基于宏基因组方法分析养猪发酵床微生物组季节性变化

为揭示夏季和冬季微生物发酵床的细菌群落结构,明确季节性温度下发酵床垫料细菌群落的变化,探究发酵床有机物降解菌的多样性,基于宏基因组方法分析发酵床微生物组季节性变化。提取垫料宏基因组DNA,扩增原核生物16S r DNA基因V3-V4区,采用Illumina进行高通量测序;构建热图,分析两个季节微生物的演替;RDA(冗余分析)法研究垫料菌群与季节性温度之间关系;通过PICRUSt比较了两个季节细菌的代谢水平。测序共获得762 923条序列,包括34门、70纲、260科、1843类OTUs。夏季和冬季的细菌群落结构不同,前者有更为丰富的细菌类群。两个季节的微生物发酵床优势菌为拟杆菌门、厚壁菌门、变形菌门和放线菌门。在门水平,夏季样本中的放线菌门和异常球菌-栖热菌门的含量高于冬季样本;后者的拟杆菌门和变形菌门含量高于前者。夏季有机物降解菌主要为特吕珀菌属和漠河菌属,冬季主要为假单胞菌属和硫假单胞菌,分别适应高温和低温环境。PICRUSt分析显示夏季发酵床中细菌代谢碳水化合物、脂类和氨基酸代谢基因数目高于冬季。研究表明,温度是影响微生物发酵床细菌群落的重要因素,夏季微生物发酵床细菌群落具有更高的丰富度和多样性,代谢水平也高于冬季垫料。     

宏基因组学技术在生物冶金中的应用

介绍了生物冶金的发展概况以及制约其推广应用的因素,阐述了宏基因组学技术在生物冶金中的应用,包括在开发新的浸矿微生物资源、揭示浸矿微生物群落种群关系、获取外源功能基因和在浸矿微生物抗性机制研究中的应用,展示了宏基因组学技术推动生物冶金研究发展的巨大潜力。     

宏基因组技术及其应用研究进展

传统培养方法从环境中只能获得1%左右的微生物,而宏基因组技术作为一种不依赖于培养的新理念和新方法,可以克服上述瓶颈,使从探究环境中获得大量未能培养的微生物成为现实.宏基因组技术于10年前诞生,至今已取得了令人瞩目的进展.对宏基因组学的概念、方法和应用等方面进行了综述,以期为同类研究提供参考.     

肠道微生物宏基因组文库构建及酯解酶基因筛选

利用宏基因组学方法,以人肠道微生物样品为原材料,构建了1个约30 000个克隆的fosmid文库.以三丁酸甘油酯为底物,通过功能筛选,获得1个酯解酶阳性克隆.对该阳性克隆构建亚克隆,挑选具有酯解酶活性的阳性亚克隆进行测序分析,最终获得1个肠道微生物来源的酯解酶基因(GenBank登录号:JQ972699).结果表明,文库克隆的平均插入片段约为40 kb,没有重复插入片段克隆.获得的酯解酶基因推演蛋白与Pyramidobacter piscolens W5455的patatin样磷脂酶同源性最高,氨基酸一致性为95％.生物信息学分析结果表明该基因可能通过Vd型分泌方式进行分泌并发挥功能.本研究是通过构建人肠道微生物宏基因组大片段文库并结合重组子功能筛选获得酯解酶的首次报道,可为食品工业提供新的酯解酶来源和筛选方法.     

养猪发酵床垫料微生物类群结构特性分析

采用定点取样、平板分离的方法,分析养猪发酵床垫料微生物的结构特性。结果表明,在30个样点5次取样过程中,微生物含量总体为细菌放线菌真菌。细菌含量变化幅度最大[(33.72~197.23)×10~5cfu·g~(-1)],真菌含量变化相对较小[(7.87~48.64)×10~3cfu·g~(-1)],而放线菌含量变化稳定[(20.14~33.18)×10~4cfu·g~(-1)]。细菌含量类群Ⅰ(大于70.00×10~5cfu·g~(-1))平均9.2个样点、占总样点的28.67%;类群Ⅲ(小于30.00×10~5 cfu·g~(-1))平均为8.6个样点,占总样点的30.67%;类群Ⅱ[(30.00~70.00)×10~5cfu·g~(-1)]平均为12.2个样点,所占比例最大,为40.67%。真菌类群Ⅰ(大于70.00×10~3cfu·g~(-1))平均仅3.8个样点,所占比例最低,为12.67%;类群Ⅱ[(30.00~70.00)×10~3cfu·g~(-1)]平均为6.4个样点,所占比例为21.33%;类群Ⅲ(小于30.00×10~3cfu·g~(-1))平均19.8个样点,所占比例高达66.00%。放线菌3种类群所占比例与真菌类似,类群Ⅰ(大于70.00×10~4cfu·g~(-1))平均仅1.4个样点,所占比例最低,仅为4.67%;类群Ⅱ[(30.00~70.00)×10~4cfu·g~(-1)]平均8.4个样点,所占比例为28.00%;类群Ⅲ(小于30.00×10~4cfu·g~(-1))平均20.2个样点,所占比例高达67.33%。     

宏基因组解析溴氰虫酰胺对小菜蛾肠道菌群结构的影响

【目的】探究溴氰虫酰胺胁迫对小菜蛾肠道酶活、微生物菌群、相关功能基因及抗性基因的影响,为双酰胺类杀虫剂处理小菜蛾肠道微生物的结构和功能研究提供参考。【方法】采用宏基因组测序技术研究浓度为0.15 mg/L溴氰虫酰胺浸叶饲喂小菜蛾后其肠道微生物群落结构及其功能的变化情况。【结果】溴氰虫酰胺浸叶饲喂后小菜蛾肠道中羧酸酯酶和谷胱甘肽-S-转移酶活性显著增高,而多功能氧化酶活性显著降低。溴氰虫酰胺未处理与处理小菜蛾肠道的微生物分别注释到34和35个门、66和64个纲、120和125个目、200和214个科、261和294个属、347和401个种,其中微孢子门(Microsporidia)、厚壁菌门(Firmicutes)为处理与对照组的共有优势菌门,小孢子虫属(Nosema)、肠球菌属(Enterococcus)为处理组与对照组的共有优势菌属,但溴氰虫酰胺处理后2种优势菌属的相对丰度均有降低。小菜蛾肠道微生物在eggNOG与KEGG数据库中分别注释到11 682和6437个功能基因,分布于水化合物转运与代谢、翻译后修饰、蛋白质翻转、遗传信息处理等功能类群;在CAZy和CARD数据库中分别注释到...     

南极中山站附近海水微生物多样性和宏基因组分析

以中国第34次南极科考采集的中山站附近海域5个站点海水样品为研究对象,通过Illumina高通量测序,鉴定微生物组成和微生物群落结构,发现中山站取样的海水中变形菌门(Proteobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes)最为丰富,其次为蓝细菌(Cyanobacteria),属水平上黄杆菌属(Flavobacterium)和嗜冷杆菌属(Psychrobacter)含量最多,均超过20%。首次在南极海水中发现UBA1315属微生物,功能注释分析显示含有丰富的DNA修复基因,可能有助于适应南极恶劣环境。对中山站和罗斯海上层海水以及南北极不同地理位置海水微生物比较发现,变形菌门、拟杆菌门和蓝细菌在所有海水中普遍存在,变形菌门为优势菌,蓝细菌在南极海水中含量丰富,罗斯海上层海水比中山站海水微生物多样性丰富,且主要菌群丰度不同。初步揭示了中山站附近海域微生物群落组成,为后续进一步研究南极中山站海水微生物资源调查和功能开发研究提供一定的基础数据。     

经济型高床式微生态发酵床养猪试验

结合传统发酵床养猪方法与水泥地养猪方法的优点,根据我国南方气候条件专门设计一种新的通用型无臭、无污染养猪技术——经济型高床式微生态发酵床养猪方法。将其与传统发酵床养猪方法与水泥地养猪方法进行对比,指标包括猪舍造价、垫料用量和成本、发病率、出栏率、耗水电量、日增重、料肉比以及猪舍有害气体(H2S、NH3)的含量等,结果表明,该养猪法既能解决水泥地面养猪和传统发酵床养猪的缺点,又可达到生态养猪效果,是养猪业发展低碳、零排放、可持续发展的模式。     

基于肠道宏基因组对弹涂鱼两栖适应性的研究

【目的】从基 因组水平上报道两种有代表性的两栖鱼类大弹涂鱼（Boleophthalmus pectinirostris, BP）和大鳍弹涂鱼（Periophthalmus magnuspinnatus,PM）对陆地生活的适应性,以揭示胃肠道微生物群对弹涂 鱼在陆地生活的适应性及其特殊免疫力具有关键作用。【方法】采用 16S 扩增子测序和宏基因组技术,利用两种 有代表性的弹涂鱼和 3 种典型水生鱼类（草鱼 Ctenopharyngodon idellus、鲢鱼 Hypophthalmichthys molitrix 和鳙鱼 Aristichthys nobilis）的宏基因组数据,比较两栖鱼类和水生鱼类肠道的微生物组成、多样性、丰度和功能,并研 究潜在陆生标志微生物群。此外,通过查阅大量文献得到具有代表性的海水鱼类、淡水鱼类、两栖动物和陆生动 物的胃肠道微生物群数据,比较弹涂鱼的肠道菌群组成和功能。【结果】在弹涂鱼的胃肠道微生物群中,厚壁菌门、 变形菌门、拟杆菌门和梭杆菌门占主导地位。这些菌的含量在大鳍弹涂鱼、大弹涂鱼和水生鱼类之间存在显著差 异。草鲢鳙和弹涂鱼二者胃肠道微生物群之间最大的区别是 CKC4 门（一种推测与宿主脂质代谢相关的胃肠道细 菌门类）的比例,草鲢鳙中该比例从 4％ ~27％不等,而在弹涂鱼中则没有发现。此外,弹涂鱼的胃肠道微生物 群中同时具有陆生动物、淡水和海水鱼类以及两栖动物的典型细菌家族,这与它们在水陆过渡咸淡水交界处的生 活特征相吻合。与陆生动物相比,鱼类拥有更高比例的梭状杆菌和变形杆菌,而陆生动物则具有更多的拟杆菌。 在大弹涂鱼和大鳍弹 涂鱼中还发现了此前被认为仅存在于陆生动物的 S24-7 菌株。【结论】推测弹涂鱼胃肠道微 生物群落相比水生性鱼类具有复合和多样性特征,可以通过病原体相关分子模式 PAMP 刺激宿主在进化中形成多 样性更高、拷贝数更多的天然免疫受体基因家族,以此适应更为复杂的两栖生活环境。     

发酵床养猪技术（上）

发酵床养猪,就是利用微生物垫料（锯末或统糠粉、谷壳、棉籽壳粉、棉秆粗粉、花生壳粉等含粗纤维高的物质,加上复合微生物菌种发酵）养猪,猪生活在厚达60—80厘米的微生物发酵垫料上,猪粪尿经分解同化,转化为无臭无害的物质和菌体蛋白质,部分可供猪食用。发酵床养猪几乎没有臭味,     

锌污染对猪粪堆腐过程中微生物群落的影响

利用Biolog微平板技术,对不同浓度重金属Zn影响下堆料微生物群落多样性进行了研究.结果表明,较低浓度Zn处理(Zn含量为400 mg·kg-1)的堆料升温快,高温持续时间长.微生物群落多样性指数和微生物群落主成分分析(PCA)指标均表明不同浓度重金属处理的堆料微生物群落有明显不同,Zn含量为400 mg· kg-1...     

微生物发酵床菜猪大栏养殖猪舍结构设计

微生物发酵床菜猪大栏养殖猪舍占地面积2100 m^2,养猪发酵床面积1900m^2,利用率91.4％,比传统猪舍包括隔离带的建设占地面积利用率46％提高45个百分点。猪舍四周设有喂食槽,饮水槽设置在发酵床的中央分割线上和短边喂食槽的中部,实现料水的干湿分离。猪舍长边的两侧设置有电动铝合金卷帘,用于控制通气、降温和保温;短边的两侧分别设置有风机和湿帘,屋顶外安装有喷雾降温装置,用于猪舍内的降温。猪舍的环境控制,包括光、温、水、湿、二氧化碳、氨气实现自动化。利用椰糠和谷壳配置的发酵床垫料养猪,实现无臭味、零排放、肉质优、省人工、控猪病、无药残、产肥料、智能化、机械化。     

微生物燃料电池阳极生物膜微生物群落的PCR-DGGE分析

以养殖废水沼气池沼泥为接种物,构建了乙二胺、三氯化铁改性阳极的无介体单室微生物燃料电池(MFC)体系,均成功实现了连续产电,同时对废水中的污染物也具有很好的去除效果。为了更好地研究微生物燃料电池阳极生物膜的微生物多样性,分别采集了两种MFC阳极生物膜样品,采用PCR-DGGE法研究了一个完整产电周期的启动期(S)、葡萄糖产电稳定期(RG)和养殖废水原水稳定期(RS)的MFC阳极生物膜的微生物群落变化。结果表明,不同时期MFC阳极生物膜的微生物多样性存在明显差异,S-RG、S-RS、RG-RS的微生物群落相似性分别为70.1%、42.0%和50.6%。两种不同阳极富集的生物膜微生物群落相似性仅为48%,这表明不同改性方法所得的阳极对微生物具有选择性作用。对DGGE条带测序和比对发现,不同时期阳极生物膜上优势微生物包括Trichococcus sp.、Thauera sp.、Azoarcus sp.、Azospirillum sp.、Zobellella sp.、Pseudomonas sp.、Aeromonas sp.、Thiobacillus sp.、Desulfovibrio sp.、Thiomonas sp.,其中Pseudomonas sp.、Aeromonas sp.和Desulfovibrio sp.与已报道的相关产电微生物具有较高的序列相似度,这些菌种可能是本MFC体系中的主要产电菌。     

生物发酵床养猪垫料中营养成分和微生物群落研究

[目的]探讨发酵床养猪模式下不同使用年限微生物群落的变化以及不同使用时间、不同深度的发酵床垫料中垫料组分的变化.[方法]采用常规分析方法测定样品中的营养成分含量,对不同年限样品中微生物分离提纯后,结合16S rRNA分子生物学鉴定对其微生物群落进行分析.[结果]随着发酵床使用时间的延长,垫料中的总氮、总磷、钾、钙、粗灰分和粗蛋白含量均显著增加,而水分含量降低不明显;使用1年和2年的垫料从上层到下层总氮、总磷、总钾和钙的浓度逐渐降低,不同使用时间、不同深度发酵床垫料中粪尿组水分、总氮、总磷、钾、钙、粗灰分、粗蛋白均高于其他组.随着使用年限的增加,猪生物发酵床垫料中微生物群落的多样性有降低的趋势.芽孢杆菌属细菌和梭菌属细菌在1年期样品和2年期样品中都是优势菌,对猪生物发酵床垫料中有机质的降解发挥着重要的作用.[结论]该研究可为垫料的资源化合理利用提供理论依据.     

Dynamic Changes of Microbial Community for Degradation of Lignocellulose

Dynamic changes of a microbial community for lignocellulose degradation were explored in details. Community composition and development were investigated by the means of denaturing gradient gel electrophoresis （DGGE）, and results showed that the microbial community was constituted of 14 kinds of bacteria and presented the fluctuation in some degrees with fermentation. Furthmore, the result of cluster analysis of DGGE pattern was accordant with growth curve, and the degradation process was divided into three stages： initial stage （0-12 h）, intermediate stage （24-144 h） and end stage （144-216 h）.     

猕猴桃林下套种大豆土壤微生物群落结构分析

【目的】揭示套种大豆对猕猴桃林下微生物群落组成结构的影响,分析猕猴挑林下种植大豆土壤微生物群落结构和未种植大豆的猕猴桃林下土壤微生物群落结构变化,为研究猕猴桃种植土壤微生态改良和绿色种植以及提高偏远山区土地单位面积经济效益提供理论依据和技术支持。【方法】通过高通量测序检测猕猴桃林下不同土壤样品中微生物群落丰度,分析猕猴桃林下土壤样品与套种大豆的土壤样品中微生物群落丰度与结构组成的差异性,探究猕猴桃林下套种大豆对土壤微生物群落结构和多样性的影响。采集种植大豆和未种植大豆的猕猴桃林下土壤样品进行预处理、DNA 提取和 PCR 扩增,再基于 Illumina MiSeq 高通量测序方法对扩增产物进行检测、纯化和定量,建库测序,数据分析,了解不同样本土壤微生物群落分类结构、丰富度和多样性,确定优势菌群。【结果】通过Tags 丰度和 OTU 的质控与统计的结果显示,种植大豆的土壤（EK）扩增微生物群落丰富度和多样性高于未种植大豆土壤（CK）;多样性分析显示,EK 和 CK 的微生物群落构成差异明显;微生物群落结构分析表明,EK 和 CK 在科、属、种水平上占据的比例平均值分别为 27.06% 和 28.11%、32.66% 和 29.33%、0.46% 和 0.37%,EK 土壤微生物群落在属、种水平上均高于 CK;6 个土壤样品共得到 651 883 条有效序列,经聚类后 EK 与 CK 分别获得 4 740 个和 4 551 个 OTU;LEfSe 分析结果显示,CK 有 19 个优势菌群,而 EK 有 41 个优势菌群,其中变形菌门（Proteobacteria）为 EK 的优势门,根瘤菌科剑菌属（Ensifer）的剑菌（Ensifer adhaerens）为 EK 的优势菌。【结论】猕猴桃套种大豆改变了土壤微生物群落结构,增加了土壤微生物群落丰富度和多样性以及土壤优势菌群数和有益菌群。综上,猕猴桃林下套种大豆对改善土壤的有效成分和提高土壤肥力有重要促进作用。     

土壤微生物群落表征中磷脂脂肪酸(PLFA)方法研究进展

土壤是生物圈的主要成员之一,而土壤微生物群落被认为是土壤生态系统变化的预警及敏感指标,指示土壤质量变化。磷脂脂肪酸(PLFA)方法是一种新兴的用来表征微生物群落结构的方法,已在土壤微生物学研究中得到广泛应用。对其研究进展进行了综述。     

蓝藻水华暴发与水体细菌关系的研究进展

近年来随着高密度集约化养殖的迅猛发展,营养物质的高投入导致了养殖水体自身污染严重,使得蓝藻频繁爆发,不仅严重破坏水体生态系统结构而且产生毒素威胁人类健康。蓝藻又称蓝细菌(Cyanobacteria),是一类能进行产氧性光合作用的大型原核微生物,其细胞结构和代谢机理与真核藻类截然不同。了解富营养化水体的细菌群落结构及其演替规律是研究蓝藻水华形成机理的核心。     

盐碱地白刺不同部位微生物群落高通量分析

【目的】研究新疆盐碱环境中耐盐植物白刺的根际土壤和叶片内生微生物群落的结构丰富度和多样性。【方法】运用Novaseq测序平台对白刺根际土壤和叶片进行16SrDNA-V4区和ITS1区测序。经FLASH进行拼接,经过Qiim过滤叶绿体和线粒体序列,得到的序列在97%的序列相似性水平上聚类成为操作分类单元(OTUs)。对序列数据进行生物信息学分析,评价物种的Chao1指数、shannon指数以及Alpha多样性。【结果】白刺根际土壤细菌优势菌群为放线菌门(Actinobacteria)、变形菌门(Proteobacteria)、芽单胞菌门(Gemmatimonadetes);真菌优势菌群为子囊菌门(Ascomycota)。叶片内生细菌优势菌群为蓝细菌门(Cyanobacteria)和放线菌门(Actinobacteria);真菌优势菌群为子囊菌门(Ascomycota),白刺不同部位的微生物菌群数量和多样性有显著差异(P<0.05),白刺各样地之间微生物群落构成差异明显。【结论】白刺不同部位微生物群落的丰富度和多样性分布。