拉曼光谱分析技术在资源微生物发酵性能评价中的应用

微生物发酵过程是细胞新陈代谢进行物质转化的过程,为了提高目标产物的转化率,需要对微生物发酵动态特性进行实时分析,以便实时优化发酵过程。拉曼光谱(Raman spectroscopy)量化测试作为一种有应用前景的在线过程分析技术,可以在避免微生物污染的条件下,实现精准监测,进而用于优化控制微生物发酵过程。【目的】以运动发酵单胞菌(Zymomonas mobilis)为例,建立微生物发酵过程中葡萄糖、木糖、乙醇和乳酸浓度拉曼光谱预测模型,并进行准确性验证。【方法】采用浸入式在线拉曼探头,收集运动发酵单胞菌发酵过程中多个组分的拉曼光谱,采用偏最小二乘法对光谱信号进行预处理和多元数据分析,结合离线色谱分析数据,对拉曼光谱进行建模分析和浓度预测。【结果】针对运动发酵单胞菌,首先实现拉曼分析仪对单一产品乙醇发酵过程的精准检测,其次基于多元变量分析,建立葡萄糖、乙醇和乳酸浓度变化的预测模型,实现对发酵过程中各成分浓度变化的准确有效分析。【结论】成功建立了一种评价资源微生物尤其是工业菌株发酵液多种组分的拉曼光谱分析方法。该方法为运动发酵单胞菌等工业菌株利用多组分底物工业化生产不同产物的实时检测,以及其他微生物尤其工业菌株的选育和过程优化提供了新方法。     

基于高通量测序的福建北部马铃薯晚疫病株根际土壤细菌群落分析

【背景】马铃薯晚疫病是一种由致病疫霉[Phytophthora infestans (Mont.) de Bary]引起的毁灭性病害,当环境条件适宜时,残留在土壤中的病原菌会侵染马铃薯植株导致病害的发生。【目的】明确健康马铃薯植株与发病植株的根际土壤细菌结构与多样性。【方法】采集马铃薯晚疫病发病地的健康植株根际土壤(M2J)和发病植株根际土壤(M2G),对土样中的细菌群落进行基于Illumina Mi Seq测序平台的宏基因组高通量测序分析。【结果】发病植株根际土壤细菌的优质序列比健康植株少3.31%(1 747条),OTU少24.58%(1 466个)。在门水平上,健康植株和发病植株根际土壤微生物组成相似,但相对丰度存在显著差异。其中发病后植株根际土壤菌群变形菌门(Proteobacteria)相对丰度增加17.70%,绿弯菌门(Chloroflexi)相对丰度增加了1.58%,而酸杆菌门(Acidobacteria)相对丰度降低了6.13%,放线菌门(Actinobacteria)相对丰度降低了4.28%,芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)相对丰度降低了1.41%,疣微...     

隔沟交替灌溉条件下玉米根系形态性状及结构分布

为揭示根系对土壤环境的适应机制,研究了隔沟交替灌溉条件下玉米根系形态性状及结构分布。以垄位和坡位的玉米根系为研究对象,利用Minirhizotrons法研究了根系（活/死根）的长度、直径、体积、表面积、根尖数和径级变化及其与土壤水分、土温和水分利用效率（WUE）的相关关系。结果表明,对于活根,在坡位非灌水区域复水后根系平均直径减小,而根系日均生长速率、单位面积土壤根系体积密度、根尖数和表面积均增大,并随灌水区域土壤水分的消退逐渐减小;对于死根,在坡位非灌水区域复水后根系日均死亡速率、根系体积密度、根尖数和表面积变化均减小,其中根系死亡速率和死根直径随土壤水分的消退逐渐降低,而死根体积密度、根尖数和表面积分布随土壤水分降低呈增大趋势;在垄位,根系形态分布趋势与坡位一致,除根系直径与与坡位比较接近外,其他根系形态值均小于坡位。将根系分成4个径级区间分析根系的形态特征,结果表明在根系长度和体积密度分布中以2.5－4.5 mm径级的根系所占比例最大,在根尖数和根系表面积分布中以0.0－2.5 mm径级的根系为主。通过显著性相关分析,死根直径、体积密度、活根表面积等根系形态与土壤含水率、土壤温度和WUE间均存在显著或极显著的正相关关系,部分根系形态指标（如根系的生长速率、活根体积密度）只与坡位土壤含水量、土壤温度具有明显的相关性,表明隔沟交替灌溉对坡位根系形态的调控作用比垄位显著。     

舟山附近海域富营养化的时空分布及其与环境因子的关系

根据2008年春季(5月)和夏季(8月)在舟山附近海域调查监测资料,采用改良后的营养指数法,结合N/P(物质的量比)潜在性富营养化法,对该海域在春季和夏季的富营养化水平进行了评价,并分析了该海域富营养化的时空分布特征,对富营养化指数与环境因子的相关关系进行了讨论,同时对两种方法的结果进行了比较分析.营养指数法计算结果显示:舟山附近海域的富营养化程度较低,各调查站位富营养化指数均小于富营养化阀值;春季的富营养化水平高于夏季;春季、夏季富营养化指数的平面分布均表现出沿岸到离岸方向呈逐渐降低的特点;春季调查海域N/P平均值为17.35,略高于Redfield系数,夏季N/P平均值为56.34,具有明显的营养盐比例不平衡的特征.潜在性富营养化法计算结果显示:春季属于富营养水平,夏季属于磷限制潜在性富营养;富营养化指数与盐度、溶解氧、pH相关性均不显著,调查海域富营养化水平的时空变化主要受地表径流冲谈水、浮游植物、外海海流等的共同影响.     

重组大肠杆菌产γ-环糊精葡萄糖基转移酶的摇瓶发酵优化

为了实现来源于碱性芽孢杆菌Alkalophilic Bacillus clarkii 7364的γ-环糊精葡萄糖基转移酶的高效胞外表达,对OmpA信号肽介导的E.coli BL21(DE3)/pET20b(+)-γcgt基因工程菌进行发酵培养基及发酵条件的优化,并进行正交试验,获得最优培养基:甘油5g/L、蛋白胨6g/L、酵母膏24g/L、钙离子6mmol/L、镁离子2mmol/L、甘氨酸0.75%、PO₄^3- 0.1mol/L;在此基础上最适发酵条件:pH6.5、25℃培养、装液量30ml/250ml、转速220r/min、0.02%SDS、在发酵10h时利用5g/L乳糖进行诱导,使得酶活从初始的5189.2U/ml提高到20268.8U/ml。研究结果得到高效表达的培养条件,为实现该酶的工业化应用打下了基础。     

人体微生物“暗物质”：勘探、培养及应用

微生物广泛存在于自然界,其代谢活动对环境和人类健康有重要影响。定植于人体表面和内部的微生物无论从细胞还是基因数量上都远超人体,而90%以上的微生物是未培养的,这严重限制了对人体共生微生物功能的研究。因此,鉴定和分离未知或以前无法培养的微生物的必要性是显而易见的。随着各种技术的进步,可培养的微生物数量不断增加,但仍存在不足。本文论述了利用基因组测序探索微生物“暗物质”的效果,以及分离培养未培养微生物和对其进行开发利用的重要性;综述了当前有效的微生物鉴定和培养技术,如基质辅助激光解吸/电离飞行时间质谱（MALDI-TOF MS）、基因组信息抗体工程等;阐述了微生物与人体健康的相互作用,揭示了人体微生物“暗物质”的潜力,对人体微生物“暗物质”未来的研究和发展进行了讨论。     

血管内皮祖细胞与炎性因子相关性的研究进展

内皮祖细胞(EPCs)是一种能直接分化为血管内皮细胞的前体细胞,不仅参与胚胎期的血管发生,还存在于骨髓、外周血和脐血中,在成体血管新生和受损内膜的再内皮化中发挥重要作用.然而,血管发生和炎症反应是两个密切联系的过程,血管损伤通常伴有局部促炎症介质的释放.多种炎症介质通过不同信号通路影响内皮祖细胞的数量和功能,从而影响损伤血管的修复和再生,参与炎症反应的发生和发展.本文结合近年来的研究进展,就EPCs与炎性相关因子如C-反应蛋白、肿瘤坏死因子-α、白细胞介素-1β、血管生成素、基质细胞衍生因子-1等的关系作一综述.     

光照条件对蒙古栎幼苗生长及形态特征的影响

对生长于不同光照环境(林内和林外)下的蒙古栎幼苗的形态特征进行了比较.结果表明,光照条件对蒙古栎幼苗的生物量及其分配具有明显影响,林外幼苗单株生物量为林外的4.48倍,其中以根系生物量的差别为最大,林外为林内的6.23倍;林外与林内幼苗根冠比分别为2.70和1.11.在不同的光照条件下,蒙古栎幼苗的叶片形态表现出明显不同,林外叶片比叶面积明显低于林内,分别为139.55cm2/g 和284.94cm2/g,林内约为林外的2.04倍;一次生长叶面积林外明显低于林内,总叶面积则高于林内.二次生长使蒙古栎幼苗的叶面积有明显增加,但是经过二次生长后,幼苗的单株生物量没有明显增加,说明二次生长叶片对于蒙古栎幼苗生物量的积累没有明显贡献;光照对于蒙古栎主干及根系的形态具有明显影响,林外幼苗高(包括二次生长)明显低于林内幼苗,而地径则相反,林外幼苗根系的长度和直径则明显高于林内幼苗;林外幼苗顶芽体积明显大于林内幼苗.同时,林外幼苗的二次生长导致顶芽体积明显下降,从而对翌年的高生长量和未来干型产生影响.认为,蒙古栎幼苗通过形态上的一系列可塑性变化来适应不同的光环境以获取最大的碳收益.     

奉贤近海仔鱼的分布及其与水环境的关系

根据2006年5月和8月在奉贤附近海域(30°32.40′N-30°49.8′N;121°25.2′E-121°54′E)进行的渔业资源、生态调查资料,对该水域仔稚鱼的种类组成、数量分布的季节变化及其与水环境的关系作了分析.结果表明:鲈形目和鲱形目出现的种类最多;春季种类组成复杂,结构相对夏季要稳定,种间分布较均匀;夏季优势种较春季突出,优势度较大, 数量较多,平面分布呈现由内侧向外侧的递减趋势;长江径流与外海水在外侧水域的南汇嘴处形成咸淡水交汇水域,环境稳定性较差,加之海域处于强潮流区,水沙运移频繁,对仔鱼平面分布产生影响;此海域沿岸地处化工区,水体污染严重,仔鱼的数量和种群减少.