基于微生物模型的合作行为进化研究进展

生物间的合作行为如何在自然选择过程中显示出对欺骗者的优势,一直以来都是进化生物学上的经典问题。实验室构建的具有合作行为的微生物种群是研究这一问题的良好素材。本文综述了几种基于微生物模型的合作行为进化理论,如亲缘选择理论、辛普森悖论、竞争抑制理论、进化博弈理论等,对其中涉及到的微生物模型进行介绍和评价,并展望其研究前景。     

固氮施氏假单胞菌亚硝酸盐还原酶基因nirS转录特性及功能鉴定

【目的】研究固氮施氏假单胞菌(Pseudomonas stutzeri)A1501亚硝酸盐还原酶结构基因nir S的转录调控机制及其在反硝化过程中的功能。【方法】构建nir S-lac Z融合载体,利用三亲本结合法将其导入野生型A1501,通过β-半乳糖苷酶活性的测定,分析不同供氧状况、不同浓度的硝酸盐、亚硝酸盐对nir S基因表达的影响;同时将该载体导入rpo N突变株中,研究氮代谢调控因子Rpo N对nir S基因转录影响。通过同源重组方法构建nir S突变株,通过生化表型测定明确nir S在反硝化过程中的功能。【结果】启动子活性测定表明,nir S基因厌氧条件下高水平表达,是好氧条件下表达水平的4倍;nir S的表达受硝酸盐诱导,但不受亚硝酸盐的诱导;Rpo N突变株中,nir S的表达活性为野生型的1/4,nir S启动子未发现Rpo N的保守结合位点,表明nir S的表达受Rpo N间接调控。表型测定显示以硝酸盐为电子受体时Δnir S的反硝化能力降低了约20%;以亚硝酸盐为电子受体时Δnir S仅有微弱的反硝化能力,并且nir S的突变使得菌体在反硝化条件下利用亚硝酸盐的能力显著减弱。nir S突变提高了菌体在亚硝酸为电子受体的反硝化条件下的固氮酶活。【结论】A1501中nir S基因的转录受外界氧及硝酸盐的影响,同时受氮代谢Sigma因子Rpo N的调控。nir S在A1501菌反硝化过程中起关键作用,参与了亚硝酸盐的转化。     

男性尿道炎尿道多形核白细胞与沙眼衣原体和淋病奈瑟菌感染临床相关性分析

目的：沙眼衣原体和淋病奈瑟氏球菌是引起泌尿生殖系统尿道炎疾病常见的致病菌。临床化验一般采用美蓝染色检查男性尿道多形核白细胞或病原微生物阳性可提示尿道炎症状,指导临床的早期治疗。在缺乏临床症状体征和尿道多形核白细胞的情况下,临床的治疗将是不同的。本研究采用美兰染色检查男性尿道炎患者多形核白细胞数量、沙眼衣原体抗原和淋病奈瑟氏球菌培养,评价非淋菌性尿道炎和淋病的临床意义。方法：3,000例性病患者的尿道分泌物进行美兰涂片染色镜检,衣原体抗原检测和淋病奈瑟氏球菌染色镜检和培养。结果：3,000例性病患者中,387例患者（12.9%）沙眼衣原体抗原阳性。 在沙眼衣原体患者中,242例（62.5%）≥5个多形核白细胞, 59例（15.2%）为1~4个多形核白细胞,86例（22.2%）为0个多形核白细胞,其中36例患者（9.3%）无症状,141例患者（36.4%）无体征。415例（13.8%）淋病奈瑟氏球菌阳性,在淋病患者中,397例（95.7%）≥5个多形核白细胞, 10例（2.4%）1~4个多形核白细胞, 8例（1.9%）为0个多形核白细胞,其中5例（1.2%）患者无症状, 46例(11.1%)无体征。86例沙眼衣原体和淋病奈瑟氏球菌合并感染的患者中,76例阳性患者≥5个多形核白细胞,5例阳性患者为1~4个多形核白细胞, 5例阳性患者无多形核白细胞。结论：本研究分析了尿道炎患者尿道多形核白细胞,沙眼衣原体和淋球菌感染的相互之间的关系,男性尿道炎患者尿道多形核白细胞数量与沙眼衣原体感染和淋球菌感染存在明显的差异（P<0.001）。86例（22.2%）沙眼衣原体感染和8例（1.2%）淋病患者的尿道中无多形核白细胞。因此,加强临床与实验室诊断可提高男性尿道炎的诊断和控制性病的传播。     

西南鼠耳蝠(Myotis altarium)栖息生态学

西南鼠耳蝠(Myotis altarium)是典型的洞栖性蝙蝠,是我国的准特有种。近年,在湘西州境内的13个溶洞中记录到该蝠361只次,并对其栖点的空间分布、栖息姿势、体温、栖点温度及个体的安全性进行了观测。结果表明:其栖点主要集中在距离洞口200 m的范围之内,离地面的高度通常在2—6 m之间,约74%的个体采用腹部贴壁倒挂的姿势栖息;体温变化范围在3.57—20.25℃之间,个体体温均略高于其栖点温度,但两者之间不存在显著性差异(P0.05)而不同月份之间的体温、栖点温度均存在显著性差异(P0.05);仅60.1%的个体栖息在"安全性高"的栖点,栖息在"安全性中"和"安全性低"栖点的比例分别达22.7%和17.2%。加强对地方群众的宣传教育,增强民众对蝙蝠物种、生物多样性及洞穴资源的保护意识,减少人为因素对洞穴环境和蝙蝠种群的干扰与破坏,将有助于保护该珍稀物种。     

路德维希肠杆菌噬菌体的分离及生物学特性

【背景】噬菌体能够特异性杀死宿主细菌,特别是耐药性细菌,可以作为新型杀菌剂,而关于路德维希肠杆菌噬菌体的研究尚属空白。【目的】分离路德维希肠杆菌噬菌体,并对其生物学特性进行研究。【方法】通过双层平板法分离、纯化、鉴定噬菌体;通过SDS-PAGE电泳分析结构蛋白;通过透射电子显微镜分析噬菌体的形态;通过结晶紫染色法和刚果红平板法分析生物被膜。【结果】以路德维希肠杆菌X20为指示菌从环境样品中分离获得了噬菌体GM20,噬菌斑透明且有较小晕环,直径大小平均为0.47 mm。透射电镜观察显示,噬菌体GM20具有可伸缩尾部,属于肌尾噬菌体科(Myoviridae)。GM20的滴度为7.65×10~9PFU/mL,为烈性噬菌体。一步生长曲线结果显示,噬菌体的潜伏期约为15 min,释放量约为164.3 PFU/infection center。进一步分析显示,GM20具有较好的抑菌效果,耐噬菌体菌株突变株平均突变率为1.06×10~(-5)。【结论】烈性噬菌体GM20能够杀死路德维希肠杆菌X20,有可能应用于路德维希肠杆菌感染的预防与控制。     

近缘细菌细胞间的相互识别与相互作用

亲缘识别是细菌细胞间竞争与合作的前提和基础。细菌通过亲缘识别分辨自我细胞和非自我细胞;非同类的细菌细胞相互分离或被排除,而亲缘种群内的细菌细胞进行群体运动、生物膜和子实体形成等社会性合作行为。细菌的自我识别机制可能有助于不同亲缘类群在混杂的自然系统中的共存。近些年来,细菌亲缘识别及相互作用的机制研究工作成为热点,本文总结了近缘细菌细胞间相互识别和作用机制的研究进展。     

东部草原露天矿区粘土改良模拟研究

以我国东部草原露天矿区粘土为研究对象,采用盆栽试验方法,以粘土与表土和沙土混合物为培养基质,三叶草(Trifolium repens Linn)为供试植物,研究不同比例下三叶草生物量、养分吸收量、土壤理化和生物学性状的差异,为寻找最佳配比提供依据。结果表明:不同混合比例显著影响三叶草生物量,粘土+表土(1∶1、1∶2和1∶3)生物量最高(26.5—40.0 g/盆),平均为31.2 g/盆,粘土+沙土(1∶1、1∶2和1∶3)次之(14.9—20.3 g/盆),平均为18.9 g/盆,粘土、沙土和表土平均分别是9.0、5.4 g/盆和41.7 g/盆,同样地,粘土+表土混合基质上三叶草氮吸收量平均为1071 mg/盆,分别是粘土+沙土、粘土和沙土氮吸收量660、321 mg/盆和190 mg/盆的1.62、3.34倍和5.64倍,磷和钾吸收量具有相似变化规律,这与三叶草根直径、根长、根表面积和根尖数有显著关联性;粘土和表土与粘土和沙土混合基质的容重和最大持水量分别显著下降7.4%—21.5%和24.5%—71.8%,饱和入渗率、孔隙度和标准化平均重量直径分别显著增加26.9%—96.3%、45%—218%和34%—72%;全氮、有机质、速效磷、速效钾、饱和电导率显著增加23.0%—88.3%、25.1%—146%、44.0%—91.5%、70.3%—114.8%和3.5%—59.3%;磷酸酶、脲酶、蔗糖酶、硝酸还原酶和固氮酶活性显著提高45.5%—105%、65.2%—172.3%、160%—252%、53.4%—62.7%和197%—374%;真菌、细菌和放线菌数量增幅为119%—142%、93.5%—107%和83%—147%。相关性分析表明,生物量与土壤理化性状、酶活性和微生物数量呈显著或极显著正相关,表现为粘土+表土=表土粘土+沙土粘土沙土。因此,表土或沙土均能改良粘土性状,其中粘土和表土1∶2配比效果最优。     

乳及乳制品中肺炎克雷伯氏菌PCR-DHPLC检测新技术的建立

为了应用PCR结合变性高效液相色谱(DHPLC)技术建立乳品中肺炎克雷伯氏菌的快速检测方法,根据肺炎克雷伯氏菌16S-23S rRNA特异基因序列的特点设计特异性引物,PCR扩增的产物经DHPLC技术进行快速检测。以肺炎克雷伯氏菌等57株参考菌株做特异性试验;将肺炎克雷伯氏菌菌株稀释成不同梯度,做灵敏度试验。试验结果表明该方法具有很好的特异性,灵敏度较高,检测低限可达到100 CFU/mL,可以快速、准确检测肺炎克雷伯氏菌,是乳及乳制品中致病菌快速检测的新技术。     

基于CLDAS强迫CLM3.5模式的新疆区域土壤温度陆面过程模拟及验证

利用中国气象局国家气象信息中心研发的中国气象局陆面数据同化系统(China Meteorological Administration Land Data Assimilation System,CLDAS)大气近地面强迫资料,驱动美国国家大气研究中心公用陆面模式(Community Land Model,CLM3.5),对中国新疆地区土壤温度时空分布进行逐小时Off-line模拟(模拟时段为2009—2012年);利用国家土壤温度自动站(新疆区域105站点)数据验证CLDAS驱动场强迫下的CLM3.5模式在中国新疆地区3个土壤层(5cm、20cm和80cm)的土壤温度模拟能力。研究发现:在月变化方面,第1层(5cm)土壤温度模拟与实测值差异最大,在每年7月最大差异达5k左右;第2层(20cm)在每年7月达最大差异(3k左右),而第3层(80cm)在每年7月均模拟的很好。造成这种现象的原因可能因为新疆地区7月前后浅层土壤温度变化剧烈,温度白天最高可达300K以上,昼夜温差大,导致模式不能很好抓住浅层土壤温度的变化趋势。研究还发现,在80cm土壤深度,模式在1月、12月的模拟结果均较前两层差。在日变化方面,研究发现:较浅的两层(5cm和20cm)土壤温度模拟值在夏季和秋季均较差。与月变化模拟结果类似的是,80cm土壤层日变化在1、12月模拟较差,然而在其他时段却模拟的很好。在小时变化方面,分析发现:第1层土壤(5cm)模拟结果在每年的1—4月及9—11月的全天(即24 h),模式也会有不同的偏差:其中,在03UTC—21UTC之间主要表现为模式结果比观测结果偏高,而在日内21UTC—00UTC主要表现为模拟结果偏小。在每年的5—8月,全天模拟值都偏小,其中在09UTC达当日最大值。而距离第2层(20cm)处的土壤温度模拟值在大部分月份都偏差较小(-1K至1k之间),并在日内12UTC偏差达到当日最大值。研究发现,在土壤20cm处,模式模拟的最大值较观测值提前,而第3层(80cm)的土壤温度基本不受日内变化影响,表现较为平稳。造成这种影响的原因可能是因为新疆地区5—8月、9—11月为昼夜温差大,深层土壤温度较浅层土壤温度温差变化小,这也造成了模式对于浅层土壤模拟较深层差的主要原因。总体研究表明:CLDAS驱动场强迫下的CLM3.5模式可较为精确的模拟中国新疆地区多年平均土壤温度时空分布,并较为准确的反映中国新疆地区土壤温度的小时、日、月及年际的变化规律。模式浅温度模拟不好的原因可能与模式参数化方案及地表参数有关,后期将继续修正该问题。     

近30年来白洋淀湿地景观格局变化及其驱动机制

湿地是水陆相互作用形成的独特生态系统,其景观格局极易受到气候变化和人类活动的影响。利用1984—2014年的11期遥感影像数据,综合运用GIS技术和景观格局指数方法,对白洋淀湿地景观格局变化特征及其驱动力机制进行了分析。结果表明,1984—2014年期间,挺水植物和沉水植物呈减少趋势,农田和居民点持续快速增长,纯水体为"增加—减少—再增加"的趋势,林地和裸土地变化幅度不大。其中挺水植物一直是白洋淀最主要的景观类型,占研究区总面积比例达到37%—61%。农田的平均斑块面积最大,挺水植物的最大斑块指数和分维度指数最高,挺水植物和农田的聚集度指数最大,居民点、林地和裸土地空间分布离散,破碎化程度高,连通性差。1989—2004年白洋淀景观多样性指数呈减少趋势,景观格局趋于不稳定,同期聚集度指数上升,湿地连通性增加;1984—1989年和2004—2014年期间白洋淀多样性指数上涨,聚集度指数逐年下降,景观异质性增加。人口和社会经济发展是影响白洋淀景观格局变化的主要因素。