利用基因组改组技术提高短杆菌素产量及其培养条件优化*

短杆菌素是一种广谱抗菌肽,对细菌和真菌均有较好的抑制作用,具有潜在的抗生素替代价值。通过对侧孢短芽孢杆菌fmb70进行紫外诱变、亚硝基胍诱变、常压室温等离子体诱变,获得3株短杆菌素产量提高的诱变菌株。随后以诱变菌株为亲本进行两轮基因组改组,获得融合子F₂-24,其短杆菌素产量为(340.5±16.35) μg/mL,是野生菌株fmb70短杆菌素产量的1.92倍。融合子传代5代后,该菌株短杆菌素产量无明显差异,说明菌株稳定性良好。最后对该菌株产短杆菌素的培养基和发酵条件进行优化,优化后的培养基为:4%蔗糖、2%牛肉膏、0.5%氯化镁,发酵温度30℃、培养24 h、培养基初始pH6.0。优化后的短杆菌素产量可达(442.45±9.58)μg/mL,是初始培养条件的2.50倍。     

Diversity of Culturable Bacteria Isolated from Highland Barley Cultivation Soil in Qamdo,Tibet Autonomous Region

The soil bacterial communities have been widely investigated. However, there has been little study of the bacteria in Qinghai-Tibet Plateau, especially about the culturable bacteria in highland barley cultivation soil. Here, a total of 830 individual strains were obtained at 4°C and 25°C from a highland barley cultivation soil in Qamdo, Tibet Autonomous Region, using fifteen kinds of media. Seventy-seven species were obtained, which belonged to 42 genera and four phyla; the predominant phylum was Actinobacteria (68.82%), followed by Proteobacteria (15.59%), Firmicutes (14.29%), and Bacteroidetes (1.30%). The predominant genus was Streptomyces (22.08%, 17 species), followed by Bacillus (6.49%, five species), Micromonospora (5.19%, four species), Microbacterium (5.19%, four species), and Kribbella (3.90%, three species). The most diverse isolates belonged to a high G+C Gram-positive group; in particular, the Streptomyces genus is a dominant genus in the high G+C Gram-positive group. There were 62 species and 33 genera bacteria isolated at 25°C (80.52%), 23 species, and 18 genera bacteria isolated at 4°C (29.87%). Meanwhile, only eight species and six genera bacteria could be isolated at 25°C and 4°C. Of the 77 species, six isolates related to six genera might be novel taxa. The results showed abundant bacterial species diversity in the soil sample from the Qamdo, Tibet Autonomous Region.     

基于流式细胞术和K-mer分析的银缕梅属(Parrotia C.A.Mey.)植物基因组大小测定

金缕梅科(Hamamelidaceae)银缕梅属(Parrotia C.A.Mey.)仅包含银缕梅(Parrotia subaequalis(H.T.Chang)R.M.Hao&H.T.Wei)和波斯铁木(Parrotia persica(DC.)C.A.Mey.)两种落叶阔叶乔木,其中银缕梅是我国华东地区特有的Ⅰ级濒危珍稀保护植物,属东亚第三纪孑遗成分;其姊妹种波斯铁木则间断分布于伊朗北部,属北极第三纪孑遗植物类群。本研究首次利用流式细胞术和K-mer分析方法对银缕梅属两姊妹种的基因组大小进行了测定,建立和优化了以萝卜(Raphanus sativus L.‘Saxa’)为内标、WPB(Woody plant buffer)为细胞核解离液的两种植物单倍体基因组的DNA含量(DNA C值)流式测定的适宜体系,旨在为金缕梅科银缕梅属植物的全基因组测序、基因组学研究、种质资源开发和利用以及物种保育等提供前期基础数据参考;同时也可为金缕梅科其他属、种的基因组大小测定提供借鉴。主要研究结果如下:(1)通过流式测定银缕梅基因组大小约为971.45±13.91 Mb,波斯铁木基因组大小约为890.52±24.69 Mb;(2)K-mer分析估测银缕梅基因组大小为951.70 Mb,杂合率为1.740%,重复序列比例为77.50%;波斯铁木基因组大小为858.50 Mb,杂合率为0.695%,重复序列占74.30%;(3)银缕梅属于高杂合和高重复基因组,波斯铁木则属于微杂合和高重复基因组。本研究的结果为银缕梅属植物后续基于DNA三代高通量测序技术的全基因组测序、组装及去冗余处理等工作提供了重要的数据参考。     

云南新平铁坚油杉森林群落结构特征

摸清珍稀濒危抗旱植物铁坚油杉(Keteleeria davidiana)的种群数量及其分布情况, 能够为珍稀濒危物种保护工作提供基础数据。该文对云南省新平县6个乡镇铁坚油杉群落进行样方调查分析, 每个乡镇设置3个样方, 样方面积为20 m × 20 m, 记录样方生境信息、统计群落物种组成及其数量特征, 对群落类型及其结构特征进行了统计和分析。主要结果: (1)在调查样地内, 共有维管束植物163种, 隶属于58科131属; (2)植物群落区系分布类型有12种, 以热带成分和中国特有种为主, 热带成分占优势; (3)群落内乔木和灌木植物最多, 占62.58%, 其次是多年生草本植物; (4)按照建群种和生活型, 可将18组植被样方数据划分为3个群系17个群落类型; (5)年龄结构不合理, 铁坚油杉种群结构呈衰退趋势, 自然居群已成为小种群。如果铁坚油杉群落没有足够的幼苗进行更新和补充, 铁坚油杉将退出当前的群落。     

土壤氮磷添加下豆科草本植物生物固氮与磷获取策略的权衡机制

豆科草本植物固氮是陆地生态系统重要的自然氮输入方式, 影响着草地生产的经济性和可持续性。为探讨氮磷交互作用影响豆科草本植物生物固氮率的潜在生理生态机制, 该研究选取8种豆科草本植物分别种植在对照、氮肥添加、磷肥添加和氮磷耦合添加处理的土壤中, 进行野外盆栽实验。测定了初花期植物生物量和营养含量、根部碳水化合物含量、根际pH、根际柠檬酸含量、根际有效磷含量、植物根瘤生物量、磷含量及其生物固氮率。主要结果: 依赖于豆科物种, 氮添加显著促进了豆科草本植物根际磷的活化, 降低了根生物量分配以及根系非结构性碳水化合物含量。在两种磷添加处理下, 氮添加导致8种豆科草本植物根瘤生物量平均下降27%-36%, 生物固氮率平均下降20%-33%。磷添加降低了根际的磷活化, 但促进了豆科草本植物根系发育和非结构性碳水化合物的积累。在施氮和不施氮条件下, 磷添加分别使8种豆科草本植物的生物固氮率提高了45%-69%和0-47%。氮添加降低豆科草本植物生物固氮率, 其原因是氮添加提高了植物磷需求, 为活化更多磷, 豆科草本植物降低根系生物量和根系非结构性碳水化合物的含量, 导致根瘤发育受到限制。在氮添加的同时进行磷添加, 能够改善土壤氮磷平衡, 促进根系生长和非结构性碳水化合物积累, 缓解了增氮对生物固氮的抑制作用。     

内生Bacillus svelezensis HBB5菌株发酵盾叶薯蓣产薯蓣皂苷元的研究

目的探讨内生Bacillus svelezensis HBB5菌株发酵宿主植物盾叶薯蓣产薯蓣皂苷元的能力。方法接种内生B.svelezensis HBB5及B.subtilis ATCC 6633菌株(0.35×10~8 CFU/mL)至含盾叶薯蓣地下茎组织的液体培养基,32℃、165~185 r/min连续发酵108 h,检测发酵液细菌、pH、淀粉、麦芽糖、葡萄糖、淀粉酶(α-amylase)及薯蓣皂苷元溶出率等指标。结果内生B.svelezensis HBB5菌株有较强的酸、碱耐受力[pH(4.8±0.2)~(8.4±0.2)],相比B.subtilis ATCC 6633[pH(5.2±0.2)~(8.7±0.2)]差异不明显;前者达峰值生长量(60×10~(8±2) CFU/mL)明显高于后者(32×10~(8±2) CFU/mL)。发酵36~60 h时,B.svelezensis HBB5、B.subtilis ATCC 6633菌株发酵液的淀粉、麦芽糖、葡萄糖浓度达峰值,分别为(37.41±3.12)、(27.83±2.14)ng/mL,(21.06±1.25)、(16.54±1.08)ng/mL,(54.33±3.12)、(36.65±2.10)ng/mL,前者均高于后者。同时,B.svelezensis HBB5菌株维持高的α-amylase酶活性及薯蓣皂苷元溶出率。结论内生B.svelezensis HBB5菌株拥有较强的耐酸碱、降解淀粉、提高薯蓣皂苷元溶出的能力,为工业生产薯蓣皂苷元提供了一个新的方法。     

黄河首曲玛曲县高寒湿地景观格局演变

高寒湿地是青藏高原地区最重要的生态水源涵养区之一, 也是局部气候的有效调节者, 其动态变化与成因亟待深入研究。该研究基于遥感图像分析、地理信息系统空间分析和景观生态指数分析结合的方法, 以黄河首曲玛曲县高寒湿地为研究对象, 对1995-2018年6期湿地的动态变化进行研究。结果表明, 研究区湿地在1995-2010年间不断退化, 1995-2010年湿地面积总共减少了18 680.31 hm²。在2010-2018年间黄河首曲高寒湿地面积有所增加, 但与20世纪90年代相比, 21世纪初开始湿地的面积普遍呈现下降趋势; 1995-2010年湿地斑块数不断增加, 斑块密度不断增大, 平均斑块面积下降, 景观的破碎度升高; 2010-2015年湿地斑块数和斑块密度减少, 2015-2018年湿地斑块数和斑块密度增加, 平均斑块面积先增大后减小, 景观的破碎度先降低后升高。1995-2010年研究区高寒湿地景观Shannon多样性指数和Shannon均匀度指数均呈现下降的趋势, 湿地的景观结构趋于简单, 景观类型分布更加集中。2010-2018年湿地景观Shannon多样性指数和Shannon均匀度指数均呈现上升趋势, 湿地的景观结构趋于复杂, 景观类型增加且分布更加分散。进一步的驱动力分析表明, 引起黄河首曲高寒湿地景观格局演变的主要因素是蒸发量和降水量, 其次是人口数量和大牲畜数量等人类活动影响。气候因子是影响黄河首曲高寒湿地面积变化的主要原因, 过度的人类经济活动在一定程度上加剧了湿地的变化。     

基于日光诱导叶绿素荧光的北半球森林物候研究

植被物候是反映植被生长规律的重要指标, 对气候的反馈具有重要意义。日光诱导叶绿素荧光(SIF)通过复杂的能量耗散机制与光合作用相关联, 提供了从空间直接探测大范围植被物候的可能性。为了探究气候变化背景下SIF反演不同森林类型物候的适用性, 该文以北半球35个全球通量网(FLUXNET)森林站点为研究对象, 利用2007-2014年SIF值和总初级生产力(GPP)通过双逻辑生长模型和动态阈值法来估算3种典型森林类型的物候, 并采用相关性分析等方法评价SIF在估算不同森林类型物候时的差异性。主要结果为: 1) SIF对生长季开始时间(SOS)的估算精度高于生长季结束时间(EOS); 2) SIF能够更准确地估算混交林(MF)的SOS, 但是不能精确追踪落叶阔叶林(DBF)和常绿针叶林(ENF)的SOS; 3)春季季前短波辐射是驱动SOS的主要气候因素。综上, 建议在将来的研究中将SIF数据与其他遥感指数整合, 应用于不同植物类型的物候监测。     

酵母PMT1和TED1基因在细胞壁应激反应中的作用

实验室前期研究表明,蛋白质O-甘露糖转移酶1 (Protein O-mannosyltransferase 1,Pmt1p) 和Ted1p（Traffcking of Emp24p/Erv25p-dependent cargo disrupted）在细胞寿命和内质网应激反应方面存在相互调控关系。进一步研究酵母Pmt1p和Ted1p在细胞壁应激反应中（诱导剂为荧光增白剂或刚果红）的作用。观察PMT1基因缺失（pmt1Δ）酵母菌株和TED1基因缺失（ted1Δ）酵母菌株,以及PMT1和TED1双基因缺失（pmt1Δ ted1Δ）酵母菌株在细胞壁应激反应条件下的克隆形成能力和细胞分裂增殖活性;qRT-PCR检测细胞壁应激反应通路中Slt2p、Ssd1p和Mpt5p等效应蛋白的转录水平。结果表明,在细胞壁应激反应条件下,与对照菌株的生长状态比较,pmt1Δ菌株生长缓慢,ted1Δ菌株生长较快;进一步缺失PMT1基因使得ted1Δ菌株生长缓慢。与对照菌株中效应蛋白的转录水平比较,pmt1Δ菌株和pmt1Δted1Δ菌株中SLT2、SSD1和MPT5基因的转录水平明显上调,ted1Δ菌株中的无明显变化;与pmt1Δ菌株比较,pmt1Δted1Δ菌株中SLT2和MPT5表达明显下调,SSD1表达无明显变化。缺失TED1基因增强酵母细胞对细胞壁应激反应的抵抗性;进一步缺失PMT1基因增强ted1Δ菌株对应激反应的敏感性,上调细胞壁应激反应通路中效应蛋白的转录表达水平。     

遮荫对彩叶植物矾根夏季适应性表型的影响

以彩叶植物矾根(Heuchera micrantha)‘蜜桃’(‘Georgia Peach’)、‘小珍珠’(‘Petite pearl fairy’)、‘花毯’ (‘Tapestry’)为材料,研究不同遮荫处理对矾根观赏特征、高温半致死温度以及成活率的影响。结果表明,在遮荫条件下,三个矾根品种株高增加、叶面积变大、花序变长、开花推迟,‘蜜桃’和‘小珍珠’花期延长,‘花毯’花期缩短。遮荫引起‘蜜桃’和‘小珍珠’叶绿素含量、类胡萝卜素含量显著上升,花色素苷含量明显下降,叶色由红、紫色向灰绿色转变,叶片彩化度下降;‘花毯’的叶绿素、类胡萝卜素和花青素含量均随遮荫度增加显著上升,其叶色由浅绿转为深绿,叶脉紫红色加重,彩化度提高,观赏性增强。随着遮荫度提高,三个矾根品种的高温半致死温度明显升高,成活率显著上升。相关性分析表明,三个矾根品种的成活率与最高气温、最大光强、气温、光强分别存在极显著负相关关系,与相对湿度以及该品种的高温半致死温度分别存在极显著正相关关系。多元逐步回归分析表明,高光强是引起‘蜜桃’成活率下降的关键因素,‘小珍珠’的成活率主要取决于高温半致死温度,‘花毯’的成活率主要受极端高温的影响。