海水养殖场沉积物中硝酸盐还原菌种群分析

通过对福建省沿海海水养殖场沉积物中参与氮循环的各生理群细菌数量分析 ,发现氨化和硝酸盐还原细菌是优势生理菌群 ,同时 ,表层泥样中的硝酸盐还原菌数量明显高于深层泥样。从该环境中分离获得 106株细菌 ,其中 58株具有硝酸盐还原能力 ,初步鉴定表明它们主要为芽孢杆菌属 (Bacillus)、盐芽孢杆菌属 (Halobacillus)、短芽孢杆菌属 (Brevibacil lus)、动性球菌属 (Planococcus)和动性杆菌属 (Plano     

胶州湾沉积物可培养细菌的多样性及其抑菌活性

【目的】海洋微生物在活性物质开发方面具有巨大的应用前景。为了研究胶州湾微生物的多样性和抑菌活性,选取胶州湾9个观测站点的沉积物进行了细菌多样性及抑菌活性分析。【方法】采用YPD和Z2216E培养基分离细菌,通过16S r RNA基因测序对分离菌株进行分类鉴定,继而采用牛津杯法考察分离菌株对7株指示菌的抑菌活性,最后用PCR方法筛选16株代表菌的PKSI、NRPS、CYP、Phz E和d TGD基因。【结果】从胶州湾沉积物中共分离出76株细菌,通过对16S r RNA序列分析,将其归为8个科11个属:节杆菌属、考克氏菌属、微球菌属、微杆菌属、假交替单胞菌属、Oceanisphaera、海单胞菌属、葡萄球菌属、芽孢杆菌属、硫胺素芽孢杆菌属和短芽孢杆菌属,其中分离细菌中有34株至少对1种指示菌有抑菌活性。所选取的16株菌均能检测到一种功能基因,且其中5株菌能同时检测到3种以上的功能基因。【结论】以上研究表明胶州湾海域有丰富的微生物资源,在生物活性次级代谢产物合成上有较大潜力。     

一株异养脱硫反硝化菌株的筛选及其生物脱硫脱氮特性研究

【目的】从生物脱硫脱氮EGSB-DSR反应器的污泥中分离筛选出具有生物脱硫脱氮特性的细菌,并对其生物脱硫脱氮的性能进行研究。【方法】采用Hungate厌氧滚管技术筛选功能微生物,从稳定运行的生物脱硫脱氮EGSB-DSR反应器的污泥中分离筛选出一株高效的生物脱硫脱氮细菌A2。【结果】经过16S rRNA基因序列鉴定,菌株A2为固氮弧菌属(Azoarcus sp.)。其典型特征为能够以有机碳作为电子供体,将亚硝酸盐或者硝酸盐转化为氮气的同时还能将硫化物氧化为硫单质。因此具备了高效同步代谢有机碳、NO3–和S2–的特征。这是首次关于固氮弧菌属能够进行反硝化脱硫的相关报道。对菌株A2的生物脱硫脱氮能力的分析表明,在硫化物S2–浓度200 mg/L,NO3?浓度87.5 mg/L,乙酸根离子浓度200 mg/L的条件下,菌株A2在20 h内完成对碳、氮、硫的脱除。菌株对于碳、氮去除率均达到99%,对于硫的去除率达到95%。【结论】结果表明固氮弧菌属A2具有高效的生物脱硫脱氮功能,将有望成为强化生物脱硫脱氮工艺的潜在微生物资源。     

黄海海域海洋沉积物细菌多样性分析

【背景】海洋独特的环境造就了海洋生物的多样性,海洋沉积物中细菌对海洋环境具有至关重要的作用。【目的】研究陆地土壤和海洋沉积物间细菌群落相似性和差异性,以便更好地认识海洋细菌多样性,深入了解沉积物细菌在海洋环境中的潜在作用。【方法】从中国黄海海域及大连市大黑山脚下分别采集样品,以陆地土壤为对照,采用16SrRNA基因高通量测序技术分析海洋沉积物的细菌群落结构。【结果】海洋沉积物样品中芽孢杆菌纲(Bacilli)、鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)和芽孢杆菌属(Bacillus)丰度高于陆地土壤样品;海洋沉积物中亚硝化单胞菌(unculturedbacterium f. Nitrosomonadaceae)和厌氧绳菌(uncultured bacterium f. Anaerolineaceae)丰度虽低于陆地土壤,但丰度值也均高于1%;样品分类学统计显示酸杆菌门(Acidobacteria)在海洋沉积物和陆地土壤样品中的序列丰度比例都较大,鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)在海洋沉积物样品中的序列丰度大于陆地土壤样品。【结论】海洋沉积物细菌多样性可作为海洋环境恢复情况的重要指标,研究为合理开发和利用海洋资源提供理论依据。     

海水养殖生境中柠檬酸杆菌降解半胱氨酸产生硫化物的机制研究

【目的】含硫氨基酸的生物降解是造成海水养殖环境中毒性硫化物上升的重要因素,而微生物降解含硫氨基酸的机制和影响因素解析是控制该系统中硫化物浓度的关键环节。【方法】本研究利用稀释涂布-叠皿夹法自本实验室海水养殖环境的沉积物中分离得到一株产生硫化物的厌氧菌株,并通过代谢组学研究其以半胱氨酸为底物产生硫化物的机制和途径。【结果】经鉴定,该菌株为弗氏柠檬酸杆菌(Citrobacter freundii),能够在厌氧条件下还原硫酸盐,能够降解半胱氨酸产生硫化物,投加L-半胱氨酸可提高其还原硫酸盐的能力。该菌株以1 g/L半胱氨酸为底物,在35℃、盐度为10、pH 8.0的条件下,硫化物的最高积累量可达302.4 mg/L。对菌株中硫化物产生具有重要贡献的半胱氨酸脱巯基酶研究表明,该酶最适温度为35℃,在pH 6.0–8.0有较高的活性,能够快速降解半胱氨酸产生硫化物。结合代谢组学研究发现,该菌株中含有的3-巯基丙酮酸硫酸转移酶、胱硫醚-γ-裂解酶、半胱氨酸脱巯基酶催化半胱氨酸降解是产生硫化氢的主要途径;亚硫酸盐还原酶还原硫酸盐、亚硫酸盐是其产生硫化氢的次要途径。【结论】通过揭示柠檬酸杆菌降解半胱氨酸产生硫化物的机理,可为海水养殖环境中毒性硫化物的防控提供理论基础。     

海水养殖生境中柠檬酸杆菌降解半胱氨酸产生硫化物的机制研究

【目的】含硫氨基酸的生物降解是造成海水养殖环境中毒性硫化物上升的重要因素,而微生物降解含硫氨基酸的机制和影响因素解析是控制该系统中硫化物浓度的关键环节。【方法】本研究利用稀释涂布-叠皿夹法自本实验室海水养殖环境的沉积物中分离得到一株产生硫化物的厌氧菌株,并通过代谢组学研究其以半胱氨酸为底物产生硫化物的机制和途径。【结果】经鉴定,该菌株为弗氏柠檬酸杆菌(Citrobacterfreundii),能够在厌氧条件下还原硫酸盐,能够降解半胱氨酸产生硫化物,投加L-半胱氨酸可提高其还原硫酸盐的能力。该菌株以1g/L半胱氨酸为底物,在35℃、盐度为10、pH 8.0的条件下,硫化物的最高积累量可达302.4 mg/L。对菌株中硫化物产生具有重要贡献的半胱氨酸脱巯基酶研究表明,该酶最适温度为35℃,在pH6.0–8.0有较高的活性,能够快速降解半胱氨酸产生硫化物。结合代谢组学研究发现,该菌株中含有的3-巯基丙酮酸硫酸转移酶、胱硫醚-γ-裂解酶、半胱氨酸脱巯基酶催化半胱氨酸降解是产生硫化氢的主要途径;亚硫酸盐还原酶还原硫酸盐、亚硫酸盐是其产生硫化氢的次要途径。【结论】通过揭示柠檬酸杆菌降解半胱氨酸产生...     

泥浸汁对太湖沉积物中的好氧可培养细菌多样性的影响

【目的】研究添加泥浸汁与否对太湖沉积物中可培养细菌的影响。【方法】采用R2A培养基和添加泥浸汁R2A培养基对沉积物中细菌进行分离培养,16S r RNA基因系统发育分析比较种群结构。【结果】培养基中添加泥浸汁,可使可培养细菌的种类数量增加到1.6倍。16S r RNA基因序列分析表明,培养的优势细菌类群存在明显差别。R2A培养基上生长的细菌主要为厚壁菌门(52%)、放线菌门(24%)、变形菌门(20%)和拟杆菌门(4%),其中大部分细菌与芽孢杆菌属、假单胞菌属、节杆菌属等关系密切;而添加泥浸汁的R2A培养基上生长的细菌则主要为变形菌门(40%)、放线菌门(35%)、厚壁菌门(22.5%)和拟杆菌门(2.5%),与鞘脂单胞菌属、芽孢杆菌属、副球菌属、节杆菌属等关系密切。【结论】添加泥浸汁原始营养因子可提高沉积物中可培养细菌的多样性,提高菌种可培养效率。     

小龙虾肠道产木聚糖酶细菌的分离与鉴定

【背景】小龙虾肠道微生物是小龙虾降解纤维素和半纤维素的主要驱动力。【目的】研究肠道内细菌的相对丰度,为揭示肠道微生物在小龙虾纤维素降解过程中的作用提供理论支撑。【方法】采用纯培养法从小龙虾肠道筛选产木聚糖酶细菌,并且对小龙虾肠道细菌进行16S高通量测序。【结果】形态学和16SrRNA基因分子鉴定表明,筛选到的4株产木聚糖酶细菌均属于芽孢杆菌科芽孢杆菌属;结合进一步的生理生化特征鉴定,结果为:菌株Z-3为枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis),菌株Z-4为贝莱斯芽孢杆菌(Bacillus velezensis),菌株Z-29为蜡状芽孢杆菌(Bacillus cereus),菌株Z-30为高地芽孢杆菌(Bacillus altitudinis);16S rRNA基因高通量测序结果表明:在属水平上,小龙虾肠道细菌主要是Candidatus Bacilloplasma、拟杆菌属、弧菌属、不动杆菌属、Dysgonomonas、Tyzzerella3、气单胞菌属和希瓦氏菌属细菌。【结论】小龙虾肠道内细菌资源丰富,且芽孢杆菌属细菌在木质纤维素降解过程中发挥一定功能。     

塑料饲养大蜡螟幼虫肠道可培养细菌多样性

【背景】昆虫肠道中存在大量的微生物,是昆虫正常生命活动所必需的。它们能够促进维生素的合成、脂肪和碳水化合物的吸收及利用,同时还可以保护宿主抵御天敌,忍受高温以及促进毒素或异生素的代谢,间接促进资源开发。【目的】研究PE塑料饲喂的大蜡螟幼虫肠道可培养细菌的多样性。【方法】利用16S rRNA基因序列分析技术,结合菌落形态和细胞形态及相关生理生化特征鉴定细菌种类。【结果】从大蜡螟幼虫肠道分离纯化的40株可培养细菌得到16种不同细菌遗传型,分别属于芽孢杆菌科(Bacillaceae)、肠球菌科(Enterococcaceae)、葡萄球菌科(Staphylococcaceae)、莫拉菌科(Moraxellaceae)4个科。其中芽孢杆菌科是肠道可培养细菌的优势细菌种类。结合菌落和细胞形态及生理生化特征,确定肠道可培养细菌为芽孢杆菌属9株、肠球菌属4株、葡萄球菌属2株以及不动杆菌属1株。【结论】通过研究大蜡螟幼虫肠道可培养细菌群落结构组成,可为开展大蜡螟肠道的微生态研究提供相关理论基础。     

织金洞钟乳石沉积物表面可培养细菌多样性和网络分析

【背景】洞穴环境中蕴含丰富而独特的细菌资源,对洞穴环境中细菌的分离培养有助于了解洞穴细菌多样性及细菌资源的挖掘和利用。【目的】利用不同培养基分离细菌,探究钟乳石表面可培养细菌的多样性及其种间互作关系。【方法】通过11种培养基对织金洞内钟乳石沉积物表面的细菌进行分离纯化,并利用16S rRNA基因序列分析初步确定分离菌株的分类地位。在R软件下,通过Bipartite包分析可培养细菌属间的相互作用。【结果】从钟乳石沉积物表面共分离出206株细菌,它们隶属于4门25属45种,香农(Shannon)指数为4.78,辛普森(Simpson)指数为0.95。变形菌门(Proteobacteria)和芽孢杆菌属(Bacillus)分别为样品中可培养细菌的优势门(47.09%)和优势属(29.61%)。无机寡营养培养基有助于洞穴钟乳石沉积物细菌的分离。属水平-采样点网络分析表明,可培养细菌分布具有非随机、显著的嵌套性。芽孢杆菌属(Bacillus)、德沃斯氏菌属(Devosia)、产碱杆菌属(Alcaligenes)、节杆菌属(Arthrobacter)和短杆菌属(Brevibacterium)在细菌群落中存在较多的有效合作值(Effective Partners)和亲密度(Closeness),被其他细菌所依赖程度(Species Strength)较高,是该群落中的重要组成类群。【结论】织金洞内钟乳石沉积物表面存在丰富的细菌资源,分析细菌类群在群落中的作用应结合细菌相对丰度和网络分析。     

一株嗜盐嗜碱硫氧化菌的筛选、鉴定及硫氧化特性

【背景】沼气和天然气等清洁能源中往往会含有一定量的硫化氢,硫化氢的存在不仅污染环境,而且对人类危害很大。【目的】以硫代硫酸钠为唯一硫源从巴丹吉林沙漠盐碱湖岸边沉积物中分离筛选得到一株硫氧化菌BDL05,并研究其硫氧化特性。【方法】通过形态观察、生理生化特征及16S rRNA基因序列分析对硫氧化菌BDL05进行鉴定。【结果】菌株BDL05为革兰氏阴性菌,弧状,其16S rRNA基因序列与Thiomicrospira microaerophila ASL 8-2的相似性达99.8%,将其命名为Thiomicrospira microaerophila BDL05。该菌氧化硫代硫酸盐的最适pH为9.3,最适总钠盐浓度为0.8mol/L,在以硫化钠为硫源的气升式反应器中单质硫的生成率为94.7%,生成速率为3.0 mmol/(L·h)。【结论】菌株Thiomicrospira microaerophila BDL05为嗜盐嗜碱硫氧化菌,其耐盐耐碱性较强,比生长速率快,硫化钠氧化能力较强,是一株在气体生物脱硫方面具有应用价值的菌株。     

油樟内生芽孢细菌的系统发育多样性

摘要：【目的】为了解油樟产芽孢内生细菌的多样性。【方法】采用改良的牛肉膏琼脂培养基分离、去除冗余及芽孢染色,测定所得产芽孢内生细菌的16S rRNA基因,进行系统发育分析。【结果】40株产芽孢内生细菌数量占分离得到的内生细菌总数的38.1％,其中根、茎、叶中分别分离得到24株、7株和9株。16S rRNA基因序列系统发育分析结果表明,35株菌可能分属于Bacillus、Lysinibacillus、Paenibacillus属的16个种,还有5株菌的序列与数据库中典型菌株序列相似性低于97％,代表着潜在新类群的存在。【结论】从油樟3个部位分离出的产芽孢内生细菌存在明显的系统发育多样性,而且3个部位分离出的产芽孢内生细菌区系既呈现出一定程度的细菌区系相似性,又表现出器官细菌区系的特异性。     

Insights into the genome of large sulfur bacteria revealed by analysis of single filaments

Marine sediments are frequently covered by mats of the filamentous Beggiatoa and other large nitrate-storing bacteria that oxidize hydrogen sulfide using either oxygen or nitrate, which they store in intracellular vacuoles. Despite their conspicuous metabolic properties and their biogeochemical importance, little is known about their genetic repertoire because of the lack of pure cultures. Here, we present a unique approach to access the genome of single filaments of Beggiatoa by combining whole genome amplification, pyrosequencing, and optical genome mapping. Sequence assemblies were incomplete and yielded average contig sizes of approximately 1 kb. Pathways for sulfur oxidation, nitrate and oxygen respiration, and CO₂ fixation confirm the chemolithoautotrophic physiology of Beggiatoa. In addition, Beggiatoa potentially utilize inorganic sulfur compounds and dimethyl sulfoxide as electron acceptors. We propose a mechanism of vacuolar nitrate accumulation that is linked to proton translocation by vacuolar-type ATPases. Comparative genomics indicates substantial horizontal gene transfer of storage, metabolic, and gliding capabilities between Beggiatoa and cyanobacteria. These capabilities enable Beggiatoa to overcome non-overlapping availabilities of electron donors and acceptors while gliding between oxic and sulfidic zones. The first look into the genome of these filamentous sulfur-oxidizing bacteria substantially deepens the understanding of their evolution and their contribution to sulfur and nitrogen cycling in marine sediments.     

Major contribution of sulfide-derived sulfur to the benthic food web in a large freshwater lake

In freshwater systems, contributions of chemosynthetic products by sulfur-oxidizing bacteria in sediments as nutritional resources in benthic food webs remain unclear, even though chemosynthetic products might be an important nutritional resource for benthic food webs in deep-sea hydrothermal vents and shallow marine systems. To study geochemical aspects of this trophic pathway, we sampled sediment cores and benthic animals at two sites (90 and 50 m water depths) in the largest freshwater (mesotrophic) lake in Japan: Lake Biwa. Stable carbon, nitrogen, and sulfur isotopes of the sediments and animals were measured to elucidate the sulfur nutritional resources for the benthic food web precisely by calculating the contributions of the incorporation of sulfide-derived sulfur to the biomass and of the biogeochemical sulfur cycle supporting the sulfur nutritional resource. The recovered sediment cores showed increases in ³⁴S-depleted sulfide at 5 cm sediment depth and showed low sulfide concentration with high δ³⁴S in deeper layers, suggesting an association of microbial activities with sulfate reduction and sulfide oxidation in the sediments. The sulfur-oxidizing bacteria may contribute to benthic animal biomass. Calculations based on the biomass, sulfur content, and contribution to sulfide-derived sulfur of each animal comprising the benthic food web revealed that 58%–67% of the total biomass sulfur in the benthic food web of Lake Biwa is occupied by sulfide-derived sulfur. Such a large contribution implies that the chemosynthetic products of sulfur-oxidizing bacteria are important nutritional resources supporting benthic food webs in the lake ecosystems, at least in terms of sulfur. The results present a new trophic pathway for sulfur that has been overlooked in lake ecosystems with low-sulfate concentrations.     

智利海洋沉积物中放线菌多样性

【目的】认识智利海洋沉积物中放线菌的多样性。【方法】分别采用选择性分离培养和非培养的基于16SrRNA基因序列系统发育分析方法,对来自智利南部海域海洋沉积物中放线菌多样性进行研究。采用6种选择性分离培养基分离放线菌;利用放线菌特异性引物对样品总DNA进行16SrRNA基因序列扩增并构建了16SrRNA基因克隆文库。分别挑选不同培养特征的22株放线菌和59个基因克隆进行16SrRNA基因序列的系统进化分析;测定分离的放线菌对海水的依赖性及产生抗菌活性化合物的能力。【结果】共分离到328株放线菌;挑选的22株放线菌分别属于小单孢菌属、多形孢菌属、链霉菌属、迪茨氏菌属、气微菌属和短状杆菌属;挑取的59个克隆属于40个分类单元,其中60%分类单元属于放线菌门放线菌亚纲、酸微菌亚纲和红色杆菌亚纲,另外40%的分类单元在放线菌内形成几个独立的进化分支,有可能代表放线菌新类群。22株放线菌有19株具有抗菌活性,50%的生长依赖海水的放线菌也具有抗菌活性。【结论】智利海域沉积物存在丰富的放线菌系统发育多样性并能产生活性次级代谢产物,而且还蕴藏丰富的新类型的放线菌资源。     

Evaluation of a quantitative screening method for hydrogen sulfide production by cheese-ripening microorganisms: the first step towards l-cysteine catabolism

A practical adaptation of the methylene blue reaction for hydrogen sulfide quantification was developed to perform microbial selection. Closed plate flasks containing a zinc-agar layer above the liquid microbial culture are proposed as a trap system where the H(2)S can be retained and then quantified by the methylene blue reaction. Using this quantitative method, the ability to produce H(2)S was studied in several cheese-ripening microorganisms. Our aim was to select strains that produce the highest quantities of H(2)S as the main product of L-cysteine catabolism. Thirty seven yeast and bacteria strains were cultivated with or without L-cysteine. The separation between the growth medium and the H(2)S trapping layer displayed good performance: all the studied strains grew efficiently and only negligible loss of H(2)S was observed during culturing. The strains displayed large differences in their H(2)S production capabilities: yeast strains were greater producers of H(2)S than bacteria with production strain-related in both cases. Furthermore, the relationship between H(2)S production and L-cysteine consumption was analyzed, which made it possible for us to select microorganisms with high capacity in L-cysteine degradation. The production of volatile sulfur compounds was also studied and the possible effect of culture pH and metabolic differences between strains are discussed.     

一株脱硫自养菌的鉴定和脱硫特性研究

从无锡市某硫酸厂采集的土样中分离到一株具有脱硫性能的自养菌, 对该细菌的16S rDNA序列进行了测定, 并根据16S rDNA构建了系统发育树, 结合菌落、细菌形态鉴定菌株为那不勒斯硫杆菌(Thiobacillus neapolitanus), 命名为TL-1。同时, 考察了TL-1菌株在不同温度和pH条件下的脱硫效率, 并在反应器中以氧化还原电位(ORP)为控制条件, 对菌株的脱硫效果和生成的单质硫颗粒特性进行了研究, 结果表明, 摇瓶实验中, 30°C、pH 7.5为脱硫最佳条件。反应器运行时, ORP控制在-370 mV条件下运行效果最佳, 系统能够维持95%以上的硫化物去除率和85%以上的单质硫回收率, 随着ORP的增大, 生成的单质硫颗粒粒径有逐渐增大的趋势。     

硫化物抑制潮土反硝化过程中氧化亚氮还原的菌群机制

【背景】土壤中的反硝化作用形成气态产物N_2O和N_2,会导致氮素的气态损失,并造成温室效应。硫化物对土壤的N_2O还原具有抑制作用,但其对菌群和功能基因的影响机制还不清楚。【目的】研究有无外加碳源情况下,硫化物对反硝化作用中间产物(NO、N_2O)的积累、反硝化功能基因(narG、nirS、nirK和nosZ)表达量以及菌群结构的影响。【方法】分别设置不同量葡萄糖(0和1000mg-C/kg干重土壤)和硫化钠(0和150mg-S/kg干重土壤)添加的交叉处理,进行室内微宇宙培养实验,利用自动化培养与实时气体检测系统检测培养过程中NO、N_2O和N_2的积累量,通过反转录定量PCR测定反硝化功能基因表达量,利用MiSeq技术平台基于16S rRNA基因序列的高通量测序分析样品的菌群结构。【结果】硫化钠的添加显著抑制N_2O还原,但是其对于N_2O积累量没有显著影响,却显著降低了NO的积累量。硫化钠的添加短时间内在转录水平上显著抑制N_2O还原酶的活性,并且抑制固氮弧菌属(Azoarcus)、微枝形杆菌属(Microvirga)、剑菌属(Ensifer)、氮氢单胞菌属(Azohydromonas)、芽孢杆菌属(Bacillus)、斯科曼氏球菌属(Skermanella)、申氏杆菌属(Shinella)和西索恩氏菌属(Chthoniobacter)的基因转录,降低它们的转录本丰度,结合Kyoto Encyclopedia of Genes andGenomes(KEGG)数据库的查询结果,发现硫化钠的添加抑制了不产生N_2O的N_2O还原反硝化细菌的生长。【结论】堆肥或其他原因引起的土壤硫化物增加,导致反硝化过程N_2O还原被抑制的原因是由于其对氧化亚氮基因转录的抑制和对不同反硝化菌的选择作用,研究结果有助于认识硫化物对氮代谢影响的微生物机制。