传统豆酱发酵过程中细菌多样性动态

细菌在豆酱发酵过程中起到非常重要的作用,并与豆酱的风味和质量密切相关,因此研究豆酱中细菌的多样性具有重要意义。以自然发酵的豆酱样品为研究对象,采用细菌16S rDNA的部分可变区的PCR-DGGE技术对自然发酵豆酱样品的细菌群落组成和优势菌群进行研究。结果表明,传统豆酱发酵过程细菌群体中既有原始种群的减少和增长,也有次级种群的增多和演变。在整个发酵过程中,初期和末期以不可培养细菌为主,初期细菌群体快速演替,细菌种群多样性指数在发酵42 d和56 d达到两次高峰。     

郫县豆瓣细菌多样性及群落结构动态变化北大核心

【目的】通过检测郫县豆瓣在不同发酵阶段细菌的种类、丰度及数量,探究郫县豆瓣的不同发酵产品发酵过程中细菌的动态变化情况。【方法】采用16S rRNA基因测序对郫县豆瓣4个发酵阶段中细菌种类及丰度进行分析,利用荧光定量PCR(quantitative real-time PCR,qPCR)方法检测不同发酵阶段的细菌总数。【结果】郫县豆瓣在初期的发酵过程中细菌群落处于动态稳定,在不同发酵阶段细菌群落组成相对丰富,从郫县豆瓣整个初期的发酵过程来看,细菌群落多样性呈现升高的趋势,Shannon指数从1.25升高到3.50;在郫县豆瓣初期发酵过程中细菌群落的数量以及多样性与发酵环境息息相关,不同发酵阶段细菌群落的多样性也有所不同,其中在干辣椒发酵阶段中泛菌属(Pantoea)为最优势菌属,占比为20%;在蚕豆瓣发酵阶段中葡萄球菌属(Staphylococcus)的相对丰度最高,占比为38%;混合发酵后,在红油豆瓣发酵阶段的最优势菌属是乳酸杆菌属(Lactobacillus),占比达到27%,郫县豆瓣发酵阶段的最优势菌属是乳酸杆菌属(Lactobacillus),占比为62%。【结论】推断在郫县豆瓣不同发酵阶段初期相对丰度较大的菌属对郫县豆瓣的质量以及产量可能会产生重大影响。     

DG-DGGE分析产氢发酵系统微生物群落动态及种群多样性

应用双梯度-变性梯度凝胶电泳(DG-DGGE)对生物制氢反应器微生物种群的动态变化及多样性进行监测。间隔7d从反应器取厌氧活性污泥,以细菌16SrDNA通用引物进行V2～V3区域PCR扩增,长约450bp的PCR产物经DGGE分离后,获得污泥微生物群落的16SrDNA指纹图谱。污泥接种到反应器后微生物群落中既有原始种群的消亡和增长,也有次级种群的强化和演变。反应器在运行初期群落演替迅速,15d时微生物群落结构变化最大。群落结构的相似性随着演替时间的增加而逐渐升高,种群动态变化后形成稳定的群落结构。29d时微生物多样性基本保持不变,微生物优势种属达到19个OTU。在细菌竞争和协同作用制约下,种群多样性降低后趋于稳定,形成顶级群落。有些种群在群落结构中一直存在,是群落建成的原始种群,原始种群与次级种群在代谢过程中具有协同作用,表现出群落的综合生态特征。     

云南松林次生演替阶段土壤细菌群落的变化

土壤细菌多样性是维持森林生态系统功能的关键因子,森林演替是影响其动态变化的重要因素。研究云南松林不同演替阶段土壤细菌群落结构及其多样性的变化规律,有助于深入理解森林生态系统恢复过程的驱动机制。本研究以云南省永仁县皆伐后形成的针叶林、针阔混交林和常绿阔叶林为对象,基于Illumina Hiseq高通量测序技术,分析森林演替过程中土壤细菌群落组成、结构、多样性及其影响因子的变化。结果表明: 土壤细菌的种群分类单元、Ace指数、Chao1指数和Shannon指数均随着演替进行呈减少趋势,演替早期阶段土壤的细菌总数、菌群丰富度及复杂程度最高。不同演替阶段细菌群落结构存在显著差异,其中,针阔混交林的差异最大,变形菌门和酸杆菌门为各演替序列共有的优势类群,放线菌门、绿弯菌门和Patescibacteria是演替早期的优势类群,且随着演替进行呈现减少趋势;变形菌门和WPS-2相对多度随演替进行呈增加趋势。土壤pH和乔木层物种丰富度是驱动次生演替过程中土壤细菌群落组成变化的关键因子。随着演替的进行,土壤细菌多样性减少,群落组成差异加大。     

基于16S rRNA基因序列分析法比较苏尼特双峰驼和阿拉善双峰驼自然发酵酸驼乳的微生物多样性

【目的】传统发酵乳制品是一类未经任何处理自然发酵而成的,其微生态环境未遭破坏,从而乳酸菌的生物学特性和基因多样性得到了很好的保留,具有开发和利用价值。自然发酵酸驼乳常用来治疗多种疾病且效果良好,与其中丰富的乳酸菌资源有着密不可分的联系。然而,目前有关自然发酵酸驼乳微生物菌群及多样性相关研究甚少。因此进一步挖掘内蒙古地区双峰驼自然发酵酸驼乳微生物群落结构和多样性是至关重要的。【方法】本研究采用IlluminaMiseq测序技术,测定了苏尼特和阿拉善双峰驼的自然发酵酸驼乳中微生物16S rRNA V3–V4区序列,并对群落结构和多样性进行了比较分析。【结果】多样性分析表明,苏尼特双峰驼酸驼乳中微生物群落丰富度和种群差异性比阿拉善双峰驼酸驼乳大,细菌多样性也高。在门水平上,苏尼特和阿拉善双峰驼酸驼乳中的菌群均以厚壁菌门(Firmicutes)和变形菌门(Proteobacteria)为主。在属水平上,苏尼特双峰驼酸驼乳主要以乳杆菌属(Lactobacillus)和乳球菌属(Lactococcus)为优势菌群,阿拉善双峰驼酸驼乳以乳杆菌属(Lactobacillus)和醋酸杆菌属(Acetobacter)为优势菌属。此外,肠杆菌属(Enterobacter)、拉乌尔菌属(Raoultella)和明串珠菌属(Leuconostoc)等的含有食源性致病菌和环境污染菌的菌属被检出。综上所述,不同地区不同品种酸驼乳的乳酸菌种类及优势菌群有较大差异,存在显著的地理差异。【结论】通过本研究,不仅对苏尼特和阿拉善双峰驼自然发酵酸驼乳乳酸菌的组成和种类有了明确的认知,为评估发酵酸驼乳微生物群落对消费者身体健康的影响提供了数据基础的同时为今后筛选优势菌群和挖掘新型益生菌奠定基础。     

变性梯度凝胶电泳分析草菇培养料二次发酵过程中细菌群落演替

[目的]了解草菇以废棉为主要成分的培养料在二次发酵过程中细菌群落结构变化情况,确定发酵不同阶段的优势菌群,为能够在分子水平上快速准确地监测发酵过程中菌群动态变化奠定基础.[方法]采用变性梯度凝胶电泳(denaturing gradient gel electrophoresis,DGGE)及克隆菌株16S rDNA序列分析技术对草菇废棉培养料二次发酵不同阶段的样品中细菌群落结构进行分析.[结果]DGGE图谱显示,细菌群落多样性较为丰富,条带多样性随着发酵进程逐渐降低,而且在不同阶段中的优势条带及相对丰度在发生着动态的变化.回收克隆的23个不同发酵阶段的优势菌株来自于变形菌门、拟杆菌门和厚壁菌门,α,β,γ-变形菌纲、鞘脂杆纲、拟杆菌纲和梭菌纲6个菌纲的11个属,其中19株克隆菌株为耐热细菌,在发酵的高温及降温阶段,丛毛单胞菌属、鞘脂杆菌属、中华根瘤菌属和寡养单胞菌属细菌为优势类群.[结论]草菇废棉培养料二次发酵过程中细菌的群落结构及优势菌群在发生着动态的变化,尤其是在进入高温期阶段,优势菌群变化显著.     

泸型酒酒醅细菌群落的发酵演替规律

【目的】考察泸型酒发酵过程中酒醅细菌群落的演替规律,探讨菌群演替与环境因素变化的相关性。【方法】采用高通量测序技术分析泸型酒酒醅细菌群落的演替规律,并运用Mantel test分析不同发酵阶段的细菌群落演替与环境因素变化的相关性。【结果】酒醅发酵过程中有397个属的微生物,其中Lactobacillus、Bacillus、Weissella、Dysgonomonas、Comamonas以及Ruminococcaceae为优势属(相对丰度1.0%)。通过聚类分析可将酒醅发酵过程划分为3个阶段:阶段I (0–5 d),阶段II (6–17 d)和阶段III(18–40d),且3个阶段的酒醅菌群结构差异显著(P0.05)。Metastats分析结果表明,与阶段I相比,阶段II酒醅细菌群落中Lactobacillus和unclassifiedLactobacillaceae相对丰度显著升高(P0.05),而unclassifiedBacillaceae、 Staphylococcus、 Bacillus、 unclassified Enterobacteriaceae、 Lactococcus、Pseudomonas、Thermoactinomyces、Leuconostoc、Staphylococcus相对丰度显著降低(P0.05)。与阶段II相比,阶段III酒醅细菌群落中Lactobacillus相对丰度显著增长(P0.05),Comamonas、Acetobacter、unclassified Bacilli、Clostridium、Bacillus、Ruminococcus、unclassified Porphyromonadaceae和unclassified Streptophyta相对丰度显著下降(P0.05)。结果表明,阶段I的细菌菌群演替与酒醅温度、水分和乙醇浓度变化线性相关(P0.05);阶段II和阶段III的细菌菌群演替与酒醅温度、水分、酸度、乙醇浓度均没有相关性(P0.05)。【结论】泸型酒酒醅中细菌群落在不同发酵阶段结构差异显著,且温度、水分以及乙醇浓度对酒醅发酵前期(0–5 d)细菌群落演替具有重要作用。     

不同演替阶段东方水韭群落特征初步研究

采用"空间代替时间"的方法,对处于不同演替阶段的东方水韭(Isotes orientalis H. Liu et Q. F. Wang)群落进行了物种组成、群落生态学数量特征、物种多样性及繁殖方式的比较分析,结果表明,在演替初期,群落的多样性(物种丰富度、Shannon-Wiener指数、Pielou均匀度指数和β多样性指数)最低,群落中东方水韭的多度、盖度、重要值和生态位宽度均最大,是明显的优势种;演替中期,东方水韭的多度、盖度、重要值和生态位宽度降低,但群落的物种多样性最高,是东方水韭的顶极群落;演替后期,群落中东方水韭的多度、盖度、重要值和生态位宽度均最低,多年生草本植物细叶芒(Miscanthus sinensis Anderss. )和菰[Zizania latifolia (Griseb. ) Turcz. ex Stapf]等逐渐占据重要地位.随群落的演替,群落中营无性/营养繁殖方式的物种数量逐渐增加,群落的繁殖策略由有性繁殖为主转为以无性/营养繁殖为主.研究结果显示,在东方水韭群落演替过程中,群落物种组成的改变、物种多样性的提高、物种繁殖策略的变化以及生境中生化,可能是导致东方水韭种群衰退的主要原因.     

DGGE技术监测生物制氢反应器微生物群落结构和演替

为了研究生物制氢反应器微生物群落结构, 揭示混合菌群的生态学效能. 从连续流生物制氢反应器CSTR运行不同时期取活性污泥, 利用变性梯度凝胶电泳(DGGE)技术研究了产氢混合菌群的多样性和动态变化. 研究表明, 反应器从启动到乙醇型发酵稳定的运行, 经历了明显的微生物群落结构演替过程, 28天后反应器微生物群落结构基本恒定, 形成顶级群落. 16S rDNA 序列同源性分析表明, 优势种群为低G + C含量革兰氏阳性细菌分支的Clostridium sp.和Ethanologenbacterium sp., b变形菌亚纲的Acidovorax sp., g变形菌亚纲的Kluyvera sp.和一些未被培养的拟杆菌群的细菌和螺旋体. 21天后产氢细菌Ethanologenbacterium sp., Clostridium sp. (Clostridiaceae bacterium 80 Kb)和一些未被培养的螺旋体群细菌的数量明显增加, 形成乙醇型发酵群落, 产氢量大幅度提高. 群落经过演替微生物多样性增强后降低, 在群落演替过程中一直存在的Clostridium sp., sp., Kluyvera sp.和未被培养的拟杆菌群等是构成群落结构的基本种群, 混合菌群之间存在着共代谢作用, 共同决定产氢效能.     

珠江口水体浮游细菌种群多样性空间分布特征

为认识珠江口水体浮游细菌的多样性分布规律,运用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)和多维尺度分析(MDS)的方法,研究了春季珠江口十个站位表底水层浮游细菌种群16SrRNA基因多样性特征。研究结果表明,珠江口浮游细菌种群具有丰富的基因多样性;不同站位细菌群落结构和优势种群变化显著:大多数站位表底层细菌群落结构比较相似,河口外站位(A12,A14和C5),表底层细菌群落结构差异性较大:多样性分析表明A14,B6和C5站位底层细菌多样性大于表层。遗传发育分析表明,序列归属于变形细菌(Proteobacteria),酸杆菌(Acidobacteria),蓝细菌(Cyanobacteria),厚壁细菌(Firmicutes)和放线菌(Actinobacteria)。变形细菌(Proteobacteria)种类最多,从河口内淡水区到河口外海水区都有大量分布,是珠江口水域占优势的菌群;同时也检测到种类丰富的放线菌(Actinobacteria)的存在,也是珠江口水域的优势菌群。     

芝麻香型白酒微生物多样性及其与胁迫因子相关性

【背景】近年来芝麻香型白酒的生产工艺日臻成熟,然而相应的科学研究却没有同步发展起来。高通量测序技术越来越多地应用于物种多样性的研究,但偏重于研究物种的相对丰度,没有关注物种的生物数量。【目的】深度解析芝麻香型白酒发酵过程微生物群落结构变化及其与胁迫因子相关性,并研究主要酵母菌与细菌的相关性,为揭示芝麻香型白酒发酵机理和控制发酵质量提供理论支撑。【方法】使用Thermofisher的Ion S5~(TM)XL测序平台进行16S rDNA和ITS rDNA扩增子高通量测序,结合微生物传统的定量方法,测定芝麻香型白酒发酵过程微生物群落结构的变化,同时监测发酵过程乳酸、乙酸、乙醇的含量变化,通过样品复杂度分析、多样品比较分析、环境因子关联性分析探究发酵过程微生物群落及其与胁迫因子的关系。通过Pearson相关性分析酵母菌与细菌的相关性。【结果】发酵前期纤维素菌、魏斯氏菌和芽孢杆菌占主要优势,发酵中后期乳杆菌占绝对优势,其次是纤维素菌、魏斯氏菌和芽孢杆菌。整个发酵过程伊萨酵母占绝对优势,其次是维克霉菌、酿酒酵母、假丝酵母。大部分微生物与胁迫因子呈负相关,只有乳杆菌与乙酸呈极显著性正相关。酵母菌与部分细菌呈正相关性。【结论】白酒发酵过程胁迫因子和微生物间的相互作用促进了群落演替过程,发酵后期乳杆菌和芽孢杆菌发酵产酸抑制了大部分不耐酸菌,有机酸是影响群落结构变化的主要胁迫因子。微生物数量结合相对丰度揭示了发酵过程群落结构演替及其与环境因子相关性的更多信息。     

Monitoring the microbial community succession and diversity of Liangzhou fumigated vinegar during solid-state fermentation with next-generation sequencing

This study reveals the microbial community succession and diversity during the whole solid-fermentation processes of naturally fermented Liangzhou fumigated vinegar (LZFV). Dynamics and diversity of microbial community succession in “Daqu” starter and other fermentation stages (starch saccharification, alcoholic fermentation, and acetic acid fermentation) were monitored using a metagenomic approach involving high-throughput sequencing. Meanwhile, dynamic changes of characteristic flavor compounds of vinegar were determined by gas chromatograph (GC) analysis. The result showed that the microbiota composition exhibited rich diversity. Twenty-five bacterial and 18 fungal genera were found in the whole fermentation process where Lactobacillus, Acetobacter, Aspergillus, Saccharomyces, and Alternaria were the predominant microorganisms. Alpha diversity metrics showed that bacterial diversity in Daqu was greater than that in AF and AAF. By contrast, fungal diversity increased from Daqu to AF and decreased in the initial stage (5–8 days) of AAF then remained relatively steady. Hence, these results could help understand dynamics of microbial community succession in continuous fermentation of traditional Chinese vinegars. The LZFV fermentation is a continuous process with spontaneous growth that affects the dynamics of microbial communities. Continuous changes of micro-environment conditions in substrate affect the diversity and structure of microbiota. Microbial growth and metabolism were closely related to the changes in the physicochemical characteristics of the cultures. The microbial flora composition showed rich diversity, and with the increase in brewing time and the change in micro-ecological environmental conditions; the microbial community showed a complex dynamic changes.

     

Ecosystems succession and biological turnover

Ecosystem succession and development of biological turnover are analyzed in a succession series from solonchakous meadow to meadow steppe in the forest steppe zone of Western Siberia. Characteristics of flow processes, biological turnover, and functional and structural diversity of ecosystems are considered. From the initial stages of succession to the final ones the intensity of abiotic flows drops, the degree of openness of the ecosystem decreases sharply and the role of biological turnover grows. The reserves of chemical elements in biomass, net primary production and biogeocenotic activity are maximal at the intermediate stages of succession. Humus reserves in soil increase from the initial stages of succession to the final ones. The diversity of soil processes is maximal at the initial stage of succession, the diversity of life form types, cenotic groups and ecological types of plants at the intermediate stages, and species diversity-in the final stage.     

Dynamics of bacterial community succession in a salt marsh chronosequence: evidences for temporal niche partitioning

The mechanisms underlying community assembly and promoting temporal succession are often overlooked in microbial ecology. Here, we studied an undisturbed salt marsh chronosequence, spanning over a century of ecosystem development, to understand bacterial succession in soil. We used 16S rRNA gene-based quantitative PCR to determine bacterial abundance and multitag 454 pyrosequencing for community composition and diversity analyses. Despite 10-fold lower 16S rRNA gene abundances, the initial stages of soil development held higher phylogenetic diversities than the soil at late succession. Temporal variations in phylogenetic β-diversity were greater at initial stages of soil development, possibly as a result of the great dynamism imposed by the daily influence of the tide, promoting high immigration rates. Allogenic succession of bacterial communities was mostly driven by shifts in the soil physical structure, as well as variations in pH and salinity, which collectively explained 84.5% of the variation concerning community assemblage. The community assembly data for each successional stage were integrated into a network co-occurrence analysis, revealing higher complexity at initial stages, coinciding with great dynamism in turnover and environmental variability. Contrary to a spatial niche-based perspective of bacterial community assembly, we suggest temporal niche partitioning as the dominant mechanism of assembly (promoting more phylotype co-occurrence) in the initial stages of succession, where continuous environmental change results in the existence of multiple niches over short periods of time.     

秸秆蓝藻混合发酵产沼气过程中微生物群落分析

采用实验室自制秸秆蓝藻混合厌氧反应装置进行沼气发酵实验,利用16S rRNA基因克隆文库的方法,对不同产气阶段的细菌和古菌的优势菌群进行多样性研究。结果表明:(1)不同产气阶段细菌优势种类存在差异,供试秸秆沼气反应器阶段细菌种类较为丰富,分属于6个门:产气初始阶段优势菌群为变形菌门(Proteobacteria),相对丰度为51.76%;产气高峰阶段优势菌群为厚壁菌门(Firmicutes),相对丰度为47.13%;产气结束阶段优势菌群为厚壁菌门(Firmicutes),相对丰度为28.89%;此外,还包括绿弯菌门、螺旋体门、绿菌门的细菌。(2)古菌种类明显少于细菌,均属于甲烷微菌纲(Methanomicrobia)、甲烷杆菌纲(Methanobacteria)和热原体纲(Thermoplasmata)。秸秆蓝藻沼气系统微生物群落结构的阐明具有一定的意义,可为秸秆沼气工程调控提供科学依据。     

马里亚纳海沟共培养细菌多样性动态变化及潜在微生物互作关系

马里亚纳海沟是世界已知最深的海沟,其寡营养、高压、低温、低氧等极端的深海环境孕育出独特的细菌群落结构及多样性特征。选取寡营养培养基对马里亚纳海沟海水及表层沉积物分别进行液体共培养,并在不同培养阶段取样进行高通量测序,分析细菌群落结构组成及其多样性的动态变化,探讨微生物之间可能的互作关系。研究结果表明：液体共培养样品中一共检测到19个门、34个纲、76个目、131个科、227个属的细菌,其中变形菌门（Proteobacteria）和拟杆菌门（Bacteroidetes）为优势菌群,其次为厚壁菌门（Firmicutes）;与其他样品相比,1000米海水样品中细菌群落的多样性最高,并且蓝细菌门（Cyanobacteria）具有更高的相对丰度。共培养样品中细菌丰富度、多样性、群落结构均随培养时间而改变,其中共培养中期样品的细菌多样性较高;表层沉积物样本中,盐单胞菌属（Halomonas）可能由于较强的竞争能力在共培养后期占据优势地位。基因功能预测与代谢通路富集结果显示,随着共培养时间的增加,微生物生长相关的代谢通路丰度明显下降,而与互作相关的代谢通路丰度明显增加。共培养样品检测到的细菌多样性远高于单独分离培养的多样性,仅有少量菌属为单独分离培养与共培养样品均检测到的共有属。综上所述,马里亚纳海沟细菌群落中存在竞争、互利共生的相互作用,共培养法有利于揭示细菌间的互作关系。研究为深渊及深海等极端环境下微生物生态系统组成及维持奠定了理论基础,也为进一步研究极端微生物的生存策略提供了科学指导。