南美白对虾养殖底泥中氨氧化细菌与氨氧化古菌多态性分析

【目的】本研究皆在了解虾养殖底泥中氨氧化细菌与氨氧化古菌群落多态性。【方法】以功能基因为基础,构建氨氧化细菌(AOB)与氨氧化古菌(AOA)的氨单加氧酶α亚基基因(amoA)克隆文库。利用限制性片段长度多态性(Restriction Fragment Length Polymorphism,RFLP)技术将克隆文库阳性克隆子进行归类分析分成若干个可操作分类单元(Operational Taxa Units,OTUs)。【结果】通过序列多态性分析,表明AOB amoA基因克隆文库中所有序列都属于变形杆菌门β亚纲(β-Proteobacteria)中的亚硝化单细胞菌属(Nitrosomonas)及Nitrosomonas-like,未发现亚硝化螺旋菌属(Nitrosospira)。AOA amoA基因克隆文库中只有一个OTU序列属于未分类的古菌(Unclassified-Archaea),其余序列都属于泉古菌门(Crenarchaeote)。AOA群落结构单一且存在一个绝对优势类群OTU3,其克隆子数目占克隆文库的57.45%。AOB和AOA amoA基因克隆文库分别包括13个OTUs和9个OTUs,其文库覆盖率分别为73.47%和90.43%。AOB amoA基因克隆文库的Shannon-Wiener指数、Evenness指数、Simpson指数、Richness指数均高于AOA。【结论】虾养殖塘底泥中存在氨氧化古菌的amoA基因,且多态性低于氨氧化细菌,表明氨氧化古菌在虾养殖塘底泥的氮循环中可能具有重要的作用。     

新疆断裂带含硫冷泉泉水细菌群落结构多样性

摘要：【目的】为了解新疆断裂带含硫冷泉泉水中细菌群落结构的组成和物种多样性。【方法】采用免培养法直接从冷泉水中提取环境总DNA,采用细菌通用引物对泉水中细菌的16S rRNA基因进行PCR扩增,构建16S rRNA基因克隆文库。使用限制性内切酶Hae Ⅲ对随机挑选的阳性克隆子进行限制性片段长度多态性分析(Restriction Fragment Length Polymorphism, RFLP),选出具有不同酶切图谱的序列进行测序、BLAST比对和构建16S rRNA基因系统发育树。【结果】共从细菌16S rRNA基因文库中筛选了228个阳性克隆,RFLP分型得到33个不同的操作分类单元 (Operational Taxonomic Unites, OTUs),覆盖度 (Coverage C) 为92%。BLAST比对、RDP归类及系统发育分析将这33个OTUs归为：变形菌门 (Proteobacteria)、拟杆菌门 (Bacteroidetes) 和厚壁菌门 (Firmicutes)。变形菌门为绝对优势类群,占整个细菌克隆文库的98%,,其中20%左右的类群与硫化物代谢相关的光合自养和化能自养类群纯培养菌具有高的相似性 (>97%)。此外,还发现大量类群 (总文库的64%,其中57%为军团菌属Legionella spp., 类群)与GenBank中已存细菌16S rRNA基因相似性小于96%。【结论】新疆断裂带含硫冷泉泉水中细菌类群的多样性较低,但可能存在大量潜在细菌新种和新分类。另外,该泉水可能是潜在的新军团菌病传播源,因而可能对下游人畜健康存在潜在威胁。     

珠三角养殖水体中参与氮循环的微生物群落结构

【目的】为了研究珠三角地区养殖水体中各种含氮化合物循环转化的特征及其相关功能微生物的群落结构。【方法】构建人工模拟养殖系统,采用15N-稳定性同位素探测技术(stable isotope probing,15N-SIP)标记参与氮素迁移的微生物,通过氯化铯-溴化乙锭密度梯度超高速离心法分离15N标记的DNA,并以此构建含15N-DNA的细菌和古菌16S rRNA基因克隆文库。【结果】15N标记的基因组DNA经过超高速密度梯度离心后成功与14N-DNA分离;对克隆文库序列的分析表明:细菌文库得到的19个可操作分类单元(Operational TaxaUnits,OTUs)分别归为变形菌门(Proteobacteria)和浮霉菌门(Planctomycetes)。变形菌门为绝对优势类群,占整个细菌克隆文库的99.2%,其中优势菌群为丛毛胞菌属(Comamonas)(15.7%)、亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)(12.4%)、肠杆菌科(Enterobacteriaceae)(11.5%)和硝化杆菌属(Nitrobacter)(11.5%);古菌文库得到的9个OTUs归为奇古菌门(Thaumarchaeota)、泉古菌门(Crenarchaeota)和广古菌门(Euryarchaeota)。【结论】将15N-SIP技术应用于珠三角养殖水体氮素循环微生物群落结构的研究中,得到了丰富的氮素循环微生物群落的组成,这些信息为进一步分离纯化氮素降解微生物提供了重要的参考,为营造健康的水产养殖环境提供科学依据。     

云南洱源牛街热泉原核微生物多样性分析

【目的】通过分析富含高分子有机物的云南洱源牛街热泉原核微生物16SrRNA基因克隆文库,丰富对高温热泉原核微生物多样性的认识,为进一步开发和利用该热泉微生物资源奠定基础。【方法】构建洱源牛街高温热泉原核微生物16SrRNA基因克隆文库,通过测序和序列相似性比对以及聚类分析研究该热泉原核微生物的多样性。【结果】该热泉原核微生物以细菌为主,包括变形菌门(Proteobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)、梭杆菌门(Fusobacteria)等在内的约10个细菌类群,其中变形菌门中的β-变形菌纲(β-Proteobacteria)为优势菌群,其次为拟杆菌门(Bacteroidetes)、绿菌门(Chlorobi);古菌的生物量和丰度较细菌少,分属广古菌(Euryarchaeota)和泉古菌(Crenarchaeota)两个类群,以广古菌为优势类群。     

浓香型白酒两个产区窖泥微生物群落结构分析

【目的】探索浓香型白酒两个典型产区窖泥微生物群落结构和多样性,分析窖泥微生物群落地域特征及对白酒风格形成的影响。【方法】分别提取四川和安徽两个产区窖泥样品总DNA,应用PCR-ARDRA和16S rRNA基因克隆测序技术对两个产区窖泥细菌和古菌进行研究。【结果】两个浓香型白酒产区窖泥细菌丰富,包括:厚壁菌门(Firmicute)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、绿弯菌门(Chloroflexi)、互养菌门(Synergistetes)、Armatimonadetes类群和未分类细菌(Unclassified bacteria)。两个产区窖泥绝对优势种群均为厚壁菌门中梭菌纲(Clostridia)细菌,在四川产区窖泥中检出较多的互营单胞菌属(Synthrophomonas)和紫单胞菌属(Petrimonas)。古菌的群落组成较为简单,主要是甲烷囊菌属(Methanoculleus)、甲烷八叠球菌属(Methanosarcina)、甲烷鬃菌属(Methanosaeta)和甲烷杆菌属(Methanobacterium)4个产甲烷古菌类群,四川产区窖泥优势古菌为甲烷囊菌和甲烷八叠球菌,安徽产区则为甲烷八叠球菌属和甲烷鬃菌。【结论】四川和安徽两个产区窖泥微生物的16S rRNA基因克隆文库系统地反映了两者微生物群落的相似性和差异性,对揭示浓香型白酒两个产区的酒体风格差异形成有一定的参考价值。     

昆明盐矿古老岩盐沉积中的原核生物多样性

应用PCR-DGGE和rRNA分析法研究了昆明盐矿古老岩盐沉积中的原核生物多样性。样品的细菌DGGE分析得到27条带,古菌得到18条带。样品与纯培养得到的19个属菌株的DGGE图谱对比分析发现,细菌18个属菌株,只有1个属菌株与样品中的1条带迁移位置都不一致;古菌1个属的菌株不与样品中任何条带迁移位置一致。表明纯培养所得菌株并非该环境中的优势类群。同时,建立了样品细菌和古菌的16S rDNA克隆文库,从中分别挑取36个细菌克隆和20个古菌克隆进行ARDRA分析。细菌可分为10个OTUs,其中3个OTUs是优势类群,分别占38.9%,25.0%,16.7%,其余7个OTUs各含有1个克隆。古菌分为8个OTUs,没有明显的优势类群。每个OTU的代表克隆16S rDNA序列分析表明,细菌分属3大类群:α-Proteobacteria,γ-Proteobacteria和Actinobacteria,以Pseudomonas属菌为优势,含有其它岩盐沉积中没有发现的Actinobacteria。古菌主要是Halorubrum属、Haloterrigena属菌和未培养古菌。本研究表明,昆明盐矿古老岩盐沉积具有较丰富的原核生物多样性,含有大量未知的、未培养或不可培养的原核生物,但在原核生物物种组成和丰度上,免培养与此前的纯培养研究结果存在一定差异。因此,结合使用两类方法才能较全面地认识高盐极端环境微生物的多样性。     

新疆玛纳斯热气泉免培养土壤细菌多样性分析

【目的】了解新疆玛纳斯热气泉土壤免培养细菌群落组成及多样性。【方法】采用免培养法直接从土壤样品中提取总DNA,利用细菌通用引物对土壤总DNA进行16S rDNA扩增,构建细菌16SrDNA文库。使用HaeⅢ限制性内切酶对阳性克隆进行限制性片段长度多态性分析(restriction fragment length polymorphism,RFLP),挑选具有不同酶切图谱的克隆进行测序、比对并构建16SrDNA系统发育树。【结果】从土壤细菌16S rDNA文库中随机挑选了170个阳性克隆,共得到29个不同的分类单元(operational taxonomic unit,OTU)。系统发育分析归为6个门:酸杆菌门(Acidobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、厚壁菌门(Firmicutes)、变形菌门(Proteobacteria)和浮霉菌门(Planctomycetes)。其中厚壁菌门(Firmicutes)为绝对优势类群,占整个细菌文库的71%。29个OTUs中有14条序列与GenBank中相关序列的相似性低于97%(序列长度约1.5kb),占序列总数的48%。【结论】热气泉土壤细菌种群多样性较低,但存在大量潜在细菌新种。     

黄河三角洲滨海湿地非培养放线菌多样性

【目的】利用免培养技术对黄河三角洲滨海湿地土壤中放线菌多样性进行分析。【方法】提取样品总DNA, 利用放线菌门特异引物扩增放线菌16S rRNA基因序列, 构建放线菌16S rRNA基因克隆文库, 文库经RFLP分析后挑选代表序列测序并进行多样性指数分析和系统发育分析。【结果】构建的放线菌16S rRNA基因克隆文库覆盖率(C)为96.3%, 116个测序序列可化分为46个OTUs, 58.7%的OTUs (27个)存在于放线菌亚纲(Actinobacteridae)放线菌目(Actinomycetales)的7个亚目中, 分布于10个科中, 其中弗兰克氏菌亚目(Frankineae)最多, 共7个OTUs, 有30.4%的OTUs (14个)存在于酸微菌亚纲(Acidimicrobidae)醋微菌亚目(Acidimicrobineae)中, 没有发现与红色杆菌亚纲(Rubrobacteridae)和科里氏杆菌亚纲(Coriobacteridae)亲缘关系较近的序列。有10.9%的OTUs序列与有效发表的所有类群无亲缘关系, 在进化树上成为一个独立的进化分支, 有可能代表新亚目或更高级分类单元的类群。【结论】黄河三角洲滨海湿地蕴含着丰富的放线菌物种多样性及潜在的放线菌新类群, 具有深一步研究的价值。     

青藏高原冻土区土壤垂直剖面中微生物的分布与多样性

【目的】冻土区储存着大量的有机碳,全球气候的变化导致冻土不断融解退化,土壤微生物对冻土有机碳的分解作用在一定程度上将会加重全球温室效应。在研究中,为了解冻土区土壤微生物的分布与多样性,对青藏高原冻土区垂直剖面中的微生物组成进行研究。【方法】采用分子生物学方法,对剖面土壤样品中的古菌与细菌的16S r RNA基因和真菌的ITS序列进行PCR扩增,并分别构建其基因文库,通过序列的同源性比较进行系统发育学分析和多样性指数分析。【结果】垂直剖面土壤中古菌序列分别属于泉古菌(Crenarchaeota)和广古菌(Euryarchaeota)两个门,它们分别占克隆序列总数的29.0%和71.0%;其中泉古菌门只包括Group1.3b/MCG-A这一种类型,在古菌序列中所占的比例为29.0%,广古菌门包括4种类型,其中Methanomicrobiales序列在古菌克隆文库中所占比例较高(52.0%);分层位看,冻土活动层古菌优势类群包括Group1.3b/MCG-A、Methanomicrobiales和Methanosaetaceae,过渡层的优势类群包括Group1.3b/MCG-A和Methanomicrobiales两类,而古菌在冻土层的优势类群只有Methanomicrobiales这一种类型。细菌序列分属于10个类群,其中放线菌(Actinobacteria)、厚壁菌(Firmicutes)与变形菌(Proteobacteria)为剖面主要的优势类群,分别占克隆序列总数的28.9%、16.9%和12.1%;在冻土活动层,细菌的优势类群为Proteobacteria和Firmicutes,而在冻土过渡层与冻土层,细菌优势类群仅包括Actinobacteria一种类型。所有真菌序列均属于子囊菌门(Ascomycota)和担子菌门(Basidiomycota),分别占克隆序列总数的75.3%和24.7%;子囊菌以Cladosporium sp.和Pseudeurotium bakeri为主要的优势类群,担子菌以Dioszegia sp.为主要的优势类群,所占比例分别为35.5%、34.4%和22.6%;真菌在冻土活动层的优势类群只包括Pseudeurotium bakeri这一种类型,而在冻土过渡层与冻土层,真菌优势类群则包括Dioszegia sp.和Cladosporium sp.两类。【结论】该剖面在垂直剖面上古菌、细菌与真菌多样性较高,冻土活动层与冻土层之间群落组成差异明显。     

基于高通量测序研究青藏高原茶卡盐湖微生物多样性

【目的】茶卡盐湖(Chaka Salt Lake,CSL)是青藏高原有名的天然结晶盐湖,具有独特的石盐盐湖矿床,盛产青盐。盐湖卤水环境中存在丰富的嗜盐菌资源和潜在的新种,细菌和古菌的群落结构特征和物种多样性尚不明确。【方法】采用Illumina高通量测序平台对茶卡盐湖水样和底泥混合物中的细菌和古菌群落进行16S r RNA基因(V3-V5区)高通量测序,检测4个样本的群落结构差异和微生物多样性。【结果】获得细菌和古菌总有效序列分别为117 192和110 571条。结果分析表明细菌和古菌的物种注释(Operational taxonomic unit,OTU)数目分别为421和317,获得分类地位明确的细菌种类为14门28纲170属,古菌为5门4纲34属。细菌的优势类群是厚壁菌门(Firmicutes),所占比例为68.37%,其次为变形菌门Proteobacteria(20.49%);优势种属依次为芽孢杆菌属Bacillus(41.94%)、海洋芽孢杆菌属Oceanobacillus(8.03%)、假单胞菌属Pseudomonas(7.67%)、盐厌氧菌属Halanaerobium(7.42%)和乳球菌属Lactococcus(7.38%);古菌的优势类群以广古菌门(Euryarchaeota)盐杆菌纲(Halobacteria)为主,优势菌是Halonotius(17.21%)和盐红菌属Halorubrum(16.23%)。【结论】揭示了茶卡盐湖中细菌和古菌的群落结构及物种多样性,为嗜盐菌的开发及后续微生物资源的挖掘提供了理论依据。     

西藏米拉山土壤古菌16S rRNA及amoA基因多样性?分析

摘要：【目的】硝化作用在全球土壤氮循环中具有重要的作用,虽然细菌一度被认为单独负责催化这个过程的限速步骤,但是最近一些研究结果表明泉古菌具有氨氧化的能力。本文通过构建古菌16S rRNA 基因克隆文库和氨氧化古菌amoA基因文库,分析西藏米拉山高寒草甸土壤中古菌及氨氧化古菌群落结构组成情况,为揭示青藏高原高寒草甸土壤古菌的多样性提供理论基础。【方法】采用未培养技术直接从土壤中提取微生物总DNA,分别利用通用引物构建古菌16S rRNA 基因和氨氧化古菌amoA基因克隆文库。【结果】通过构建系统发育树,表明古菌16S rRNA 基因克隆文库包括泉古菌门和未分类的古菌两大类,并且所有泉古菌均属于热变形菌纲。氨氧化古菌amoA基因克隆文库中序列均为泉古菌。通过DOTUR软件分析,古菌16S rRNA基因和古菌amoA基因克隆文库分别包括64个OTUs和 75个OTUs。【结论】西藏米拉山高寒草甸土壤中古菌多样性比较丰富,表明古菌在高寒草甸土壤的氮循环中可能具有重要的作用。所获得的一些序列与已知环境中土壤、淡水及海洋沉积物中获得的一些序列具有很高的相似性,其古菌及氨氧化古菌来自不同环境的可能性比较大,可能与青藏高原的地质历史变迁过程有关。米拉山古菌及氨氧化古菌与陆地设施土壤中相似性最高,说明与西藏米拉山高寒草甸土壤的退化有关。     

Insight into Dominant Cellulolytic Bacteria from Two Biogas Digesters and Their Glycoside Hydrolase Genes

Diverse cellulolytic bacteria are essential for maintaining high lignocellulose degradation ability in biogas digesters. However, little was known about functional genes and gene clusters of dominant cellulolytic bacteria in biogas digesters. This is the foundation to understand lignocellulose degradation mechanisms of biogas digesters and apply these gene resource for optimizing biofuel production. A combination of metagenomic and 16S rRNA gene clone library methods was used to investigate the dominant cellulolytic bacteria and their glycoside hydrolase (GH) genes in two biogas digesters. The 16S rRNA gene analysis revealed that the dominant cellulolytic bacteria were strains closely related to Clostridium straminisolvens and an uncultured cellulolytic bacterium designated BG-1. To recover GH genes from cellulolytic bacteria in general, and BG-1 in particular, a refined assembly approach developed in this study was used to assemble GH genes from metagenomic reads; 163 GH-containing contigs ≥ 1 kb in length were obtained. Six recovered GH5 genes that were expressed in E. coli demonstrated multiple lignocellulase activities and one had high mannanase activity (1255 U/mg). Eleven fosmid clones harboring the recovered GH-containing contigs were sequenced and assembled into 10 fosmid contigs. The composition of GH genes in the 163 assembled metagenomic contigs and 10 fosmid contigs indicated that diverse GHs and lignocellulose degradation mechanisms were present in the biogas digesters. In particular, a small portion of BG-1 genome information was recovered by PhyloPythiaS analysis. The lignocellulase gene clusters in BG-1 suggested that it might use a possible novel lignocellulose degradation mechanism to efficiently degrade lignocellulose. Dominant cellulolytic bacteria of biogas digester possess diverse GH genes, not only in sequences but also in their functions, which may be applied for production of biofuel in the future.     

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。     

Characterization of the methanogen community in a household anaerobic digester fed with swine manure in China

Household anaerobic digesters have been installed across rural China for biogas production, but information on methanogen community structure in these small biogas units is sparsely available. By creating clone libraries for 16S rRNA and methyl coenzyme M reductase alpha subunit (mcrA) genes, we investigated the methanogenic consortia in a household biogas digester treating swine manure. Operational taxonomic units (OTUs) were defined by comparative sequence analysis, seven OTUs were identified in the 16S rRNA gene library, and ten OTUs were identified in the mcrA gene library. Both libraries were dominated by clones highly related to the type strain Methanocorpusculum labreanum Z, 64.0 % for 16S rRNA gene clones and 64.3 % for mcrA gene clones. Additionally, gas chromatography assays showed that formic acid was 84.54 % of the total volatile fatty acids and methane was 57.20 % of the biogas composition. Our results may help further isolation and characterization of methanogenic starter strains for industrial biogas production.     

Different response of bacteria,archaea and fungi to process parameters in nine full-scale anaerobic digesters

Biogas production is a biotechnological process realized by complex bacterial, archaeal and likely fungal communities. Their composition was assessed in nine full-scale biogas plants with distinctly differing feedstock input and process parameters. This study investigated the actually active microbial community members by using a comprehensive sequencing approach based on ribosomal 16S and 28S rRNA fragments. The prevailing taxonomical units of each respective community were subsequently linked to process parameters. Ribosomal rRNA of bacteria, archaea and fungi, respectively, showed different compositions with respect to process parameters and supplied feedstocks: (i) bacterial communities were affected by the key factors temperature and ammonium concentration; (ii) composition of archaea was mainly related to process temperature; and (iii) relative abundance of fungi was linked to feedstocks supplied to the digesters. Anaerobic digesters with a high methane yield showed remarkably similar bacterial communities regarding identified taxonomic families. Although archaeal communities differed strongly on genus level from each other, the respective digesters still showed high methane yields. Functional redundancy of the archaeal communities may explain this effect. 28S rRNA sequences of fungi in all nine full-scale anaerobic digesters were primarily classified as facultative anaerobic Ascomycota and Basidiomycota. Since the presence of ribosomal 28S rRNA indicates that fungi may be active in the biogas digesters, further research should be carried out to examine to which extent they are important players in anaerobic digestion processes.     

利用小亚基核糖体RNA 技术分析温室黄瓜近根土壤古菌和真菌多样性

土壤古菌和真菌在温室生态系统是仅次于细菌的微生物,具有类似于细菌的重要生态功能。通过构建古菌16S rRNA和真菌18S rRNA基因克隆文库,分析温室黄瓜近根土壤古菌和真菌群落结构组成,为开发利用温室这一特殊的生态环境中丰富的微生物资源以及理解微生物与植物间的互作提供参考依据。采用研磨-冻融-溶菌酶-蛋白酶K-SDS热处理以及CTAB处理等理化方法,提取和纯化微生物总DNA,构建古菌16S rRNA和真菌18S rRNA基因克隆文库。利用DOTUR软件将古菌和真菌序列按照相似性97％的标准分成若干个可操作分类单元 (OTUs)。土壤古菌克隆文库主要包括泉古菌门和未分类的古菌两大类,并有少部分广域古菌类群,所有泉古菌均属于热变形菌纲,共45个OTUs;真菌克隆文库包括真菌门的大多数亚门真菌,共24个OTUs,未发现担子菌亚门真菌。古菌多样性比较丰富,且发现少量的广域古菌 (甲烷菌),这一情况可能与温室长期高温高湿,高有机质含量,土壤处于缺氧环境有关;土壤真菌的优势种群为子囊菌,占到土壤真菌的80％以上,这可能与绝大多数植物真菌性病害属于土传病害,通过菌丝体、菌核或子囊壳在土壤病残体中越冬有一定的关系。