贵阳地区蝉花微生态系统中细菌种群结构与功能

【目的】探索自然生态下蝉花内菌核、菌膜和环境细菌群落结构、功能及其相互关系。【方法】对细菌16S rRNA扩增片段进行高通量测序,分析贵阳市大将山和贵阳森林公园的蝉花内菌核、菌膜及其生境土壤的细菌群落组成、多样性及潜在功能。【结果】蝉花内菌核样本共检测到细菌562个属,菌膜样本521个属,菌际土样本578个属。两地的各组样本细菌群落结构相似,内菌核样本中假单胞菌属Pseudomonas、沙雷氏菌属Serratia占优势地位;菌膜样本中假单胞菌属和氨基杆菌属Aminobacter占优势;土壤样本以未分类的酸杆菌纲Acidobacteria和黄杆菌科Xanthobacteraceae为优势属。Venn图分析显示,菌际土样本包括了菌膜样本的大多数属,内菌核样本拥有较多的特有属,如沃尔巴克氏体属Wolbachia和立克次氏体Rickettsia等。PICRUSt功能预测结果显示,共计24个基因功能家族,主要与物质能量的代谢运输、细胞的行为发生及调控等功能相关。【结论】蝉花及其微生境中细菌具有丰富多样性,它们的潜在功能可能与营养物质的新陈代谢有关,对蝉花的个体生长发育有重要作用。研究结果对蝉花虫...     

不同季节使用微生态制剂后养殖海水细菌群落特征

细菌是维持养殖水体稳定的重要类群,可以反映出水质情况,微生态制剂作为一种可以去除有害物质的生物方法,目前被广泛应用。了解微生态制剂在投入养殖海水后细菌群落结构和多样性变化,探讨不同季节的水质环境因子对细菌群落的影响。通过高通量测序技术对细菌16S rRNA V3、V4区进行扩增,分析冬、春、夏3个季节下使用完商品型菌剂后,养殖海水中细菌群落分布规律及其多样性,采用冗余分析(Redundancy analysis,RDA)探讨不同季节的水质指标与细菌群落之间的关系。养殖海水中细菌多样性丰富,3个季节主要的优势菌门为变形菌门和拟杆菌门,其中Tenacibaculum(38.28%),卓贝尔氏菌属(Zobellella,30.78%)、盐单胞菌属(Halomonas,13.55%)为冬季优势属;Glycocaulis(34.00%)、盐单胞菌属(11.36%)、Planktosalinus(9.67%)为春季优势属;Pseudofulvimonas(28.94%)、Zobellella(17.51%)、Planktosalinus(15.86%)、海杆菌属(Marinobacter,12.3...     

基于高通量测序的裕民红花根际土壤细菌群落特征分析

【背景】新疆裕民县是我国最大的红花种植基地,其独特的地理环境和气候条件适合红花生长且有利于红花良好品质的形成。【目的】探究新疆裕民县山地栽培红花不同生育期的根际土壤细菌群落及其与环境因子之间的关系,为揭示道地药材"道地性"的本质与规律提供科学依据。【方法】在3块裕民栽培红花样地中分别采取营养生长期与生殖生长期的根际、非根际土壤,测定其土壤性质,并提取基因组DNA对16S rRNA基因的V4高变区进行PCR扩增构建文库,经过Illumina HiSeq高通量测序平台测序后使用生物信息学技术分析土壤细菌的丰富度、多样性指数和群落结构,然后分析多样性指数与环境因子之间的相关性。【结果】从36个红花土壤样品中共得到10303个细菌操作分类单元(Operationaltaxonomicunit,OTU),分属于47门102纲201目381科738属405种,其中放线菌门(Actinobacteria,32.9%)和变形菌门(Proteobacteria,28.7%)是优势菌群。方差分析显示丰富度指数Chao1与多样性指数Shannon在4个样品分组的细菌群落中无显著差异,而主坐标分析(Principal coordinates analysis,PCoA)和属水平的物种丰度分布情况表明各样地之间的细菌群落构成差异明显。【结论】经分析,红花根际土壤中存在大量适应环境变化的细菌,这些细菌的存在可能对红花道地性的形成有积极作用。此外,土壤性质、植物的生长阶段和根系分泌物可能通过影响红花根际细菌群落来致力于红花道地性的形成。     

滴灌对苜蓿根际土壤细菌多样性和群落结构的影响

【背景】细菌作为土壤微生物中的重要类群,能够有效促进土壤物质循环和能量流动,细菌多样性以及群落结构能够反映土壤的质量状况。【目的】了解滴灌条件下苜蓿根际土壤细菌群落结构及多样性变化,探讨土壤环境因子对细菌群落结构的影响。【方法】基于细菌16Sr RNAV3-V4区高通量测序技术,分析比较滴灌与自然降雨两种模式下生长的苜蓿根际与非根际土壤中细菌多样性和群落分布规律,然后采用冗余分析(Redundancy analysis,RDA)探讨土壤环境因子与细菌多样性的关系。【结果】苜蓿根际土壤中细菌多样性丰富,滴灌根际土壤中细菌多样性显著高于自然降雨根际土壤;土壤样品中共检测到细菌46门53纲116目220科469属,主要的优势菌门为变形菌门(Proteobacteria,25.27%-34.42%),其中α-变形菌纲(Alphaproteobacteria,11.41%-18.97%)为优势亚群,鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas,1.00%-4.54%)为优势属。相较于自然降雨,滴灌条件下苜蓿根际土壤细菌的6个门和16个属的群落结构发生显著变化;此外,RDA分析表明,不同环境因子对微生物群落的影响不同,滴灌根际土壤中9个细菌属的丰度与全磷、全钾、有效磷、碱解氮、有机质、土壤中性磷酸酶以及土壤脲酶的含量显著正相关。【结论】滴灌作为新型节水技术,在促进植物生长、提高产量、节约成本的基础上增加了植物根际土壤中细菌多样性和丰度,该结果为新型灌溉体制的改革以及土壤微生物资源的开发利用提供科学数据。     

南亚热带马尾松-红椎混交林及其纯林土壤细菌群落结构与功能

营建乡土阔叶树种人工纯林和针阔混交林是我国亚热带地区森林经营的发展趋势,但对人工纯林和针阔混交林土壤细菌群落结构及功能知之甚少。本研究以南亚热带乡土针叶树种马尾松、阔叶树种红椎人工纯林及二者的混交林为对象,运用细菌16S rRNA基因高通量测序技术和PICRUSt基因功能预测,分析了3种人工林不同土层(0～20、20～40和40～60 cm)土壤细菌群落的结构与功能。结果表明: 混交林和马尾松林土壤细菌群落结构相似,但与红椎林差异显著,红椎林土壤细菌群落多样性、生物通路代谢功能和氮循环功能低于马尾松林和混交林;土壤全氮、硝态氮和C/N是导致红椎林与马尾松林和混交林土壤细菌群落结构及功能差异的主要土壤理化因子。就土壤细菌群落结构与功能而言,在该地区营造红椎和马尾松针阔混交林要优于红椎纯林。     

组学视角下养殖动物消化道微生物组结构与功能研究进展北大核心

养殖动物消化道中含有大量的微生物,不仅参与动物对营养物质的消化和吸收,还对宿主生长发育及免疫起重要调节作用。动物消化道微生物组研究是目前国内外的热点领域,取得了一系列重要研究进展。深入了解养殖动物消化道微生物组的结构与功能,将为今后调控和应用消化道微生物、提高动物生产性能、改善动物胃肠道健康和实现绿色健康养殖奠定理论基础。本文以4种代表性养殖动物(牛、羊、猪和鸡)为主体,对组学视角下其消化道微生物群落结构、功能等研究进展进行总结和分析;并对未来研究方向进行展望。     

种植模式和坡位对茶园土壤细菌群落结构及功能类群的影响

茶树（Camellia sinensis L.）种植是亚热带丘陵山区主要的土地利用类型,茶园种植模式是影响土壤细菌群落结构的主要人为因素。为揭示种植模式和坡位对土壤细菌群落结构和功能的影响,选取两种不同种植模式（常规和有机种植模式）和3个坡位（上、中、下坡位）表层土壤（0-20cm）为对象,采用野外调查、Illumina Miseq高通量测序和PICRUSt2功能预测相结合的研究方法,研究不同种植模式和坡位下土壤细菌群落结构和功能特征,阐明土壤理化性质对土壤细菌群落结构的影响,预测土壤细菌功能特征。研究结果表明：（1）与常规种植模式相比,有机种植模式茶园土壤细菌Alpha多样性有所降低,其中中坡位常规茶园土壤细菌Sobs和Simpson指数显著高于有机茶园（P<0.05）;从坡面尺度看,两种种植模式下土壤细菌Alpha多样性指标均以中坡位最高,其中常规茶园中坡位土壤细菌Ace和Simpson指数均显著高于下坡位（P<0.05）。（2）各样地茶园土壤细菌共获得29个门82个纲190个目316个科517个属929个种,主要细菌优势门为绿弯菌门（Chloroflexi）、放线菌门（Actinobacterita）、变形菌门（Proteobacteria）、酸杆菌门（Acidobacteria）。土壤细菌群落优势属以AD3、热酸菌属（Acidothermus）、norank_f__norank_o__Elsterales和norank_f__Xanthobacteraceae为主。（3）主坐标分析（PCoA）显示,不同种植模式的茶园土壤细菌群落结构存在明显差异,常规种植模式下不同坡位之间的土壤细菌群落结构有显著差异（P<0.05）,有机种植下不同坡位之间的土壤细菌群落结构无显著差异。置换多元方差分析（PERMANOVA）结果表明不同种植模式的土壤细菌群落结构差异显著（P<0.05）,而不同坡位土壤细菌群落结构无显著差异（P>0.05）,说明种植模式对茶园土壤细菌群落结构的影响更大。组间群落差异分析（LEfSe）表明,57个差异物种对种植模式非常敏感,不同种植模式富集了不同的细菌类群。（4） PICRUSt2功能预测共获得6个一级功能层和46个二级功能层,表现出功能上的丰富性,土壤细菌群落在代谢、遗传信息处理和环境信息方面功能活跃。有机种植模式提高了土壤细菌碳水化合物代谢、氨基酸代谢、膜运输、信号转导、脂质代谢及外源生物降解与代谢功能。（5）相关分析和冗余分析结果表明,土壤碱解氮、速效磷、全磷、全钾和pH是影响土壤细菌群落丰度和多样性的主要影响因子。总体而言,有机种植模式改变了茶园土壤细菌群落结构和代谢功能,增加土壤有益细菌的数量,有利于保持茶园土壤可持续的生态环境。     

基于高通量测序的鄱阳湖典型湿地土壤细菌群落特征分析

采用高通量测序技术分析了鄱阳湖典型湿地土壤细菌群落特征。测序结果表明,不同植被土壤细菌群落丰度与多样性的排序相同:苔草带苔草-虉草带芦苇带泥滩带藜蒿带。沿湖面至坡地,空间位置相近的土壤细菌群落结构具有更大的相似性,苔草-虉草带、苔草带和芦苇带的细菌群落结构相近,泥滩带和藜蒿带的细菌群落结构差异较大。变形菌门(30.0%)是湿地土壤平均相对丰度最高的门,其次为酸杆菌门(16.7%)和绿弯菌门(16.5%);多数门分类细菌相对丰度沿湖面至坡地存在一定变化趋势。硝化螺菌属是第一大属分类水平细菌群落。在土壤化学指标中,与鄱阳湖湿地细菌群落相关性较大的是总磷、铵态氮和有机质含量。以上研究结果表明,鄱阳湖湿地不同植被土壤细菌群落具有结构性差异,但沿湖面至坡地存在规律性变化。     

基于高通量测序技术研究水貂远端肠道细菌群落组成

【目的】研究水貂远端肠道微生物群落组成及其多样性。【方法】通过高通量测序技术研究水貂远端肠内容物细菌的组成和多样性。【结果】从10只健康水貂远端肠道内容物样品中得到146 287高质量序列代表17个菌门、167个细菌属。水貂肠道细菌以厚壁菌门(59.99%)、拟杆菌门(16.2%)、梭杆菌门(11.5%)、放线菌门(5.9%)和变形菌门(5.3%)为主,其中厚壁菌门最为丰富。厚壁菌门中的梭菌目是最丰富的目,而梭菌目中的链球菌占有50%以上的OTUs,是最大的细菌属。【结论】水貂肠道内存在复杂的微生物区系,这对进一步研究水貂对营养物质吸收利用提供了理论基础。     

巨菌草不同生长时期对砒砂岩地区土壤理化性质及细菌群落结构的影响

[目的]揭示巨菌草种植前及其不同生长时期对砒砂岩地区土壤基本理化性质及细菌群落结构的影响,为更好应用巨菌草改良砒砂岩地区土壤提供理论依据。[方法]运用Illumina MiSeq高通量测序技术,在门、属水平上比较砒砂岩地区巨菌草不同生长时期对土壤细菌结构及多样性的影响。[结果]巨菌草种植后,三块样地的含水量在巨菌草分蘖期最低,在成熟期达到最高,土壤有机含量有所增加,土壤pH值变化不明显。细菌菌群结构：各样地的土壤细菌在巨菌草种植前及其生长的四个时期,门水平上的优势菌群均为放线菌门（Actinobacteria）、变形菌门（Proteobacteria）;在属水平上,含量最高的是未分类（unidentified）的细菌。Alpha多样性及群落组成丰度分析表明,三块样地种植巨菌草后,其细菌多样性和物种丰度均比种植前高,农田地土壤细菌多样性和物种丰度在巨菌草拔节期达到峰值,在分蘖期土壤细菌数量最大,比种植前土壤细菌数量高出8倍多,达2.09×10⁷ CFU/g干土,山顶地土壤细菌多样性和物种丰度在巨菌草分蘖期达到峰值,河滩地土壤细菌多样性在巨菌草苗期达到峰值,其丰富度在拔节期达到最大。[结论]砒砂岩地区土壤细菌群落结构在巨菌草不同生长时期相似,巨菌草能明显促进砒砂岩地区土壤细菌菌群多样性和丰富度,能有效提高土壤有机质含量,但砒砂岩地区各样地土壤细菌多样性、数量和有机质含量达到峰值的时期不同。     

多溴二苯醚(PBDEs)对环境的污染及其生态化学行为

作为一种良好的防火溴代阻燃剂(brominnted flamt retardants, BFRS),多溴二苯醚(polybrominated diphenyl ethers, PBDEs)主要应用于各种家用和工业产品中,包括各种电子产品和家庭装饰产品.近年来,环境中PBDEs的浓度在不断上升.PBDEs具有很高的亲脂性和持久性,使得其在环境中易于富集和生物放大;同时,PBDEs又具有一定的挥发性,能够长途迁移至偏远地区;PBDEs具有一定的生物致毒作用和内分泌干扰作用.本文从生态化学行为和生态毒性两个方面综合论述了PBDEs在环境中的分布及存在水平、一般毒性效应和内分泌干扰行为,分析了当前研究中存在的问题,展望了PBDEs污染的研究方向.     

多溴二苯醚的环境暴露与生态毒理研究进展

多溴二苯醚(PBDEs)是一类具有生态风险的新型环境有机污染物.作为阻燃剂,PBDEs已经被愈来愈广泛地添加到工业产品中,并因此对大气、水体、沉积物和土壤等环境介质及相关生态系统产生日益广泛的污染.鉴于这一环境新问题的产生,本文基于有限的资料,初步探讨了PBDEs的人为来源和环境暴露途径,大致给出了PBDEs在不同生物和人体不同组织器官中可能的存在及含量水平;在扼要介绍其基本性质的基础上,从甲状腺、神经系统和生殖发育毒性等三个方面分析了PBDEs对动物和人体可能产生的毒性效应与生态影响,以及PBDEs在生态系统中可能具有的生物积累和生物放大风险;并对今后研究PBDEs的环境暴露与生态效应以及人体健康影响等方面的工作重点进行了展望.     

多溴联苯醚的微生物降解机制研究进展

多溴联苯醚(PBDEs)是世界范围内广泛使用的一类溴代阻燃剂,在环境中被频繁检出。因其具有生物积累性、生物毒性和持久性等特点,如今PBDEs已成为全球分布的有机化学毒素。探究PBDEs的降解极为重要,文中从PBDEs微生物降解的角度出发,分别阐释了好氧条件和厌氧条件下细菌降解PBDEs的代谢途径研究进展,并结合原位降解研究推断古菌的降解潜能,比较分析了多种降解途径的特性和综合因素,同时对PBDEs降解微生物未来的研究趋势和PBDEs降解体系设计应用进行了展望。     

Binding of hydroxylated polybrominated diphenyl ethers with human serum albumin: Spectroscopic characterization and molecular modeling

Three hydroxylated polybrominated diphenyl ethers (OH‐PBDEs), 3‐OH‐BDE‐47, 5‐OH‐BDE‐47, and 6‐OH‐BDE‐47, were selected to investigate the interactions between OH‐PBDEs with human serum albumin (HSA) under physiological conditions. The observed fluorescence quenching can be attributed to the formation of complexes between HSA and OH‐PBDEs. The thermodynamic parameters at different temperatures indicate that the binding was caused by hydrophobic forces and hydrogen bonds. Molecular modeling and three‐dimensional fluorescence spectrum showed conformational and microenvironmental changes in HSA. Circular dichroism analysis showed that the addition of OH‐PBDEs changed the conformation of HSA with a minor reduction in α‐helix content and increase in β‐sheet content. Furthermore, binding distance r between the donor (HSA) and acceptor (three OH‐PBDEs) calculated using Förster's nonradiative energy transfer theory was <7 nm; therefore, the quenching mechanisms for the binding between HSA and OH‐PBDEs involve static quenching and energy transfer. Combined with molecular dynamics simulations, the binding free energies (ΔG _bind ) were calculated using molecular mechanics/Poisson ? Boltzmann surface area method, and the crucial residues in HSA were identified.     

Biodegradation of diphenyl ether and transformation of selected brominated congeners by <Emphasis Type="Italic">Sphingomonas</Emphasis> sp. PH-07

Polybrominated diphenyl ethers (PBDEs) are common flame-retardant chemicals that are used in diverse commercial products such as textiles, circuit boards, and plastics. Because of the widespread production and improper disposal of materials that contain PBDEs, there has been an increasing accumulation of these compounds in the environment. The toxicity and bioavailability of PBDEs are variable for different congeners, with some congeners showing dioxin-like activities and estrogenicity. The diphenyl ether-utilizing bacterium Sphingomonas sp. PH-07 was enriched from activated sludge of a wastewater treatment plant. In liquid cultures, this strain mineralized 1 g of diphenyl ether per liter completely within 6 days. The metabolites detected and identified by gas chromatography/mass spectrometry (MS) and electrospray ionization/MS analysis corresponded with a feasible degradative pathway. However, the strain PH-07 even catabolized several brominated congeners such as mono-, di-, and tribrominated diphenyl ethers thereby producing the corresponding metabolites.     

Study on the binding characteristics of hydroxylated polybrominated diphenyl ethers and thyroid transporters using the multispectral technique and computational simulation

Hydroxylated polybrominated diphenyl ethers (OH-PBDEs) are a class of toxic environmental pollutants that are persistent, bioaccumulative, and difficult to degrade. Their structure is very similar to the thyroid hormone (T4) and uses the body’s thyroid transporter (TTR) binding to interfere with the endocrine balance, disrupting the body’s normal physiological activity. According to Fourier transform infrared spectroscopy and dynamics simulation of do_dssp module analysis, there are three kinds of OH-PBDEs that can induce TTR secondary structural changes. Fluorescence spectra and UV–Vis spectra show that for the three kinds of OH-PBDEs for TTR, the main methods of quenching are static quenching and non-radiative energy transfer. According to thermodynamic analysis, ΔG < 0, ΔH > 0, and ΔS > 0 combine to show that the hydrophobic interaction is the main driving force of the combination. From the molecular docking analysis, it was found that 4′-hydroxy-2,2′,4,5′- tetrabromodiphenyl ether (4′-OH-BDE49) and 4 hydroxy-2,2′,3,4′,5,6,6′- heptabromodiphenyl ether (4-OH-BDE188) had a cationic–π interaction with TTR, whereas 4 hydroxy-2,2′,3,4,5,5′,6- heptabromodiphenyl ether (4-OH-BDE187) was bonded to TTR by hydrogen bonds to form stable complexes. In this paper, we highlight the consistency of spectroscopic experiments and computer simulations so as to provide a reliable analytical method for the toxicological properties of small molecule contaminants.     

Multi‐spectroscopic and molecular dynamics simulations investigation of the binding mechanism of polybrominated diphenyl ethers to hen egg white lysozyme

Three PBDEs (BDE25, BDE47, and BDE154) were selected to investigate the interactions between PBDEs and hen egg white lysozyme (HEWL) by molecular modeling, fluorescence spectroscopy, and FT‐IR spectra. The docking results showed that hydrogen bonds were formed between BDE25 and residue TRP63 and between BDE47 and TRP63 with bond lengths of 2.178 Å and 2.146 Å, respectively. The molecular dynamics simulations indicated that van der Waals forces played a predominant role in the binding of three PBDEs to HEWL. The observed fluorescence quenching can be attributed to the formation of complexes between HEWL and PBDEs, and the quenching mechanism is a static quenching. According to Förster's non‐radiative energy transfer theory, the binding distances r were < 7 nm, indicating a high probability of energy transfer from HEWL to the three PBDEs. The synchronous fluorescence showed that the emission maximum wavelength of tryptophan (TRP) residues emerged a red‐shift. FT‐IR spectra indicated that BDE25, BDE47 and BDE154 induced the α‐helix percentage of HEWL decreased from 32.70% ± 1.64% to 28.27% ± 1.41%, 27.50% ± 1.38% and 29.78% ± 1.49%, respectively, whereas the percentage of random coil increased from 26.67% ± 1.33% to 27.60% ± 1.38%, 29.18% ± 1.46% and 30.59% ± 1.53%, respectively.     

微宇宙理论及其在生态毒理学研究中的应用

简述微宇宙理论,发展史和主要类型,并着重综述了微宇宙在生态毒理学研究中的主要应用情况,以及与实验室单物种试验和野外试验比较微宇宙的优缺点,并对微宇宙的未来发展趋势也作了简要讨论。     

Issues Related to Chemical Analysis,Data Reporting,and Use: Implications for Human Health Risk Assessment of PCBs and PBDEs in Fish Tissue

Recent reports in the scientific literature and the media, related to elevated levels of polychlorinated biphenyls (PCBs) and polybrominated diethyl ethers (PBDEs) in farmed and wild salmon have had significant impacts on public opinion and consumer behavior, influencing the sales of farmed salmon in North America and Europe. The assessment of contaminants in fatty fish, an important source of omega-3 fatty acids, is therefore an exercise in balancing risks and benefits. Human health risk assessors and risk managers will benefit from an understanding of the level of uncertainty that is integrated into all aspects of evaluating risk in this context. Significant variability exists in the way in which analyses are conducted, how data are reported, and how they are used in risk assessments. We conducted an analytical review of PCB and PBDE data in farmed and wild salmon, and identified critical issues having implications on human health risk assessment from fish consumption. These issues include: analytical methodologies used, quantification issues, reporting of QA/QC information, tissue sampling, nature of tissue analyzed, and laboratory competence. This article reviews and outlines these issues, discusses their implications for human health risk assessment, and recommends the consistent application of analytical fish tissue data in human health risk assessment.     

低剂量混合污染生态毒理与风险评价研究进展

环境中的化学品往往以低剂量混合形式存在.对单一化学品高剂量暴露下的生态毒性研究成果,难以适用于环境中低剂量混合物的生态毒理效应诊断及风险评价.文中概述了低剂量化学品混合污染生态毒理及风险评价方面的研究进展,主要包括低剂量化学品混合污染诊断的分子毒理研究方法、风险评价方法,并介绍了简单和复杂混合物的风险评价方案.对低剂量混合污染生态毒理与风险评价研究的发展动向提出了见解,指出低剂量化学混合物的研究需要寻找敏感终点,引入多学科手段,积累更多的数据,建立完善、统一的评价体系.