浓香型白酒窖泥微生物群落结构及其选育应用研究进展

窖池发酵是浓香型白酒酿造的工艺特征。窖泥是酒体生香功能微生物的繁殖载体,窖泥微生物对浓香型白酒风味的形成具有重要作用。近年来,我国学者对窖泥微生物展开了一系列理论和实践研究,取得了丰富的研究成果。本文结合文献资料和本课题组研究工作,介绍了窖泥微生物群落结构的多样性及演替、群落结构与窖泥质量的关系、窖泥微生物选育及应用等方面的研究进展,并针对研究存在的问题提出未来研究方向:系统开展窖泥微生物群落结构的差异化研究;进一步发掘窖泥微生物资源,提升功能微生物的应用潜力;深入研究窖泥培养菌剂的作用机理,实现品质控制。     

肇庆星湖湿地放线菌多样性

摘要:【目的】了解肇庆星湖湿地放线菌多样性及其与底泥理化性质的关系。【方法】应用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(polymerase chain reaction-density gradient gel electrophoresis,PCR-DGGE)技术对星湖湿地10个样点放线菌群落进行研究,根据DGGE图谱及克隆测序结果对其物种多样性进行分析,并结合样点理 化性质对其空间分布特征进行分析。【结果】通过PCR-DGGE指纹图谱发现各样品放线菌物种丰富度(S)、多样性指数(H')和均匀度指数(J')均有所不同。对不同样点放线菌群落相似性进行比较,发现它们的相似性系数存在着一定的关系,相邻样点间相似性较高。对DGGE优势条带进行回收、克隆、测序,显示优势类群主要分布于类诺卡氏菌科( Nocardioidaceae)、链霉菌科(Streptomycetaceae)、小单孢菌科(Micromonosporaceae)、微球菌科(Micrococaceae)、纤维素单胞菌科(Cellulomonadaceae)和原小单胞菌科(Promicromonosporaceae)。典型对应分析结果表明,星湖湿地放线菌群落结构变化的主要影响因子为底泥水溶性碳(WSOC)和速效磷(A-P)。【结论】肇庆星湖湿地蕴含着大量的放线菌资源,具有较高的物种多样性,需要进一步挖掘这些新资源。     

洋河酒窖泥细菌群落结构与菌株产酸能力分析

【背景】窖泥微生物的种类及其代谢产物类型是影响浓香型白酒发酵过程中丁酸和己酸等白酒中主要有机酸合成的影响因素之一。【目的】揭示浓香型白酒不同窖龄窖泥细菌群落结构,研究厌氧细菌产酸性能,阐明窖泥细菌与白酒中有机酸合成的相关性。【方法】通过Illumina HiSeq高通量测序,基于16S rRNA基因序列分析不同窖龄窖泥细菌的组成。分离获得厌氧细菌,通过比较菌株产丁酸和己酸能力来分析窖泥的微生物代谢特性。【结果】洋河酒窖泥细菌主要分布于梭菌纲(Clostridia)、拟杆菌纲(Bacteroidia)、互营养菌纲(Synergistia)和芽孢杆菌纲(Bacilli)。20年窖龄的窖泥中氢孢菌属(Hydrogenispora)和瘤胃梭菌属(Ruminiclostridium)丰度显著增加。窖泥细菌间相关性分析表明,瘤胃梭菌属(Ruminiclostridium)为窖泥中影响最大的核心微生物,很多微生物与梭菌属(Clostridium)菌株之间多为相互促进关系。通过传统可培养方法共分离得到梭菌目(Clostridiales)的20株厌氧菌。其中梭菌属(Clostridium)菌株产酸能力高...     

基于PCR-DGGE和高通量测序分析白云边酒窖泥细菌群落结构与多样性

【目的】探索白云边酒不同窖龄窖泥细菌群落结构及其多样性,分析窖泥细菌群落特征对兼香型白酒风格形成的影响。【方法】分别提取2年和23年窖泥样品总DNA,采用PCR-DGGE、基因克隆以及高通量测序技术,研究窖泥细菌的分布情况。【结果】白云边窖泥细菌归属于变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、厚壁菌门(Firmicutes)、放线菌门(Actinobacteria)4个菌门。2、23年窖泥共同的优势菌属(≥1.0%)包括棒状杆菌属(Corynebacterium)、香味菌属(Myroides)、鞘氨醇杆菌属(Sphingobacterium)、乳杆菌属(Lactobacillus)、梭菌属(Clostridium)、醋杆菌属(Acetobacter)、产碱杆菌属(Alcaligenes)、肠杆菌属(Enterobacter)和不动杆菌属(Acinetobacter)。2年窖泥特有优势菌属为Dysgonomonas、Fluviicola、变形杆菌属(Proteus)和Wohlfahrtiimonas,而23年窖泥特有优势菌属为葡萄球菌属(Staphylococcus)、Hazenella、魏斯氏菌属(Weissella)、葡糖醋杆菌属(Gluconacetobacter)和摩根氏菌属(Morganella)。【结论】2年窖泥细菌群落多样性高于23年窖泥。比较了白云边两种窖龄窖泥主要细菌组成情况,为研究微生物对白云边酒浓酱兼香型独特风味形成的影响提供依据。     

浓香型白酒两个产区窖泥微生物群落结构分析

【目的】探索浓香型白酒两个典型产区窖泥微生物群落结构和多样性,分析窖泥微生物群落地域特征及对白酒风格形成的影响。【方法】分别提取四川和安徽两个产区窖泥样品总DNA,应用PCR-ARDRA和16S rRNA基因克隆测序技术对两个产区窖泥细菌和古菌进行研究。【结果】两个浓香型白酒产区窖泥细菌丰富,包括:厚壁菌门(Firmicute)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、绿弯菌门(Chloroflexi)、互养菌门(Synergistetes)、Armatimonadetes类群和未分类细菌(Unclassified bacteria)。两个产区窖泥绝对优势种群均为厚壁菌门中梭菌纲(Clostridia)细菌,在四川产区窖泥中检出较多的互营单胞菌属(Synthrophomonas)和紫单胞菌属(Petrimonas)。古菌的群落组成较为简单,主要是甲烷囊菌属(Methanoculleus)、甲烷八叠球菌属(Methanosarcina)、甲烷鬃菌属(Methanosaeta)和甲烷杆菌属(Methanobacterium)4个产甲烷古菌类群,四川产区窖泥优势古菌为甲烷囊菌和甲烷八叠球菌,安徽产区则为甲烷八叠球菌属和甲烷鬃菌。【结论】四川和安徽两个产区窖泥微生物的16S rRNA基因克隆文库系统地反映了两者微生物群落的相似性和差异性,对揭示浓香型白酒两个产区的酒体风格差异形成有一定的参考价值。     

大熊猫肠道放线菌的种群组成及多样性分析

【目的】探究不同年龄、不同性别大熊猫肠道放线菌的多样性及群落结构,为寻找潜在产生活性化合物的放线菌资源提供理论依据。【方法】采用PCR-DGGE技术对大熊猫肠道放线菌进行分析,对电泳结果进行UPGMA聚类分析、主成分分析、生物多样性等多重比较。【结果】变性梯度凝胶电泳(DGGE)图谱显示,不同大熊猫肠道中放线菌的多样性及群落结构存在明显差异。随着年龄的增长,雌性大熊猫肠道中放线菌的多样性指数(H')和丰富度(S)逐渐减少,而雄性大熊猫肠道内放线菌的多样性指数(H')和丰富度(S)逐渐增多。不同个体的大熊猫肠道放线菌的群落结构存在明显差异,但相同性别之间的相似性很高。DGGE条带回收测序结果表明,获得的28条序列归属于10个放线菌属,其中链霉菌属(Streptomyces)为优势菌属,占总数的46%;北里孢菌属(Kitasatospora)、红球菌属(Rhodococcus)、棒杆菌属(Corynebacterium)、迪茨氏菌属(Dietziaceae)、大理石雕菌属(Marmoricola)、布登堡菌属(Beutenbergia)、微杆菌属(Microbacterium)、链嗜酸菌属(Streptacidiphilus)和芽生球菌属(Blastococcus)等为非链霉菌属,占总数的54%。【结论】大熊猫肠道内蕴藏着丰富的放线菌资源,其肠道菌群的结构与组成受年龄和性别的影响。     

浓香型白酒窖泥中兼性厌氧细菌的分离鉴定

为探讨浓香型白酒窖泥中微生物区系的构成,采用传统微生物分类鉴定法,对泸州老窖不同窖龄窖底和窖壁泥样的可培养兼性厌氧细菌进行了分类计数,并初步鉴定到属。平板涂布法计数得出,老窖底样的菌落总数最多,达3.98×103cfu/g泥,新窖壁样菌落数最少,只有0.24×103cfu/g泥;经生理生化鉴定,参照伯杰氏细菌鉴定手册等将划线单离后的菌株归为8个属,其大部分属于芽孢杆菌属(Bacillus)和芽孢乳杆菌属(Sporolac-tobacillus),也存在假单胞菌属(Pseudomonas)、梭菌属(Clostridium)等。     

乌梁素海湖滨湿地细菌群落结构多样性

【目的】了解乌梁素海湖滨湿地水陆过渡带细菌群落结构及多样性变化,探讨富营养化湖泊湿地基质条件对细菌群落结构的影响。【方法】应用变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)技术,分析和比较了依陆向分布的4个水陆过渡带样点的湿地细菌群落结构多样性,采用典型对应分析(CCA)探讨了湿地基质因子对细菌多样性的影响。【结果】DGGE图谱显示依湖泊水体沉积物(S-1)→湖滨芦苇沼泽沉积物(S-2)→湖滨碱蓬盐化草甸土壤(S-3)→岸上白刺荒漠土壤(S-4),4个样点的条带数依次减少,对应菌群结构及多样性变化显著;多样性指数分析结果显示,Shannon-Wiener指数(H)、均匀度(E)、丰富度(S)以及Simpson指数(DS)均显示依陆向分布逐步下降的规律,即:S-1S-2S-3S-4。序列比对结果显示,沉积物及土壤细菌分属于变形菌门(78.6%)、酸杆菌门(7.1%)、拟杆菌门(14.3%)这3个细菌类群,优势菌门为变形菌门,而变形菌门又分为5个亚群,其中ε变形菌纲为优势亚群;CCA结果表明,图中各条带对应物种的分布受铵态氮、总氮、有机碳、水溶盐总量、氯离子以及钾离子影响最大。【结论】乌梁素海富营养化湖泊的水陆过渡带湿地细菌群落结构存在较大差异,富营养化相关基质因子对细菌多样性影响较大。这为研究富营养化湖泊湿地水陆过渡带的细菌结构多样性及空间异质性提供了科学依据。     

生物造粒流化床微生物群落结构及其动态变化

为了研究生物适粒流化床污水处理反应器颗粒污泥中微生物群落结构及其动态变化,分别从生物造粒流化床10、60、110 cm处取颗粒污泥,通过细胞裂解直接提取颗粒污泥细菌基因组DNA.以细菌和古细菌16S rRNA基因通用引物530F/1490R,对活性污泥中提取的细菌基因组DNA进行PCR扩增,长约1 kb的PCR扩增产物纯化后经变性梯度凝胶电泳(DGGE)分离,获得微生物群落的DNA特征指纹图谱.结果显示,生物造粒流化床反应器颗粒污泥中的微生物群落非常丰富,在10 cm处微生物的种属达到23种,60 cm处为21种,110 cm处为20种;生物造粒流化床不同高度都有一些各自的特有种属和共有种属,反应器不同高度的微生物群落演替不明显,微生物群落相似性为83.1%,群落结构较为稳定.     

钉螺体内细菌群落结构PCR-DGGE分析方法的建立

建立了通过PCR-DGGE研究钉螺体内细菌群落结构的方法,并采用此技术分析了钉螺体内细菌群落结构.钉螺样本采自湖北省荆州市,样本带回实验室经破壳解剖后取清洗的钉螺内脏放入无菌离心管后经酚-氯仿法抽提微生物DNA.使用获得的微生物DNA为模板,选择细菌原核通用引物F357-GC和R518进行PCR扩增得到大约250 bp的目的片段,然后采用变性梯度凝胶电泳结合DNA测序技术对获得的目的片段进行分析.结果显示此技术能够区分幼螺和成螺体内细菌群落结构差异,并发现在成螺体内有大量的Pseudomonas属和Acidobacteria属细菌出现.     

传统豆酱发酵过程中细菌多样性动态

细菌在豆酱发酵过程中起到非常重要的作用,并与豆酱的风味和质量密切相关,因此研究豆酱中细菌的多样性具有重要意义。以自然发酵的豆酱样品为研究对象,采用细菌16S rDNA的部分可变区的PCR-DGGE技术对自然发酵豆酱样品的细菌群落组成和优势菌群进行研究。结果表明,传统豆酱发酵过程细菌群体中既有原始种群的减少和增长,也有次级种群的增多和演变。在整个发酵过程中,初期和末期以不可培养细菌为主,初期细菌群体快速演替,细菌种群多样性指数在发酵42 d和56 d达到两次高峰。     

耕作和施肥对不同深度黑土中细菌群落结构的影响

【目的】为探讨耕作和施加有机肥、化肥对黑土表层(0-30cm)、中层(100-130cm)及深层(200-230cm)细菌群落结构的影响,【方法】应用DGGE技术对相应土层中细菌群落结构进行了解析。【结果】结果表明,与对照相比,耕作和施加有机肥、化肥对表层黑土细菌群落结构影响较大,二者差异度为4%;而对中层和深层细菌群落结构影响较小,二者差异度为2%。对于细菌群落结构的垂向变化,中层和深层中细菌群落结构的相似性远远高于同表层的相似性。【结论】可见,耕作和施加有机肥、化肥仅对黑土表层土壤(0-30cm)具有一定的影响,而对100cm以下土壤细菌群落影响较小,细菌群落随土壤深度不同的垂向变化要远高于土壤管理措施造成的影响。     

接种微生物菌剂对猪粪堆肥过程中细菌群落多样性的影响

利用PCR-DGGE方法研究了接种外源微生物菌剂对鲜猪粪高温好氧堆肥过程中细菌群落多样性的影响.结果表明：接种外源微生物菌剂可以促进堆肥的顺利进行,比不接种处理的高温期提前2 d.DGGE图谱分析表明,堆肥中优势细菌群落组成发生了明显的更迭现象,不同堆肥时期细菌群落的Shannon-Wiener指数呈显著差异.目的条带克隆测序结果表明,整个堆肥过程Clostridium stercorarium subsp. thermolacticum sp.一直是优势菌属,不经培养细菌、Bacillus coagulans sp.、Clostridium thermocellum sp.在接种外源微生物菌剂处理的第10、16天成为优势菌属,不经培养的Firmicutes sp.和不经培养的 delta proteobacterium分别在未接种外源微生物菌剂处理堆肥发酵的第5天和第16天成为优势菌属.非优势菌属Ureibacillus thermosphaericus、不经培养的Silvimonas sp.出现在堆肥腐熟后期,不经培养的土壤细菌主要出现在堆肥初期和高温初期.UPGMC聚类分析表明,接种外源微生物菌剂明显影响了堆肥不同时期的细菌群落结构组成.堆肥化过程中细菌DGGE图谱主成分分析表明,细菌群落变化主要受外源接种微生物菌剂的影响.     

DG-DGGE分析产氢发酵系统微生物群落动态及种群多样性

应用双梯度-变性梯度凝胶电泳(DG-DGGE)对生物制氢反应器微生物种群的动态变化及多样性进行监测。间隔7d从反应器取厌氧活性污泥,以细菌16SrDNA通用引物进行V2～V3区域PCR扩增,长约450bp的PCR产物经DGGE分离后,获得污泥微生物群落的16SrDNA指纹图谱。污泥接种到反应器后微生物群落中既有原始种群的消亡和增长,也有次级种群的强化和演变。反应器在运行初期群落演替迅速,15d时微生物群落结构变化最大。群落结构的相似性随着演替时间的增加而逐渐升高,种群动态变化后形成稳定的群落结构。29d时微生物多样性基本保持不变,微生物优势种属达到19个OTU。在细菌竞争和协同作用制约下,种群多样性降低后趋于稳定,形成顶级群落。有些种群在群落结构中一直存在,是群落建成的原始种群,原始种群与次级种群在代谢过程中具有协同作用,表现出群落的综合生态特征。     

贵州烟草根围AM真菌多样性的初步研究

从贵州省内烟区不同土壤生态环境下采集烟草根际土样,湿筛离心法分离丛枝菌根（AM）真菌孢子,鉴定出烟草AM真菌4属20种,其中球囊霉属9种,无梗囊霉属7种,巨孢囊霉属3种,盾巨孢囊霉属1种。从土壤样品DNA中扩增AM真菌特异性片段并采用DGGE技术对AM真菌多样性进行分析。测序结果显示烟草根际土壤中菌根真菌主要菌群为球囊霉属,与湿筛离心法的鉴定结果一致。为进一步研究贵州地区AM真菌多样性以及开发应用提供了依据。     

Arbuscular mycorrhizal dynamics in a chronosequence of Caragana korshinskii plantations

Arbuscular mycorrhizal (AM) fungi in a chronosequence of 5–42-year-old Caragana korshinskii plantations in the semi-arid Loess Plateau region of northwestern China were investigated. AM fungi colonization, spore diversity and PCR-denatured gradient gel electrophoresis-based AM fungal SSU rRNA gene sequences were analyzed. AM fungi colonization [measured as the percent of root length (%RLC), vesicular (%VC) and arbuscular (%AC) colonization] and spore density were significantly correlated with sampling month, but not with plant age, except for %RLC. The percent of vesicular colonization was negatively correlated with soil total nitrogen and organic carbon, and spore density was negatively correlated with soil moisture and available phosphorus. Ten distinguishable AM fungal spore morphotypes, nine Glomus and one Scutellospora species, were found. Nine AM fungal Glomus phylotypes were identified by sequencing, but at each sampling time only four to six AM fungal phylotypes were detected. The AM fungal community was significantly seasonal, whereas the AM fungal species richness did not increase with plantation age. A significant change in AM fungal colonization and community composition over an annual cycle was observed in this study, and our results suggest that the changes of AM are the product of the interaction between host phenology, soil characteristics and habitat. Understanding these interactions is essential if habitat restoration is to be effective.     

云冈石窟石质文物表面及周边岩石样品中微生物群落分析

【目的】通过对云冈石窟石质文物表面及云冈石窟周边岩石样品中微生物的研究,建立可用于快速检测石质文物中微生物的方法。【方法】选取云冈石窟石质样品和云冈石窟周边岩石样品作为研究对象,应用PCR-DGGE技术对样品中的微生物群落结构进行了分析研究。【结果】根据系统发育树聚类分析,可以得出云冈石窟中检测出的微生物主要分为四大类群:γ-变形菌纲、鞘脂杆菌门、α-变形菌纲和放线菌纲;根据GenBank数据库中的序列比对结果,可以知道云冈石窟周边类似岩石样品中的微生物主要属于γ-变形菌纲、厚壁菌门和α-变形菌纲等。【结论】本实验成功检测出云冈石窟石质样品表面及云冈石窟周边岩石样品中的微生物类群,为云冈石窟的保护工作提供了有力依据,同时也证明了DEEG和分子克隆技术相结合的方法是检测石质文物中微生物群落结构的一种可操作性强、快速、准确的检测手段。     

Analysing diversity among beta-lactamase encoding genes in aquatic environments

The most common mechanism of resistance to beta-lactam antibiotics is the production of beta-lactamases. These enzymes are encoded by genes that evolve rapidly, thus constituting a group characterized by high levels of molecular diversity. Most of the genetic determinants of resistance to beta-lactam antibiotics characterized until now were obtained from clinical isolates. This study was designed in order to exploit the presence of beta-lactamase gene sequences in an aquatic environment, and to get information on the distinctive features of those sequences when compared to others available on databases. DNA sequences potentially encoding proteins of three different families of clinically relevant beta-lactamases were assessed: TEM, IMP and OXA-2 derivatives. The presence of bla sequences in DNA extracted from water samples from the lagoon Ria de Aveiro was checked by PCR and hybridization. Sequences representing the three families of beta-lactamases studied were detected. The molecular diversity of the amplicons was assessed by cloning and sequence analysis, and denaturing gradient gel electrophoresis (PCR-DGGE) separation. Most of the retrieved sequences (particularly sequences representing bla(TEM)and bla(OXA-2)) were identical or very similar to beta-lactamase gene sequences previously characterized from clinical isolates. Phylogenetic analysis suggests that this aquatic ecosystem is a reservoir of molecular diverse putative bla sequences. The patterns of molecular diversity found within the beta-lactamase gene families studied do not correspond to those reported in studies focussing on clinical isolates.     

Monitoring of microbial community structure and succession in the biohydrogen production reactor by denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE)

To study the structure of microbial communities in the biological hydrogen production reactor and determine the ecological function of hydrogen producing bacteria, anaerobic sludge was obtained from the continuous stirred tank reactor (CSTR) in different periods of time, and the diversity and dynamics of microbial communities were investigated by denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE). The results of DGGE demonstrated that an obvious shift of microbial population happened from the beginning of star-up to the 28th day, and the ethanol type fermentation was established. After 28 days the structure of microbial community became stable, and the climax community was formed. Comparative analysis of 16S rDNA sequences from reamplifying and sequencing the prominent bands indicated that the dominant population belonged to low G+C Gram-positive bacteria (Clostridium sp. andEthanologenbacterium sp.), β-proteobacteria (Acidovorax sp.), γ-proteobacteria (Kluyvera sp.), Bacteroides (uncultured bacterium SJA-168), and Spirochaetes (uncultured eubacterium E1-K13), respectively. The hydrogen production rate increased obviously with the increase ofEthanologenbacterium sp.,Clostridium sp. and uncultured Spirochaetes after 21 days, meanwhile the succession of ethanol type fermentation was formed. Throughout the succession the microbial diversity increased however it decreased after 21 days. Some types ofClostridium sp.Acidovorax sp.,Kluyvera sp., and Bacteroides were dominant populations during all periods of time. These special populations were essential for the construction of climax community. Hydrogen production efficiency was dependent on both hydrogen producing bacteria and other populations. It implied that the cometabolism of microbial community played a great role of biohydrogen production in the reactors.