冰川细菌冷杆菌属的多样性研究进展

冰川作为地球主要的冰冻圈环境之一,蕴藏着丰富的低温微生物资源。1976年,Inoue Komagata从南极分离出一株嗜冷细菌,直到1997年,以这株嗜冷菌为模式物种,建立了冷杆菌属(Cryobacterium),同时该菌株被命名为嗜冷冷杆菌(Cryobacterium psychrophilum)。冷杆菌属物种主要分布于南北极、青藏高原冻土、冰川等低温环境,但与冰川等环境中其他常见类群相比丰度较低,属于稀有类群。目前,该属已有15个有效描述种,其中包含严格的嗜冷菌,但不同种对温度的耐受性有差异,因此是研究低温环境细菌进化和物种形成的良好材料。该属菌株可产生β-类胡萝卜素、低温酶等生物活性物质。本文综述了冷杆菌属的分布、生物学特征;通过对GenBank中冷杆菌属纯培养菌株的全基因组序列进行平均核酸序列一致性(average nucleotide identity,ANI)计算和聚类分析,明确其精确的分类地位,评估了该类群物种多样性;并讨论了冷杆菌在食品加工、医药卫生所需的生物活性物质的应用潜力。     

三株芽胞杆菌菌株对松材线虫低温存活与繁殖的影响

为明确细菌在松材线虫生态适应性中的作用,本研究选择与致病相关的松材线虫伴生细菌GD1、马尾松内生细菌GD2以及具有杀松材线虫活性的湿地松内生细菌NJSZ-13为试验对象,测定经这3株芽胞杆菌菌株3个浓度低温驯化10、15和20 d后,在冷冻条件下松材线虫强毒虫株AMA3、中毒虫株AA3和弱毒虫株YW4的存活率和繁殖量。结果表明：低温驯化15 d和20 d后3株菌株对不同毒力线虫的活力影响较驯化10 d后的更显著。在低温驯化15 d、-20℃冷冻处理1 h后,5×10⁶ CFU/mL浓度菌株GD1处理下,虫株AMA3、AA3和YW4的存活率分别为77.22%、83.68%和84.26%,与对照差异显著;5×10⁵ CFU/mL浓度菌株GD1处理下,虫株AMA3、AA3和YW4的存活率分别为75.76%、80.67%和81.50%,与对照差异显著。5×10⁶ CFU/mL和5×10⁵ CFU/mL浓度菌株GD2处理下,与GD1处理组结果相似,菌株NJSZ-13处理组则与菌株GD1和GD2的结果相反。低温驯化15 d、-20℃冷冻处理1 h后,5×10⁶ CFU/mL浓度菌株GD1处理下,虫株AMA3、AA3和YW4的繁殖量分别为7 530、9 317和12 793条/皿,与对照（3 192、3 840和5 823条/皿）差异显著;5×10⁵ CFU/mL浓度菌株GD1处理时,3个虫株的繁殖量均与对照差异显著。而菌株GD2和NJSZ-13处理后,3个虫株的繁殖量均无显著变化。表明不同芽胞杆菌对松材线虫的低温适应性影响存在差异,松材线虫伴生细菌GD1和马尾松内生细菌GD2能增强其低温适应性,而湿地松内生细菌NJSZ-13菌株则相反。     

低温对麦红吸浆虫滞育解除及蜕皮激素受体基因EcR和热激蛋白基因Hsp70和Hsp90表达水平的影响

【目的】本研究旨在明确破茧率和破茧所需时间作为典型的专性幼虫期滞育昆虫麦红吸浆虫Sitodiplosis mosellana滞育解除指标的可行性,探讨蜕皮激素受体基因EcR和热激蛋白基因Hsp70和Hsp90在低温解除滞育中的作用。【方法】9月上旬采自田间的麦红吸浆虫滞育幼虫在低温(4℃)和自然变温处理不同时间(0~90 d)后转移至24℃化蛹,调查幼虫的破茧率、化蛹率及破茧和化蛹所需时间;采用qPCR技术分析4℃低温终止滞育并在24℃下恢复发育的幼虫EcR, Hsp70和Hsp90的mRNA水平。【结果】不同时间低温(4℃)和自然变温处理的麦红吸浆虫滞育幼虫破茧率和化蛹率以及破茧和化蛹所需时间均存在显著差异。未经低温(4℃)处理的幼虫在水分满足的条件下破茧率为71.3%,但均不能化蛹;低温(4℃)处理60 d内,随着处理时间的延长破茧率和化蛹率逐渐升高,破茧和化蛹所需时间逐渐缩短;与4℃低温处理30~60 d相比,自然变温处理30~60 d的幼虫化蛹率显著较低;4℃低温处理60 d和自然变温处理90 d后幼虫的化蛹率均超过91%。低温(4℃)处理显著提高了麦红吸浆虫幼虫EcR, Hsp70和Hsp90的表达量,其中处理30 d时其表达量最高,随着低温(4℃)处理时间的延长,表达量逐渐降低,大部分幼虫滞育解除后表达量趋于恒定。【结论】低温能显著促进麦红吸浆虫的滞育解除,效果优于9-10月自然变温;破茧率及破茧所需时间可作为评判麦红吸浆虫幼虫滞育强度的参考,但不能独立作为滞育解除的指标;EcR,Hsp70和Hsp90的表达水平与滞育强度密切相关,在麦红吸浆虫滞育解除中发挥潜在作用。     

冷驯化对松墨天牛幼虫脂代谢的影响

【目的】在低温环境下,昆虫会启用体内的生理调控机制稳定自身代谢,脂肪代谢在昆虫抵御低温的过程中发挥重要作用。本研究旨在探究松墨天牛Monochamus alternatus幼虫脂肪代谢在低温条件下的变化及其对耐寒性的影响。【方法】将室内25℃下饲养的松墨天牛4龄幼虫分别置于25℃(对照)和4℃(冷驯化)恒温培养箱,7 d后解剖幼虫,收集其脂肪体,观察冷驯化后脂滴变化,测定脂肪体内脂肪含量;利用气相色谱 质谱分析,检测脂肪体内游离脂肪酸组分及含量;并用RT-qPCR方法检测脂肪体内脂肪酸β-氧化关键酶(CPT1, 4KCT, VLCAD, ECH和3HCD-1)基因的相对表达量。【结果】冷驯化(4℃)7 d后松墨天牛4龄幼虫脂肪体中脂滴较对照变小,密度降低,脂肪含量下降;但其脂肪酸组成种类未变,对照组和冷驯化组主要脂肪酸均为C16∶0, C16∶1, C18∶0, C18∶1和C18∶2,其中C18∶2的相对含量在两组中均最高,由未驯化时的31.83%±8.82%降至冷驯化后的25.16%±2.88%。冷驯化后,松墨天牛4龄幼虫脂肪体中C16∶0,C16∶1和C18∶2脂肪酸含量减少,C18∶0与C18∶1的相对含量上升。在5种主要脂肪酸中,冷驯化后各脂肪酸的相对丰度较对照均有所减少,其中C16∶0, C16∶1及C18∶2的相对丰度则显著下降。但冷驯化后松墨天牛4龄幼虫脂肪体中游离脂肪酸的双键指数较对照上升3.88%。且冷驯化组脂肪体中VLCAD基因表达量较对照组显著上调。【结论】低温环境中松墨天牛幼虫通过消耗脂肪维持基本代谢,幼虫脂肪体的脂肪酸分解代谢水平提高;不饱和脂肪酸在松墨天牛的耐寒性中起关键作用。脂代谢调控为松墨天牛应对低温的重要生存策略。     

蛋白酶抑制剂对含水生菜种子耐冻性的影响

选取生菜(Lactuca sativa)种子作为试材,外源添加蛋白酶抑制剂2-硝基苯甲酸[5,5'-Dithiobis-(2-nitrobenzoic acid),DTNB]对种子吸胀处理,通过程序降温,分析2-硝基苯甲酸对低温下种子发芽率及生理活性的影响。结果表明,低温下含水生菜种子的致死温度为–20 ℃;外源添加2-硝基苯甲酸2 mmol·L–1时种子发芽率最高,即对种子活性的保护效果显著;在此浓度下种子内SOD活性比对照提高1.38倍,羟基自由基清除能力提高1.17倍;与对照组相比产生两种新的蛋白11 S种子贮藏球蛋白Jug r4和11 S种子贮藏球蛋白2,均属于球蛋白家族,可提高含水种子的耐冻性;低温下种子内积累更小分子量的球蛋白多肽,对种子具有低温保护效果。综上,低温条件下生菜种子产生一定的抗冷反应,外源添加2 mmol·L–1 2-硝基苯甲酸可提高含水种子发芽率及生理活性,产生抗冻蛋白,积累更小分子量的球蛋白多肽进而提高种子抗冻性。     

低温下转昆虫抗冻蛋白基因烟草的亚显微结构变化

分析在-1℃温度中处理1、2和3d的转昆虫抗冻蛋白基因MpAFP149烟草和野生型烟草亚细胞显微结构变化的结果表明,转基因烟草和野生型烟草的超微结构有差异,尤其是细胞膜、叶绿体和线粒体的膜。转基因烟草细胞器的膜结构伤害程度明显低于野生型烟草,这提示低温条件下转基因烟草中的抗冻蛋白可能有保护细胞膜和细胞器膜结构的作用,由此降低了低温的伤害。     

气候变暖对东北三省春玉米严重低温冷害及种植布局的影响

以我国对气候变化较为敏感的东北三省为例,利用1961～2007年78个气象站的资料,结合玉米生长季温度距平冷害指标,分析了气候变暖对东北三省春玉米严重低温冷害及种植布局的影响.结果表明:(1)气候变暖背景下,从20世纪60年代到21世纪初,东北三省各地区春玉米严重冷害受害程度总体表现为减少趋势,但由于不同地方温度波动幅度较大,区域性的严重冷害发生频率也随之加大;就平均发生频率空间分布而言,1961～2007年严重冷害的平均发生频率表现为东北部高于西南部,最大值出现在黑龙江北部(38%),最低值在辽宁南部(4%).(2)气候变暖背景下,不同熟性玉米品种可种植界线明显北移东延,早熟品种逐渐被中、晚熟品种取代,中、晚熟品种可种植面积不断扩大.(3)随着不同熟性玉米品种种植区域北移东延,严重低温冷害出现频率明显增加,种植风险也在增大.     

低温胁迫对苜蓿幼苗存活及生理生化指标的影响

用秋眠级为2级至9级的11个苜蓿品种,每品种被随机分为对照组和5个处理组,研究低温胁迫和苜蓿品种对幼苗存活和叶片生理生化指标的影响。结果表明:低温胁迫和苜蓿品种对幼苗存活率、叶片生理生化指标的影响均极显著,而且二者对它们的互作效应也极显著。子叶期幼苗在-7.5℃下处理12 h,存活率仅为3.26%。幼苗在-5℃下处理12 h,存活率为54.73%,但叶片游离脯氨酸含量、过氧化物酶活性、质膜相对透性和根系活力极显著提高;每天把幼苗置于-5℃下2 h至3 h锻炼7天,幼苗存活率可提高到95%以上,叶片游离脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白质含量,超氧化物歧化酶活性、根系活力和质膜相对透性均极显著提高。结果表明:4级至9级品种的存活率极显著低于2级至3级的品种;6级至9级品种叶片游离脯氨酸含量、过氧化物酶活性、质膜相对透性极著显低于2级至3级的品种。     

2株耐低温微生物处理污水模拟试验初报

从下水管道的污泥中分离筛选到耐冷细菌H6和耐冷酵母菌J1,采用此2菌株进行模拟污水低温(8℃)处理试验。H6和J1菌株对模拟污水COD的去除率分别为66.6%和72.2%;H6、J1菌株对有机氮去除率分别为76.9%和64.5%;H6、J1菌株对总磷去除率分别为53.9%和14.0%。说明低温微生物在低温环境的污水处理具有广阔的应用前景。     

南极产低温脂肪酶菌株Psychrobacter sp. 7195 的 选育、发酵条件及酶学性质研究

从南极普里兹湾深海沉积物中筛选到一株产低温脂肪酶的菌株7195,细菌学形态鉴定及16S rDNA序列分析表明该菌株属于嗜冷杆菌属 (Psychrobacter). 生长特性研究表明该菌株属于耐冷菌,其最适生长温度范围为5～15°C, 7195菌株能利用多种碳、氮源产酶.粗酶液经硫酸铵盐析、DEAE cellulose-52 柱层析进行初步分离纯化后进行酶学性质的研究. 该菌株所分泌的脂肪酶最适作用温度为30°C,最适pH值为9.0,对热敏感,60°C热处理10min剩余酶活为30%,是典型的低温酶. Ca2+、Mn2+、Cu2+对该酶有较为明显的激活作用,而Co2+、Zn2+、Hg2+、Rb2+、Cd2+、Fe3+、EDTA则能抑制酶活,此外该脂肪酶能在高浓度的SDS、CHAPS、Triton X-100、Tween 80、Tween20等变性剂中表现出较好的稳定性.