能预测表明,NPK+M+B处理显著降低了土壤病理营养型真菌比例。由此可以看出,有机肥和生物炭改变了盐碱沙化土壤理化性质,有助于优化土壤有益微生物组、抑制有害真菌数量,从而使土壤微生态系统朝稳定健康方向发展。

放射性污染对铀矿区土壤微生物群落结构的影响

为探究放射性及其伴生污染对铀矿区附近土壤微生物群落功能多样性的影响,采集退役铀矿冶周围不同辐射值的土壤为研究对象,通过测定其土壤理化性质、土壤可培养微生物计数及Biolog-ECO微孔板培养,分析土壤放射性污染程度及理化性质对土壤微生物群落功能多样性和数量的影响。结果表明,矿区放射性污染土壤中重金属含量普遍较高,尤其是铅已超出管控标准。随着辐射值的增加,土壤中可培养微生物数量显著下降,特别是放线菌和真菌的数量;微生物群落功能多样性指数、物种丰富度指数、优势度、均一性指数显著下降;对碳源利用也逐渐下降,尤其是对酚酸类和胺类碳源,利用率分别下降25.8%、29.7%。RDA分析发现放射性核素是该区域驱动土壤微生物群落代谢发生变化的主要因素。铀矿区放射性污染及伴随的重金属污染明显改变土壤微生物群落结构,抑制了土壤微生物群落的代谢活性,造成土壤微生物群落功能多样性下降。

面向微生物遗传操作的编辑序列设计工具的研究进展

以同源重组、CRISPR等为代表的遗传操作技术是合成生物学的重要支撑技术。高效准确的遗传操作依赖于可准确定位编辑位点和实现序列改造的编辑序列(如引物序列、同源臂序列、sgRNA序列等)。由于遗传改造目标与遗传操作技术丰富多变,加之近年来基于生物铸造厂(BioFoundry)的自动化遗传改造模式对高通量设计的需求日益增加,使得通过计算机辅助设计工具实现精准快速的编辑序列设计愈发重要。本文针对不同阶段实现不同目标的微生物遗传操作技术和相应的编辑序列辅助设计工具的发展进行了综述。按照不同编辑序列类型和遗传操作应用场景,将编辑序列设计工具划分为四种类型:引物设计工具、DNA组装的设计工具、sgRNA设计工具、基因组编辑的全流程设计工具,对各类编辑序列设计工具的应用及存在的问题进行了分析总结并对未来的研究方向进行了展望。编辑序列设计工具的发展将有助于实现合成生物学“设计—构建—测试—学习”(designbuild-test-learn,DBTL)工作循环中上游的基因型“设计”与下游“构建”两个关键环节之间的无缝衔接。

甲酸微生物转化研究进展

“碳达峰、碳中和”是我国提出的重要战略目标。到2060年,在保持我国经济中高速增长的前提下,要实现生产、生活等各类活动排放的二氧化碳等温室气体,与生物固定转化及其他技术固存的二氧化碳量互相抵消,即“排放”与“吸收利用”达到平衡,挑战巨大。如何开展二氧化碳的高效减排、捕集和利用,促进双碳目标的实现,已经成为科研界和产业界共同关注的重大课题和迫切任务。目前已发现6条天然的固碳途径,但普遍存在固碳效率低、改造困难等问题。近年来,随着电化学技术的发展,二氧化碳化学转化为甲酸的技术已日渐成熟,以甲酸为底物的生物转化成为生物固碳领域的热点研究方向。本文系统总结近年来在甲酸生物转化途径改造和重构,与之匹配的还原力供给方式以及甲酸自养型菌株构建等方面的最新研究进展,并探讨甲酸生物转化中的主要问题和突破方向。

微生物单细胞分离方法研究进展

自然界中大多数微生物处于未培养状态,被称为“微生物暗物质”。随着微生物单细胞分离方法的不断更新,利用新技术、新方法应对微生物纯培养的挑战获得了重要进展,这些新的分离及培养策略对推动微生物资源学的发展具有重要意义。尽管宏基因组学和基因组学数据相关成果日益增多,但微生物单细胞的分离与培养对于系统研究微生物的生态功能、遗传进化等仍至关重要。本文主要概述了目前使用的或正在研发的膜扩散培养法、微流控分选、荧光激活细胞分选、单细胞拉曼分选、光镊技术、显微操作技术等单细胞分离技术的原理与应用,及其在微生物单细胞分离和培养方面的优点与不足,同时展望了这些单细胞分离技术未来的发展和应用前景。

新疆绿洲农田不同连作年限棉花根际土壤微生物群落多样性

以南北疆不同连作年限棉花根际土壤为研究对象,采用Biolog技术,并结合传统平板培养法和土壤酶的测定,研究连作对棉花根际土壤微生物群落多样性的影响。Biolog分析结果表明,不同连作年限棉花根际土壤微生物碳源利用和功能多样性差异显著。荒地土壤微生物活性较低;在连作年限较短时(5—10a),根际土壤微生物群落的平均颜色变化率(AWCD)和Shannon指数较高;长期连作(15—20a),则呈明显下降趋势。主成分分析表明,不同连作年限的棉花根际土壤微生物碳源利用特征有明显不同。第一、二组开垦与未开垦土壤分别在PC1和PC2上出现差异,未开垦土壤得分均为负值,开垦土壤均为正值;而正茬与连作多年的棉花土壤在PC1上差异显著。其中在PC1上起分异作用的碳源主要是羧酸类和聚合物类,这两类碳源可能是影响连作棉花根际土壤微生物的主要碳源。可培养微生物数量的测定结果表明,荒地细菌数量最少;在连作年限较低时(5—10a左右),细菌数量呈上升趋势;而长期连作(>15a)后,细菌数量呈现下降趋势。真菌数量在连作多年后(10—15a)也开始增加。放线菌变化趋势不明显。四种土壤酶活性在连作的初中期(5—15a),连作障碍表现明显,土壤酶活性呈下降(过氧化氢酶和磷酸酶)或先升高后下降(脲酶和蔗糖酶)趋势,但随着连作年限的延长(15—20a),这4种土壤酶活性均表现出增高趋势。综上所述,棉花长期连作使棉花根际土壤微生物群落多样性降低,发生连作障碍,进而导致棉花产量降低。

孔店油田本源微生物驱油先导试验研究

本源微生物采油技术利用油藏中已存在的各种细菌(本源微生物),以注水井近井地带剩余油为碳源,补充微生物基本营养物并混以空气,激活油藏中的有用菌,使之大量繁殖和代谢,并利用其降解原油、产生驱油剂、改善油藏生态系统和油水性质,以增强剩余油的流动性能,从而达到提高采收率的目的.该技术与目前多用的外源微生物采油技术有较大差别.大港油田孔二北断块为稠油、底水、高孔和高渗且无产能接替的断块,在油藏地质研究、开发状况和生化参数分析以及本源微生物驱油技术可行性分析的基础上,确定了在该断块注入混气营养物的试验方案,进行了为期近3a的现场试验.现场动态监测与生产动态跟踪结果表明:①注水井近井地带和油层深部有用的本源菌已被激活,其数量较试验前增加3～7个数量级;甲烷代谢速率较试验前增加了4～78倍,代谢产物增加16～208倍;硫酸盐还原速率增加,但没有硫化氢产生.②原油和地层水性质有所改善.③单井日产油量和气量增加(截至2005年2月累计增油17 866t).本源微生物采油技术在孔二北断块的成功应用对国内处于高含水阶段老油田进一步提高采收率具有一定借鉴意义.

不同秸秆还田方式对和田风沙土土壤微生物多样性的影响

秸秆还田是有效利用秸秆资源的重要途径,能够提高土壤养分含量、调节土壤微生物的群落结构和多样性,但目前还缺乏不同秸秆还田方式对新疆沙化土壤肥力和微生物多样性影响的系统报道。为探索新疆沙化土壤肥力可持续提升模式,于2010—2012年在和田风沙土土壤上设置秸秆直接还田(NPKS)、过腹还田(NPKM,15.0 t×hm^(-2))和炭化还田(NPKB1,2.5 t×hm^(-2);NPKB2,15.0 t×hm^(-2))定位试验,研究不同秸秆还田处理对和田风沙土土壤养分、微生物数量、土壤酶活性和Biolog碳源利用的影响。结果表明:1)与单施化肥(NPK)相比,不同秸秆还田方式均能显著提高风沙土土壤养分含量,其中NPKM处理效果最好,其次是NPKB2处理,NPKS和NPKB1处理分别为第3和第4。2)不同秸秆还田方式对土壤微生物数量影响差异显著,均增加了土壤中细菌、放线菌和生理菌群的数量,与NPK处理相比,细菌数量NPKB2处理最高,放线菌数量NPKM处理最高,分别显著提高了413.16%和574.19%。但NPKB1和NPKB2处理对生理菌群数量的提升效果好于NPKS处理和NPKM处理。土壤酶活性,不同秸秆还田方式总体好于NPK处理,NPKM处理的提升效果最好。3)Biolog碳源利用分析表明不同秸秆还田方式均能提高风沙土土壤微生物活性和丰富度指数。主成分分析表明,不同秸秆还田方式土壤微生物群落明显不同,起分异作用的碳源主要为羧酸类和糖类。聚类分析显示NPKB2和NPKM处理之间、NPKB1和NPKS处理之间土壤微生物功能相似。由此可以看出,不同秸秆还田方式均能显著提高和田沙化土壤微生物活性和功能多样性,但不同方式的增效不同。从3年定位试验结果看,秸秆过腹还田和炭化还田的效果较好,秸秆直接粉碎还田有增加土传病害的风险。该结果将为南疆沙化土壤肥力可持续提升提供一定的理论指导。

沈阳市大气微生物的研究Ⅲ．大气真菌粒子浓度及其分布

本研究用ＡＮＤＥＲＳＥＮ生物粒子采样器在沈阳市对大气真菌粒子浓度及其分布进行了一年的观测。结果表明，沈阳市大气真菌粒子年平均浓度为１７９７个／ｍ￣３。四季中，秋季大气真菌粒子浓度高，为２８５８个／ｍ３；春季低，为１０９４个／ｍ￣３。在不同地点中，造纸厂大气真菌粒子浓度明显高，为５７８０个／ｍ￣３。一天中的７：００，１９：００为大气真菌粒子浓度的高峰时，１３：００为低谷时。大气真菌粒子的浓度分布是单峰型，高峰在第３、４级，峰值为５３５个／ｍ￣３。造纸厂大气真菌粒子浓度分布的高峰在第５级，小粒子浓度比其余地点明显高。

北京地区大气微生物粒子谱的研究

本文用国产6级ANDERSEN生物粒子采样器对大气细菌和真菌的粒子谱进行了一年的观测研究,同时观测了降雨对粒子谱的影响。结果表明,大气细菌粒子谱为无峰型,大气真菌粒子谱为单型峰,峰值中心位于3.0～6.0μm之间。降雨对大气细菌粒子有明显的减少作用。

生物炭对灰漠土和风沙土土壤微生物多样性及与氮素相关微生物功能的影响

【目的】研究生物炭对新疆灰漠土和风沙土土壤微生物多样性及与氮素转化相关功能菌和功能酶的影响。【方法】室内恒温箱进行70 d培养。【结果】(1)在灰漠土上,不施氮肥的对照与生物炭处理对细菌数量无显著影响(P>0.05);与单施氮肥的对照相比,生物炭配施氮肥显著增加了24.49%细菌数量(P<0.05);但无论施氮与否,生物炭对放线菌和真菌数量均呈降低趋势(P>0.05)。在风沙土上,无论施生物炭与否,对细菌数量无显著影响(P>0.05);但生物炭对放线菌和真菌数量影响差异显著(P<0.05),呈增加趋势。(2)培养结束后土壤Biolog碳源利用测定显示,施用生物炭两种土壤微生物多样性有差异(P<0.05)。单施生物炭和生物炭配施氮肥均可提高两种土壤微生物群落的丰富度。(3)在灰漠土上,单施生物炭和生物炭配施氮肥处理对自生固氮菌、氨化细菌、亚硝化细菌均有显著促进作用(P<0.05)。在风沙土上除亚硝化细菌差异不显著外,单施生物炭和生物炭配施氮肥对自生固氮菌和氨化细菌有显著促进作用(P<0.05)。两种土壤上单施生物炭和生物炭配施氮肥处理反硝化细菌数量均呈降低趋势。(4)在灰漠土上,单施生物炭和生物炭配施氮肥处理对脲酶有显著抑制作用(P<0.05),对蛋白酶有显著促进作用(P<0.05);在风沙土上,这两种处理对脲酶无明显影响,但对蛋白酶有显著抑制作用(P<0.05)。【结论】生物炭能提高新疆灰漠土和风沙土与氮素转化相关的土壤微生物多样性,生物炭配施氮肥优于单施生物炭,灰漠土优于风沙土。

离子注入微生物的诱变效应研究

研究离子注入对玫瑰黄链霉菌的诱变效应，结果表明，离子注入供试菌的总变异率和正突变率分别为７９．４３％和２６．７３％。从正突变菌株中筛选到高产稳定的菌株，在生产上试用效果良好。离子注入是微生物诱变育种的新手段。

空气微生物采样方法的比较

对３种空气微生物采样方法进行了比较。结果表明，在室外自然条件下，大气细菌粒子的沉降量与大气细菌粒子的浓度、大气真菌粒子的沉降量与大气真菌粒子的浓度均呈显著的正相关关系。对大气细菌粒子，用平皿沉降法分别与Ａ·Ｓ采样器法、ＴＨＫ－２０１采样器法测定的结果相比，有非常显著的差异。平皿沉降法测定结果比后二者方法高出２．９倍和４．０倍；Ａ·Ｓ采样器和ＴＨＫ－２０１采样器测定结果之间没有显著性差异。对大气真菌粒子，Ａ·Ｓ采样器法和平皿沉降法与ＴＨＫ－２０１采样器法均有非常显著性差异；平皿沉降法与Ａ·Ｓ采样器法测定结果之间没有显著性差异。进一步用直线回归分析的方法，得出了大气细菌粒子浓度与大气细菌粒子沉降量及大气真菌粒子浓度与大气真菌粒子沉降量之间的关系式。

南京市大气微生物污染情况调查

为了研究城市生物气溶胶的污染及其传播规律 ,于1998年春夏两季在南京大学校园的气象塔进行微生物监测。2 4小时内不同时间和不同高度的大气细菌和真菌浓度采样测定研究结果表明 ,夏季无论是细菌还是真菌平均浓度都高于春季 ;不论是春季还是夏季的细菌和真菌平均浓度都随高度的增加而减少 ;一天内 4个时间的细菌、真菌样品形态特征分类。结果表明 ,两个季节大气细菌以革兰氏阳性菌占绝对优势 ,各种形态的细菌中 ,球菌占首位 ;大气真菌共鉴定出五属一科 。

沈阳市大气微生物的研究Ⅳ．大气真菌粒数中值直径及粒度分布

本研究用ＡＮＤＥＲＳＥＮ生物粒子采样器在沈阳市对大气真菌粒数中值直径及粒度分布进行了一年的观测。结果表明，沈阳市大气真菌粒子年平均粒数中值直径为３．９μｍ。四季中，大气真菌粒数中值直径夏季较大，为４．２μｍ；冬季较小，为３．６μｍ。不同地点中，造纸厂大气真菌粒数中值直径较小，为３．４μｍ；其余９个地点的大气真菌粒数中值直径在３．８～４．２μｍ之间变化。一天中的１３：００～１６：００为大气真菌粒数中值直径的高峰时，１９：００为低谷时。大气真菌粒子的粒度分布为单峰型，高峰在第４级，峰值为３１．５％；＜８．２μｍ的所吸入大气真菌粒子占８８．４％，对人体直接造成危害。