FM4-64和Hoechst染料在活细菌胞膜和拟核标记定位中的条件优化与应用

摘要:【目的】为了观察细菌细胞膜和拟核的形态结构,准确对亚细胞进行定位。【方法】本文利用FM4-64和Hoechst两种染料,分别采用不同浓度和不同时间对大肠杆菌活细胞进行染色和荧光共聚焦显微成像,并对7种细菌的活细胞(金黄色葡萄球菌、铜绿假单胞菌、肺炎克雷伯菌、鼠疫耶尔森菌、军团菌、霍乱弧菌和炭疽芽孢杆菌)进行染色观察。【结果】相同观察条件下,不同染料浓度和不同的染色时间影响了细胞膜、拟核的荧光强度;确定了FM4-64染色通用条件(浓度20 μg/mL 染色1 min)和Hoechst的最佳条件(浓度20 μg/mL染色20min)。上述条件下,Hoechst对8种细菌染色效果均较理想,然而FM4-64对细菌染色效果不同,革兰氏阴性菌(大肠杆菌、肺炎克雷伯菌、鼠疫耶尔森菌、霍乱弧菌、铜绿假单胞菌和军团菌)表现较好的细胞膜轮廓,革兰氏阳性菌(炭疽芽孢杆菌和金黄色葡萄球菌)效果较差。【结论】FM4-64和Hoechst两种染料共染8种细菌,对细胞膜和拟核的染色观察,可为原核细胞结构染色提供借鉴,并为大分子的亚细胞定位研究奠定基础。     

一株培菌白蚁后肠木聚糖降解细菌的分离与鉴定

【目的】从培菌白蚁——黄翅大白蚁肠道微生物菌群中分离能降解木聚糖的细菌。【方法】以木聚糖为唯一碳源,利用刚果红染色,根据透明圈大小进行筛选。通过显微形态,革兰氏染色及16S r RNA基因序列分析进行菌株鉴定。二硝基水杨酸(DNS)法测定细菌生长过程中木聚糖酶酶活变化,比较酶活与菌株生长状况的关系。【结果】从黄翅大白蚁肠道中筛选到一株具有较高木聚糖降解活性的革兰氏阳性菌Mb1,16S r RNA基因序列分析表明为类芽孢杆菌属细菌,命名为Paenibacillus sp.Mb1。该菌培养72 h后菌体浓度达到最高,木聚糖酶酶活主要存在于培养液上清中,酶活在对数期增长快,在培养96 h时达到最高值,之后趋于稳定。【结论】从黄翅大白蚁肠道中分离出一株具有较高木聚糖酶活的类芽孢杆菌,可作为产细菌木聚糖酶的潜在优良菌株。     

叠氮溴化丙锭-荧光定量PCR法实时快速检测5种乳杆菌活菌数方法的建立与应用

【背景】乳杆菌属是发酵食品中最常见的微生物之一,与食品的品质和安全密切相关,定量检测乳杆菌活菌数、解析乳杆菌群落组成对发酵乃至肠道微生物等具有重要意义。【目的】建立一种在种水平上定量检测5种乳杆菌活菌数的叠氮溴化丙锭-荧光定量PCR (propidium monoazide-quantitative PCR,PMA-qPCR)检测方法并探讨其适用性。【方法】以植物乳杆菌、发酵乳杆菌、短乳杆菌、嗜酸乳杆菌和干酪乳杆菌等发酵食品中常见的5种乳杆菌为目标菌株,查找并筛选特异性引物用于荧光定量PCR (qPCR)检测,优化叠氮溴化丙锭(PMA)处理条件,测定PMA-qPCR检测法的特异性、灵敏度及可靠性。最后利用PMA-qPCR法检测黄酒酿造过程中5种乳杆菌的活菌数。【结果】PMA最佳处理条件为：浓度20 μmol/L下暗处理15 min后曝光15 min,此时可抑制样品中99.89%的死菌DNA扩增。该方法特异性高,能够准确识别5种乳杆菌;线性关系强,R2>0.98;灵敏度高,检测限为101.8?103.2 CFU/mL;重复性好,Cq值变异系数小于1%;与平板计数相比差异不显著(统计学上),p>0.05。利用该方法检测黄酒中5种乳杆菌的活菌数,发现发酵乳杆菌、干酪乳杆菌和短乳杆菌是主要的乳杆菌(总计占比59%?89%),与已知黄酒酿造中乳杆菌群落组成相符。【结论】建立的PMA-qPCR法能够快速、准确地检测5种乳杆菌的活菌数,为解析样品中乳杆菌的实时组成及检测具有活性但不可培养(viable but nonculturable,VBNC)状态的乳杆菌提供了可靠的手段。     

油气田土壤甲烷氧化菌实时荧光定量PCR检测技术的 建立与应用

【目的】建立快速检测甲烷氧化菌含量的SYBR GreenⅠ实时荧光定量PCR技术,用于油气微生物勘探。【方法】以含有甲烷氧化菌功能基因pmoA片段的重组质粒为标准品,优化实验条件,建立标准曲线,进行敏感性、重复性和特异性评价,并将该技术用于实际样品的检测。【结果】该技术标准曲线的相关系数R2为0.999 9,扩增效率为99.976%,检测范围为3.897×101-3.897×109 copies/μL,检出限约为40 copies/μL,重复性实验中CT值的变异系数优于3%,对12种非甲烷氧化菌均没有扩增,显示该技术具有很好的敏感性、重复性和特异性。利用该技术对气田、油田和非油气田土样进行了检测,发现气田具有明显的异常高值。【结论】为油气田的勘探建立了一种高效、特异、灵敏、准确的甲烷氧化菌荧光定量PCR检测技术,同时为其它指示菌检测技术的建立提供了参考。     

荧光标记噬菌体快速检测K1荚膜大肠杆菌方法的建立及应用

【背景】大肠杆菌(Escherichia coli,E.coli)是引发新生儿脑膜炎和禽类脑膜炎最常见的革兰氏阴性菌,其中含K1荚膜大肠杆菌是重要的病原菌。目前,K1荚膜大肠杆菌的检测方法存在一些弊端。【目的】利用PNJ1809-36噬菌体的宿主特异性建立快速检测K1荚膜大肠杆菌的方法。【方法】用荧光染料SYBR Gold标记PNJ1809-36噬菌体,侵染33株受试菌,在荧光显微镜下观察,测定该方法的特异性;倍比稀释宿主菌DE058,用荧光标记噬菌体侵染,测定该方法的灵敏度;用荧光标记噬菌体检测8份模拟粪样,测定该方法的临床应用效果;测定4℃避光保存4个月的荧光标记噬菌体的效价和检测效果。【结果】33株受试菌中的9株K1荚膜大肠杆菌有8株可见环状荧光,1株未能检出;20株非K1荚膜大肠杆菌以及4株非大肠杆菌属细菌均不能观察到荧光,检测灵敏度达100CFU/mL。8份模拟粪样的检测结果显示,3份含有K1荚膜大肠杆菌的粪样均可见环状荧光,5份不含K1荚膜大肠杆菌的粪样均无荧光。荧光标记噬菌体4℃避光保存4个月后效价无明显下降,检测效果无明显变化,表明该荧光标记噬菌体在4℃避光条件下较稳定。【结论】用荧光标记的PNJ1809-36噬菌体能够在15min内特异、快速、直观地检测K1荚膜大肠杆菌。     

两株内生芽孢杆菌对盐胁迫下大豆幼苗超氧化物歧化酶和过氧化物酶活性影响

【背景】盐胁迫环境严重影响大豆幼苗生长,内生菌可提高作物的抗逆性。【目的】探究接种内生枯草芽孢杆菌127和解蛋白芽孢杆菌133对盐胁迫下大豆幼苗体内超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)和过氧化物酶(peroxidase,POD)活性的影响。【方法】以“徐豆20”为实验材料,采用盆栽实验法,设置对照组、盐胁迫组和盐胁迫接菌组,在人工气候培养条件下,用不同NaCl浓度(50、100、150、200、250和300 mmol/L)处理大豆幼苗,并接种不同OD600值(OD0.33、OD0.50和OD0.75)的菌悬液。【结果】培养14 d,接种枯草芽孢杆菌127的菌悬液OD0.33和OD0.75分别在盐浓度300 mmol/L和100 mmol/L时,SOD活性均为1.04 U/g-FW;接种解蛋白芽孢杆菌133的菌悬液OD0.50在盐浓度300 mmol/L胁迫下POD活性最高为7 820 U/(g·min),对大豆幼苗修复效果较显著。培养28 d,接种枯草芽孢杆菌127的菌悬液OD0.50,在150 mmol/L时SOD活性最高(0.88 U/g-FW);接...     

基于EMA-qPCR的茄科青枯菌活体检测技术的建立

【目的】利用特异性核酸染料叠氮溴乙锭(Ethidium monoazide bromide, EMA)与实时荧光定量PCR技术相结合, 建立一种能有效区分青枯菌死活细胞的检测方法。【方法】样品DNA制备前经EMA渗透预处理, 再进行实时荧光定量PCR特异扩增菌体DNA。【结果】终浓度为2.0 mg/L的EMA能有效排除1.0×107 CFU/mL灭活青枯菌细胞DNA的扩增, 对活细胞和不可培养状态(Viable but non-culturable, VBNC)活菌的DNA扩增均没有影响。当每个定量PCR反应体系中的活细胞在5.0×100?5.0×104 CFU范围内时, 扩增Ct值与定量PCR反应体系中活细胞CFU对数值呈良好的负相关性(R2=0.992 5)。比较EMA-qPCR法和平板计数法对经过不同温度短期保存的青枯菌检测结果发现, 待检样品可在24 °C与4 °C冷藏条件下短期保存。【结论】本研究建立的EMA-qPCR方法能有效检测青枯菌VBNC细胞和有效区分死活菌, 避免或减少青枯菌PCR检测的假阳性和假阴性。     

实时荧光定量TaqMan-MGB探针法检测杆菌样巴尔通体

【目的】应用Taq Man探针实时荧光定量PCR技术建立特异性强、敏感性高和稳定性好的快速杆菌样巴尔通体检测方法。【方法】应用生物信息学方法查找杆菌样巴尔通体特有基因,从中筛选出一段特有的基因序列为模板设计探针和引物。通过比较Ct值和荧光强度确定扩增反应的最佳退火温度、探针和引物浓度;将扩增产物连接到p EASY-T载体上制备标准品,绘制标准曲线,分析扩增效率和线性关系;评估方法的特异性、敏感性及重复性。【结果】优化后退火温度为60°C,探针和引物浓度均为200 nmol/L,反应体系20μL。特异性实验显示只有杆菌样巴尔通体扩增出荧光信号,其他种属细菌均未见荧光信号;标准曲线线性关系良好(R2=1),扩增效率E=98.18%;最低检出限为每个PCR反应3个拷贝;组内和组间的变异系数CV值分别为0.21%–0.42%和0.29%–0.59%,在允许范围内。【结论】研究建立的实时荧光定量Taq Man-MGB探针法特异性强、灵敏度高、稳定性好,可快速检测鉴定杆菌样巴尔通体,为这种巴尔通体所引起的一系列疾病的早期快速诊断、监测和流行病学调查等研究提供有效手段。     

马铃薯立枯丝核菌拮抗菌QHZ11的实时荧光定量PCR快速检测与应用

【背景】植物根际促生菌(plant growth-promoting rhizobacteria,PGPR)在根际的定殖是其发挥作用的基础,直观有效的跟踪技术和定量方法是研究PGPR在根际原位分布规律的重要工具。【目的】建立一种马铃薯黑痣病病原菌——立枯丝核菌拮抗菌QHZ11的实时荧光定量PCR快速检测体系,并检测拮抗菌QHZ11在马铃薯根际的动态变化。【方法】根据GenBank中登录的类芽孢杆菌及近源菌株gyrB基因序列差异筛选特异性引物,优化反应条件;通过盆栽试验对马铃薯根际拮抗菌进行快速检测。盆栽试验设3个处理,T1：对照(无菌水,CK);T2：QHZ11菌悬液灌土(QHZ11);T3：将功能菌在有机肥中进行二次固体发酵制成生物有机肥(BOF11)。【结果】筛选出拮抗菌QHZ11的专用引物为gyrB-F/gyrB-R;建立的拮抗菌QHZ11实时荧光定量PCR检测方法特异性好、灵敏度高且重复性较好,线性相关系数为0.999 8,检测组内变异系数均在1%以内,扩增效率为0.9,可检测出1×103?1×1010 copies/g-soil的拮抗菌,具有检出限低和扩增效率高的特点。盆栽试验结果发现,T3处理马铃薯根际拮抗菌QHZ11的数量从接种的第10天即高出T2处理一个数量级,并于马铃薯盛花期(接种后第60天)达到峰值,说明二次固体发酵增加了拮抗菌在根际土壤中的存活和繁殖。【结论】建立的实时荧光定量PCR快速检测体系灵敏、高效,可为研究拮抗菌在马铃薯根际原位分布以及与病原菌的互作方面提供便捷有效的方法。     

尼罗红染色法筛选产油酵母及定量检测胞内油脂含量的研究

【目的】建立产油酵母筛选以及胞内油脂含量测定的简便方法。【方法】利用尼罗红与胞内油脂成分结合后在紫外光照射下发出荧光且荧光强弱与油脂含量相关的原理。通过在添加尼罗红的培养基中培养酵母,并观察菌落荧光的方法对385株深海酵母进行产油脂菌株筛选,利用26S rDNA D1/D2区序列分析方法对筛选获得的产油酵母菌株进行鉴定,并以其中的一株高产油脂酵母(2A00015)为试验菌株,建立了一套尼罗红染色快速测定油脂含量的方法。【结果】获得22株产油酵母,其中油脂含量最高可达62.9%,经分子鉴定后显示这22株酵母分别属于(Candida viswanathii)、近平滑假丝酵母(Candidaparapsilosis)、粘质红酵母(Rhodotorula mucilaginosa)、汉逊德巴利酵母(Debaryomyceshansenii)、季也蒙毕赤酵母(Pichia guilliermondii)以及Rhodosporidium paludigenum酵母。尼罗红染色快速测定油脂含量方法的最佳检测条件为:菌悬液OD600小于1.2,尼罗红浓度0.5 mg/L,染色时间5 min,激发波长488 nm,发射波长570 nm。该测定方法得到相对荧光强度与称重法得到油脂含量呈正相关性,R2=0.9637。     

冻干高活力纳豆芽胞杆菌菌粉保护剂的筛选和优化

【目的】对冻干高活力纳豆芽胞杆菌菌粉保护剂进行筛选和优化研究,提高菌粉活菌存活率。【方法】采用单因素实验和正交实验设计,通过测定活菌存活率,筛选出最佳保护剂的配方;并研究采用优化后冻干保护剂制备的菌粉在20°C、4°C、25°C下的保存稳定性。【结果】纳豆芽胞杆菌的有效保护剂是:脱脂乳粉、甘露醇、L-抗坏血酸钠。最佳冷冻干燥保护剂配方是:脱脂乳粉10%+甘露醇4%+L-抗坏血酸钠1%,存活率达到91.63%。菌粉在20°C、4°C、25°C下保存12个月后,存活率分别为:88.79%、70.16%和10.52%,说明菌粉在20°C和4°C下保存稳定性较好,25°C下稳定性比较差。【结论】对纳豆芽胞杆菌冻干菌粉保护剂的优化,对纳豆芽胞杆菌的应用、活菌产品的质量稳定及新产品的研发均有一定的指导意义。     

应用实时荧光定量PCR方法定量检测双歧杆菌对Caco-2细胞的黏附

【目的】采用实时荧光定量PCR的方法定量分析黏附于Caco-2细胞的双歧杆菌,并建立一种快速有效分离黏附于细胞的细菌的方法。【方法】采用Triton X-100溶液处理黏附于Caco-2细胞上的菌体,确定获得最佳分离效果的处理时间;建立实时荧光定量PCR定量检测双歧杆菌的方法,获得标准曲线,进行特异性、灵敏度、重复性评价;应用建立的方法分析11株双歧杆菌对Caco-2细胞的黏附能力。【结果】Triton X-100处理黏附于Caco-2细胞的双歧杆菌的最佳作用时间为10 min。实时荧光定量PCR定量检测双歧杆菌的方法重复性好、特异性强、灵敏度高;起始模板浓度范围在104?108 CFU/mL之间具有良好的线形关系,相关系数>99%,在该浓度范围线性方程为：y=?3.345 2x+37.637 0。应用建立的方法定量分析双歧杆菌的黏附能力,与直接镜检法相比差异不显著(P>0.05),检测时间由48 h缩短至4 h。【结论】Triton X-100分离处理结合实时荧光定量PCR方法是一种快速、有效的检测双歧杆菌对Caco-2细胞黏附能力的方法。     

Confocal microscopy: principles and applications to the field of reproductive biology

Confocal microscopy allows analysis of fluorescent labeled thick specimens without physical sectioning. Optical sections are generated by eliminating out-of-focus fluorescence and displayed as digitalized images. It allows 3-dimensional reconstruction (XYZ) and time-analysis (XYT), thus providing unique chance to link morphology with cell function. Since images are obtained by scanning, excess illumination of the specimen and quick decrease of the fluorescent signal are avoided. Resolution obtained with a Laser Scanning Confocal Microscopy (LSCM) is theoretically better than that of a conventional microscope. The preparation of the specimen may be based on standard techniques, such as immunocytochemistry applied to fixed cells, or on staining of living cells, following the use of different fluorescent probes at the same time (colocalization). In our laboratory, we use the LSCM system Fluoview version 2.1 (Olympus) to study reproductive biology of animals and humans. We work on stainings of oocytes and blastocysts (mouse, bovine, human), and human ovarian tissues. We study mitochondrial distribution, cortical granule migration, calcium oscillations and spindle quality to link culture conditions and oocyte quality. Staining of F-actin is used to check transzonal projections (in zona pellucida) or to detect abnormalities following experimental treatment. Blastocyst quality is analyzed in sequential optical sections for microfilament organization and counting of total cell number (staining with phalloidin (actin) and picogreen (DNA). Trophectoderm and inner cell mass distribution (differential staining), apoptotic cells (TUNEL method) and viable cells (live/dead test) are also evaluated. Confocal imaging can be helpful for rapid determination of follicle density (staining with AM Calcein) and follicle morphology (picogreen) in ovarian cortical biopsies. The current review describes the principles of confocal microscopy and illustrates its applications to the field of reproductive biology by a large collection of pictures.     

VBNC细菌荧光观察技术问题分析及对策

以SYTO-9和PI两种荧光染料对细菌进行核染,以市售的黑色钢笔墨水替代伊拉克黑,利用手动压片方式对标本进行固定,自建一种"活的非可培养状态"(VBNC)细菌荧光显微镜观察技术。通过总结分析该项技术方法在应用过程中所出现的问题,如存在背景荧光、菌体聚集、荧光图像模糊、滤膜吸附能力差、菌体形态不鲜明、菌体荧光减淡等,并提出相应的解决策略,旨在给予相关研究者以帮助和启迪。     

枯草芽胞杆菌紫外线诱变实验方案的优化

【目的】优化枯草芽胞杆菌紫外线诱变实验教学方案,以便学生在实验中获得预期结果。【方法】从菌体培养、活菌浓度估测和辐射参数三方面探讨影响实验结果的因素。【结果】采用液体培养法活化菌体有利于制备均匀的菌悬液,采用比浊法估测初始菌悬液浓度可以指导学生将其稀释至102-103 CFU/m L的浓度;涂布接种后平板表面干燥、培养皿盖内无明显水珠附着,是获得单菌落的关键;在紫外辐射过程中采用固定的菌悬液体积和搅拌速度,可以获得规律性的辐射剂量——致死效应曲线。【结论】优化后的方案实验结果易得、重复性好,可供教学和研究实验参考。     

Specific detection and quantification of culturable and non-culturable mycobacteria in metalworking fluids by fluorescence-based methods

Aims: To optimize and evaluate fluorescence microscopy assays for specific assessment of mycobacteria and co‐contaminants, including culturable and non‐culturable sub‐populations, in metalworking fluids (MWF). Methods and Results: Auramine‐O‐rhodamine (AR) staining and LIVE/DEAD BacLight? Bacterial Viability staining (L/D staining) were adapted and evaluated for detection/quantification and differentiation (viable vs non‐viable) of the MWF‐associated mycobacteria and the background bacterial flora, respectively. The AR staining method was found to be specific to MWF mycobacteria with a minimum detection limit of 10 cells ml^?1 and was comparable to the QPCR in quantification efficiency in MWF matrix. The L/D staining‐based microscopy allowed differential quantification of viable vs non‐viable cells. In general, a 3‐log difference was observed between the L/D microscopy count and culture count accounting for the presence of non‐culturable fraction in the bacterial population in in‐use MWF. Conclusions: The optimized AR staining‐ and the L/D staining‐based microscopy methods have the potential for rapid, specific and differential assessment (viable vs non‐viable) of MWF‐associated mycobacteria and co‐contaminants in field MWF. Significance and Impact of the study: Early detection of MWF mycobacteria by rapid, low‐cost, less‐skill intensive and culture‐independent fluorescence‐based microscopy methods will facilitate timely intervention to protect the machine workers from occupational hazards.     

丛枝菌根真菌和根瘤菌互作对苜蓿根际土壤细菌群落结构的影响及PICRUSt功能预测分析

【背景】紫花苜蓿是优良的豆科牧草,可以与丛枝菌根(Arbuscular mycorrhizae,AM)真菌和根瘤菌形成共生关系,接种AM真菌和根瘤菌可以促进土壤氮、磷循环以及提高苜蓿产量。【目的】探究接种AM真菌和根瘤菌对苜蓿根际细菌群落结构和功能的影响。【方法】采集6个不同处理组苜蓿根际、非根际土壤样品,基于细菌16S rRNA基因V3?V4区进行高通量测序,分析比较不同处理组苜蓿根际、非根际土壤中细菌群落分布的规律,并采用PICRUSt软件对不同处理组间菌群功能进行预测。【结果】36个土壤样品中共检测到3 849个OTU,分属于50门59纲132目249科595属398种。其中主要的优势菌门为Proteobacteria (52.81%?81.46%)、Bacteroidetes (7.83%?19.68%)及Actinobacteria (2.21%?16.4%)。与不接种相比,接种根内球囊霉和摩西球囊霉分别提高了Gammaproteobacteria和Bacteroidia有益菌的丰度,接种根瘤菌提高了固氮菌(Alphaproteobacteria)的丰度。PICRUSt功能预测表明,细菌菌群共有35个子功能,菌群功能丰富,代谢为最主要的功能,并且接种根瘤菌可增加氨基酸代谢,从而有利于植株N素循环,而接种AM真菌可能对于N循环有一定的抑制作用,相比于单接种AM真菌,双接种AM真菌和根瘤菌处理组碳水化合物代谢更强,从而更有益于植株的氮、磷循环。【结论】接种AM真菌和根瘤菌可分别提高苜蓿根系与氮、磷循环有关的不同有益菌的丰度,从而更有益于植株的氮、磷循环,该结果为提高植株养分吸收、提高苜蓿产量以及菌肥开发利用提供了科学依据。     

Rapid assessment of bacterial viability by flow cytometry

The ability of a flow cytometer to rapidly assess microbial viability was investigated using three vital stains: rhodamine 123 (Rh123); 3,3'-dihexyloxacarbocyanine iodide [DiOC₆(3)] and fluorescein diacetate (FDA). Rh123 was found to clearly differentiate viable from non-viable bacteria. The methodology for staining bacteria with this dye was optimised. Rh123 was shown to stain and discriminate several different species of viable bacteria although this was not universal. Viable cells of Bacillus subtilis were found to stain better with FDAthan with Rh123. The results demonstrate the ability of flow cytometry to rapidly detect and estimate the viability of bacterial populations.Correspondence to: J. P. Diaper