奇古菌亚硝酸盐还原酶基因相似基因的多样性

摘要:【目的】氨氧化古菌(Ammonia-oxidizing archaea,AOA)是奇古菌门中的唯一类群,广泛分布于各个生态系统中,对氮素生物地球化学循环起着重要作用。亚硝酸还原酶是反硝化作用的关键酶,目前关于AOA反硝化作用的研究较少,对AOA 亚硝酸盐还原酶基因多样性的研究有利于揭示AOA在反硝化中的作用。【方法】本研究以水体、沉积物和土壤为研究对象,构建了奇古菌样的nirK基因克隆文库,研究了这些环境中nirK相似基因的多样性。【结果】对奇古菌样的nirK基因文库及其序列分析表明:湖水及其沉积物的 nirK基因克隆文库得到10个OTUs,菜田土壤和水样则有8个OTUs;系统发育进化树表明这些nirK氨基酸序列和Candidatus Nitrosopumilus koreensis AR1,Nitrosopumilus maritimus SCM1最为相似,但相似度较低(53%－68%)。克隆文库多样性指数分析表明:所有样品都存在不同类型的nirK基因,水体样品nirK基因类型的多样性和均匀度高于土壤样品,菜田土壤的nirK基因类型多样性最高,分布最均匀。【结论】本研究表明土壤和淡水环境中奇古菌门nirK基因也具有较高的多样性,并且这些基因型与海洋样品差异非常大,这些基因编码的亚硝酸盐还原酶可能对这些环境中的反硝化作用有重要意义。     

典型对虾养殖水体中参与硝化与反硝化过程的微生物群落结构

【目的】本研究旨在分析典型虾塘养殖水体中参与氮循环关键过程的菌群多样性,为指导实际对虾养殖水体中NH 4+和NO 2-的微生物降解、水体氮素污染控制以及虾塘养殖氮素循环的有效管理提供科学依据。【方法】使用聚合酶链式反应及变性梯度凝胶电泳技术(Polymerase Chain Reaction-Denaturing Gradient GelElectrophoresis,PCR-DGGE)从8个不同地点的虾塘水样中确定代表性水样,以此为典型水样进行研究,构建了氨单加氧酶基因(amoA)、亚硝酸盐氧化还原酶基因(nxrA)、亚硝酸盐还原酶基因(nirS)的克隆文库。利用限制性片段长度多态性(Restriction Fragment Length Polymorphism,RFLP)技术将克隆文库进行酶切分析。【结果】通过序列多态性分析,表明amoA基因克隆文库中所有序列都属于变形杆菌门β亚纲(β-Proteobacteria),分别为亚硝化单细胞菌属(Nitrosomonas)(81%)和亚硝化螺旋菌属(Nitrosospira)(19%)2个属。nxrA基因克隆文库检测到α-Proteobacteria和δ-Proteobacteria两个亚纲,其中硝化杆菌属(Nitrobacter)是优势菌群,占整个文库的92%,仅有一个类群属于δ亚纲的脱硫杆菌科(Desulfobacteraceae)(8%)。nirS基因文库群落结构相对于amoA和nxrA基因文库较复杂,分别为α-Proteobacteria、β-Proteobacteria亚纲和Actinobacteria,序列分析表明,25%的类群为固氮弧菌属(Azoarcus),25%的类群为(Polymorphum),20%的类群为需氧去氮菌属(Thauera),10%的类群为(Sophophora),10%的的类群为链霉菌属(Streptomyces),5%的类群为(Brachymonas),5%的类群为(Ruegeria)。【结论】典型虾塘养殖水环境中氮素循环关键过程的菌群多样性丰富,其中亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)和硝化杆菌属(Nitrobacter)分别是此环境中主要的氨氧化作用推动者和亚硝酸盐氧化作用推动者,而在反硝化重要环节中,固氮弧菌属等多种菌群都起着推动作用。     

T_RFLP技术及其在硝化细菌群落分析中的应用

T_RFLP是建立在PCR基础上的,一种不依赖于传统培养方法的微生物生态学的研究方法.具有快速、灵敏的特点.自1997年首次被报道以来,T_RFLP技术已广泛应用于菌种鉴定、群落对比分析、群落中系统发育种群多样性的评估等领域,并成为环境微生物群落结构分析的强有力工具之一.目前T_RFLP在国内的应用较少,硝化细菌的群落分析上还未见报道.但作为一种研究微生物群落结构特征的理想方法,将会得到广泛地应用.本文主要介绍了T_RFLP的基本原理,概括了在微生物群落分析上的应用,阐述了硝化细菌传统研究的局限性及T_RFLP在硝化细菌群落结构分析上的应用前景.     

化能自养硫氧化细菌Halothiobacillus sp.LS2介导的以乙炔为电子受体的硫氧化反应

【目的】探究化能自养硫氧化细菌Halothiobacillus sp. LS2介导的以乙炔为电子受体的厌氧硫氧化反应。【方法】稀释涂布法测定细胞生长情况,离子色谱仪测试硫氧化动力学中SO_4~(2–)和S_2O_3~(2–)以及基于相对荧光定量法的基因表达分析。【结果】尽管菌株LS2在以氧气为电子受体时的最大反应速率V_(max)更高,但在厌氧条件下且以乙炔为电子受体时,菌株LS2的生长量是氧气为电子受体时的2倍,且硫氧化酶基因soxB的表达量显著高于氧气作为电子受体时。【结论】菌株LS2不仅可以以乙炔为电子受体完成厌氧硫氧化反应,且这一代谢过程的产能效率较有氧硫氧化过程更高。本研究首次发现了微生物介导的以乙炔为电子受体的厌氧硫氧化反应,对丰富硫的生物地球化学循环理论有积极意义。     

珠三角养殖水体中参与氮循环的微生物群落结构

【目的】为了研究珠三角地区养殖水体中各种含氮化合物循环转化的特征及其相关功能微生物的群落结构。【方法】构建人工模拟养殖系统,采用15N-稳定性同位素探测技术(stable isotope probing,15N-SIP)标记参与氮素迁移的微生物,通过氯化铯-溴化乙锭密度梯度超高速离心法分离15N标记的DNA,并以此构建含15N-DNA的细菌和古菌16S rRNA基因克隆文库。【结果】15N标记的基因组DNA经过超高速密度梯度离心后成功与14N-DNA分离;对克隆文库序列的分析表明:细菌文库得到的19个可操作分类单元(Operational TaxaUnits,OTUs)分别归为变形菌门(Proteobacteria)和浮霉菌门(Planctomycetes)。变形菌门为绝对优势类群,占整个细菌克隆文库的99.2%,其中优势菌群为丛毛胞菌属(Comamonas)(15.7%)、亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)(12.4%)、肠杆菌科(Enterobacteriaceae)(11.5%)和硝化杆菌属(Nitrobacter)(11.5%);古菌文库得到的9个OTUs归为奇古菌门(Thaumarchaeota)、泉古菌门(Crenarchaeota)和广古菌门(Euryarchaeota)。【结论】将15N-SIP技术应用于珠三角养殖水体氮素循环微生物群落结构的研究中,得到了丰富的氮素循环微生物群落的组成,这些信息为进一步分离纯化氮素降解微生物提供了重要的参考,为营造健康的水产养殖环境提供科学依据。     

T_RFLP技术及其在硝化细菌群落分析中的应用

T_RFLP是建立在PCR基础上的, 一种不依赖于传统培养方法的微生物生态学的研究方法。具有快速、灵敏的特点。自1997年首次被报道以来, T_RFLP技术已广泛应用于菌种鉴定、群落对比分析、群落中系统发育种群多样性的评估等领域, 并成为环境微生物群落结构分析的强有力工具之一。目前T_RFLP在国内的应用较少, 硝化细菌的群落分析上还未见报道。但作为一种研究微生物群落结构特征的理想方法, 将会得到广泛地应用。本文主要介绍了T_RFLP的基本原理, 概括了在微生物群落分析上的应用, 阐述了硝化细菌传统研究的局限性及T_RFLP在硝化细菌群落结构分析上的应用前景。