生物炭-牛粪堆肥中产β-葡聚糖苷酶微生物群落应答碳代谢抑制效应

【背景】在高浓度葡萄糖引起的碳代谢抑制效应下,产β-葡聚糖苷酶(β-glucosidase)功能微生物群落为适应碳代谢压力的变化,会差异化表达糖耐受和非糖耐受的功能基因。在堆肥中添加生物炭可以改变微生物生存的环境,进而影响微生物群落的组成与功能。【目的】分析在不同碳代谢压力下添加生物炭对产β-葡聚糖苷酶功能微生物群落的结构组成与功能的影响。【方法】在生物炭牛粪-稻草堆肥中添加葡萄糖、纤维二糖及β-葡聚糖苷酶抑制剂,构建不同的碳代谢压力。以细菌来源GH1家族的β-葡聚糖苷酶基因为分子标记基因构建基因克隆文库。同时测定羧甲基纤维素酶酶活和β-葡聚糖苷酶酶活。【结果】放线菌、变形菌和拟杆菌是功能微生物群落中的优势菌群。其中,CL处理组变形菌数量有所下降,在添加了抑制剂的处理组中,拟杆菌的数量明显上升。高浓度葡萄糖显著抑制了羧甲基纤维素酶酶活,但对β-葡聚糖苷酶酶活影响不大,其中低浓度纤维二糖的处理可以显著诱导β-葡聚糖苷酶活性。GHCH处理组中β-葡聚糖苷酶表现出高浓度葡萄糖激活特性。【结论】添加生物炭未明显影响参与纤维素降解的功能微生物群落对碳代谢抑制效应的应答。与自然堆肥相比,在添加了生...     

空间组织模式：微生物群落组装的“游戏”规则

在生物膜形成过程中,微生物种群之间通过主动或者被动的生物过程所形成的独特空间结构被称为空间组织模式。微生物空间组织模式广泛存在于自然和人工环境中,比如医疗、工业和生态系统等,是微生物形成和维持特定群落结构并发挥功能的主要方式,也是形成和维持微生物群落多样性的关键机制。然而,由于微生物群落的复杂性及相关研究方法的局限性,微生物空间组织模式方面的研究目前仍然处于起始阶段。本文梳理了微生物空间组织模式领域的研究进展,系统总结了空间组织模式初始阶段（微生物界面附着）和成熟阶段（空间自组织）的形成过程与协同机制,以及其对微生物养分利用和元素循环、微生物多样性维持和种群进化及功能的影响和调控机制,并分析了影响微生物空间组织模式的关键环境因素。     

台风利奇马对城市淡水系统中微生物群落和抗生素耐药性基因的影响

【背景】极端天气事件(如台风)带来的强风和降水,会给水生生态系统造成短暂和持久的影响。然而,很少有研究关注台风对水生微生物群落和抗生素耐药性基因(antibiotic resistance genes,ARGs)的影响。【目的】对台风前后城市淡水水域的微生物群落和抗性基因组成进行研究分析,更好地认识极端天气对淡水生态系统的干扰。【方法】在台风前后从4个地点采集了水样,通过宏基因组分析,检测了台风利奇马对温州休闲水域微生物群落和抗性基因的影响。除水生微生物群落和抗性基因外,还分析了每个采样点的物理、化学参数,包括温度、pH、溶解氧、叶绿素a、可溶性活性磷、硝酸盐、亚硝酸盐和铵。【结果】台风登陆后,大多数地点的pH、溶解氧和叶绿素a都有所增加。然而,台风对九山湖的影响要弱于对三垟湿地的影响。台风登陆后,变形菌门、蓝菌门和拟杆菌门的相对丰度增加,而放线菌门的相对丰度下降。在属水平上,栖湖菌的微生物多样性和相对丰度显著增加。在所有的环境因子中,铵是影响微生物群落结构的最重要的环境因子。另外,在所有样本中均检测到35个机会性致病菌类群。台风后,铜绿假单胞菌的相对丰度增加。ARGs显示了空间(采样点间)和时间(台风前后)的变化。冗余分析表明,水总无机氮是影响抗性基因分布的主要环境因子。【结论】这些发现为极端天气(如台风)如何影响淡水系统中的微生物群落和抗性基因提供了新的见解。台风登陆增加了城市淡水系统的公共安全风险,因此,检验检疫方法和手段应该前移,加强对环境健康安全的评价和分析,这将有助于减轻抗生素耐药性和致病菌扩散的风险。     

米修链霉菌TF78对香蕉枯萎病的田间防效及根际土壤微生物的影响

【背景】香蕉枯萎病是香蕉生产上的毁灭性病害,生物防治是遏制该病害发生的有效手段。在前期的研究中,从健康香蕉根际土壤中分离获得一株对香蕉枯萎病具有良好盆栽防治效果的生防菌——米修链霉菌(Streptomyces misionensis) TF78,但其对香蕉枯萎病的田间生防潜力和对土壤微生物环境的影响尚不清楚。【目的】评价米修链霉菌TF78对香蕉枯萎病的田间防治效果,明确其对香蕉根际土壤微生物群落的影响。【方法】选取两块发病香蕉园,测定该生防菌株对香蕉枯萎病的防治效果,并利用扩增子测序技术分析施用菌剂组和空白对照组共12份香蕉根际土壤的微生物多样性和丰度。【结果】米修链霉菌TF78对两块香蕉园的田间防效分别达55.30%和45.32%。该生防菌株处理组的物种稀释曲线坡度大于空白对照组,并显著富集了优势种群梳霉门(Kickxellomycota),消减了绿弯菌门(Chloroflexi)、酸杆菌门(Acidobacteria)和苔藓杆菌(Bryobacter)的丰度,对土壤中优势种群变形菌门(Proteobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)、放线菌门(Actinobacteria)、芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)及木霉属(Trichoderma)、鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)、寡养单胞菌属(Stenotrophomonas)和芽孢杆菌属(Bacillus)的相对丰度影响不显著。【结论】米修链霉菌TF78塑造了不利于香蕉枯萎病菌Fusarium oxysporum f.sp.cubense存活的土壤环境,有效降低了田间香蕉枯萎病的发生,同时对土壤中大部分具有重要生态功能和抑菌功能的优势微生物种群影响不显著。该研究结果为米修链霉菌TF78的进一步开发应用奠定了基础。     

微环境调控间充质干细胞复制性衰老的研究进展

间充质干细胞(mesenchymal stem cells, MSCs)是一类能自我更新和分化的多能细胞。越来越多的证据表明,MSCs在再生医学和组织工程等领域具有重要的作用。但是值得注意的是,与很多细胞一样,MSCs在长期体外扩增过程中会逐渐衰老,出现迁徙能力减弱、增殖速度减慢和分化潜能下降等干性减退的现象,这极大地阻碍了MSCs的应用。目前公认的引起MSCs复制性衰老的因素之一就是细胞生长的微环境。新近研究显示,外源性给药、氧浓度调节、细胞外基质(extracellular matrix, ECM)构建等最新技术都可以通过模拟或者调控微环境来改善干细胞的行为,延缓干细胞复制性衰老。本文首先综述了近年来关于MSCs复制性衰老特征和分子机制方面的研究进展,然后总结了通过改变微环境来保持MSCs干性的技术和方法,旨在为未来MSCs制剂大规模应用于组织工程和临床研究提供参考。     

沃尔巴克氏菌调控小茶尺蠖和灰茶尺蠖杂交卵孵化

【目的】明确沃尔巴克氏菌Wolbachia对茶尺蠖两近缘种杂交卵孵化的影响及相关机制。【方法】使用2.5 mg/mL四环素浸液处理1 min后的新鲜茶树叶片连续饲喂灰茶尺蠖Ectropis grisescens幼虫3代,建立不携带Wolbachia的灰茶尺蠖种群。通过携带和不携带Wolbachia的灰茶尺蠖成虫分别与小茶尺蠖E. obliqua成虫进行杂交,探究Wolbachia对二者杂交卵孵化的影响。同时利用iTRAQ技术检测并分析携带和不携带Wolbachia的灰茶尺蠖精子蛋白的差异。【结果】与自然携带Wolbachia的灰茶尺蠖相比,去除Wolbachia后的灰茶尺蠖与小茶尺蠖杂交卵孵化率从3.92%显著提高到56.20%,表明Wolbachia诱导胞 质不亲合。精子蛋白差异分析显示,携带和不携带Wolbachia的灰茶尺蠖的精子蛋白中,共有128个蛋白显著差异表达,其中KEGG数据库注释到45个差异蛋白富集到鞘脂类代谢、唾液分泌、溶酶体、鞘脂信号通路和鞘糖脂生物合成等106个通路中,其中鞘脂类代谢通路中与神经酰胺合成相关的神经酰胺酶和磷酸酯酶显著上调表达。【结论】共生菌Wolbachia通过胞质不亲和作用介导了茶尺蠖两近缘种间的合子前生殖隔离,导致杂交卵的孵化率显著下降;Wolbachia可能通过鞘脂代谢通路实现了对雄性精子蛋白的修饰。     

甘肃白银地区潜叶蝇及其寄生蜂的组成和发生调查

【目的】明确严重危害甘肃省白银地区作物的潜叶蝇及天敌寄生蜂的多样性和种群组成。【方法】采用五点取样法田间调查潜叶蝇危害的蔬菜、花卉、杂草并采样,室内对潜叶蝇及其寄生蜂进行形态鉴定和分子鉴定。【结果】在2016-2020年在甘肃白银地区采集的样本中发现6种常见潜叶蝇,包括本地种豌豆彩潜蝇Chromatomyia horticola和葱斑潜蝇Liriomyza chinensis,入侵种南美斑潜蝇L. huidobrensis、三叶草斑潜蝇L. trifolii、番茄斑潜蝇L. bryoniae和美洲斑潜蝇L. sativae。其中,豌豆彩潜蝇为优势种,可危害多科寄主植物;葱斑潜蝇仅在大葱上发现危害;南美斑潜蝇在温室内的蔬菜上发生严重;三叶草斑潜蝇首次在白银市发现;番茄斑潜蝇与美洲斑潜蝇的危害相对较轻。此外,调查的潜叶蝇寄生蜂包括3科12属24种,优势种包括豌豆潜蝇姬小蜂Diglyphus isaea、芙新姬小蜂Neochrysocharis formosa、万氏潜蝇姬小蜂D. wani和西伯利亚离颚茧蜂Dacnusa sibirica。【结论】一方面白银市应加强监测和预警入侵性潜叶蝇的发生,另一方面白银市潜叶蝇的天敌寄生蜂种类丰富,对田间主要危害的潜叶蝇可能发挥着重要的自然防控作用,建议保护利用本地寄生蜂天敌。     

褐飞虱Nl15基因的克隆及功能分析

【目的】植食性刺吸式口器昆虫的唾液蛋白参与调控植物抗虫防御反应,影响其对寄主植物的适应性。本研究旨在通过克隆褐飞虱Nilaparvata lugens重要唾液蛋白基因Nl15,调查其时空表达模式,明确其在褐飞虱致害性中的作用。【方法】基于褐飞虱IR56种群转录组数据,用RT-PCR克隆褐飞虱基因Nl15 cDNA序列,并进行生物信息学分析。利用qPCR检测其在褐飞虱TN1和IR56种群不同发育阶段(卵、1-5龄若虫和雌雄成虫)和雌成虫不同组织(头、胸、腹和足)中的表达模式。通过显微注射dsRNA对褐飞虱TN1和IR56种群的4龄若虫进行Nl15的RNAi,利用qPCR检测Nl15 RNAi后褐飞虱若虫中Nl15的相对表达量以及Nl15 RNAi后褐飞虱若虫取食3 d时水稻植株中防御相关基因(OsLecRK4, OsMPK10, OsWRKY24, OsLox, OsNPR1和OsGns5)的相对表达量,并生物测定Nl15 RNAi后褐飞虱的存活率以及成虫蜜露量和体质量增量。【结果】克隆了褐飞虱Nl15 cDNA序列(GenBank登录号：OK181113),其开放阅读框长1 008 bp;预测编码335个氨基酸,理论等电点为7.54,分子量为38.7 kD,含有23个氨基酸的信号肽序列和一个糖基化修饰位点,不存在跨膜结构域和其他已知的功能域;Nl15与灰飞虱Laodelphax striatellus同源蛋白氨基酸序列一致性为45%。发育表达谱结果表明,Nl15在褐飞虱各个发育阶段均表达,在3-4龄若虫中的表达量最高;组织表达谱结果表明,Nl15在褐飞虱雌成虫头部中的表达量最高,且在IR56种群头部中的表达量高于在TN1种群头部中的。RNAi实验结果表明,与注射dsGFP的对照组相比,注射dsNl15的处理组中Nl15的表达量显著降低了89.5%,褐飞虱的存活率以及成虫蜜露量和体质量增量均显著降低,上述6个水稻防御相关基因的表达量显著上调。【结论】褐飞虱IR56种群中的Nl15参与褐飞虱与水稻的防御与反防御分子互作。本研究为进一步阐述褐飞虱克服抗虫基因的机制及揭示昆虫与植物互作的分子网络提供了思路。     

红火蚁入侵对玉米植株上节肢动物群落的影响

在农业生态系统中,入侵性红火蚁Solenopsis invicta Buren是一种贪婪的节肢动物捕食者,会不加区分地攻击害虫和有益昆虫。本文以玉米地作为研究生境,系统调查并探讨红火蚁入侵对玉米植株上节肢动物群落的影响。结果表明,红火蚁入侵使得玉米地内节肢动物的种类下降了64.7%,而减少的种类主要隶属于半翅目、鳞翅目和双翅目,并且这种负面影响主要体现在玉米生长后期。随着玉米植株上红火蚁数量的增加,相应的节肢动物群落物种丰富度、多样性和均匀度指数减少,生态优势度指数增加。进一步通过系统聚类分析表明,红火蚁发生区玉米植株上节肢动物类群结构在时间序列上波动较大,其入侵已显著影响了生境内节肢动物群落。     

三种植物源药剂对红火蚁的防治效果评估及其对本地蚂蚁群落影响

红火蚁Solenopsis invicta Buren是一种危险性入侵害虫,可对人类健康、农林业生产、公共安全和生态系统产生严重的负面影响。目前,化学农药是防治红火蚁的主要方法。然而,大多数化学农药并不适用于有机农场、水产养殖区等生态敏感区。为筛选出用于生态敏感区红火蚁防治的药剂,本文结合室内和田间试验评估了植物源杀虫剂苦参碱Matrine、鱼藤酮Rotenone和除虫菊素Pyrethrin对红火蚁的防治效果。室内试验结果表明,苦参碱、鱼藤酮和除虫菊素对红火蚁均具有较高的毒性。田间试验表明,25.00 mg/L和12.50 mg/L苦参碱、250.00 mg/L 和125 mg/L鱼藤酮、75.00 mg/L和37.50 mg/L除虫菊素灌巢处理,红火蚁蚁巢减退率分别达到100%、81.25%、87.50%、79.17%、71.73%和66.67%。然而,除25.00 mg/L苦参碱外,其他处理均导致在被灌巢的蚁巢周围短期内出现新蚁巢。灌巢处理后,处理区的蚂蚁多样性指数和均匀度指数升高,优势度指数下降。综上所述,苦参碱、鱼藤酮和除虫菊素适合灌巢处理防治红火蚁,其中0.5%苦参碱可溶性液剂能有效降低红火蚁种群数量,使得蚁巢减退率达100%,同时对本地蚂蚁群落没有负面影响,因此该商品制剂在红火蚁防治方面具有较好的开发潜力。