耐辐射奇球菌同源重组修复机制研究新进展

耐辐射奇球菌是迄今为止人们发现的地球上最抗辐射的生物之一。本文根据本实验室和国内外关于该菌耐辐射的最新研究成果,以各个修复蛋白为线索,详细介绍了耐辐射奇球菌同源重组修复机制上取得的进展。     

阳离子对耐辐射奇球菌对放射性铯生物吸收的影响

耐辐射奇球菌能够耐受高剂量的辐射,促使人们考虑利用此特性进行放射性核素和有毒化学品的生物修复。但是,有关耐辐射奇球菌对放射性铯的生物吸收却未见报道。本文研究了耐辐射奇球菌对放射性铯的生物吸收及其他阳离子对其生物吸收的影响。在平衡状态时,耐辐射奇球菌对放射性铯的最大吸收量为2100kBq/kg(鲜重)。在供试的一价阳离子中,NH4+对其生物吸收的拮抗作用最强,但是只有当NH4+的浓度超过100mmol/L时,这种拮抗作用才比较明显。二价阳离子,如Ca2+和Pb2+也能降低耐辐射奇球菌对放射性铯的吸收。Al3+和Cr3+对耐辐射奇球菌具有较强的细胞毒性,当其浓度超过1mmol/L时,耐辐射奇球菌的生长就完全被抑制。     

耐辐射奇球菌DNA损伤响应开关蛋白PprI的研究进展

耐辐射奇球菌是迄今为止发现的最具辐射抗性的生物之一。其体内的Ppr I蛋白在整个DNA辐射损伤修复过程中起着必不可少的作用,ppr I作为一个细胞全局性的开关基因,协调控制DNA损伤响应与修复过程中众多细胞通路的基因表达。本文探讨了Ppr I在耐辐射奇球菌抗辐射和抗氧化中的生物学功能、相关结构功能以及对其他原核及真核生物抗逆性的影响,并展望了其潜在的生物学新功能与意义,旨在为进一步研究耐辐射奇球菌的辐射抗性机制提供理论依据。     

耐辐射奇球菌Deinococcus radiodurans中非编码RNA

耐辐射奇球菌(Deinococcus Radiodurans)对电离辐射、紫外线以及强氧化剂等方面具有惊人的抗性。非编码RNA(non-coding RNA,ncRNA)在参与转录调控、RNA的加工与修饰、mRNA的转录、蛋白质的运输与稳定性调节等方面具有非常明显的作用。本文通过概率上下文无关算法(Stochastic ContextFree Grammar,SCFG),对耐辐射奇球菌R1菌株的基因间序列进行相似二级结构预测,结果发现,在耐辐射奇球菌R1基因组的非编码区存在28个非编码RNA家族。其中IRE家族成员最多,其次是Histone3、tRNA和SECIS家族。所发现的DicF与ctRNA_pGA1t、mRNA等家族成员为细菌所特有。与其他生物比较分析结果显示,可以用这些非编码RNA来研究耐辐射奇球菌的生物学功能,并为进一步研究其DNA损伤与修复分子机制提供依据。     

耐辐射奇球菌中辐射/干燥响应基序的研究进展

耐辐射奇球菌是迄今为止被发现抗逆性最强的极端生物之一,是研究DNA损伤应激响应与修复机制的较为理想模式生物.其中的辐射/干燥响应基序是一组相对保守的17-bp长的回文序列,广泛地分布在众多不同功能的DNA损伤响应基因中,与抗电离辐射、氧化损伤及干旱等有关.本文结合该领域以往的研究文献与最新研究,探讨了耐辐射奇球菌中辐射/干燥响应基序的研究进展,阐释了其所涉及的DNA损伤应激响应通路,并且进一步展望了其潜在的生物学功能、意义与应用.     

耐辐射奇球菌Mur蛋白保守功能位点的研究

为进一步明确耐辐射奇球菌中锰调蛋白Mur的具体结构与功能,采用序列比对分析和定点突变技术构建了耐辐射奇球菌的锰调蛋白Mur(DR0865)的3个保守氨基酸位点突变株,并分析3个点突变菌株的金属离子敏感性、Mn2+结合对功能的影响、外界胁迫耐受性及点突变蛋白的DNA体外结合活性。结果表明,3个定点突变H77A、H78A和H79A都是Mur蛋白重要的活性位点,对Mur调控细胞吸收外源性锰离子的功能起到决定性的作用,同时影响了Mur的Mn2+结合活性。凝胶迁移率实验表明H78与H79位点对Mur的DNA结合活性至关重要。本研究为探究耐辐射奇球菌的极端抗性和锰调蛋白的具体作用机制提供了重要的理论依据。     

高压脉冲电场法提取耐辐射奇球菌中类胡萝卜素的研究

为探讨高压脉冲电场(PEF)电学参数致耐辐射奇球菌破壁提取类胡萝卜素的影响及最佳工艺参数,采用正交试验法,分析了电场强度、处理时间、频率和脉宽4种电场参数对类胡萝卜素提取效果的影响。结果表明,PEF技术提取类胡萝卜素的最优提取水平组合为:电场强度30 kV·cm^-1,处理时间30 s,频率30 Hz,脉宽10 μs。该条件下,提取量为75.06 μg·g^-1,与未进行电场处理的样品提取量48.27 μg·g^-1相比,增加了55.5%。本研究结果为PEF技术的工业化大规模应用提供了理论依据。     

Cu~(2+)解除Cd~(2+)对耐辐射奇球菌的生长抑制作用

耐辐射奇球菌对不同金属离子表现出不同的生长表型。本研究发现菌体对铜离子不敏感,而对镉离子敏感。镉离子单独作用于耐辐射奇球菌时,对菌体的抑菌作用明显,但当加入铜离子时,抑菌作用明显变小,用10μL 10mmol·L-1镉离子的溶液处理耐辐射奇球菌时,发现如果同时加入10μL 10mmol·L-1的铜离子,出现明显的拮抗作用。在10mmol·L-110μL铜离子的情况下,抑菌圈缩小了0.24倍,结果表明,铜离子对镉离子引起的具有明显的拮抗作用,这为利用低毒金属解除重金属镉对耐辐射奇球菌毒性的研究和应用提供了基础。     

耐辐射球菌中priA类似基因突变对DNA修复和DNA转化的影响

DNA损伤很易阻断复制叉的前进。损伤DNA的修复以及接下来停止复制叉的重启动过程对细胞生存极为重要。依赖于PriA的复制重启动机制是细菌复制重启动的主要途径。为了解priA类似基因Dr2606在耐辐射球菌中的作用,并检测Dr2606在DNA修复中的作用,本研究用卡那霉素抗性基因代替Dr2606阅读框,构建了Dr2606缺失突变株,并对突变株进行UV和丝裂霉素处理,测定了Dr2606突变株的转化效率。Dr2606的突变导致菌体生长缓慢,细胞生存率急剧下降。意外的是,耐辐射球菌的DNA修复能力没有削弱。但突变株的转化效率大大削弱。这说明在耐辐射球菌中priA类似基因Dr2606对停止复制叉的重启动过程并不是必需的;耐辐射球菌不依赖于原点的复制重启动过程可能与其他细菌不同。     

辽河口翅碱蓬湿地退化区土壤理化性质及生态阈值分析

为了研究不同退化程度下辽河口翅碱蓬湿地土壤理化性质的变化趋势及特征,找到翅碱蓬生长最适土壤环境指标的生态阈值,为辽河口区翅碱蓬湿地土壤生境保护和植被恢复提供参考,本研究以辽河口区翅碱蓬湿地为研究对象,在翅碱蓬湿地退化分区基础上,采用土壤理化性质实验法分析不同类型退化区土壤理化指标的变化趋势及特征,运用高斯模型测算翅碱蓬适宜环境的土壤因素生态阈值。结果表明:随着退化程度的增加,土壤含水量和有机质含量大致呈降低趋势。土壤砂粒含量逐渐增加,黏粒含量逐渐降低,土壤机械组成向粗大颗粒转化;土壤全盐含量呈大致增加的趋势;地表植被覆被逐渐减少,表层土壤受风和河水的侵蚀而流失,土壤中的碱解氮、有效磷、速效钾等营养元素也随之流失,土壤性状逐渐趋于恶化。在不同类型退化区内,土壤可溶性盐基阳离子含量特征均表现为Na+ > Ca2+ > K+ > Mg2+,土壤可溶性盐基阳离子以Na+为主;研究区土壤pH介于8.26 ~ 8.76之间,呈碱性。通过高斯模型测算出翅碱蓬生长最适土壤全盐含量的生态阈值为11.56 g kg?1,最适生态阈值区间为8.734 ~ 14.386 g kg?1,一般生态阈值区间为5.908 ~ 17.662 g kg?1;翅碱蓬生长最适土壤含水量生态阈值为47.5%,最适生态阈值区间为31.8% ~ 63.2%,一般生态阈值区间为16.1% ~ 78.9%。不同类型退化区由于水盐条件的差异对翅碱蓬生长的适宜程度不同,但可以通过灌溉水源、建立良好的灌排水系统等水盐调控方式,因地制宜,为湿地翅碱蓬生长提供理论和方法指导。     

翅碱蓬野外光谱对土壤化学性质的响应

翅碱蓬(Suaeda salsa)是土壤盐渍化较为严重的地区常见的植被类型,研究翅碱蓬群落特征可以间接反映下方土壤的化学性质。通过野外采集的17个翅碱蓬野外光谱数据和相应土壤样品的理化分析数据,探讨了土壤化学性质和翅碱蓬野外光谱之间的关系。结果表明,翅碱蓬二阶导数光谱1 121nm波段可用来反映土壤有机质和全氮的含量变化,二阶导数光谱1 208nm波段可以很好地反映土壤全磷的含量变化,一阶导数光谱353nm波段可以很好地反映土壤速效钾的含量变化最好,二阶导数光谱724nm波段可以很好地反映土壤pH值的变化,而反映土壤盐分含量变化最好的为一阶导数光谱950nm,这为翅碱蓬覆盖的区域利用遥感技术进行土壤化学性质监测奠定了基础。     

向家坝工程扰动区不同生态修复模式边坡土壤颗粒分形特征

[目的]研究不同生态修复后边坡土壤颗粒分形特征,为分形维数作为评价修复后向家坝工程扰动区边坡土壤质量的综合指标提供科学依据。[方法]以向家坝工程扰动区6种不同生态修复模式下的0—10 cm边坡土壤为研究对象,通过野外采样和室内试验,采用单重和多重分形理论相结合的方法,研究自然演替与人工修复模式下土壤粒径分布(PSD)和分形特征及土壤养分特征并分析了其相关关系。[结果]不同生态修复模式下土壤颗粒组成以粉粒和砂粒为主,黏粒含量较少,粒径分布不均匀。天然林地土壤养分含量相对较高且土壤颗粒较细。黏粒与D_v呈极显著正相关(p<0.01),与土壤有机碳和速效氮呈显著正相关(p<0.05),粉粒含量与D₁,D₂呈极显著负相关(p<0.01),砂粒与D₁,D₂呈极显著正相关(p<0.01)。土壤养分与黏粒、粉粒含量呈不显著正相关,与砂粒含量,D₁,D₂呈不显著负相关。[结论]向家坝工程扰动区土壤颗粒以粉粒和砂粒为主,土壤质地较...     

沿海破坏山体周边不同植被恢复模式的土壤酶活性

土壤酶活性的高低可以直接或间接反映土壤肥力和土壤健康程度。研究选取烟台市黄务镇破坏山体周边7种植被恢复模式,测定土壤脲酶、多酚氧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶活性及土壤理化性质和细菌、真菌、放线菌数量。目的是探讨不同植被恢复模式对土壤酶活性的影响机制,为合理恢复植被提供参考依据。结果表明：不同植被恢复模式的土壤酶活性表现为0-10cm土层高于10-20cm土层;对土壤酶活性的改善作用为混交林〉纯林〉灌草丛,人工植被恢复模式中以黑松麻栎混交林最优;土壤酶活性具有显著差异（P〈0.05）,其中以脲酶差异最为显著,与自然恢复的灌草丛相比,0-10cm土层脲酶活性增加44.71%～231.79%,10-20cm土层脲酶活性增加163.00%～959.00%;4种酶的活性均与有机质有密切的关系,提高土壤有机质的含量可以增强酶活性;脲酶、过氧化物酶、过氧化氢酶之间存在密切关系,并且三者与微生物含量的相关性也达到显著水平（P〈0.05）,其中脲酶和多酚氧化酶可以作为破坏山体土壤质量评价的指标。破坏山体植被恢复过程中应以营造针阔混交林为主。     

菌渣生物炭对镉污染土壤性质及小白菜吸收镉的影响

为探讨以菌渣为原料制备的生物炭修复重金属镉污染土壤的可行性。采用盆栽试验,以香菇菌渣生物炭(SC)和平菇菌渣生物炭(PC)为研究对象,设置0.5%,1%,2%的生物炭施用量(w/w,%),研究其对镉污染土壤理化性质、土壤各形态镉分布、小白菜生长及镉吸收的影响。结果表明:施用SC和PC均能显著提高土壤pH和有机质(SOM)含量。与对照相比,2%的生物炭处理,土壤pH分别提高1.05和1.10个单位,SOM含量分别提高80.6%和61.2%。施用SC和PC使土壤可交换态镉降低,而提高残渣态镉含量。相关分析表明,土壤可交换态镉与pH、SOM和蔗糖酶呈显著负相关。与对照相比,2%处理下SC和PC显著降低小白菜镉含量,分别降低57.5%和54.1%;1%用量下小白菜产量分别提高53.4%和41.6%,表明高投加量菌渣生物炭对小白菜生长有不利影响。总体看来,SC和PC均有利于改善土壤性质,减轻镉对植物的毒害,促进小白菜生长。     

平原造林工程影响下的河岸带土壤生态化学计量特征

北京主要河流河岸带实施平原造林工程后,对河岸带植被类型及土壤造成不同程度影响。研究河岸带原有及重建植被类型土壤生态化学计量特征,对河岸生态系统土壤碳氮磷平衡及固碳潜力提升提供科学依据。选取北京温榆河昌平段岸边原有植被类型3种样地(乔木林、乔灌林及草地),重建植被类型2种样地(乔木林与灌木林),共15个样方,采集3层(0—10,10—20,20—30 cm)土壤样品,分析并计算碳(C)、氮(N)和磷(P)含量及计量比。结果表明：原有与重建植被类型的土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)含量分别为3.810～10.320,0.223～0.700,0.551～0.692 g/kg, C/N、N/P、C/P分别为11.592～25.373,0.373～1.022,5.662～15.493;SOC与TN均在表层聚集,且同N/P、C/P一样表现出随土层深度增加而减少趋势,C/N反之,TP受土层深度影响较小;原有植被类型(乔木林)土壤SOC和TN均高于其他植被类型,在10—20,20—30 cm土层间C/N、C/P均显著低于其他植被类型(P<0.05);原有植被类型(草地)在0—10...     

黑土坡耕地土壤侵蚀对土壤性状的影响

黑土作为东北地区主要的耕作土壤,其结构性状对土地生产力影响极大。土壤侵蚀使肥沃的黑土层减薄,土壤理化性状不同程度地受到破坏和影响。根据黑土侵蚀现状,对不同侵蚀程度黑土坡耕地的养分状况、土壤田间持水量和渗透速度、抗蚀抗冲性能指标的测定分析发现,黑土侵蚀程度由轻度到重度,土壤有机质等养分含量越来越低;土壤蓄渗水能力逐渐减小;土壤抗蚀抗冲性能亦逐渐降低。黑土坡耕地土壤侵蚀程度的加剧,使得土壤有机质含量减少,保肥供肥能力降低,土壤黏度加重,结构变劣,保水能力减弱,影响农作物的生长发育,势必对我国东北黑土区商品粮基地的重要地位构成严重威胁。     

皖南山区生态型沟渠对土壤理化性质的影响

通过在山区农田中设置生态型沟渠及衬砌硬化渠道,测定不同沟渠类型旁土壤的理化性质,分析沟渠类型与土壤性质之间的关系.结果表明,生态型渠道增加了土壤剖面下层的黏粒含量;促进了土壤中＞0.25 mm水稳性团聚体(WR0.25)的形成,且土壤稳定入渗速率与WR0.25含量达到极显著正相关(R=0.925 1**),生态型沟渠提高了土壤入渗能力;同时,生态型沟渠也提高了土壤剖面层次中土壤含水量、有机质、全氮、碱解氮的含量;而对土壤速效钾、速效磷含量没有显著效果.可见,生态型沟渠改善了土壤结构、土壤肥力,提高了土壤入渗性能,促进了山区农田生态环境的改善.     

腐植酸在土壤改良和污染修复中的应用现状及研究展望

[目的]总结腐植酸在土壤改良和污染修复中的应用成效,为腐植酸的应用研究和产品研发提供科学参考。[方法]在长期对腐植酸资源的特性及其实践应用进行研究的基础上,参考了大量关于腐植酸研究的学术文献,综合分析了腐植酸改良土壤和修复土壤污染的原理、技术和应用情况。[结果]腐植酸可以改良土壤团粒结构,提高肥料利用效率,维持土壤酸碱平衡和促进土壤生物活性,在退化土壤、盐碱地改良,废弃地复垦,重金属和有机物污染土壤修复中具有重要作用。在土壤改良和污染修复应用研究中主要存在如下问题：(1)腐植酸来源和分级分类不清,基础性研究不足。(2)腐植酸新材料和技术研发缓慢,行业整体技术有待提升。(3)腐植酸技术规范和标准建设与应用发展不相匹配,限制推广速度。[结论]未来研究重点应放在如下几方面：(1)煤基和生物腐植酸资源分类、组分分离和互作效应等基础研究。(2)腐植酸在土壤改良和污染修复中的应用基础研究。(3)腐植酸检测方法研究和产品质量标准制定。(4)腐植酸新产品应用研发与示范园建设。