蛋白质定向进化及其在微生物代谢调控中的应用

蛋白质定向进化是非理性改造蛋白质的一种有效方法。利用蛋白质定向进化技术可以改变代谢流,扩展或构建新的代谢途径,弱化或消除不必要或有害的代谢途径,从而达到提高某种代谢产物产率或降解有害物质的目的。蛋白质定向进化技术在代谢调控中的应用有效拓宽了代谢工程的应用范围。本文介绍了主要的蛋白质定向进化技术如易错PCR技术、DNA改组技术、交错延伸技术和临时模板随机嵌合技术等,评述了蛋白质定向进化技术对微生物细胞代谢中的关键蛋白进行定向改造,从而改善其代谢能力,调控微生物代谢等的应用。     

黄瓜种子发芽期微生物代谢的群落特性研究

用 BIOLOG GN 板方法研究了 4 个黄瓜品种, 在发芽 12h、36h 、72h 时种子周围的微生物群落结构和功能多样 性。结果表明, 在微生物的碳代谢特征上, 不同黄瓜品种在发芽 12h 、36h、72h 时有显著差别, 同一品种不同处理之 间也有差异。 在碳代谢类型上, 糖类利用程度最高( OD>1.4) , 氨基酸类利用程度最低( OD<0.8) , 有机酸的利用居 中;黄瓜种子发芽期间, 微生物在碳源代谢方面优势群落的演变特点是:氨基酸类代谢群※有机酸类代谢群※糖 类代谢群, 且最终以代谢糖类的微生物为优势种群。     

冀北辽河源油松天然林土壤微生物碳代谢特征研究

本文以冀北辽河源地区不同林龄油松天然林为研究对象,研究其土壤微生物生物量碳、微生物呼吸及微生物代谢熵随油松林龄的变化趋势。结果表明:随着油松天然林林龄的增加,土壤微生物生物量碳逐渐增加;而土壤微生物呼吸则呈现出先减小后增加的趋势;微生物代谢熵表现为随油松林林龄的增加而降低。相关性分析表明,土壤微生物生物量碳、微生物呼吸分别与微生物代谢熵之间呈现高度的极显著线性负相关。微生物生物量碳与微生物呼吸呈极显著正相关,但线性相关程度较弱。土壤微生物生物量碳和微生物呼吸与土壤温度和含水量均呈极显著正相关,而土壤微生物代谢熵则与土壤温度、土壤含水量呈极显著负相关。上述结果表明,在冀北辽河源地区,土壤微生物生物量碳、微生物呼吸、微生物代谢熵与油松天然林林龄密切相关。随着油松天然林林龄的增加,其土壤微生物活性增强,碳代谢效率增加,土壤质量及可持续利用潜力更高,土壤生态体系更加成熟。     

人工湿地中氮代谢微生物的共存策略及机理

人工湿地中氮元素的脱除主要依靠多种微生物的联合作用,因此氮代谢微生物的和谐共存成为人工湿地高效脱氮的基础。本文分析回顾了氨氧化细菌、亚硝酸盐氧化菌、反硝化细菌及厌氧氨氧化菌等主要氮代谢微生物的共存策略及反应机理。     

外源腐解微生物的物种组合对土壤微生物群落结构及代谢活性的影响

本文采用饲料类芽孢杆菌(Paenibacillus pabuli,P)、深红紫链霉菌(Streptomyces violaceorubidus,S)和黄绿木霉(Trichoderma aureoviride,T),组合构建了3种单菌剂(P、S和T)、3种两菌种复合菌剂(PT、PS和ST)及1种3菌种复合菌剂(PST),并将之添加到红壤中,监测各菌剂添加后土壤总磷脂脂肪酸(PLFAs)量、特征微生物PLFAs百分含量、土壤呼吸速率及总代谢熵的变化,旨在探明外源腐解微生物的物种组合对土壤微生物群落结构和代谢活性的影响,进而为优化有机物分解菌剂种群配置提供参考。结果显示,添加单菌剂的P、S和T处理及添加两菌种复合菌剂的PT和PS处理,土壤微生物生物量显著增加,增幅17.2%~121.6%(P0.05)。添加外源腐解微生物后,各处理的土壤微生物群落的细菌百分含量基本稳定在79.6%~83.1%,真菌百分含量显著增加8.8%~50.6%;而放线菌百分含量除P和ST处理外,其他处理显著降低9.4%~69.8%。PLFAs数据的主成分分析表明,各外源菌剂处理与CK处理间的群落结构变异由小到大依次为:接种单菌剂的P、S和T处理,接种两菌种复合菌剂的PT、PS和ST处理,接种3菌种复合菌剂的PST处理。添加单菌剂的P、T处理以及添加两菌种复合菌剂的ST处理,在短期内影响了土壤微生物的对数生长,使土壤呼吸速率的峰值分别提高48.7%、53.7%和78.7%;且外源腐解微生物组合的物种数量越多,土壤微生物进入潜伏期所需的时间越长。从外源腐解微生物对土壤肥力的长期影响来看,两菌种复合菌剂ST的添加使土壤微生物代谢活性提高28.9%,因此该处理的土壤碳矿化量增加11.1%;添加单菌剂的S处理使土壤微生物代谢活性显著降低32.4%,因此该处理的土壤碳矿化量仅降低7.3%;而添加两菌种复合菌剂的PS处理和3菌种复合菌剂的PST处理,在保持代谢活性不变的情况下,其土壤碳矿化量也降低5.8%~8.7%,其原因有待进一步研究。综上所述,外源腐解微生物的添加会改变土壤微生物的群落结构及其生长轨迹,且随外源腐解微生物组合的物种数量增多这一干扰程度越大,而土壤微生物代谢活性与外源腐解微生物组合的物种数量无显著相关性。     

不同利用方式下红壤微生物生物量及代谢功能多样性的变化

研究了不同农林利用方式下红壤微生物生物量和代谢功能多样性等土壤质量指标的变化.结果表明:不同利用方式对土壤质量各指标造成了显著的影响;稻田的微生物生物量碳、氮最高,林地和草地微生物生物量次之,旱地的微生物生物量碳、氮最低(分别是稻田利用方式的4.3% 和 13.7%);稻田的微生物代谢功能多样性最高,旱地、林地和草地的细菌代谢功能多样性较低,旱地的真菌代谢功能多样性最低;微生物生物量和代谢功能多样性可以作为反映土壤质量变化的早期敏感的指标,用来衡量管理措施的改变对土壤质量造成的影响.     

玉米秸秆覆盖还田量对黑土微生物碳代谢活性与多样性的影响

  目的  针对东北黑土区长期集约化耕作导致的土壤退化问题,开展不同秸秆覆盖还田量对土壤微生物碳代谢特征的影响及其驱动因素的研究。  方法  采用MicroRespTM方法结合土壤碳氮含量等理化性质,测定土壤微生物碳代谢能力及其影响因素,使用Past v2.16、Canoco 5.0等软件对微生物群落功能多样性、结构差异以及土壤理化性质和微生物群落碳代谢特征间的关系进行分析。  结果  秸秆连续覆盖还田14年后,土壤微生物对羧酸类与氨基酸类碳源的代谢活性显著降低,但对外源碳底物的代谢多样性显著增强。67%和100%秸秆还田显著改变了土壤微生物群落碳源代谢结构,100%秸秆还田下微生物对芳香酸类碳源的相对代谢活性提高。土壤微生物对碳源的代谢活性主要与土壤碳氮含量显著相关,土壤可溶性碳与碱解氮含量分别是影响土壤微生物碳源代谢多样性和结构的主要理化因子。  结论  长期秸秆还田可以通过降低土壤微生物对易利用碳源的代谢需求、提高对碳源的代谢多样性而改善免耕土壤微生物碳代谢功能。本研究可为优化东北黑土区保护性耕作管理模式、促进该地区农业可持续发展提供微生物学参考。     

生物炭用量对塿土微生物量及碳源代谢活性的影响

目的研究果树树干、枝条制成的生物炭添加4～5年后,其添加量对土微生物量及碳源代谢活性的影响,为生物炭改良土的合理应用提供数据支撑和理论依据。方法基于陕西关中土的长期田间试验,采用氯仿熏蒸—浸提法及Biolog-ECO检测法,研究了生物炭不同添加量 (0、20、40、60、80 t/hm2) 下冬小麦不同生育期土壤微生物量C、N、P、C/N的动态变化及土壤微生物的碳源代谢活性。结果当生物炭添加量为40～60 t/hm2时,显著提高了土壤微生物量碳;当生物炭添加量 ≥ 40 t/hm2时,显著提高了土壤微生物量C/N;添加生物炭对土壤微生物量N、P没有显著影响。当生物炭添加量为20 t/hm2时,显著增加了土壤微生物量碳的季节波动;当生物炭添加量为40～60 t/hm2时,显著增加了土壤微生物量C/N的季节波动;当生物炭添加量为20～60 t/hm2时,显著降低了土壤微生物量P的季节波动;添加生物炭对土壤微生物量N的季节波动没有显著影响。添加生物炭对土壤微生物碳源代谢活性没有显著影响,但高量生物炭的添加有降低土壤微生物整体代谢活性的趋势。当生物炭添加量为60 t/hm2时,显著降低了土壤丰富度指数,显著提高了均匀度指数;当生物炭添加量 ≥ 60 t/hm2时,显著降低了Shannon-Wiener指数、Simpson指数。添加生物炭对土壤微生物利用糖类、氨基酸类、多聚物类、多酚化合物类、多胺类碳源的利用率没有显著影响,但生物炭添加量为60 t/hm2时,土壤微生物显著降低了对羧酸类碳源的利用率;糖类、羧酸类、氨基酸类是土中微生物比较偏好、利用率较高的碳源。结论生物炭添加4～5年后,在第7季作物冬小麦生育期内,其不同添加量对土壤微生物量及微生物功能多样性的影响依然有显著的差异。生物炭添加量为40 t/hm2时,可以显著提高土壤微生物量碳和C/N,显著降低土壤微生物量磷的季节波动;生物炭添加量大于40 t/hm2时,土壤微生物的整体代谢活性,表征土壤微生物功能多样性的丰富度指数、Shannon-Wiener指数、Simpson指数,土壤微生物对糖类、氨基酸类、多胺类碳源的利用率均呈现降低趋势。因此,生物炭添加量必须控制在合理的范围内,避免对土壤产生不良影响。     

五大连池火山群土壤微生物群落代谢多样性及影响因素研究

火山岩母质发育的土壤孕育了结构功能独特的土壤微生物群落。为评估火山生态系统土壤微生物的代谢多样性及其影响因素,选择五大连池火山群为研究对象,基于“时空替代”的研究方法,利用Biolog微平板技术,分析不同地质年代火山南北两个坡向的土壤微生物碳源代谢多样性,结合土壤理化指标进一步分析影响土壤微生物碳源代谢多样性的环境因子。结果表明：不同地质年代火山土壤微生物群落功能多样性存在显著差异。平均颜色变化率(AWCD)随培养时间延长而逐渐增加,南坡AWCD值随土壤发育时间增加而增加,北坡AWCD值无明显变化规律。土壤微生物碳源代谢的指数速率(P值)和潜力(K值)南北坡存在差异显著。主成分分析结果表明,南坡主成分1和主成分2分别能解释变量方差的80.85%和12.54%,土壤微生物的碳源代谢格局差异主要是由糖类(CH)和酯类(ES)引起的,二者共解释总变异量的64.93%;北坡主成分1和主成分2分别能解释变量方差的70.13%和19.77%,土壤微生物的碳源代谢格局差异主要是由带磷基糖类(CH.P)和酯类(ES)引起的,二者共解释总变异量的80.41%。冗余分析表明,土壤速效磷、总有机碳、铵态氮、...     

竹豆间种对柑橘园土壤化学性质及微生物碳源代谢特征的影响

选择红壤丘陵区典型柑橘园,设置清耕、自然生草和竹豆间种3 种种植模式,研究不同种植模式下柑橘园土壤化学性质、微生物生物量、微生物碳源代谢特征变化,并探明主导碳源代谢特征变化的土壤环境因素。结果表明,相对于清耕和自然生草种植模式,竹豆间种模式下柑橘园土壤pH 提高了24.03% 和21.65%,有机碳、碱解氮、有效磷、速效钾分别提高了19.40% 和25.14%、14.02% 和18.61%、2.69 和3.12 倍、63.40% 和1.14 倍。柑橘园土壤微生物生物量碳受种植模式影响不显著,但是竹豆间种显著提高了土壤微生物碳源利用能力(Average well colordevelopment,AWCD)和均匀度指数。竹豆间种模式下土壤微生物对于酰胺、氨基酸、酚类和多聚物等多个大类碳源的代谢强度显著高于其他处理,清耕模式下土壤微生物对于糖类尤其是赤藓糖醇、葡萄糖-1- 磷酸、D- 纤维二糖的代谢强度显著高于其他处理。逐步回归分析结果表明,微生物的碳源利用能力和土壤有机碳密切相关,而pH是影响微生物功能多样性及多个特异性碳源代谢强度的首要因素。冗余分析结果表明,柑橘园土壤微生物碳源利用模式受土壤环境因素影响的大小顺序为:pH> 有效磷> 碱解氮> 有机碳> 速效钾。因此,竹豆间种能够缓解柑橘园土壤酸化,提高土壤养分含量,改善微生物群落结构和功能多样性,有利于柑橘园土壤生态健康和可持续利用。     

重茬烤烟的烟碱积累和分配规律研究

烟叶生产中普遍存在重茬现象, 连续重茬对烟株发育和烟叶品质带来不良影响。为了给烟叶生产中合理选择种植方式提供理论依据, 并为今后深入研究烤烟重茬的障碍机理和合理解决烤烟重茬问题奠定基础,本试验在黑龙江省烤烟重茬较普遍的肇州县永胜乡, 采用田间小区试验, 研究了自然肥力和常规施肥条件下不同重茬年限烤烟的烟碱含量、积累与分配的关系。结果表明, 重茬烤烟移栽后3~11 周为烟碱缓慢积累期,11~17 周为快速积累期, 比新茬两个积累期晚2 周。收获时新茬烟碱积累量达到87.56 kg·hm^-2(自然肥力)和128.31 kg·hm^-2(常规施肥), 相同肥力下重茬烤烟积累量随重茬年限增加而显著降低。重茬烤烟根茎内烟碱分配比例随重茬年限增加而降低, 叶片中分配比例增加, 中下部烘烤烟叶烟碱含量升高, 上部叶烟碱含量降低;重茬烤烟烟碱的变化规律不因土壤肥力改变而发生变化。烤烟重茬栽培5 年后, 所有部位烟叶均未达到卷烟厂规定的优质烟叶烟碱含量标准。综合分析认为, 烤烟重茬栽培后, 烟碱积累、分配及烘烤烟叶中烟碱含量均会发生显著变化, 使烤烟烟叶质量降低, 重茬栽培不宜超过5 年。     

一株高浓度烟碱降解菌的筛选、分离和初步鉴定

采用以烟碱为唯一碳源氮源的选择培养基,从烟草和植烟土壤中分离筛选出15株高浓度烟碱降解的菌株,其中菌株D9烟碱降解能力最强,其烟碱降解率为82％,耐受烟碱的最高浓度为8g／L。经常规形态特征、16SrDNA同源序列以及系统进化树分析,初步鉴定该菌株为类似氧化微杆菌,命名为Microbacteriumsp．GYC29。本研究为微生物降解烟碱的研究及应用提供了菌种资源。     

土壤与气候对烤后烟叶烟碱和钾含量的影响

选择贵州生态条件差异较大的威宁县、开阳县和天柱县进行客土田间小区试验,以烤烟(Nicotiana tabacum)云烟85为材料,探讨土壤与气候对烤后烟叶烟碱和钾含量的影响.结果表明:不同生态因子对烤后烟叶烟碱和钾含量的影响程度明显不同,气候对烟碱含量的影响效应大于土壤,烟碱含量在气候间的变异度是土壤的近4倍,气候和土壤对其变异的贡献率分别为47％和18％,影响较大的前3个气象因子为成熟期的累积降水量、大田生长前期的累积日照时数、成熟期的≥10℃积温.土壤对钾含量的影响效应较气候突出,钾含量在土壤间的变异度是气候的1.5倍,土壤和气候对其变异的贡献率分别为40％和14％,影响较大的前3个土壤因子为有效钾含量、有机质含量和全氮含量.通过品种布局和农艺措施调控烤烟烟碱含量,不能忽视气候因素的影响;在提高烟叶钾含量时,应重点考虑土壤因素.     

解磷微生物及其在盐碱土中的应用研究进展

解磷微生物能够将土壤中难溶性磷酸盐转化为可供植物吸收利用的磷,在提高土壤有效磷含量、缓解植物盐碱胁迫损伤及修复盐碱土中表现出良好的应用前景.本文从解磷微生物的研究及应用现状入手,综述了盐碱土中解磷微生物的分离、解磷机制,同时阐述了盐碱耐受性和解磷能力关系及其在盐碱土修复中的应用进展,以期为利用耐盐碱解磷菌缓解植物盐胁迫...     

农业微生物基因工程研究与展望

摘要：介绍了我国农业微生物基因工程研究现状，特别是饲料、肥料和农药用重组微生物制剂的研究成果。为争取5～10年内使我国农业微生物成为新兴的高技术支柱产业，建议进一步加强基础研究，重视资源开发利用，适时开展功能基因组学研究，从高起点切入，以加快源头创新。另建议将微生物农药、饲料和食品加工用酶制剂列为近期研究开发重点。同时也要不断革新生产工艺，改进加工剂型，调整研发结构，促进产业发展。     

Increased microbial catabolic activity in diesel contaminated soil following addition of earthworms (Dendrobaena veneta) and compost

This study sought to assess the influence of compost and earthworms (Dendrobaena veneta) upon the level of hydrocarbon catabolism in petroleum contaminated forecourt soil (extractable petroleum hydrocarbons (EPH) 10 + 1.8 g kg⁻¹ and total 16 United States Environment Protection Agency (USEPA) polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH) 1.62 ± 0.5 g kg⁻¹). The catabolic activity of the indigenous microorganisms within uncombined materials (soil and compost) and within the combined treatments (soil plus compost; either with or without earthworms) was assessed by ¹⁴C-radiorespirometry (¹⁴C-hexadecane, ¹⁴C-toluene and ¹⁴C-phenanthrene). Maximum levels of catabolic activity were observed (at the end of the incubation period; 84 d) for all three compounds in the combined contaminated soil, compost and earthworm mixtures. Significant (p < 0.05) enhancement factors (relative to the soil only control) in catabolic activity in the combined treatments (soil:compost (1:0.5)) of 3.6 times, 1.5 times and 3.5 times were observed for ¹⁴C-hexadecane, ¹⁴C-phenanthrene and ¹⁴C-toluene, respectively; with maximum levels of catabolic activity for these substrates being 68.6 ± 1.7%, 37.9 ± 5.3% and 85.9 ± 1.3%.     

青藏高原不同植被类型土壤微生物数量及影响因子

应用稀释平板法对青藏高原不同植被土壤0~25 cm土层的细菌、真菌和放线菌的数量特征进行对比研究。结果表明:植被类型、温度、土壤理化性质都影响微生物数量。不同植被类型下,微生物数量未达显著性差异,但是藏嵩草草甸和沼泽草甸的土壤微生物数量要大于其他植被类型。其中、灌丛草甸强烈的抑制细菌的生长,真菌对植被类型和温度最为敏感。不同植被下的土壤理化性质差异性显著,土壤理化性质与微生物数量显著相关,较适的土壤全氮(6.96～15.72 g kg-1)、磷和土壤有机质(302.41~367.79 g kg-1)促进土壤微生物的生长;高含量的磷不利于真菌、细菌和放线菌的生长。     

浅析植物根分泌物与根际微生物的相互作用关系

综述了根分泌物与根际微生物、病原微生物的相互影响以及根际微生物作用几方面内容。根分泌物作用于周围环境产生根际效应,影响根际微生物的生态分布、种群组成,不同抗性品种根分泌物对病原微生物表现出促进或抑制的作用;而根际微生物又会对根分泌物起到修饰限制作用,通过各种途径改变根分泌物的数量、组成。根分泌物与根际微生物间的作用是相互的。此外,根际微生物在植物养分转化与吸收、病虫草害控制、物质循环等方面发挥着不可替代的作用。     

Plant removal disturbance and replant mitigation effects on the abundance and diversity of low-arctic soil biota

Due to the dependence of soil organisms on plant derived carbon, disturbances in plant cover are thought to be detrimental for the persistence of soil biota. In this work, we studied the disturbance effects of plant removal and soil mixing and the mitigation effects of replanting on soil biota in a low-arctic meadow ecosystem. We set up altogether six replicate blocks, each including three randomized treatment plots, at two distinct fells at Kilpisjärvi, northern Finland. Vegetation was removed in two thirds of the plots: one third was then kept barren (the plant-removal treatment), while the other third was replanted with a local herb Solidago virgaurea. The remaining plots of intact vegetation were used as treatment comparisons. The responses of soil microbes and fauna were examined six years later in the early and late growing season. The biomass of bacteria, non-mycorrhizal fungi and mycorrhizal fungi (estimated using PLFA markers) were on average 74%, 89% and 84% lower in the plant-removal and 64%, 74% and 71% lower in the Solidago replant plots than in the intact meadow. The positive effect of replanting was statistically significant for fungi, but not for bacteria. The PCA of relative PLFA concentrations further showed that the structure of the microbial community differed significantly among all three treatments. The abundance of nematodes and collembolans was on average 82 and 95% lower, but the total number of nematode genera and collembolan taxa only 27 and 7% lower in the plant-removal plots than in the intact meadow soil. Few disturbance effects on soil fauna were significantly mitigated by the Solidago replant (the plant parasitic nematodes being a notable exception) and in the case of the collembolans, the Solidago replant plots had even fewer animals than the plant-removal plots. The response of soil biota also varied with locality: the effects on fungivorous nematodes were found at one site only and the replant effects on the number and diversity of collembolan taxa varied with site. Our results suggest that despite drastic reductions in the abundance of soil biota, the majority of animal taxa can persist for years in disturbed arctic soils in the absence of vegetation. In contrast, the alleviating replant effects on the abundance of soil biota appear weak and may only partially reverse the negative effects of vegetation removal and soil disturbance.