微生物在藻际环境中的物质循环作用

浮游植物作为海洋初级生产力的主要驱动者,其功能的发挥与共生微生物密不可分.藻类(甲藻、硅藻或蓝藻)的栖息环境中存在多样的共生细菌,各类细菌拥有不同的组成比例,但某些异养细菌在藻际环境中总是占据优势地位,如变形杆菌、黄杆菌及放线菌等.基于微生物在调节微食物网、促进物质循环和维持生态系统平衡中的重要意义,本文主要以赤潮事件的藻际环境为例,尝试梳理上述主导性“常驻微生物”在“藻-菌”共生体物质转化中的作用.特别是针对近些年来倍受关注的黄杆菌和玫瑰杆菌,着重例述了它们在物质代谢中的行为与生态策略,以更好地理解常驻物种在藻际生态位中的生态行为与协同进化.     

藻际环境微生态结构与功能的研究进展

藻际环境是以藻类分泌物为骨架构成的微型生态结构,包含多样的生物和非生物,主要是微生物、胞外多糖、蛋白质和核酸等物质。藻际环境为复杂的藻菌互动提供平台,也为藻际系统的物质代谢、能量流动和信息交流提供基础。藻际环境不仅可以形成特殊的生态位,而且藻菌作用对多种生源要素循环起到了关键的作用;同时,藻际多糖的沉降为碳封存做出了重要贡献;再者,藻类在应激的时候,可以通过藻际环境形成对种群的保护。基于藻际环境结构和功能多样化的特点,解析其中的生态过程,对未来阐释生态现象的发生(如藻华)和生态修复都具有重要意义。该文综述了藻际环境的特性、影响因素和功能,旨在更好地认识藻际生态位,为藻类系统生态学发展提供理论依据。     

藻际菌胶团的特征、调节机制与生态功能

藻类对促进海洋物质循环、维持水生环境的生态平衡具有重要作用。在藻菌关系中,基于微生物的多样性和重要性,藻类与细菌之间的相互关系成为了研究的热点。藻际(phycosphere)环境是藻菌共生的一种典型生态位(niche),在这一生境中微生物形成的菌胶团(zoogloea consortium)是调控藻菌关系的重要组成部分。以往的研究证明菌胶团具有结构多样性和功能多样性,在维持藻际环境稳定、物质循环和信息交流方面具有重要的生态意义。本文中,笔者以藻际菌胶团为重点,综述其物质基础(物种组成、胞外聚合物类别)、结构特征(生物被膜)以及生态功能,并从化学信号的角度探讨了群体感应信号(quorum sensing)对菌胶团的调节机制。论文旨在梳理菌胶团的形成特点及其在营养摄取、环境抗性、功能维持上的最新进展,并在此基础上提出展望,为未来深入理解藻际菌胶团的生态学机制提供化学生态学思路。     

锥状斯氏藻藻华期间群体感应信号菌株的动态变化

群体感应信号(quorum sensing, QS)是细菌的一种特殊交流方式, 它具有调节种群密度、生物膜形成、毒素产生以及色素的形成等多种功能。藻菌关系是藻华过程中重要的一环, 为了探求藻华过程中信号微生物的动态变化, 我们以深圳大鹏湾的锥状斯氏藻(Scrippsiella trochoidea)藻华中的QS 菌株为研究对象, 应用报告菌株和环境微生物宏基因组方法, 监测了藻华爆发期间信号微生物的动态变化过程, 并构建了藻类、QS 微生物与其它微生物的相关性关系。结果表明:在筛选的QS 菌株中经去冗余和重复后成功鉴定了7 种不同的细菌, 分别是冷杆菌Psychrobacter cryohalolentis、普罗维登斯菌Providencia sneebia、假单胞菌Pseudomonas stutzeri、微小杆菌Exiguobacterium sp. AT1b、产酸克雷伯菌Klebsiellaoxytoca、球形赖氨酸芽孢杆菌Lysinibacillus sphaericus 和鲍氏不动杆菌Acinetobacter baumannii。相关性分析发现P.sneebia 的丰度与藻类数量变化呈正相关, 而L. sphaericus 和P. stutzeri 的丰度与藻类数量变化呈负相关, 其它QS 微生物中未见显著相关性。综合实验的结果来看, QS 微生物在藻际微生物的群体结构中扮演着一定的生态作用, 它帮助我们从一个新的视角了解藻华过程中QS 微生物的丰度变化和网络关系, 为认识藻菌关系提供了新的思路。     

群感效应对电活性微生物胞外电子传递的影响

群感效应（quorum sensing,QS）是微生物之间以信号分子受体蛋白感知信号浓度变化,从而调控菌群的行为及功能,使其适应环境变化的信号通讯机制。电活性微生物（electroactive microorganisms,EAMs）能进行胞外电子传递,在可再生能源利用和环境修复方面具有广阔的应用前景。近年来,关于QS在EAMs胞外电子传递中的作用的研究日益增多。本文总结了QS对纯EAMs或混合产电菌群的直接或间接电子传递的影响效应及机制,阐述了基于QS的EAMs逻辑与门的构建及其应用前景,并从机制研究的角度展望其未来发展方向。     

藻际环境中胞外聚合物的研究进展

微藻向细胞周围释放营养物质而形成了独特的藻际微环境,吸引了大量细菌的定殖。藻际环境中藻菌关系错综复杂,其间充斥着多样的物质交换与信息交流。以胞外聚合物(extracellularpolymeric substances,EPS)为代表的有机质在其中起着纽带作用。微藻和细菌都可以产生EPS,其过程受多种因素的调节。EPS在藻际环境中具有重要的生态功能,包括参与生物被膜(biofilm)的形成,影响藻菌共生关系的建立以及调节藻际微生物群落组成等。此外,EPS中的一大类别透明胞外聚合物颗粒(transparent exopolymer particles,TEP)还介导了海洋溶解有机碳向颗粒有机碳的转化,参与了海洋碳循环过程。本文以EPS的产生、组成以及对碳转化的影响为重点,综述了其在藻际生态位(Niche)中的生态功能,以期为深入理解藻际环境中的有机质特征和藻菌共生关系提供理论依据。     

应用PCR-DGGE技术研究石莼、网地藻藻际微生物多样性

应用变性凝胶梯度电泳(PCR-DGGE)技术对石莼、网地藻藻际微生物多样性进行研究,并对其进行相似性、未加权聚类分析(UPGMA)及微生物多样性(Shannon)指数分析。结果表明,PCR-DGGE图谱显示,石莼、网地藻藻际微生物DGGE图谱有着明显的差异性,具体表现在条带数及密度值的不同。Quantity one图谱分析表明:石莼藻际微生物16S r RNA基因的V3区共分离得到25条DNA片段,网地藻为16条DNA片段。DGGE相似性及未加权聚类分析表明:网地藻藻际微生物间的相似性为77.78%,石莼藻际微生物细菌群落间的相似性为49.25%。Shannon指数分析表明,石莼藻际微生物多样性指数显著高于网地藻(P0.05)。石莼藻际微生物细菌群落较网地藻丰富。     

雌、雄配子体间及雌配子体成员细胞间的通讯

被子植物的双受精是一个复杂而精密的调控过程.成功的受精依赖于配子体的正确发育以及雌配子体与雄配子体间的相互识别.研究表明,雌配子体自身成员细胞间存在广泛的胞间通讯.这种通讯不仅影响不同细胞的发育进程,也决定细胞的发育命运,从而保证雌配子体的正常发育.此外,雌配子体与雄配子体间存在胞间通讯,这种胞间通讯是雌配子体与雄配子体间相互识别的分子基础,精确调控了雄配子体准确进入珠孔、在雌配子体内适时停止伸长、尖端破裂并在特定位置释放精细胞等过程.本文概述了这些方面的最新进展,梳理胞间通讯的途径与信号,并展望了未来雌、雄配子体间及雌配子体成员细胞间通讯的研究方向与可能的应用前景.     

塔玛亚历山大藻藻际细菌溶藻过程

海洋微藻在生长过程中向周围环境分泌多种胞外产物,形成细菌自由生长的藻际环境,藻际细菌对微藻的生长有一定的调控作用。在指数生长期的塔玛亚历山大藻培养液中加入φ为1%的2216E培养基,在加入2216E后16h内藻细胞全部裂解。用数码显微镜记录了藻细胞形态变化,分别用DAPI法和荧光模拟底物法测定了细菌数量、胞外酶活性变化,结果表明:在溶藻过程中细菌数量、胞外酶活性在第6小时到第10小时增加了50～100倍。塔玛亚历山大藻藻际细菌主要分布在藻细胞表面,其群落结构改变和数量剧增是溶藻的主要原因,细菌分泌的β-葡萄糖苷酶和几丁质酶可能在溶藻过程中起重要作用。     

细菌信号分子N-酰基高丝氨酸内酯调控植物抗性的研究进展

自然界中植物与细菌长期共存,共同进化,二者之间形成由不同信号分子介导的复杂的相互作用网络。N-酰基高丝氨酸内酯（AHLs）是革兰氏阴性细菌胞间通讯的信号分子,可被植物感知,并能调控植物多种生理行为,包括植物的天然免疫、生长发育、耐逆性等。本文综述近年来的相关研究进展,有助于全面了解植物与细菌间的信息交流机制,并对农业生产提供理论指导。     

坛紫菜养殖周期中的藻际微生物多样性

摘要:【目的】坛紫菜是我国江浙海区栽培地主要经济藻类。观察紫菜养殖过程中藻际微生物的群落特点及变化,研究藻际环境中的微生物因素在紫菜栽培中的作用,为保证紫菜健康生长及病害防治提供理论与实验基础。【方法】采用传统纯培方法和PCR-DGGE 技术分离归类坛紫菜养殖周期中的藻际微生物,并利用16SrDNA (细菌)和18S rDNA(真菌)序列测定及在线BLAST比对鉴定到属,比较分析不同生长阶段、不同养殖海区及养殖过程的坛紫菜藻际微生物的多样性特点。【结果】在坛紫菜养殖过程中总共分离到467株细 菌,共41个属。分类结果显示藻际细菌归属于变形菌门(Alphaproteobacteria和Gammaproteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)和拟杆菌门(Bacteroidetes),优势菌群为α-变形菌纲和γ-变形菌纲。分离到55株真菌,共15个属。分类结果显示绝大多数真菌归属于子囊菌门(Ascomycota),仅1株归属于担子菌门(Basidiomycota)伞菌纲(Agaricomycetes)。细菌多样性大于真菌。坛紫菜藻际细菌有19个特异菌属,对照海水细菌有13个特异菌属;从丝状体中分离到大部分真菌和放线菌,坛紫菜养殖丝状体和不同叶状体养殖阶段的藻际微生物类别差异明显。在分离的坛紫菜藻际微生物中发现了与引起细菌性红烂病的海科贝特菌(Cobetia marina)、引起白斑病的紫菜茎点菌(Phoma porphyrae)高度相似的菌株,以及与典型的腐霉如镰孢霉菌(Fusarium sp.)和曲霉(Aspergillus sp.)高度相似的菌株。【结论】坛紫菜养殖过程中藻际微生物的多样性受到紫菜生长形态、养殖时间及养殖环境等因素的影响。在藻际微生物中发现与紫菜致病菌高度相似的微生物,作为潜在致病微生物应得到重视。     

群体感应系统介导细菌生物膜形成的研究进展

群体感应(QS)是微生物之间的通讯机制,通过信号分子调控基因表达,这种交流可使细菌表达不同的生理行为,包括病原微生物的毒性、对抗生素的形成、生物膜的形成与生长等。生物膜的形成对微生物的代谢、毒力因子的表达等密切相关。群体感应现象与生物膜的形成相互依赖,生物膜提供菌体聚集场所,避免群体感应信号分子的扩散,聚集菌体的群体感应现象为生物膜的形成提供基础。群体感应系统不仅可直接介导细菌生物膜的形成,还可调节胞内第二信使分子水平,间接调控生物膜的生成。本文中,笔者从直接和协同其他信号分子两方面对细菌生物膜形成机制研究进展进行综述,为在工业应用中降低细菌耐药性、指导食品生产安全、提高功能性生物膜产量等方面提供理论依据。     

真菌中的群体感应系统

以胞间通讯信号分子介导的细菌群体感应参与细菌多种生理功能的调控是非常普遍的。近年的研究表明,真菌中也存在类似于细菌群体感应信号分子的调节分子,并且介导着真菌某些生理行为的调节。这一过程也称为真菌的群体感应系统。文中简要介绍真菌群体感应系统的研究进展,并讨论了真菌群体感应系统作为抗真菌感染靶点的可能性。     

微生物的交流信号

多年来微生物一直被认为是相对孤立的个体,在环境中独立地生存,但近些年的研究使人们认识到微生物也使用复杂多样的方式进行种内、种间,甚至与其他生物间的跨界信息交流。这些交流由特定的信号分子来完成,称之为微生物语言。借助这些交流语言使微生物在特定的生态位中与其相邻个体或种群建立了多样的互动关系,包括合作、竞争与资源共享等,通过协调群体行为,共同应对多变的环境。随着现代分子科学对自然微生物群落的不断深入研究,人们对微生物交流也逐渐有了更为清晰的认知。本综述总结了原核和真核微生物所使用的主要信号物质(如群体感应、群体猝灭、抗生素等)和交流方式,讨论了这些通讯语言在种内(同种微生物)、种间(异种微生物),以及跨界(微生物与宿主)交流上的表现。旨在更为深入地解读这一有趣的多学科交叉研究领域,更好地理解微生物交流语言的形式、机制和目的,为微生物行为的解读和生态事件的解析获取基于化学生态学的新思路。     

细菌胞际电子转移及其生态生理学意义研究进展

胞际电子转移是指细胞内电子以间接或直接的方式传递到细胞外,最终到达细胞周围电子受体的过程.胞际电子转移普遍存在于自然界,尤其存在于电子受体相对匮乏的环境中.胞际电子转移可分为间接和直接胞际电子转移.间接胞际电子转移(胞际基质转移)是主要借助氢、甲酸以及其他代谢产物的电子传递;而直接胞际电子转移则由胞内电子转移偶联胞外电子传递实现.胞际电子转移促进了细胞的基质代谢活性,拓展了细胞的作用空间,具有重要的生理意义.胞际电子转移产生了电流,实现了菌间能源共享,驱动了胞外物质(如重金属、腐殖质)转化,具体重大的生态意义.本文总结相关文献,对细菌胞际电子转移的过程、特点、机理及其生态生理学意义作了系统的分析和探讨.     

N-酰基高丝氨酸内酯调控植物生长发育的研究进展

植物与细菌之间存在着复杂的相互作用关系。N-酰基高丝氨酸内酯（AHLs）是革兰氏阴性细菌进行胞间通讯的信号分子,也是介导植物与细菌互作的重要信号分子,在调控植物生长发育方面起着重要作用。本文对近年来的相关研究进展作一综述,这将有助于全面了解植物与细菌间的信息交流机制,并对实际农业生产具有指导意义。     

抗生素作为链霉菌种间信号的研究获进展

<正>微生物能够产生多种结构各异的抗生素,然而,对微生物产生抗生素的真正生物学意义的认识至今尚不明晰。目前,研究表明天然抗生素除了对非产生菌的抑杀作用外,还可能在微生物种间起信号作用;但是,迄今为止尚没有在分子层面上,对抗生素作为种间信号介导特定的生理行为及其机理有深入的阐释。     

真菌群体感应现象的研究进展

群体感应是细菌中普遍存在的细胞与细胞间的通讯系统,即细菌可通过向环境释放可扩散的信号分子来感知细胞群体密度并调控自身的某些生理行为。近年来研究发现,真菌中也存在类似于细菌群体感应信号分子的信息素,并参与调节真菌诸如菌相转化、致病性及次级代谢产物产生等生理行为。主要综述了目前真菌中群体感应系统的研究进展。     

微生物群体效应信号分子研究进展

微生物细胞通过分泌可溶性小分子控制群体行为,获得生存优势的行为称为群体效应（Quorum sensing）。单细胞微生物利用群体效应获得多细胞生物的功能,从而提高自身在环境中的竞争力。信号分子是微生物发挥群体效应、进行信息交流的关键因子。信号分子普遍存在于各类微生物群体中,其结构、性质与功能存在巨大的种属差异,对信号分子进行全面的研究将有助于更加深入地了解和利用微生物群体效应。本文主要对群体效应信号分子在种类、结构、来源以及功能等方面的研究进展进行介绍。     

海洋细菌生态学的若干前沿课题及其研究新进展

海洋细菌在海洋生态系统中的重要作用随着微食物环的提出被深入认识和充分肯定。本文概述了海洋细菌在微食物环中的重要生态作用及微食物环的研究进展,海洋细菌在碳的生物地球化学循环中的重要性,海洋细菌的活性及其群落结构与功能,分析了藻际环境特性和藻际微生物在赤潮多发海域的生态作用,提出了我国海洋细菌生态学研究的若干新思考与新任务,强调了基于"以菌治藻"的新理念,开展针对于赤潮灾害防除的"微食物环-赤潮-关键微生物菌群"耦合互作这一重要科学问题研究的必要性及紧迫性。