两株低温沼气产酸细菌的分离鉴定及产酸特性

摘要:【目的】分离筛选低温沼气产酸细菌并研究其发酵特性。【方法】利用筛选培养基分离产酸细菌;通过形态学观察、16S rRNA进行鉴定;利用糖发酵、淀粉水解、明胶液化、过氧化氢酶等实验考察发酵特性;采用气相色谱法测定挥发性脂肪酸(Volatile fatty acid,VFA),对菌株的产酸特性进行研究。【结果】从霍林河市户用沼液中分离出两株在4 ℃产酸较高的菌株FJ-8和FJ-15,经16S rRNA系统发育树分析分别属于Pseudomonas sp．和Shewanella sp.。两株菌均能够水解淀粉、液化明胶,且过氧化氢酶反应均呈阳性。它们最适的产酸温度分别是15 ℃和20 ℃,在4 ℃液体发酵10 d后所产总VFAs分别为2593 mg/L和2687 mg/L。其中乙酸含量分别为792 mg/L和966 mg/L。另外,相同条件下5 L模拟发酵结果显示处理组(添加所筛两株菌混合发酵液)的周产气量比对照组高出59%。【结论】分离出的两株产酸细菌FJ-8和FJ-15在低温条件下具有较好的产酸性能,在提高低温条件下沼气产气量方面具有很强的应用前景。     

沼气池宏基因组文库中未培养微生物β-葡萄糖苷酶基因的克隆与鉴定

以间接提取法提取了沼气池样品的微生物宏基因组DNA,用柯斯质粒载体pWEB:TNC构建了一个含三万个克隆的沼气池宏基因组文库,对文库中的克隆随机分析表明,该文库的外源片段平均长度为40 kb,文库的总容量为1 .2×106kb。对其中的一个在七叶苷平板上显色的阳性克隆pGXN100进行进一步亚克隆、测序和序列分析。结果表明,pGXN100上有一个全长为1 863bp的ORF,编码621个氨基酸组成的蛋白质。将该基因命名为Unglu100。与产气克雷伯菌属的一个β-葡萄糖苷酶基因AN292在核苷酸和氨基酸水平上分别有76%和85%的同源性,利用SMART软件进行预测表明,Unglu100可能是PTS中β-葡萄糖苷酶特异性的转运蛋白组件。     

低温沼气发酵优良菌系筛选及优势菌群分析

【目的】为获得低温沼气发酵高效菌系, 从张家口、承德和邯郸地区采集低温产气良好的沼气池中沼泥样品12份。【方法】以沼泥为接种源进行16 °C?5 °C阶段降温模拟沼气发酵试验, 对处理组HL2、ZG2、CW1及其相应的接种源HLA、ZGB、CWB进行DGGE分析。【结果】ZG2处理组模拟沼气发酵综合性能最优, 与其他处理组呈显著性差异; DGGE图谱显示, 被检测样品中古菌种属多样性丰富, 但图谱中代表优势种属条带的位置存在较大差异。通过16S rDNA克隆及测序分析, 样品中主要优势菌属为甲烷八叠球菌属、甲烷鬃毛菌属和甲烷粒菌属。【结论】DGGE图谱中代表甲烷八叠球菌属的条带是样品ZG2和ZGB中唯一重复出现的条带, 且未作为优势条带出现在其他样品中, 推测甲烷八叠球菌属与低温产沼气有密切相关性。     

深海沉积物微生物元基因组文库来源的新的酯酶基因的克隆、表达及酶学性质

【目的】从深海沉积物微生物元基因组文库中克隆新的酯酶基因,并进行酶学性质研究。【方法】利用含有三丁酸甘油酯的酯酶选择性筛选培养基,从深海沉积物微生物元基因组文库中筛选得到酯酶阳性Fosmid克隆。对筛选得到的fosmid FL10进行部分酶切构建亚克隆文库,筛选得到酯酶阳性亚克隆pFLS10。PCR扩增目的片段后与pET28a连接构建酯酶基因原核表达质粒,转化大肠杆菌(Escherichia coli)BL21。纯化表达产物并对其进行活性测定及酶学性质研究。【结果】序列分析显示该pFLS10亚克隆质粒含有一段924bp的ORF(Open Reading Frame),与一海洋元基因组文库中筛选出的酯酶ADA70030序列一致性为71%。该酶为一新的低温酯酶,对C4底物(对硝基苯丁酸酯)水解能力最强。该酶最适作用温度为20℃,最适作用pH为7.5,20℃时较为稳定,pH8-10的范围内有良好的pH稳定性,K+、Mg2+对该酶具有一定的激活作用,Mn2+等对其具有不同程度的抑制作用。【结论】应用元基因组技术筛选到了新的酯酶基因fls10并进行了克隆表达,该酶在低温及碱性条件下较为稳定且活力较高,对于工业化生产具有一定的应用潜力。关键词:深海沉积物;元基因组文库;低温酯酶;酶学特征     

牙菌斑培养菌群宏基因组文库构建及抗生素耐药基因筛选

[目的]构建牙菌斑培养菌群宏基因组文库,筛选牙菌斑生物膜中细菌的抗生素耐药基因.[方法]采集20例无龋健康人的集合牙菌斑并进行厌氧培养.提取牙菌斑培养菌群宏基因组构建Fosmid文库.用卡那霉素、四环素及氨苄西林对文库进行筛选,并对筛选到的抗性Fosmid克隆进行末端测序、亚克隆构建、亚克隆测序和序列分析.[结果]构建了牙菌斑培养菌群宏基因组Fosmid文库,插入片段长度在36-48 kb间约有15 120个克隆,插入片段长度小于36 kb的约有3 360个克隆.筛选获得一个氨基糖苷类双功能修饰酶AacA-AphD基因、一个核糖体保护蛋白型四环素耐药基因tet (M)及一个C家族β-内酰胺酶基因.[结论]证实了可以通过构建宏基因组文库的方法来筛选牙菌斑培养菌群中的抗生素耐药基因.     

温室黄瓜根结线虫发生地土壤微生物宏基因组文库的构建及其一个杀线虫蛋白酶基因的筛选

【目的】本研究旨在通过非培养手段构建和筛选宏基因组文库,以求找到新型的杀线虫蛋白酶基因。【方法】采用密度梯度离心法提取和纯化温室土壤微生物总DNA,经平末端、连接、包装、转染后,构建宏基因组Fosmid文库,同时,以脱脂奶为底物,以根结线虫为靶标,对文库进行功能初筛。【结果】该文库库容31008个克隆,平均插入片段36.5kb,包含1.13Gbp的微生物基因组信息,适合大规模的微生物功能基因筛选,通过功能初筛,筛选到1个含杀线虫蛋白酶基因的Fosmid克隆(pro12)。进一步构建和筛选出亚克隆(espro124a5),通过对基因结构进行了初步分析发现:espro124a5是一种分泌型胞外蛋白酶,与来自于Maricaulis maris MCS10(accession no.YP_756822at NCBI)的丝氨酸蛋白酶S15仅有45%的同源性,是一种新型的丝氨酸蛋白酶,有其保守的催化三元组:Asp469、His541和Ser348。【结论】密度梯度离心法提取到的DNA纯度高、片段长,完全能满足构建宏基因组Fosmid文库的要求;同时,构建的宏基因组Fosmid文库库容大,有利于我们从中筛选其他的微生物基因资源。     

红树林土壤微生物宏基因组文库的构建及两种新颖的β-葡萄糖苷酶基因的鉴定

宏基因组技术是挖掘微生物新酶的重要途径。通过构建红树林土壤微生物Fosmid文库,共获得了约100 000个阳性克隆,该文库外源插入片段平均长度约为30 kb,文库容量达3 Gb。通过对文库中10 000个克隆进行功能筛选,获得了17个具有β-葡萄糖苷酶活性的克隆。对其中2个表达β-葡萄糖苷酶的克隆进行亚克隆,获得2个新颖的β-葡萄糖苷酶的基因,分别命名MhGH3和bgl66。生物信息学分析表明,MhGH3基因由1 992个碱基对组成,bgl66基因由2 025个碱基对组成。在氨基酸水平上,MhGH3和bgl66编码的蛋白质与GenBank数据库中已知β-葡萄糖苷酶的一致性分别为64%和55%。     

炭疽芽胞杆菌基因芯片探针文库的构建

为制备炭疽芽胞杆菌的基因芯片探针文库,以炭疽芽胞杆菌毒素质粒pX01和荚膜质粒pX02为原材料,用Sau3A I酶切pX01和pX02质粒DNA,Taq DNA聚合酶72℃补平加A,经AT克隆,PCR初步鉴定筛选出炭疽质粒片段的阳性克隆．DNA自动分析仪对克隆片段进行序列测定;用生物信息学方法对其片段进行同源性分析;并将克隆的探针打印于玻片上,制备成炭疽芽胞杆茵基因芯片,与炭疽杆茵质粒DNA样品进行初步芯片杂交的实验,杂交实验的阳性率达到了90％以上,证明大部分克隆探针属于炭疽芽胞杆菌．炭疽芽胞杆菌基因芯片探针文库的构建为基因芯片探针的制备摸索出一条简便、高效、可行的方法．     

土壤微生物中新型β-葡萄糖苷酶的挖掘与鉴定

【背景】通过培养微生物来获得新β-葡萄糖苷酶因只有少部分微生物可以被培养而受到限制,但宏基因组学技术可以挖掘非培养微生物来源的β-葡萄糖苷酶资源。【目的】利用宏基因组学技术挖掘土壤微生物来源的新型β-葡萄糖苷酶,并对其酶学性质进行初步分析。【方法】构建土壤微生物的宏基因组文库,利用七叶苷平板显色法对所构建的文库进行筛选获得阳性克隆,并对阳性克隆所含的β-葡萄糖苷酶基因进行异源表达和生物化学特性分析。【结果】通过筛选文库中的62万个克隆,获得一个具有β-葡萄糖苷酶活性的克隆,其插入片段中包含一个2 301 bp的ORF(YNBG3),蛋白同源性分析显示其属于β-葡萄糖苷酶第三家族。对YNBG3酶的生化分析确定其最佳反应温度为53°C,最适p H为5.2,有较好的热稳定性,对一定浓度范围内的DMSO、丙酮、乙醇等有机试剂有较好的耐受性,EDTA和尿素可增加该酶的活性。【结论】利用宏基因组学技术获得了一个有较好热稳定性及耐受一定浓度有机试剂和尿素的新β-葡萄糖苷酶。     

沼气高产菌群保藏条件的比较

目的：利用不同方法对沼气高产菌群进行保藏,比较各方法不同时间的保藏效果。方法：应用液体低温冷藏法、液体石蜡封存法、液氮冷冻保藏法和低温冷冻干燥保藏法保藏的菌种,分别在保藏后1个月、3个月、6个月及1年后复苏菌种,测定其产气速度、产气量。结果：以上几种方法均能够保证所保藏菌群在1个月内得到复苏并产气,低温冷冻干燥法及液氮冷冻法保藏沼气产生菌菌群可达1年以上,产气速度、产气量较为理想,优于液体低温冷藏法及液体石蜡法。     

碱性土壤微生物基因的克隆和多样性分析

从碱性土壤样品中直接抽提和分离宏基因组DNA, 首先构建了包含5 562个阳性克隆的碱性土壤16S rDNA文库, 随机抽取9个克隆测序后构建的系统进化树表明了碱性土壤环境微生物种群基因的多样性。纯化土壤宏基因组DNA后采用EcoRⅠ酶部分酶切处理, 我们又构建了以pGEM-3Zf(+)为载体的DNA部分文库AL01。AL01文库包含23650个克隆, 随机插入载体的外源DNA片段平均大小为3.2 kb左右, DNA文库的总容量为75.68 Mb。建库效率为从每克环境样品中获得6 000个左右的含随机外源DNA片段插入载体的克隆。采用酶活筛选策略, 我们从AL01文库中筛选到一个编号为pGXAA2011的阳性克隆携带有一个完整的碱性蛋白酶基因。蛋白酶活性检测其酶活作用最佳温度为40℃, 最适作用pH 值为9.5。另外, 我们还克隆和表达了一个新型b-葡萄糖苷酶基因unglu01, 该基因和现有数据库中的b-葡萄糖苷酶基因没有任何DNA或者氨基酸水平的同源性。将unglu01基因的ORF与表达载体pETBlue-2连接后导入宿主菌株Tuner(DE3)pLacI中, 该重组表达克隆在含柠檬酸高铁铵和七叶苷的LA平板上表现清晰的b-葡萄糖苷酶活性, SDS-PAGE电泳可以检测到29 kDa大小的目的蛋白。     

沼液施用对海岸带围垦麦田土壤中小型节肢动物群落的影响

土壤节肢动物群落结构是反映土壤动物多样性及土壤质量的重要指标。沼液施用对土壤结构与肥力的改变,可能对土壤节肢动物群落的特征产生显著影响。以江苏东台海岸带连续施用沼液5年的围垦麦田为例,研究沼液不同用量(0、100、200、300 m~3/hm~2)及沼液替代(0%、33%、66%、100%)化肥对土壤中小型节肢动物群落结构的影响。结果表明:各施肥管理下麦田土壤中小型节肢动物的优势类群均为前气门亚目、甲螨亚目和弹尾目,平均分别占总捕获量的52.09%—53.33%、22.42%—23.86%和13.14%—16.51%。当沼液用量从0增加到300 m~3/hm~2时,土壤动物密度增加了94%,类群数增加约2个,优势度指数增加9.4%(P<0.05)。沼液66%替代化肥时,土壤动物密度、类群数和优势度指数最高。因此,施用沼液显著增加了土壤中小型节肢动物的密度、类群数与优势度指数。当沼液替代化肥的比例为66%时,促进效应最佳。主成分分析表明,无论单施沼液还是沼液替代化肥,弹尾目、前气门亚目与甲螨亚目的响应最为敏感,可将其作为土壤中小型节肢动物对施肥响应的指示指标。     

Statistical assessment of DNA extraction methodology for culture-independent analysis of microbial community associated with diverse environmental samples

Cost-effectiveness, quality, time-effectiveness and ease of the methodology are the most crucial factors in isolating quality DNA from wide variety of samples. Thus, research efforts focusing on the development of an efficient DNA extraction protocol is the need of the hour. The present study therefore, focuses on development of an efficient, rapid and free of inhibitory substances based methodology for extracting metagenomic DNA from diverse environmental samples viz. anaerobic biogas digesta, ruminant stomach, human feces, soil, and microbial starter cultures used for preparation of fermented food. PCR–DGGE based analysis and quality metagenomic library preparation, using DNA extraction methodology, validates the developed protocol. The developed protocol is cost effective, capable of isolating DNA from small sample size (100–1000 µl), time efficient (1.5–2.0 h protocol) and results in significantly higher DNA yield (4–8 times increased yield) when compared to previously available DNA extraction method and a commercial DNA extraction kit. The DNA extracted from the samples using different protocols was evaluated based on its ability to identify diverse microbial species using PCR–DGGE profiles targeting variable region within the 16S rRNA gene. The results of microbial community analysis revealed comparability of the developed protocol to commercial kits, in effectively identifying dominant representatives of the microbial community in different samples. Using the DNA extracted from the presented methodology, metagenomic libraries were prepared, which were found suitable for sequencing on Illumina platform.     

沼气池污泥微生物总DNA提取方法的比较

沼气发酵系统是一个复杂的生态系统,其污泥微生物超过99%是不可培养的。为了优化沼气池纤维素的转化效率、沼气的产率和开展污泥微生物多样性研究,本研究采用化学裂解法、溶菌酶裂解法和QIAampDNA Stool Mini Kit提取了沼气池污泥样品中微生物的总DNA,对三种方法的DNA得率、纯度、大片段提取效果以及是否含有PCR反应抑制剂进行了研究,最后对16S rRNA基因V3区的扩增产物进行了PCR变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)分析。与化学裂解法和QIAamp DNA Stool Mini Kit法相比,溶菌酶裂解法得到的DNA量大、片段长、片段分布广、PCR扩增效率高;同时PCR-DGGE图谱显示,溶菌酶裂解法可更好地展示沼气池污泥中微生物的多样性。该结果为进一步提高沼气池中纤维素的转化效率和沼气生产优势菌种的质和量打下了一定的前期基础。     

家蚕的基因文库

本文报导了家蚕Bombyx ,pro基因文库的构建。Sau3A 部分酶解的12-20kb家蚕染色体DNA片段被克隆在λEMBL4的BamHl位点,得到重组噬菌体数5.5×10⁵Pfu,超过了建库要求的理论值。进一步鉴定表明：重组噬菌体呈Spi^-表型;插入的DNA.片段各不相同;并巳从库内筛选到含有与蚊虫酮酶趴基因同源顺序的阳性重组体,这些结果显示了基因文库的可靠性。     

Performance and characterization of a newly developed self-agitated anaerobic reactor with biological desulfurization

The continuous operation of a newly developed methane fermentation reactor, which requires no electricity for the agitation of the fermentation liquid was investigated, and the extent of the biological desulfurization was monitored. Inside the reactor, the continual change in the liquid level and the self-agitation, occurring between 5 and 16 times every day, distributed the organic load near the inlet port of the reactor, as well as providing a nutrient supply to the hydrogen sulfide oxidizing bacteria. At different COD_Cr loading rates (5, 7, 10 kg m³ d⁻¹), the reactor achieved a biogas production yield of 0.72-0.82 m³ g⁻¹-TS, a COD_Cr reduction of 79.4-85.5% and an average of 99% hydrogen sulfide removal. This investigation demonstrated that the self-agitated reactor is comparable in digestion performance to the completely stirred tank reactor (CSTR) investigated in a previous study, and that the desulfurization performance was significantly enhanced compared to the CSTR.     

用于红霉素生产的500m3生物反应器的理性设计

红霉素(erythromycin)是由绛红色糖多胞菌(Saccharopolyspora erythraea)发酵生产的次级代谢产物,其生产水平不仅受发酵工艺的影响,也受反应器结构影响。为解决红霉素发酵过程放大问题,本研究采用时间常数法和计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)数值模拟验证相结合的方法设计了500m³超大规模红霉素耗氧发酵生物反应器。首先,通过对50L反应器红霉素发酵过程研究,发现溶氧是关键性限制因素,通过氧消耗速率(oxygen uptake rate,OUR)等参数分析计算得到设备的氧供应时间常数t_mt需小于6.25s。然后,基于时间常数法和经验关联式理性设计500m³反应器搅拌桨叶组合方式,即底层BDT8桨叶+两层MSX4桨叶的搅拌桨组合,并通过经验公式及CFD方法对设计结果进行了模拟验证。两种验证方法结果均表明500m³反应器采取底层BDT8桨叶+两层MSX4桨叶的组合方式时设备的氧供应时间常数小于6.25s,且反应器内流场特性(如持气率、剪切率和速度矢量等)均能满足红霉素大规模发酵的需要。经实际发酵验证,设计的生物反应器能够满足红霉素的工业规模发酵应用。     

沼液的定价方法及其应用效果研究

为了探索沼液的商品化,采用养分含量定价和应用效果定价2种方法确定了沼液的价格,并分析了沼液施用后对土壤基本理化性状的影响作用。结果发现:采用养分含量定价法得到的沼液价格为78.12元/m³,采用沼液应用效果定价法得到的沼液的价格为111.4元/ m³;沼液的实际应用价值要明显高于其养分含量的市场价;沼液施用后可降低土壤容重,增加土壤孔隙度,增加土壤有机质、土壤全氮、土壤有效磷及有效钾含量,有利于土壤肥力的保持。