锑矿废水影响下水库沉积物中细菌群落结构特征研究

【背景】水库沉积物中的微生物是水生态系统的重要组成部分,在沉积物物质循环中起重要作用。【目的】揭示含锑废水影响下水库表层沉积物中细菌群落结构特征及影响因子。【方法】基于Illumina高通量测序技术,对冷水沟水库表层沉积物细菌群落结构进行研究并分析其与沉积物理化性质的相关性;基于FAPROTAX软件对细菌功能进行预测分析。基于重金属污染负荷指数法评价水库重金属污染情况。【结果】高通量测序结果表明冷水沟水库的细菌群落较为丰富,主要由变形菌门(Proteobacteria,40.32%-20.19%)、拟杆菌门(Bacteroidetes,25.89%-4.44%)、脱硫杆菌(Desulfobacter,9.43%-2.02%)等81个门570个属组成。相关性分析表明,不同提取形态的锑及水溶态锑与多个不同分类水平下的细菌群落有显著的相关性。FAPROTAX软件对细菌功能进行预测,结果表明,化能异养功能细菌占优势(占总细菌的14.59%-23.58%),包括化能异养(Chemoheterotrophy)和需氧化能异养(Aerobic Chemoheterotrophy);此外,与碳、氮、硫元素循环有关的功能微生物以及人类病原致病微生物的相对丰度(占总细菌的12.42%-32.89%)也较高,这与水库的地理条件、周边环境及污染物类型有较大的相关性。重金属污染负荷指数法评价结果表明,水库范围重金属污染较重。【结论】研究区域受锑矿废水影响的水库(2015年建成蓄水)沉积物中细菌的群落以变形菌门(Proteobacteria)及拟杆菌门(Bacteroidetes)为最优势菌群,细菌功能主要以化能异养为主。     

解纤维梭菌脱水四环素诱导的ClosTron基因打靶系统构建

【背景】解纤维梭菌是发酵木质纤维素生产乙醇的中温模式菌株,构建可控诱导的基因打靶技术是研究解纤维梭菌遗传调控的重要手段。【目的】在解纤维梭菌中构建脱水四环素诱导的ClosTron基因打靶系统。【方法】首先,分析解纤维梭菌对脱水四环素的敏感性,筛选合适的诱导剂浓度,并以β-葡萄糖苷酶为报告基因,检测其在解纤维梭菌中的诱导效果。然后,将脱水四环素诱导型操纵子与II型内含子元件组合,构建脱水四环素诱导的ClosTron质粒。最后,以解纤维梭菌mspI、ldh和ack为例,检测其在解纤维梭菌中的打靶效率。【结果】脱水四环素诱导系统在解纤维梭菌中能够诱导ClosTron元件表达,在mspI、ldh和ack这3个基因位点的打靶效率分别为29.48%±15.51%、23.61%±7.08%和28.09%±6.97%。【结论】在解纤维梭菌中成功构建脱水四环素诱导的ClosTron基因打靶系统,为梭菌基因工程改造奠定了基础。     

太子参内生细菌RPB-32的分类鉴定及其代谢物对小鼠肠道微生物群落的影响

【背景】肠道微生物在宿主肠道微环境稳态中起着至关重要的作用。众多因子,如抗生素、饮食和年龄等会干扰这种微平衡,引起菌群平衡发生改变,进而影响到机体健康状况。太子参具有心肌保护、增加免疫、抗氧化、抗糖尿病、抗应激、抗疲劳等药理活性,而太子参内生菌代谢物对肠道微生物的调控作用以及可能对机体健康的影响目前还未见报道。【目的】研究太子参内生菌RPB-32分类地位及其代谢提取物对小鼠肠道微生物的调节作用,以探讨其对机体健康的影响。【方法】对RPB-32进行传统方法和分子鉴定。将120只KM小鼠随机分为溶剂对照组(3%乙醇)及石油醚提取物、正丁醇提取物和乙酸乙酯提取物低、中、高剂量组(n=12)。小鼠灌胃处理14 d后采集粪便,通过选择性培养基培养及宏基因组测序[溶剂对照(S.F.1为3%乙醇溶液)、乙酸乙酯提取物高剂量组(S.F.2)]检测灌胃前后小鼠肠道微生物的变化。【结果】常规传统方法与分子鉴定结果表明RPB-32为芽孢杆菌(Bacillus sp.)。与空白对照组相比,给予内生菌代谢提取物的乙酸乙酯中剂量组、乙酸乙酯高剂量组、正丁醇低剂量组、正丁醇中剂量组及正丁醇高剂量组乳酸菌数量明显增加,正丁醇中剂量组的肠球菌和正丁醇高剂量组的肠杆菌数量明显减少。S.F.2与S.F.1基于门、属和种水平上的微生物群落结构相比表明:S.F.2的拟杆菌门(Bacteroidetes)数量明显增加,而厚壁菌门(Firmicutes)数量明显减少;S.F.2的Bacteroides、Prevotella、Parabacteroides、Akkermansia、Helicobacter、Butyricimonas、Alistipes、Ruminococcus、Muribaculum、Barnesiella、Odoribacter、Azospirillum、Mucispirillum和Lactobacillus数量明显增多,Rikenella、Angelakisella、Clostridium、Oscillibacter、Pseudoflavonifractor、Flavonifractor、Mailhella、Desulfovibrio、Faecalibacterium、Eubacterium、Lachnoclostridium、Hungatella、Butyrivibrio、Blautia、Dorea、Ruminiclostridium、Roseburia、Anaerotruncus和Butyricicoccus等数量减少;S.F.2的Bacteroides sartorii、Bacteroides caecimuris、Bacteroides uniformis、Parabacteroides chinchillae、Parabacteroides glodsteinii、Helicobacter bilis、Bacteroides fragilis、Bacteroides vulgatus、Bacteroides thetaiotaomicron和Butyricimonas virosa等数量明显增多,Faecalibacterium prausnitzii、Rikenella microfusus、Flavonifractor plautii、Mailhella massiliensis和Clostridium clostridioforme等数量减少。【结论】初步判断太子参内生芽孢杆菌RPB-32代谢物(BM)对肠道微生物组成有明显影响,可能对机体糖脂降解、抗感染和抗炎等方面有改善作用。     

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。     

草地贪夜蛾海藻糖合成酶基因的克隆、时空表达谱及对温度胁迫的响应

【目的】本研究旨在通过克隆草地贪夜蛾Spodoptera frugiperda的海藻糖合成酶(trehalose-6-phosphate synthase)基因SfTPS,分析其在草地贪夜蛾不同发育阶段、不同组织中的表达水平及不同温度胁迫时5龄幼虫中的相对表达量,为进一步探究TPS在草地贪夜蛾生长发育及抗逆应激反应中的功能奠定基础。【方法】运用RT-PCR技术克隆草地贪夜蛾SfTPS的全长编码区,并进行生物信息学分析。运用RT-qPCR技术检测SfTPS在草地贪夜蛾不同发育阶段(卵、1-6龄幼虫、蛹和成虫)、5龄幼虫不同组织(体壁、中肠和脂肪体)中和经短期(2, 4和8 h)高(35℃)低温(10℃)胁迫后5龄幼虫中的表达变化。【结果】克隆获得2 571 bp的草地贪夜蛾TPS cDNA序列,命名为SfTPS(GenBank登录号： MT920672),全长开放阅读框(ORF)长2 481 bp,编码的826个氨基酸具有TPS和TPP两个保守结构域。同源比对和系统进化分析表明,昆虫TPS蛋白具有较高的保守性,SfTPS与斜纹夜蛾S. litura的TPS亲缘关系最近,序列一致性达到99.15%。SfTPS中α-螺旋、β-折叠和无规则卷曲占比分别为38.14%, 12.23%和48.55%;SfTPS的三级结构为同源二聚体。RT-qPCR结果表明,SfTPS在草地贪夜蛾卵期和1-5龄幼虫期低表达,在6龄幼虫期、蛹期和成虫期高表达,且草地贪夜蛾变态前后SfTPS的表达量变化较大。组织分布结果显示,SfTPS在5龄幼虫脂肪体中表达量最高。草地贪夜蛾5龄幼虫经2~8 h低温(10℃)和高温(35℃)胁迫后,SfTPS的相对表达量显著高于对照(25℃),分别为对照的4.43~9.34和2.50~6.03倍。【结论】SfTPS基因在草地贪夜蛾生长发育过程及抵御高低温度胁迫中可能具有重要作用。     

茜草科二型花柱植物滇丁香传粉精确性研究

异型花柱是一种受遗传因素控制的花型多态性现象,其适应意义在于提高不同花型间传粉精确性,从而促进异交。为检验二型花柱植物滇丁香（Luculia pinceana）是如何促进异交并确定有效传粉者的类型,实验统计自然种群中长、短柱型的植株数量,测量花部特征,统计自然种群植株柱头上的型间花粉落置的数量和比例,比较型内、型间花粉的萌发率以及花粉管长度,比较不同人工授粉处理结实情况,观察传粉昆虫类型并测量虫体特征。结果表明（1）滇丁香自然居群中长、短柱型植株的数量没有显著性差异。长柱型的筒深、筒直径、开口直径、雄蕊长和柱头长均显著小于短柱型,而长柱型的叶片长和宽、雌蕊长、花药体积、花粉粒体积、柱头厚均显著大于短柱型。（2）自然种群植株柱头上型间花粉所占比例显著低于型内花粉的比例。（3）型间授粉的花粉萌发率以及花粉管长度均大于型内授粉和混合授粉。（4）型间授粉的结实率显著高于型内授粉的结实率,型内授粉具有一定的结实。（5）夜行性长喙条背天蛾（Cechenena lineosa）是滇丁香的有效传粉者,其吻长和滇丁香的花筒深相适应。本研究表明二型花柱植物滇丁香主要是通过与其花部特征相匹配的长喙天蛾实现有效的传粉,通过促进型间花粉的萌发和花粉管的伸长而有利于型间授粉结实,提高传粉精确性。     

西藏色季拉山垂直植被带土壤细菌群落组成及功能潜势

研究青藏高原土壤微生物群落组成和功能的空间分布特征有助于深入理解典型高寒生态系统中土壤微生物的重要生态功能。本研究采用16S rDNA高通量测序方法,分析了西藏色季拉山4个不同海拔土壤细菌群落物种组成和功能潜势的变化特征及其驱动因子。结果表明: 随着海拔的升高,土壤细菌的丰富度和Shannon多样性指数显著降低;酸杆菌门、绿弯菌门、芽单胞菌门和硝化螺旋菌门的相对丰度显著增加,而变形菌门、放线菌门和拟杆菌门的相对丰度则显著降低。KEGG二级代谢通路中,膜运输及氨基酸、脂类、萜类和聚酮类化合物代谢相关基因的相对丰度在高海拔显著降低,而碳水化合物代谢、信号转导、复制与修复、酶家族等基因丰度则显著升高。不同海拔土壤细菌群落组成和功能潜势的变化受到植被和土壤因子的显著影响,并且pH值是关键驱动因子。群落功能潜势与放线菌门、拟杆菌门、纤维杆菌门等种群丰度显著相关。不同海拔下群落KEGG代谢通路基因组成的差异(β多样性)与土壤细菌群落结构的差异呈显著正相关,说明微生物群落组成与功能潜势之间可能存在紧密关联。     

气候变化背景下基于MaxEnt模型的刺梨潜在适生区分布预测

为阐明气候变化背景下刺梨(Rosa roxburghii)在中国的潜在适生区分布,该研究基于刺梨的自然分布数据及当代(1960~1990)、未来(21世纪50年代及70年代)气候因子数据,采用最大熵(MaxEnt)模型模拟了当前和未来气候情景下刺梨在中国的潜在适生区,并确定影响其地理分布的主要气候因子。结果表明:(1)温度因子是影响刺梨分布的关键气候因子,尤其是最冷月份最低温度(BIO06)对模型的百分比贡献率和排列重要性分别为66.7%和53.4%。(2)在当代气候条件下,刺梨的总适生区面积为3.50×10⁶km²,占中国陆地面积的36.44%。其中,高度适生区面积为2.05×10⁵km²,占总适生区面积的5.87%,主要分布在贵州西部、四川中部及川渝陕边境。(3)未来气候变化情景下,刺梨的总适生区和低度适生区面积将增加,而中、高度适生区面积将减小。在21世纪70年代RCP4.5气体条件下,中、高度适生区面积均出现最小值,分别为7.07×10⁵km²和2.80×10⁴km²,仅占当代中、高度适生区面积的53.30%和13.65%。研究发现,刺梨的适生区随着气候变化略增加并有向高纬度地区迁移的趋势,但在四川中部及川渝陕边境的高度适生区显著减少,将来主要分布于贵州省。     

唇形科苣叶鼠尾草的新分布及适生分布区预测

在野外调查的基础上,报道了苣叶鼠尾草在贵州和广西的省级新分布。基于苣叶鼠尾草16个分布数据和11个环境因子参数,运用最大熵(MaxEnt)模型对其适生分布区进行预测,并通过受试者工作特征(receiver operating characteristic,ROC)曲线对模型精度进行验证。结果表明:(1)ROC曲线下面积(AUC)均值为0.999,模型预测结果准确性较高,适合苣叶鼠尾草的潜在适生区预测。苣叶鼠尾草的适生区主要分布于中国西南地区以及与中国南部相邻国家的部分地区。核心适宜区集中在中国滇黔桂、四川东部和滇东南中越边境的石灰岩山区。(2)刀切法(Jackknife)检测结果表明,影响苣叶鼠尾草适生分布区的主要环境因子包括:最暖季降水量、最冷月最低温、平均气温日较差以及最冷季降水量等。适生区环境因子的统计分析结果显示,苣叶鼠尾草适宜生长在最暖季降水量650~1500 mm、最冷月最低温0~10℃、平均气温日较差6.5~8.5℃、最冷季降水量0~250 mm的地区。研究结果可为苣叶鼠尾草的资源调查和相关研究提供有利依据。     

喀斯特山地城市内山体绿地对城市热岛的减温效应——以安顺市西秀区为例

山体绿地是喀斯特山地城市内典型的城市绿地景观类型,其对于改善城市生态环境、提升喀斯特山地城市生态服务功能具有重要作用。以黔中典型喀斯特山地城市安顺市为研究对象,运用2011年和2016年两期热红外遥感影像和城市景观结构空间数据,在反演分析城市热岛效应及其强度时空分布特征的基础上,运用冷热点分析剖析了山体绿地与城市热岛效应冷点分布区的关系,揭示山体绿地对城市热岛的减温效应。结果表明:基于Landsat热红外遥感数据反演地表温度结果显示,2011—2016年,安顺市西秀区平均反演地表温度升高约4℃;主城区一带热岛效应呈现加剧趋势,但总体热岛面积呈下降趋势,绿岛区多分布于水体和山体绿地中,且山体绿地对热岛效应减缓作用逐年增大;热/冷聚集面积呈现上升趋势,约40%~50%的冷聚集区由山体绿地贡献,热聚集区主要由建筑用地和其他用地构成;500 m格网尺度下,山体绿地面积与地表温度呈显著负相关,表现为山体绿地面积占格网比例每增加10%,地表温度将降低0.17~0.27℃。研究结果可为喀斯特山地城市山体绿地管理、城市绿地空间规划和城市热环境缓解提供科学依据。