藻际环境中微生物胞间通讯行为及作用

藻际环境中,微生物通过营养物质交换和活性物质释放相互作用,进而引发共生、竞争或合作等行为.结合环境条件的影响,藻际环境一般具有稳定而多样的微生态结构.以上行为发生的基础是以信号分子为媒介的微生物胞间通讯作用.本文系统综述了藻际环境的特征、藻际胞间通讯行为以及藻际胞间信号分子的类别与作用机制.特别针对痕量信号分子特性,结...     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

5株北极微藻藻际环境的细菌多样性

对5株北极微藻,如脆杆藻(Fragilariopsis sp.)、微单胞藻(Micromonas sp.)、四棘藻(Attheya septentrionalis)、海链藻(Thalassiosira sp.)和小球藻(Chlorella sp.)的不同生长时期的粘附细菌和游离细菌的16S rRNA基因进行PCR-DGGE分析,研究藻际环境的细菌多样性。结果表明,5株微藻具有不同的藻际微生物群落结构组成,其中微单胞藻、脆杆藻、四棘藻和海链藻的藻际细菌主要由Cyanobacteria(藻蓝细菌)、α-Proteobacteria(α-变形菌纲)和γ-Proteobacteria(γ-变形菌纲)组成,仅微单胞藻和脆杆藻检测出CFB(Cytophaga-Flexibacter-Bacteroides,噬纤维菌-屈挠杆菌-拟杆菌)。小球藻由Cyanobacteria、CFB、α-Proteobacteria和β-Proteobacteria(β-变形菌纲)组成。微单胞藻的藻际菌群结构稳定,不同生长时期的游离细菌和粘附细菌组成差异不明显。3株硅藻-脆杆藻、四棘藻和海链藻的游离细菌主要由γ-Proteobacteria组成,小球藻的游离细菌主要为β-Proteobacteria,而5株微藻的粘附细菌主要由Cyanobacteria组成。从DGGE图谱来看,在脆杆藻生长的延滞期、指数期和稳定期,其藻际游离细菌和粘附细菌的16S rRNA基因扩增条带数量和位置均有明显差异,但优势扩增条带较稳定;其他4株藻粘附细菌和游离细菌的扩增条带比较稳定,说明藻际关联菌群结构较稳定。藻菌种间特异性关系为不同微藻藻株提供了重要的线索,同时也带来更多的隐藏在藻际环境中的信息。     

海洋中藻菌相互关系及其生态功能

海洋中藻类与细菌密不可分,具有错综复杂的互作关系(如互利共生、敌对拮抗或竞争抑制等),共同构成了海洋生态系统结构与功能的重要调控者。在藻类细胞周围往往存在着特殊的藻际微环境,其中生存着独特的微生物群落,因此藻际环境成为藻菌相互作用的主战场。藻际环境中细菌群落的构建具有一定的规律。在自然生态系统中,藻菌互作影响赤潮生消动态过程,并在水质修复中具有重要作用潜力。同时,藻类和细菌作为驱动海洋固碳与储碳的主要生物因子,在海洋碳循环中具有尤为重要的作用。本文对海洋中藻菌互作关系的研究现状进行了综述,并在此基础上,对未来研究提出了几点展望。例如,目前对海洋中藻菌关系受病毒的调控作用了解甚少,值得未来深入研究。     

黄渤海海草分布区日本鳗草根际微生物群落结构特征及其功能分析

日本鳗草(Zostera japonica)是亚洲特有的海草种类,具有重要生态价值。近年来,黄渤海海草分布区中的日本鳗草海草床持续退化,引起了研究人员的广泛关注。【目的】基于根际微生物的分布与日本鳗草的健康生长密切相关的设想,本文旨在探究黄渤海海草分布区日本鳗草根际细菌群落结构多样性并分析其与海草健康生长的内在联系。【方法】选取黄渤海海草分布区中东营、威海、大连3个地点的日本鳗草根际与非草区表层沉积物,采用高通量测序技术(Illumina HiSeq PE300)解析根际微生物群落特征,并结合相关环境参数分析其环境功能。【结果】日本鳗草根际表层沉积物中主要存在的细菌类群有:变形菌门(Proteobacteria)所占比例为41.1%,蓝细菌门(Cyanobacteria)占15.4%,拟杆菌门(Bacteroidetes)占12.6%,放线菌门(Actinobacteria)占9.3%。不同地点之间以及样品类型(海草床根际与非根际)之间的微生物群落存在显著差异,主要表现为根际富含硫酸盐还原菌和固氮菌。环境因素:TN (total nitrogen)、TC (total carbon)、TOC (total organic carbon)、黏土(Clay)、砷(As)与根际群落组成与分布显著相关。【结论】从功能的角度来看,不同地点、不同样品类型之间的差异物种多与硫、氮代谢相关,硫酸盐还原菌对维持日本鳗草的生态健康起关键作用;日本鳗草根际微生物群落分布与环境因子、空间分布有一定相关性。     

Quorum Sensing Is a Language of Chemical Signals and Plays an Ecological Role in Algal-Bacterial Interactions

Algae are ubiquitous in the marine environment, and the ways in which they interact with bacteria are of particular interest in the field of marine ecology. The interactions between primary producers and bacteria impact the physiology of both partners, alter the chemistry of their environment, and shape microbial diversity. Although algal-bacterial interactions are well known and studied, information regarding the chemical-ecological role of this relationship remains limited, particularly with respect to quorum sensing (QS), which is a system of stimuli and response correlated to population density. In the microbial biosphere, QS is pivotal in driving community structure and regulating behavioral ecology, including biofilm formation, virulence, antibiotic resistance, swarming motility, and secondary metabolite production. Many marine habitats, such as the phycosphere, harbor diverse populations of microorganisms and various signal languages (such as QS-based autoinducers). QS-mediated interactions widely influence algal-bacterial symbiotic relationships, which in turn determine community organization, population structure, and ecosystem functioning. Understanding infochemicals-mediated ecological processes may shed light on the symbiotic interactions between algae host and associated microbes. In this review, we summarize current achievements about how QS modulates microbial behavior, affects symbiotic relationships, and regulates phytoplankton chemical-ecological processes. Additionally, we present an overview of QS-modulated co-evolutionary relationships between algae and bacterioplankton, and consider the potential applications and future perspectives of QS.     

微生物在珊瑚礁生态系统中的作用与功能

珊瑚礁是由珊瑚、鱼类、底栖生物、藻类以及微生物等多种生命形式组成的聚集体,代表着一类典型的海洋生态系统.珊瑚礁存在于热带和亚热带的寡营养环境,拥有极高的初级生产力和生产效率,被誉为“海底热带雨林”.微生物在珊瑚礁生态系统的生物地球化学循环、物质转化以及健康维护上具有重要作用.随着分子生态学的发展,微生物在珊瑚中的作用和功能日益凸显.本文总结了微生物生态学的研究现状,包括珊瑚生态系统中微生物的定植方式,共生微生物的特性(专一性、可塑性、协同进化),共生微生物与珊瑚疾病的关系与信号调节,以及微生物应对全球变化(气温升高、海水酸化、富营养化)的响应.从“珊瑚 微生物”共生体的发生、共生微生物的特性与生态功能,以及全球环境变化下微生物的衍生效应来梳理最新理论与成果,明确珊瑚微生物生态学机制,为更好地保护珊瑚资源、维护海洋生物多样性提供理论借鉴.     

昆虫肠道微生物的多样性、功能及应用

昆虫肠道微生物种类繁多、数量巨大,在与宿主长期的协同进化过程中,不仅形成极为多样的种群结构,也进化出多样的生物学功能,对宿主的营养、生理、发育、防御、抗逆等方面都产生显著影响。近年来,越来越多的昆虫肠道微生物的多样性和生物学特性被揭示,具有农业、能源和环保价值的众多微生物种类和活性基因得到了开发,展现出巨大的应用潜力。本文将从昆虫肠道微生物的多样性、生物学功能、应用三个方面对近年来的研究进展进行总结,并进行展望。     

水分条件变化对土壤微生物的影响及其响应机制研究进展

土壤微生物在维持陆地生态系统服务中扮演着重要的角色.土壤水分条件是影响微生物活性与生态系统功能的重要因素之一,全球气候变化所引起的极端干旱与降雨必将加速土壤水分的剧烈变化.由于不同土壤微生物对干旱胁迫的耐受性不同及其对水分变化的响应差异,使得土壤水分条件变化直接改变了土壤微生物活性与群落结构,进而对微生物介导的关键过程与土壤生态系统功能造成深刻的影响.因此,全面深入地理解水分条件变化下土壤微生物群落的结构变化特征与响应机制具有重要意义.本文在总结土壤水分条件变化对土壤微生物活性(土壤呼吸与酶活性)和微生物群落结构的影响的基础上,进一步阐述了土壤微生物对干旱胁迫与水分条件变化的响应机制和生态学策略,包括: 1)积累胞内溶质、产生胞外聚合物、进入休眠状态等应对干旱胁迫的细胞生理策略;2)微生物之间、微生物与植物之间相关抗逆性基因的转移及土壤微生物群落的功能冗余等应对水分变化的微生物机制.研究水分条件变化下土壤微生物群落结构及生态系统功能之间的内在联系,不仅有助于进一步剖析微生物介导的土壤生态过程,而且能够为今后陆地生态系统对气候变化的响应研究和模型预测提供理论依据.     

宏基因组学在人和动物胃肠道微生物研究中的应用进展

人和动物胃肠道存在大量微生物群落,这些微生物是与宿主长期共同进化的结果,并且同宿主的健康和疾病密切相关,因此胃肠道微生物研究已成为当今的热点研究领域。宏基因组学技术在这一领域的应用,使我们不仅能够对胃肠道微生物群落结构及多样性进行分析,还能进一步深入了解其代谢功能,开发和利用潜在的微生物及其基因资源。文中结合我们的研究工作,综述了宏基因组学在人和动物胃肠道微生物研究中的应用,同时着重介绍宏基因组研究的生物信息学技术。     

分子生物学技术在热泉地质微生物学研究中的应用

陆地热泉是一类典型的极端生命-环境互作的地质系统,是我们认识生命与环境协同演化的天然实验室。然而,受限于有限的研究手段,热泉中仍存在大量未解密的微生物"暗物质"。这种困境随着技术的革新得到了改善,尤其是近几年来基于组学、探针和同位素标记的多元化检测手段在嗜热微生物多样性的挖掘、新物种和新代谢途径的发现以及嗜热微生物对元素地球化学循环的调控和响应等方面取得了一系列令人瞩目的研究成果,使得热泉极端微生物和地质环境内在联系的研究也成为地质微生物学研究的热点。立足于前人研究成果,本文将简述常用于热泉地质微生物学研究的分子生物学手段的发展,重点总结其在挖掘热泉微生物多样性和热泉微生物的环境功能研究中的应用及进展,最后对未来研究方向提出展望。     

土壤微生物生态过程与微生物功能基因多样性

土壤微生物在陆地生态系统中具有重要的生态功能,包括参与地球化学物质循环、污染物降解、环境剧烈变化的缓冲等.土壤微生物的生态功能与土壤功能联系密切,微生物群落结构与组成变化会直接影响土壤功能的发挥.土壤微生物通过具有生物活性的酶参与一系列的代谢活动,编码酶的功能基因成为微生物功能标记物.近10年中,以功能基因多样性为核心的分子生态学研究迅速发展,为从功能基因角度了解土壤微生物的生态功能提供了一个新的切入点.本文综述了与土壤微生物生态功能相关的功能基因多样性研究进展,并对该领域的发展前景提出展望.     

空间组织模式：微生物群落组装的“游戏”规则

在生物膜形成过程中,微生物种群之间通过主动或者被动的生物过程所形成的独特空间结构被称为空间组织模式。微生物空间组织模式广泛存在于自然和人工环境中,比如医疗、工业和生态系统等,是微生物形成和维持特定群落结构并发挥功能的主要方式,也是形成和维持微生物群落多样性的关键机制。然而,由于微生物群落的复杂性及相关研究方法的局限性,微生物空间组织模式方面的研究目前仍然处于起始阶段。本文梳理了微生物空间组织模式领域的研究进展,系统总结了空间组织模式初始阶段（微生物界面附着）和成熟阶段（空间自组织）的形成过程与协同机制,以及其对微生物养分利用和元素循环、微生物多样性维持和种群进化及功能的影响和调控机制,并分析了影响微生物空间组织模式的关键环境因素。