甲烷代谢古菌分离培养研究进展

全球变暖是全人类面临的一个巨大挑战,而温室气体排放持续上升是全球变暖的关键因素,并引发一系列生态环境问题。甲烷是第二温室气体,对全球变暖的贡献达20%。然而,在甲烷代谢中发挥重要作用的产甲烷古菌和厌氧甲烷氧化古菌(anaerobic methanotroph,ANME)较难培养,极大地限制了人们对甲烷代谢及其影响碳源-汇关系与机制的研究。本文综述了最新产甲烷古菌和ANME富集、分离和培养方法,包括富集培养、原位培养、共培养、微流控技术、稀释分离和固体分离技术、ANME反应器和培养瓶富集培养,以及宏基因组预测和反向基因组学,并对这些方法的优缺点进行了评估,对未来甲烷代谢古菌的富集、分离和培养提出新的建议。     

下一代益生菌Akk菌的研究进展

Akk菌(Akkermansia muciniphila)是具有巨大发展潜力的下一代益生菌,被广泛认为是改善炎症性肠病、肠易激综合征、糖尿病、肥胖症和渐冻症等疾病的一种新的潜在候选菌。近年来,随着人们对肠道共生菌重视程度的加深和各种组学技术的发展,Akk菌迅速成为益生菌研究领域的热点。然而,目前国内外有关Akk菌最新研究进展的归纳总结仍较少。因此,本文对近十年国内外有关Akk菌取得的最新研究进展进行综述,从Akk菌对宿主健康的调控作用,Akk菌的分离、鉴定和培养,以及Akk菌研究面临的挑战、机遇和前景等几方面进行阐述,以期为国内外同行对Akk菌的进一步深入研究和开发提供参考。     

猪伪狂犬病病毒流行株HLJ-01的分离鉴定及致病性分析

【背景】自2011年以来,猪伪狂犬病毒(pseudorabies virus,PRV)发生变异,经典的疫苗株已不能完全抵抗PRV变异株的感染,国内多个猪场出现伪狂犬病的暴发,PRV变异毒株开始在我国大规模流行。【目的】通过分离PRV流行变异毒株,并对其进行遗传进化和致病性分析,为PRV流行病学调查及疫苗研制提供实验数据。【方法】采集黑龙江某猪场感染PRV的脑组织病料,根据GenBank PRV gE和gB保守序列设计引物,进行PCR鉴定。通过对gE和gC基因进行序列测定和遗传进化分析。利用BHK-21细胞分离病毒,采用噬斑纯化方法对病毒进行纯化。通过电镜、间接免疫荧光对病毒进行鉴定,测定病毒生长曲线并进行致病性研究。【结果】经PCR和测序鉴定分离株为PRV流行株,将其命名为HLJ-01。遗传进化分析结果显示,该分离毒株与我国近几年分离的流行变异株位于同一分支;氨基酸序列分析结果显示,gE和gC存在国内流行变异株的特征序列,表明该分离毒株为流行变异株。生长曲线显示,分离株HLJ-01在感染48h时滴度最高(10^8.5TCID₅₀/mL)。电镜观察结果显示,病毒颗粒直径约150nm,呈球形,有囊膜,囊膜外有放射状纤突,呈现典型PRV病毒特征。动物感染实验结果显示,10^7.0TCID₅₀剂量感染组死亡率为100%;10^6.0TCID₅₀剂量感染组死亡率为80%;10^5.0TCID₅₀剂量感染组死亡率为60%。仔猪在接种病毒后均出现PRV感染的典型症状和病理变化,证实分离毒株对仔猪有较强致病力。【结论】分离获得一株猪伪狂犬病毒,经鉴定该分离株为流行变异株,而且具有较强的致病力,这为PRV流行病学分析及疫苗候选株的筛选奠定了基础。     

基于机器学习的肠道菌群数据建模与分析研究综述

人体肠道菌群与人类的健康和疾病存在密切关系,对肠道菌群的宏基因组数据进行建模和分析,在疾病预测及诊断相关领域科学研究和社会应用方面均具有重要意义。本文从大数据分析和机器学习的角度,对人体肠道菌群数据的建模、分析和预测算法的原理、过程以及典型研究应用实例进行综述,以期推动肠道菌群分析相关研究发展以及探索结合机器学习算法进行肠道菌群分析的有效方式,同时也为开发基于肠道菌群数据的新型诊疗手段提供借鉴,推动我国精准医疗事业发展。     

基于随机森林法的山核桃林地土壤速效养分含量空间分布特征研究

土壤氮磷钾是土壤肥力管理的重要元素,是植物生长的必要养分元素。对土壤氮磷钾的空间分布进行特征解译,可为精准管理临安山核桃产区林地土壤肥力,促进山核桃林产业可持续发展提供理论依据。研究以临安山核桃主产区为研究区域,利用随机森林（RF）、普通克里格（OK）和Shapley加性解释（SHAP）方法,结合地形因子、气候因子、土壤因子、遥感因子等环境变量,对山核桃林地土壤碱解氮（AN）、有效磷（AP）、速效钾（AK）的空间分布特征进行分析。研究结果表明：相比于OK模型,基于环境协变量所构建的RF模型对AN、AP和AK含量空间分布预测表现最佳,R²分别为0.68、0.60和0.64,均方根误差（RMSE）分别为20.005、10.287和22.426,平均绝对误差（MAE）分别为15.425、7.709 和21.628。RF模型SHAP分析显示,AN和AK含量分布主要受土壤有机质（SOM）的影响,并且SOM与AN和AK存在正相关性;AP主要受pH的影响,其次为色调指数,AP与pH和色调指数均具有负相关性;AK和AP同时受到海拔和坡向的影响。两种模型预测的氮磷钾空间分布趋势总体相似,不同速效养分存在明显的空间异质性。碱解氮高值区域主要分布于研究区东部;有效磷高值区域主要分布于研究区西部,但分散度高;速效钾高值区域则主要分布于研究区中部。总体而言,基于随机森林模型可以高精度模拟山核桃林地土壤氮磷钾含量空间分布特征,并依据主要环境协变量对土壤氮磷钾的影响关系,提出相应改良措施。在有效磷含量低值区域可以施用石灰来缓解土壤酸化,同时补追磷肥;碱解氮含量高值区域可以合理减少氮肥施用;速效钾含量低值区域合理施加钾肥;对于海拔较高及迎风坡多降雨的区域,可以构建林下高效水土保持植被,减轻水土流失;在林地施用有机肥料,改善土壤理化性质,增加土壤养分含量。     

长三角城市群城市洪涝韧性与生态系统服务的耦合协调关系

厘清城市洪涝韧性与生态系统服务之间耦合协调关系,可为城市防洪减灾和生态文明建设提供重要决策参考。综合运用基于麻雀算法的投影寻踪模型、InVEST模型和耦合协调度模型,在分析2000-2020年长三角城市群的城市洪涝韧性与水源涵养、水质净化、土壤保持和气候调节四种生态系统服务时空格局基础上,尝试探索两者耦合协调关系及其时空演变特征。研究发现:(1)长三角城市群的城市洪涝韧性水平呈现"N"型增加趋势,并呈现"上海>江苏>浙江>安徽"的空间格局,表明经济水平越高的城市展现出更强的洪涝韧性,经济是影响城市洪涝韧性波动的主要因素,而自然韧性成为城市洪涝韧性提升的关键短板;(2)生态系统服务存在显著的空间异质性,高植被覆盖的南部地区提供了更高的生态系统服务,从时间维度看其空间分布是稳定的,水源涵养和水质净化服务总体呈向好趋势,土壤保持服务整体呈现倒"N"型增加,气候调节服务呈现微弱的下降趋势;(3)城市洪涝韧性与生态系统服务的耦合协调度在研究期内较为稳定,且与生态系统服务的时空变化趋于一致,呈现"南高北低、由西南向东北逐渐减弱"的趋势,生态系统服务较高的城市,表现出更好的耦合协调性,且随着生态系统服务的增加而改善。因此,长三角城市群有必要从提高生态系统服务功能的角度出发,因地制宜、分类施策,促进城市洪涝韧性与生态系统服务的协调发展。     

陕北农田作物生产碳源/汇及碳足迹空间特征

农作物生产过程既是碳源,也是碳汇。研究作物生产过程中碳吸收、碳排放特征对区域农业碳减排具有重要意义。以陕北区域为例,采用高分辨率遥感数据,结合GEE遥感云平台和随机森林算法,获取了作物种植分布信息,并建立碳吸收排放测算模型,分析了陕北地区2021年农田作物的碳源/汇效应、碳足迹及其空间分布格局。结果表明:①陕北种植的粮食作物主要为玉米、稻谷、薯类、豆类,经济作物主要为蔬菜、苹果、枣树,这七类作物集中分布在延安南部河谷区域和榆林西北部区域。②除枣类外,陕北地区其余作物的碳吸收量均高于碳排放量,以碳汇功能为主,其中,玉米和苹果分别对该地区碳吸收、碳排放的贡献率最高,碳吸收、排放量分别达到了189.74×10⁴ t和11.41×10⁴ t,苹果、薯类和枣类碳足迹较高,分别达到了9.92×10⁴ hm²、8.77×10⁴ hm²和21.65×10⁴ hm²,其余作物碳足迹处于0.26-1.49×10⁴ hm²之间。③从空间上看,研究区单位面积农田碳吸收量呈现西北高、南部低的分布格局,而碳排放量、碳足迹分布正好相反,南部高、西北低。④研究区可通过培育高产品种、优化施肥量、控制农膜农药用量、调整作物种植结构等措施,提高作物固碳效应,促进农业生产碳减排。     

嗜线虫致病杆菌抑制灰葡萄孢的效应

[背景] 灰葡萄孢（Botrytis cinerea）是引起葡萄采后病害的主要病原菌之一,严重影响葡萄的贮期和品质,给葡萄产业带来极大损失。利用拮抗微生物抑制采后病原菌生长已逐渐成为防治葡萄采后灰霉病的重要手段。[目的] 利用昆虫病原线虫共生细菌广谱高效的抑菌特性,从现有共生细菌资源中筛选对灰葡萄孢具有高拮抗作用的菌株,为葡萄采后灰霉病的抑制提供新的材料和研究方向。[方法] 通过平板对峙培养法和菌丝生长速率法分离筛选拮抗共生细菌,并对优选的高效拮抗共生细菌进行16S rRNA基因序列进化分析,采用扫描电镜观察其对灰葡萄孢菌丝生长的影响,利用损伤接种法对红地球葡萄防治效果进行验证。[结果] 初步分离筛选共获得9株拮抗菌,复筛与复测得到一株抑菌效果显著的共生细菌（命名为ALL）,经进化分析其为嗜线虫致病杆菌（Xenorhabdus nematophila）,其16S rRNA基因序列的Genbank登录号为MW488402,与菌株Xenorhabdus nematophi la NC116聚于同一分支,相似性达99.79%。扫描电镜观察该菌株导致灰葡萄孢菌丝扭曲变形、表面皱缩、失水塌陷,该菌株发酵（36 h）上清液浓度为1%时对灰葡萄孢菌丝抑制率达44.5%。在葡萄常温防效实验中,与对照组比较,ALL菌株发酵上清液对灰霉菌防治效果较好,3 d后防效为63.50%。[结论] 本研究应用昆虫病原线虫共生细菌生物防治葡萄贮期灰霉病,筛选出一株高效拮抗灰葡萄孢的昆虫病原线虫共生细菌,而且其上清液对灰葡萄孢具有良好的抑制效果,为生物防治贮期葡萄灰霉病提供了新的生物材料和相关研究基础。     

一株兔源A型多杀性巴氏杆菌的分离鉴定和全基因组测序及分析

【背景】多杀性巴氏杆菌可导致猪肺疫、牛出血性败血症和兔出血性败血症等多种疾病,严重威胁多种动物畜牧养殖业的健康发展。【目的】重庆某兔场送检一批病死兔,为研究其病原和治疗方法,对病原进行了微生物分离和全基因组测序分析。【方法】从2022年重庆某兔场送检兔病料中进行细菌分离纯化、生化试验、16S rRNA基因鉴定、荚膜血清型分型、药敏试验和毒力基因检测,同时通过全基因组测序结果进行毒力、耐药基因注释和遗传进化等分子生物学信息分析。【结果】该菌为兔源A:ST74多杀性巴氏杆菌,命名为LXSS001,基因组序列上传到NCBI数据库(登录号为CP119523.1),药敏试验显示该菌对四环素、杆菌肽、复方新诺明和磺胺异恶唑耐药,对头孢噻肟、头孢哌酮和丁胺卡那等药物敏感。全基因组长度为2 480 671 bp,并注释到了58个毒力基因和9类药物的靶向抗药基因。通过联合建树表明其与3480株一致性最高。【结论】本研究完成了一株A型多杀性巴氏杆菌的分离鉴定和全基因组测序,并揭示了其与国内外其他分离株的进化关系,为多杀性巴氏杆菌的后续研究提供了参考依据。     

番茄褪绿病毒TaqMan荧光定量PCR快速检测方法的建立与应用

【目的】本研究旨在建立TaqMan实时荧光定量PCR(TaqMan RT-qPCR)技术,快速检测单头烟粉虱Bemisia tabaci体内的番茄褪绿病毒(tomato chlorosis virus, ToCV)。【方法】根据ToCV外壳蛋白保守序列设计了1对特异性引物和1条TaqMan探针,建立了TaqMan RT-qPCR方法;与常规PCR检测进行比较,检测该方法的灵敏度与特异性;并应用该方法对单头烟粉虱成虫体内ToCV进行了快速检测。【结果】本研究构建的TaqMan RT-qPCR检测ToCV的标准曲线,其循环阈值(Ct值)与模板浓度具有良好的线性关系,扩增效率为98%。该方法对ToCV的最低检测浓度为8.3×10 copies/μL,灵敏度是常规RT-PCR的1 000倍。该方法与田间番茄两种重要病毒番茄黄化曲叶病毒(tomato yellow leaf curl virus, TYLCV)和番茄斑萎病毒(tomato spotted wilt virus, TSWV)检测无交叉反应。单头烟粉虱成虫ToCV检测结果表明,温室内ToCV侵染植株上烟粉虱携毒率为100%,田间烟粉...