不同能量代谢率的山羊瘤胃微生物结构与组成的差异性

【背景】能量代谢率是衡量饲粮利用效率的一个重要组成部分,提高反刍动物对不同营养物质所含能量的消化代谢率,有助于提高反刍动物对能量的利用效率。【目的】通过高通量测序技术比较不同能量代谢率的山羊瘤胃微生物结构与组成的差异。【方法】以19只山羊作为试验动物,通过代谢试验和呼吸测热试验筛选出高能量代谢率表型组(HEU)和低能量代谢率表型组(LEU)山羊各5只。分别采集HEU、LEU组每只山羊瘤胃内容物,提取微生物总DNA,用细菌通用引物对细菌16S rRNA基因的高可变区进行PCR扩增,利用Illumina Mi Seq平台对扩增子进行高通量测序,并用QIIME等软件对测序序列进行生物信息学分析。【结果】拟杆菌门(44.20%±9.39%)、厚壁菌门(16.40%±5.44%)和变形菌门(11.30%±7.42%)在两组山羊瘤胃微生物中均为优势菌门,其中厚壁菌门是两组中共享的优势菌门。LEU组(6.71%±2.47%)中芽孢杆菌纲相对丰度显著高于HEU组(P0.05)。两组相对丰度最高的目均为乳酸杆菌目,LEU组(4.98%±1.88%)乳酸杆菌目相对丰度显著高于HEU组(P0.05)。在科水平,有7个科的相对丰度在组间差异性显著(P0.05)。拟杆菌科在两组中均为相对丰度最高的科,LEU组(3.64%±1.32%)拟杆菌科的相对丰度显著高于HEU组(P0.05)。在属水平,有9个属的相对丰度在组间差异性显著(P0.05)。HEU组(0.61%±0.36%)仅有普雷沃氏菌属的相对丰度显著高于LEU组(0.16%±0.07%),其他8个属的相对丰度均显著低于LEU组(P0.05)。其中瘤胃球菌属在HEU组(2.53%±0.62%)和LEU组(4.19%±1.43%)中均为相对丰度最高的属。【结论】不同能量代谢率的山羊瘤胃微生物结构与组成存在显著性差异。     

矿物电子能量协同微生物胞外电子传递与生长代谢

微生物的电子传递过程在生命进化和生物地球化学循环中发挥着关键作用。近年来,随着微生物电子传递研究的深入开展,微生物纳米导线、导电生物被膜及种间电子传递等多种新型的微生物胞外电子传递机制不断被发现,微生物电子传递的距离也从纳米级拓展至厘米级。这些微生物的长距离电子传递过程环环相扣、相互协同,从而构成长距离电子传递网络,并在物质循环和能量转化中共同发挥作用。微生物长距离电子传递网络的结构功能及其调控机制已成为多个学科共同关注的焦点。本文以电子传递的距离为主线,对不同尺度的微生物长距离电子传递过程及网络研究的新进展进行综述,包括纳米尺度的电子传递网络（周质空间和外膜表层）、微米至毫米尺度的电子传递网络（纳米导线、细胞间电子和导电生物被膜）、厘米尺度的电子传递网络（电缆细菌）等,并分析了该研究现存的主要问题和下一步的发展方向,以期为进一步推进微生物长距离电子传递网络理论和应用研究提供科学参考。     

矿物电子能量协同微生物胞外电子传递与生长代谢

矿物是无机自然界吸收与转化能量的重要载体,其与微生物的胞外电子传递过程体现出矿物电子能量对微生物生长代谢与能量获取方式的影响。根据电子来源与产生途径,以往研究表明矿物中变价元素原子最外层或次外层价电子与半导体矿物导带上的光电子是微生物可以利用的两种不同胞外电子能量形式,其产生及传递方式与微生物胞外电子传递的电子载体密切相关。在协同微生物胞外电子传递过程中,矿物不同电子能量形式之间既有相似性亦存在着差异。反过来,微生物胞内-胞外电子传递途径也影响对矿物电子能量的吸收与获取,进而对微生物生长代谢等生命活动产生影响。本文在阐述矿物不同电子能量形式产生机制及其参与生物化学反应的共性和差异性特征基础上,综述了微生物获取矿物电子能量所需的不同电子载体类型与传递途径,探讨了矿物不同电子能量形式对微生物生长代谢等生命活动的影响,展望了自然条件下微生物利用矿物电子能量调节其生命活动、调控元素与能量循环的新方式。     

施N对不同水稻品种N肥利用率及根际硝化作用和硝化微生物的影响

发生在水稻根际的硝化作用对水稻的氮素（N）营养受到人们越来越大的关注。在田间条件下研究了不同N效率粳稻品种（4007、武运粳7号和Elio）在无肥（0kgN/hm^2）、中肥（180kgN/hm^2）和高肥（300kgN/hm^2）水平下籽粒产量、吸N量、N肥利用率、根际土壤铵态氮（NH4^＋-N）和硝态氮（NO3^--N）含量、硝化强度和氨氧化细菌（AOB）数量。结果表明不同水稻品种的籽粒产量在3个N处理中差异极显著,4007在中肥处理中获得最高产量11117kg/hm^2,而Eilo在所有处理中籽粒产量均最低。各品种地上部吸N量随施N量增加而增加,但各品种之间差异不显著。不同水稻品种N肥利用率差异显著,4007显著高于武运粳7号和Elio。本试验根据不同品种水稻在不施N肥水平下的籽粒产量与N肥利用率的大小,将3个品种分为N肥高效敏感型（4007）、N肥高效不敏感型（武运粳7号）和N肥低效不敏感型（Elio）。在水稻中后期干湿交替的水分管理条件下,无肥和中肥区的水稻根际土壤以NO3^--N为主;而在高肥区则以NH4^＋-N为主。随着施N量增加,水稻根际土壤铵、硝态N含量也随之增加。NH4^＋-N含量在无肥、中肥和高肥水平下分别为0.88、0.94mg/kg和13.5mg/kg,而NO3^--N含量分别为1.61、1.73mg/kg和2.33mg/kg。不同水稻品种根际土壤硝化强度之间差异极显著,在3个施N水平下均表现为4007〉武运粳7号〉Elio。其平均值分别为6.94、5.46μg/（kg·h）和2.42μg/（kg·h）。在3个施N水平下,Elio根际土壤AOB数量均显著低于4007和武运粳7号。4007根际土壤AOB数量在高肥水平下达最大值2.02×106个/g土,而最小值为中肥水平下Elio的根际土壤（1.89×105个/g土）。相关性分析表明,水稻根际土壤硝化强度在无肥、中肥和高肥条件下与产量呈极显著正相关关系（r=0.799,0.877,0.934）,而且在中肥条件下与水稻N肥利用率显著相关（r=0.735）。水稻根际土壤AOB数量分别和硝化强度以及水稻籽粒产量呈极显著正相关关系。试验结果表明,水稻根际的硝化作用较大程度上决定着水稻籽粒产量或水稻N肥利用率。     

关于肥料利用率的猜想

测算肥料利用率的同位素标记法受土壤、肥料间交互作用的影响,而通常肥料试验的差值法则既受土壤、肥料间交互作用,又可能受施肥直接抑制作物吸收土壤养分的双重影响,猜想这两种测算方法都不可能获得可靠结果.本文在给出若干假设的基础上,提出了适用于通常肥料试验估算肥料利用率的替代方法.该法可归避上述影响干扰,但其可靠性有待实验证实.     

植被光能利用率研究进展

光能利用率是表征植物固定太阳能效率的指标,指植物通过光合作用将所截获/吸收的能量转化为有机干物质的效率,是植物光合作用的重要概念,也是区域尺度以遥感参数模型监测植被生产力的理论基础。传统的研究方法是通过生物量收获法分别确定植物生长和辐射量,求年或生长季比值;涡度相关技术作为目前直接测定植被冠层与大气间的CO2和水热交换量的唯一方法,使从冠层到景观水平的光能利用率估计成为可能。由于植被类型的差异和气候环境的综合影响使光能利用率表现出显著的空间异质性和时间动态性。在全球尺度上,利用耦合大气CO2观测、卫星遥感和大气辐射传输模型的反演模拟,发现净初级生产力的光能利用率存在明显的地理分异。影响光能利用率时空变异性的因子包括植物内在因素(如叶形、叶羧化酶含量)和外在环境因素。针对光能利用率的时空特征及其波动,建立在通量观测及模型分析基础上的跨尺度模拟,将成为今后该领域的研究重点。     

提高磷素利用率的工程化饲料

Mogen公司的研究人员培育出了一种可使鸡利用其饲料中更多磷素的植物。目前的状况是需向动物饲料中补加酶来提高消化能力和养份的利用。磷在作为动物饲料的植物种子中一般的贮藏形式为肌醇六磷酸(植酸)。这种贮存形式的磷在单胃动物中几乎不被利用。研究人员将黑曲霉的肌醇六磷酸酶加入猪和家禽饲料,该酶的低pH最适值使之可以在动物的胃肠道中行使功能。当向饲料中加入肌醇六磷酸酶时,大大提高了磷的利用率并减少了粪便中磷的排出。环境中含磷会引起地表水的富化作用。 由Jan Pen领导的Mogen公司的研究人员向转基因烟草中导入了曲霉的肌醇六磷酸酶基因。导入基     

膳食中锌的生物利用率

1961年Prasad 等首次报道人体锌缺乏,并于1967年在埃及用锌治疗22名营养性侏儒症患者的生长迟缓和性不发育获得成功。其后,对锌与人体营养及健康的关系曾进行了大量研究,其中较引人注目的工作是影响锌生物利用率(bioavailability)的膳食因素,以及提出了膳食锌需要量。锌缺乏,特别是临界性锌缺乏(marginal zinc deficiency),是一种世界范围的营养缺乏病。其原因为世界大部分地区人群膳食中锌的生物利用性不好,尽管     

医院设备利用率管理的探究

分析了医院医疗设备利用率管理的现状,提出了医疗设备利用率管理的前期工作与实施方法。建立设备的性能价值评定标准以及加强设备的维护保养工作都是提高设备利用率的有效途径。     

微生物絮凝剂及其絮凝微生物的研究进展

介绍了近几年来国内外微生物絮凝剂和絮凝微生物的一些发展概况,列举了近几年发现的一些微生物絮凝剂的物质属性和组成,重点讨论了胞外絮凝剂和絮凝酵母的絮凝机理,详细综述了絮凝微生物的遗传学方面的研究进展,分析讨论微生物絮凝剂的应用概况,提出微生物絮凝剂的发展趋势和研究方向。     

猪微生物饲料添加剂(8701)对生长育肥猪抗病、增重及提高饲料利用率研究

该项研究根据微观生态平衡原理,采用生物技术,通过系列试验,筛选出了安全性好,抗腹泻力强,增重和提高饲料利用率显著,适应于生长育肥猪前期(SA38 SA91菌)、后期(SA74 SA91菌)和哺乳仔猪(SA74菌)的三个菌种,在国内属首次报道。     

微生物燃料电池中产电微生物的研究进展

微生物燃料电池(Microbial fuel cell,MFC)作为一种新型的环境治理和能源技术,目前已得到研究者们的广泛关注。微生物燃料电池是一种利用微生物将有机物中的化学能转化成电能的装置,产电微生物作为生物催化剂,对微生物燃料电池的发展至关重要。不同种类的产电微生物,其电子转移机制与能力有所差异,直接影响MFC的产电性能,从而决定MFC在工程实践中的性能与应用。任何含有大量微生物的废水、污泥、沉积物都可以作为产电微生物的筛选来源,尝试从不同环境条件下分离筛选高效产电微生物有望促进MFC的进一步完善,从而加速其在环境中的应用。通过对微生物燃料电池的发展、产电微生物种类及其电子传递机制等进行总结分析,综述了MFC中产电微生物的最新研究进展,包括产电微生物的筛选方法、种类以及技术研究等,最后展望了今后在产电微生物方面的主要研究方向及MFC的发展前景,以期为产电微生物的的筛选和应用奠定相应的理论基础及提供思路。     

微生物燃料电池中产电微生物的研究进展

产电微生物是微生物燃料电池系统的核心组成, 本文从生物学角度介绍了几种产电微生物的分类学地位、形态特征、生理生化特征及在微生物燃料电池中的产电机理和产电能力, 分析了利用产电微生物进行废水处理同时生物发电的应用前景, 提出产电微生物在MFC系统中的进一步研究方向为微生物的富集、驯化、改造和多种菌种优化组合等。     

微生物电极快速测定微生物浓度的研究

利用前文所描述的微生物电极,测定了酵母菌、大肠杆菌和枯草杆菌三种微生物的标准曲线。其基本原理是：微生物在厌氧条件下将硫茧还原,还原态硫堇在阳极上氧化,而电流的最大上升速率与微生物的浓度成线性关系。对酵母菌、大肠杆菌和枯草杆菌的检测低限分别为5×10⁵、2×10⁶和1×10⁵ cells／ml。检测时间一般少于20min,重现性误差小于5％．本文还讨论了温度、染料浓度和磁搅拌转速等因素对微生物浓度测定的影响。     

微生物的毒素

微生物产生的毒素可分为细菌毒素、放线菌毒素和真菌所产生的毒素等,分述如下: (一)细菌毒素根据它们在细胞中的位置不同,可分为两类: 1.内毒素是病原菌细胞壁的组成成分,其化学性质是脂多糖—蛋白质的复合物,只限于革兰氏阴性细菌才有。 2.外毒素是病原菌的代谢产物,都是蛋     

人体与热机的能量释放和能量转换的比较

生命现象是高级的运动形式,但在物质代谢和能量代谢过程中,仍然严格遵守质量守恒定律。生物体内能量相互转换的形式并不特殊,都是自然界中普遍存在的相互转换形式。例如人的整体或局部肢体的位移,脏器运动,是依赖于肌肉的收缩做功,可看作     

大脑所需的能量

大脑具有极其复杂的功能,其物质代谢十分活跃,需要摄取大量的能源物质。最重要的能源物质是葡萄糖。脑每天平均需要116—145克葡萄糖,几乎每分钟每100克脑组织要摄取55毫克葡萄糖,平均每小时要消耗葡萄糖6—8克。在休息时,全身所需能量的20％用于供应脑细胞,所需葡萄糖总量的20％被大脑细胞所消耗。脑不仅消耗了较多的葡萄糖,还有一定的储备,大约每1克脑组织中储存着1—2微克分子量(μM)葡萄糖或糖元,以及3μM的三磷酸腺苷(ATP)。     

棉铃虫的能量收支

在25℃下用人工饲料和自然食物饲养棉铃虫,分析通过虫体的能流。取食紫云英-麦胚人工饲料时,整个幼虫期摄入能量(Ⅰ)11,852焦耳,其中51.3%随排泄物排出体外(FU),22.2%被利用并转移到虫体组织内(Pg),0.5%被利用、但在蜕皮时又随头壳、表皮等脱离虫体(Pe),其余26%的能量被用于维持幼虫的生命活动并通过呼吸消失?。幼虫转化能量的毛生态效率(P/I)和净生态效率(P/A)分别是22.7%和46.6%。取食嫩棉叶/棉桃时,幼虫期摄入能量(Ⅰ)19,356焦耳,其中FU,Pg,Pe,R分别占35.3%,11.3%,0.5%和53.0%,P/I,P/A分别为11.7%和18.0%。 两组棉铃虫蛹和成虫期能量收支的差别不大,蛹—成虫期的能量转化效率在69—75%(雌)和64—69%(雄)左右。雌性成虫体内的能量约有40%(人工饲料组)—50%(自然饲料组)被用于繁衍后代。 同其它鳞翅目昆虫相比,人工饲料组棉铃虫幼虫对能量的转化效率属中等水平;棉花虽然是棉铃虫的自然寄主植物,但幼虫取食这种食物时对能量的转化效率相当低。     

微生物的分类

最初,科学家根据生物的形态和生理特征把地球上的生物分为动物界和植物界两类,20世纪60年代又根据细胞核的结构把生物分为原核生物和真核生物两类。微生物根据其是否有细胞可分为两大类:一大类是无细胞结构的病毒、亚病毒因子(类病毒、卫星病毒、卫星RNA、朊病毒);第二大类是细菌、放线菌、蓝细菌、支原体、衣原体、立克次氏体、螺旋体等原核生物和包括酵母菌、霉荫、蕈菌等真菌及单细胞藻类、原生动物等原生生物的真核生物。