冻土甲烷循环微生物群落及其对全球变化的响应

冻土是陆地生态系统中最容易受到全球气候变化影响的碳库,既发挥着碳源又起着碳汇的作用。人们非常关注贮存于冻土中有机碳的最终归宿,是因为全球气候变暖会加快冻土的解冻,释放更多的温室气体（二氧化碳和甲烷）到大气中,从而进一步加剧温室效应。据估计每年从北半球冻原陆地生态系统释放进入大气的甲烷约占全球自然界释放甲烷总量的25%。研究证实冻土生物源甲烷的产生和消耗分别由耐(嗜)低温的产甲烷菌(methanogens)和甲烷氧化菌(methanotrophs)介导。鉴于冻土甲烷循环对全球甲烷平衡的显著作用以及在冻土生物地球化学循环中的重要功能,对介导冻土甲烷循环的产甲烷菌和甲烷氧化菌的研究将有助于更好地评估冻土生态系统对全球气候变化的响应和影响,本文就冻土甲烷循环过程、产甲烷菌、甲烷氧化菌的群落结构、活动、生态功能及其对气候和环境变化的响应机制的最新研究进行综述,以期为我国开展冻土甲烷循环机理研究提供支持。     

新疆额尔齐斯河流域冷水鱼肠道耐低温乳酸菌的分离筛选及其遗传差异

[目的]从新疆阿勒泰地区额尔齐斯河流域冷水鱼肠道中分离耐低温的乳酸菌,挖掘乳酸菌的物种和遗传多样性,为低温乳酸菌生物技术研发提供优良菌种.[方法]利用MRS、Elliker两种不同培养基从9种冷水鱼肠道中,分离筛选出耐低温菌,测定细菌最适生长温度并进行常规生理生化实验.根据16S rRNA基因序列初步确定耐低温菌的系统进化地位,并采用BOX、(GTG)5、ERIC三种不同的引物进行rep-PCR,对16S rRNA基因高度同源性的菌株进一步区分.[结果]分离得到78株耐冷菌,最终确定有24株为耐低温乳酸菌,菌株的最适生长温度在15-24℃之间.系统发育分析结果表明:24株耐低温乳酸菌隶属于6个属,其中肉杆菌属(Carnobacterium)3株,乳球菌属(Lactococcus)9株,肠球菌属(Enterococcus)7株,环丝菌属(Brochothrix)1株,魏斯氏菌属(Weissella)2株,链球菌属(Streptococcus)2株.指纹图谱聚类分析树状图显示乳球菌属(Lactococcus)和肠球菌属(Enterococcus)存在种及菌株水平上的遗传差异,前者包括4个种,后者2个种.[结论]新疆额尔齐斯河流域冷水鱼肠道中分离的耐低温乳酸菌以球菌为主,没分离到常见的乳杆菌,需进一步完善分离培养的方法,深入挖掘和研究其物种多样性和遗传多样性.     

天山乌鲁木齐河源一号冰川表面粉尘蓝细菌群落结构及其系统发育

【目的】揭示天山乌鲁木齐河源一号冰川表面粉尘中蓝细菌多样性、群落结构及其系统发育,为科学评价冰川表面及相关环境中功能微生物的地球化学循环作用提供参考依据。【方法】采用两对蓝细菌16S rRNA基因特异引物扩增并构建克隆文库,基于序列相似性归类OTU并统计多样性,代表OTU序列与NCBI、RDP数据库比对后构建系统发育树。【结果】天山一号冰川表面粉尘101个蓝细菌克隆序列基于97%的相似性被划分为12个OTU,shannon多样性指数为1.522,系统发育分析显示主要隶属于颤蓝细菌目(Oscillatoriales)和色球蓝细菌目(Chroococcales)。Oscillatoriales包括席蓝细菌属(Phormidium)、微鞘蓝细菌属(Microcoleus)、伪鱼腥蓝细菌属(Pseudanabaena)和颤蓝细菌属(Oscillatoria)4个属,其中Phormidium占绝对优势,68个克隆序列划分为4个OTU,其它3个属的序列较少。Chroococcales仅有1个克隆,与亚球形管胞蓝细菌(Chamaesiphon subglobosus)亲缘关系很近。此外,发现一号冰川表面粉尘的速效磷、速效钾含量是冰川退缩前沿50 m-500 m距离土壤的2-5倍,硝态氮达到10-20倍,有机质含量达到3-9倍,显著高于冰川前沿环境。【结论】天山一号冰川表面粉尘蓝细菌的多样性指数相对较高,以隶属于Phormidium属的成员占绝对优势,对其生态学作用需进一步深入探究。     

天山1号冰川底部沉积层产β-半乳糖苷酶低温菌株的系统发育分析及生理多样性

[目的]通过对天山1号冰川底部沉积层冻土中细菌的分离和产β-半乳糖苷酶低温菌株的筛选,了解天山冻土微生物的物种多样性,并对产β-半乳糖苷酶低温菌株的系统发育和生理多样性进行分析.[方法]以乳糖为主要碳源,X-Gal为显色剂,分离筛选出产低温β-半乳糖苷酶菌株.对细菌常规生理生化实验、最适生长温度、耐盐性、药物敏感性进行测定.根据16S rRNA基因序列初步确定产β-半乳糖苷酶低温菌种的系统进化地位,并采用BOX-PCR指纹图谱技术对16S rRNA基因高度同源性的菌株进一步区分.[结果]分离到90株可培养低温菌中25株可产β-半乳糖苷酶,其中76％为革兰氏阳性菌.依据生长温度,产酶菌株80％为嗜冷菌,20％为耐冷菌.在系统发育上,产酶菌株隶属于4个类群,其中肠球菌属(Enterococcus)占26％,短波单胞菌属(Brevundimonas)占22％,假单胞菌属(Pseudomonas)占13％.[结论]天山1号冰川底部沉积层冻土中产β-半乳糖苷酶的低温细菌具有比较丰富的物种和生理多样性.     

一株产低温β-半乳糖苷酶微杆菌的筛选鉴定、产酶条件及其酶学特性

【背景】低温β-半乳糖苷酶能在低温下仍保持较高的乳糖水解活性,筛选酶学特性适合在牛乳体系中高效水解乳糖的β-半乳糖苷酶生产菌株,是低乳糖牛乳加工产业关注的焦点。【目的】对天山中国一号冰川沉积物中分离的一株产低温β-半乳糖苷酶菌株的产酶条件和酶学特性进行研究。【方法】结合X-Gal平板法初筛和测定粗酶液酶活复筛,获得产低温β-半乳糖苷酶的菌株。通过形态学、生理生化试验及16S rRNA基因测序分析对筛选菌株进行鉴定,单因素摇瓶实验优化菌株的产酶条件,硫酸铵分级沉淀初步纯化β-半乳糖苷酶并对其酶学特性进行分析。【结果】通过形态学、生理生化特征和16S rRNA基因鉴定,确定菌株LW106为微杆菌属(Microbacterium)菌株;该菌株最适产酶温度为25°C,最佳产酶碳源为可溶性淀粉,培养基初始pH为7.0,接种量为3%;对初步纯化的低温β-半乳糖苷酶酶学性质的研究表明,LW106所产β-半乳糖苷酶的最适pH为6.0,最适反应温度为35°C,4°C时酶活为最大酶活的78%,4°C和pH 7.0时的稳定性最好,10 mmol/L的Na+对酶活性基本没有抑制作用,Ca~(2+)对酶活性具有一定的激活作用。【结论】菌株LW106所产低温β-半乳糖苷酶的酶学特性表明该酶在乳品低温加工领域具有进一步研究和应用的价值。     

天山一号冰川底部沉积层产蛋白酶耐低温菌株的筛选及其系统发育

[目的]通过对天山一号冰川底部沉积层耐低温菌的分离和其中产蛋白酶菌株的筛选,了解冰川微生物生理多样性和系统发育多样性,为高效低温蛋白酶生物技术的研发奠定基础.[方法]采用稀浓度的R2A、TSB平板涂布分离可培养细菌,通过脱脂乳选择性培养基筛选产蛋白酶的耐低温菌株.对分离菌株表型特征、生理生化特性、最适生长温度、耐盐性、产酶性能进行了比较,结合16S rRNA基因序列同源性分析确定产蛋白酶菌株的多样性和系统进化地位,通过BOX-PCR指纹技术分析16S rRNA基因序列高相似度的近缘菌株的遗传差异.[结果]从125株分离物中筛选到27株产蛋白酶的耐低温菌株,其中21株为适冷菌,仅6株菌为专性嗜冷菌,革兰氏阴性菌居多,假单胞菌属(Pseudomonas)菌株占40.7％.产酶菌株隶属于5个系统发育类群、9个属,其中γ-Proteobacteria、Actinobacteria、CFB(Cytophaga-Flexibacter-Bacteroides)为优势类群.[结论]天山1号冰川底部沉积层冻土中产蛋白酶的耐低温细菌多样性较丰富,本研究筛选得到的同属近缘种群较多,其产酶性状存在差异,适合开展微生物种群的生物地理学研究.