微生物学实践课程改革与学生创新能力的培养

微生物学是生命科学专业重要的基础课程,该课程应用性强。培养具有科学创新能力的科研人才和解决实际问题的应用型人才,是地方综合性大学的核心任务。为了更好地实现"学生为主体、教师为主导"的教育理念,对微生物学实践教学的教学内容和方法及师资培养等环节进行了改革,取得了一定的成效,形成了多样化的教学策略,为实践教学改革提供了新的思路。实践证明,学生能很好地掌握实验技能,促进了他们的实践能力和创新能力,提高了他们的科研素质。     

浑善达克沙地生物土壤结皮及其下层土壤中固氮细菌群落结构和多样性

【背景】荒漠化是一个重大环境问题,生物土壤结皮(Biological soil crusts,BSCs)可遏制荒漠化,其中的固氮微生物对BSCs的形成和发育有重要作用,但目前BSCs中固氮细菌群落结构和多样性尚不十分清楚。【目的】阐明浑善达克沙地中不同类型生物土壤结皮及其下层土壤固氮细菌的群落结构、多样性及其影响因素。【方法】利用稀释热法和碱解扩散法检测土壤的有机质(Organic matter,OM)和速效氮(Available nitrogen,AN)含量;利用高通量测序对nifH基因进行测序,基于nifH序列比较分析固氮细菌群落结构和多样性;利用典范对应分析(Canonical correlation analysis,CCA)分析群落、样品和土壤理化参数的相关性。【结果】固氮细菌优势菌门除在苔藓结皮(HSM)中为Cyanobacteria和Proteobacteria外,在其他类型BSCs中均只为Cyanobacteria;苔藓结皮下层土壤(HSMs)(下层土壤中只有HSMs检测到了nifH)优势菌门为Proteobacteria,优势菌纲为Alphaproteobacteria和Betaproteobacteria;优势菌属差异较大,藻结皮(HSA)中Unclassified_f_Nostocaceae占90.99%;地衣结皮(HSL)中Scytonema和Unclassified_f_Nostocaceae分别占45.85%和44.14%;HSM中Unclassified_f_Nostocaceae、Scytonema、Nostoc、Skermanella、Unclassified_o_Nostocales分别占29.21%、22.57%、15.34%、14.74%和10.60%;HSMs中Skermanella、Azohydromonas、Unclassified_p_Proteobacteria、Unclassified_c_Alphaproteobacteria分别占33.80%、25.66%、18.20%和10.62%;固氮细菌多样性随结皮的发育逐渐提高;OM和AN对结皮的发育起促进作用。【结论】藻结皮、地衣结皮和苔藓结皮及其紧邻下层土壤中的固氮细菌群落结构和多样性差异明显,且固氮细菌类群和多样性指数随BSCs发育阶段的提高而增加。本研究为认识和利用生物土壤结皮相关固氮细菌提供了基础依据。     

浑善达克沙地生物土壤结皮及其下层土壤中好氧不产氧光营养细菌群落结构及多样性

【目的】揭示浑善达克沙地不同类型生物土壤结皮(Biological soil crusts,BSCs)及其下层土壤好氧不产氧光营养细菌(Aerobic anoxygenic phototrophic bacteria,AAPB)群落结构及多样性。【方法】利用Illumina Mi Seq二代高通量测序平台对puf M基因进行测序,使用生物信息学分析方法对序列进行比对分析AAPB的群落结构和多样性。【结果】生物土壤结皮及其下层土壤中,Proteobacteria和Alpha-Proteobacteria是优势门和纲,主要有6个属Bradyrhizobium(9.69%–90.02%)、Brevundimonas(0.83%–16.04%)、Methylobacterium(1.74%–12.56%)、Rhodospirillum(0.91%–32.87%)、Roseiflexus(0.02%–1.79%)和Sphingomonas(0.13%–11.23%);结皮层样品间及下层土壤样品间AAPB种类相似,但丰度有差异;随结皮的发育,结皮层及其下层土壤中AAPB群落多样性升高。【结论】浑善达克沙地BSCs中AAPB群落结构相对复杂,与水体和一般土壤环境中的组成区别明显;AAPB多样性高,且多样性随发育阶段升高而升高,预示着AAPB在荒漠生态系统稳定中有重要的作用。     

微生物学混合式教学的探索与实践

微生物学作为生命科学相关专业重要的专业基础课程,在其知识体系的构建中具有重要作用。立足内蒙古农业大学微生物学示范课程改革的教学实践,在混合式教学理念的构建、实施过程、评价体系、教学效果及问题与反思进行深入探讨。结果表明,混合式教学可以帮助学生深入学习理论知识和熟练掌握实践技能,有助于促进学生发现、分析与解决问题能力、协作能力、沟通交流能力、自主学习能力及综合创新能力的提升。     

外源纤维素诱导明显影响微生物土壤结皮细菌群落结构

【目的】微生物土壤结皮(Microbial soil crusts, MSCs)对于遏制土壤荒漠化、恢复荒漠地区生态环境起着重要作用。MSCs中的微生物, 特别是纤维素降解菌, 起着稳固、修复生态环境的功能。外源纤维素诱导是全面认识MSCs中纤维素降解细菌的多样性及其在MSCs形成和发展中的作用的重要途径。【方法】通过对微生物土壤结皮分别添加小麦秸杆(麦秸)、锯末木屑两类纤维素材料进行诱导, 以PCR-DGGE方法分析细菌群落变化。【结果】外源纤维素, 特别是麦秸的添加会迅速提高MSCs中细菌丰富度及多样性, 将细菌丰富度提高约66.7%, Shannon-Weiner指数提高约15.8%; 相同处理的样品聚类位置较近, 说明纤维素对于MSCs细菌菌群变化起主导作用; 细菌群落结构组成在添加纤维素诱导后发生了变化, 麦秸诱导样品与同时期对照样品差异最大, 但各样品中Firmieutes和Alphaproteobacteria始终为优势类群; 所得DGGE条带序列中有13条与纤维素降解菌序列同源性相近, 他们所代表的细菌很可能具有纤维素降解能力, 其中厌氧性的梭菌属(Clostridium)所占比例最大, 约为46.1%, 其次为芽孢杆菌属(Bacillus), 约占30%; 纤维素降解过程中, 诱导增加了MSCs发育有重要作用的一些类群如Microcoleus vaginatus和一些Alphaproteobacteria类群细菌等的丰度和多样性, 它们中有的可通过分泌多糖物质等增强土壤颗粒黏结、有的可以其固碳或固氮等能力提高土壤营养水平。【结论】为认识外源纤维素诱导MSCs细菌群落结构的变化规律, MSCs中纤维素降解细菌的多样性及纤维素降解细菌对MSCs形成和发展的作用提供了基础, 同时也为恢复荒漠生态系统实践方法提供了理论依据。     

薄层菌L28的分离鉴定及其对马铃薯快繁苗生长的促进作用

【背景】薄层菌(Hymenobacter)是不利生长环境(如营养贫瘠的荒漠土壤)中的优势细菌类群,目前对该类菌的研究集中于分离鉴定,尚无对植物促生相关的研究报道。【目的】从浑善达克荒漠土壤分离鉴定细菌,并分析菌株对马铃薯快繁苗生长的影响。【方法】基于选择性培养基,以涂布划线方法进行细菌的分离培养;扩增16S rRNA基因并测序,分析序列相似性和系统发育,并参考形态和生理生化特征对菌株进行初步分类鉴定;以选择性培养基或比色法等方法对纯培养物进行促生性状分析;采用MS固体培养基分析菌株对马铃薯快繁苗生长的影响。【结果】分离得到一株编号为L28的细菌,其16S rRNA基因序列与Hymenobacter koreensis GYR3077T的相似性最高,为96.46%;菌株L28具有固氮、解磷酸钙-磷、解植酸磷-磷、产吲哚-3-乙酸(indole-3-acetic acid,IAA) (7.51 mg/L)、产铁载体(D/d为2.47)和有1-氨基环丙烷羧酸(1-amino-cyclopropane-1-carboxylic acid,ACC)脱氨酶活性等多种植物促生特性;接种L28相比不接种显著提高了马铃薯快繁苗的节点数、株高、根长、茎长、根干重和茎干重(提高了28.57%?234.94%);移栽后,接种菌株L28相比不接种显著提高了种薯数量和重量,分别提高了40%和181.87%。【结论】分离自浑善达克荒漠土壤的菌株L28属于Hymenobacter,具有多种植物促生特性,能显著促进马铃薯快繁苗生长及其移栽后种薯的形成,可作为植物促生菌种,在马铃薯生产中具有良好应用前景。     

三种荒漠灌木根际可培养固氮细菌类群及其固氮和产铁载体能力

【目的】揭示西鄂尔多斯荒漠孑遗灌木四合木(Tetraena mongolica)、沙冬青(Ammopiptanthus mongolicus)、白刺(Nitraria tangutorum)根际可培养固氮细菌类群,分析固氮酶活性和产铁载体能力,以期为认识和利用荒漠植物根际促生细菌提供依据。【方法】以Ashby无氮培养基、采用涂布划线法分离纯化根际固氮细菌;基于16S r RNA基因分析类群组成;以乙炔还原方法测定固氮酶活性;以铬天青S蓝色平板定性筛选产铁载体菌株,以分光光度计法定量产铁载体能力。【结果】共分离出固氮细菌22株,分别属于3个门与9个属,其中变形菌门(Proteobacteria,82%)为绝对优势门,假单胞菌属(Pseudomonas,27.27%)为优势属;Rhizobium和Bacillus分别是沙冬青和四合木的独有属,而白刺独有属有Enterobacter、Stenotrophomonas和Paenibacillus;10株在无氮培养基上生长迅速,它们的固氮酶活性在871.71-3 383.09 nmol C2H4/(H·Culture)之间,并且其中有7株具有产铁载体能力,其产铁载体的As/Ar值范围为0.35-0.79。【结论】鄂尔多斯荒漠珍稀孑遗灌木植物根际固氮细菌类群多样,植物间差异明显,包含多种高固氮酶活性和产铁载体能力的固氮细菌,可作为植物生长促进根际细菌的重要来源。     

微生物学开放式实验教学模式的改革探索

当前学生在微生物实验教学中存在的对导师依赖性强、缺乏刻苦和主动性的现象,与"学生为主体、教师为主导"的现代教育思想有很大差距。该文从微生物学的开放式实践教学改革的重要性和必要性出发,以培养学生的多向思维能力、创新能力和开拓精神的现代人才培养理念为指导,对微生物学实验教学进行了探索与改革。制作标准化实验操作课件,采用灵活多变的实验教学策略;建设开放式实验指导教材,拓展延伸创新实验内容,并推荐优秀创新实验作品参加国家和自治区级的科技竞赛;加强对开放实验教学规章制度的建设;修订所采用的实验教材和讲义。构建微生物学的开放式实验教学管理体系,放手让学生独立进行实验选题、查文献、自我设计和实验,有效地激发了学生对实验的兴趣和主人翁精神,改变了以往微生物学实验的懒散风气,增强了学生勤于观察、乐于比较、敢于质疑、富于想象分析的积极性,初步形成了以学生为主体的教学模式。     

乌梁素海富营养化湖区浮游细菌多样性及系统发育分析

水生生态系统富营养化与细菌群落之间的关系尚不明确。本文通过构建和分析16S rRNA基因片段克隆文库, 以期揭示乌梁素海富营养化水体细菌的多样性及其系统发育关系, 并探讨富营养化与细菌多样性之间的关系。利用Hae III对文库中的87个克隆子进行单酶切, 产生了23种带型, 文库覆盖度达到了73.6%, 反映出文库有较好的代表性。选择每种OTU的一个代表克隆进行测序分析, 基因序列系统发育分析结果表明, 乌梁素海中多数细菌与淡水生态系统中常见的细菌门类相同, 即α-, β-, γ-Proteobacteria, Bacteroidetes, Actinobacteria, 它们分别占总菌数的10.3%、41.4%、4.6%和6.9%, 其中β-Proteobacteria和Bacteroidetes是优势细菌类群。与典型淡水生态系统细菌群落组成不同的是, 乌梁素海中存在约10.3%的轻度嗜盐碱细菌。水体中83.9%的细菌与已培养的细菌的同源性低于97%, 其中58.9%的细菌未能鉴定到属; 其余总菌数16.1%的克隆与具有降解污染物生物活性的已知菌相近。Bacteroidetes、Firmicutes和β-Proteobacteria中的某些类群成为优势菌群可能是对乌梁素海水体富营养化的响应。