• 欢迎关注《微生物学通报》11期“互惠共生微生物专栏”
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    2020年第11期
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    • 向华

      2020,47(11):3491-3493, DOI: 10.13344/j.microbiol.china.205011

      Abstract:

      CRISPR-Cas系统是在原核微生物中广泛存在的抵抗病毒(或质粒)入侵的防御系统。基于CRISPR-Cas9系统发展的基因组编辑工具可以方便快捷地实现对生物体内基因组的精确编辑,如突变基因的修复、有益基因的强化和有害基因的删除等,已在生命科学基础研究、经济物种遗传改良和人类医药健康等领域获得广泛应用,其主要发明人Emmanuelle Charpentier和Jennifer A. Doudna教授于2020年荣获"诺贝尔化学奖"。CRISPR-Cas9基因组编辑技术在深刻改变生命科学与医学领域研究范式的同时,也提示丰富多彩的微生物资源依然是颠覆性生物技术创新的源泉,微生物前沿基础研究具有极其重要的战略意义。

    • 工业微生物学
    • 韩如梦,柳鑫燕,林文萱,李翔飞,杨套伟,徐美娟,邵明龙,张显,饶志明

      2020,47(11):3494-3503, DOI: 10.13344/j.microbiol.china.191048

      Abstract:

      【背景】枯草芽孢杆菌体内含有一种可响应胞内氧化还原水平的因子,称之为氧化还原感应全局调控因子Rex (由基因ydiH编码)。Rex可通过感知辅酶NADH/NAD+水平的变化来调节胞内氧化还原平衡。【目的】研究Rex对枯草芽孢杆菌乙偶姻合成和辅因子代谢的相关性。【方法】利用比较转录组挖掘乙偶姻和2,3-丁二醇可逆转化过程中显著差异的基因,并通过Cre/lox基因敲除技术敲除ydiH、acuA (乙酰AcsA)和acoC (二氢脂酰胺乙酰转移酶)。随后,利用实时荧光定量PCR (RT-qPCR)技术分析敲除菌株中乙偶姻相关基因的转录水平。【结果】通过发酵实验发现,敲除ydiH会在一定程度上抑制菌体的生长速率,但发酵前期乙偶姻单位细胞产量和底物转化率都得到了显著提高;敲除acuA和acoC后,对乙偶姻合成、菌体生长和糖耗速率均影响不大;敲除ydiH后,与乙偶姻合成相关基因alsR (alsSD的正转录调控因子)、alsS (α-乙酰乳酸合成酶)、alsD (α-乙酰乳酸脱羧酶)和bdhA (2,3-丁二醇脱氢酶)的转录水平显著上调。【结论】枯草芽孢杆菌氧化还原感应全局调控因子Rex通过抑制与乙偶姻相关基因的转录水平影响乙偶姻合成。本研究首次报道了枯草芽孢杆菌中Rex和乙偶姻合成的相关性,为探索Rex如何通过调控相关基因的转录来影响胞内氧化还原稳态奠定了基础,也为提高枯草芽孢杆菌工业化生产强度和底物转化率提供了借鉴。

    • 宋哲玮,杜海,聂尧,徐岩

      2020,47(11):3504-3514, DOI: 10.13344/j.microbiol.china.191046

      Abstract:

      【背景】酵母是酱香型白酒发酵过程中最重要的微生物,但酵母群落中核心酵母的种类和功能尚不清晰。【目的】通过探索酱香型白酒发酵微生物群落中核心酵母的种类和功能,为揭示酱香型白酒酿造机制以及提升白酒品质提供理论支撑。【方法】联合使用未培养(内转录间隔区扩增子和宏转录组高通量测序技术)和可培养(菌种筛选和模拟发酵实验)技术对酱香型白酒发酵过程中核心酵母的结构和功能进行定性和定量分析。【结果】内转录间隔区扩增子和宏转录组测序结果显示,酱香型白酒发酵过程中涉及10个属的酵母微生物,其中在发酵过程中平均相对丰度大于0.2%的酵母有13种,有2种核心酵母分别为库德威兹氏毕赤酵母(Pichia kudriavzevii)和粟酒裂殖酵母(Schizosaccharomyces pombe)。在发酵过程中,P. kudriavzevii占总量的89%以上,Schi. pombe表达了占总量21%以上的功能基因。模拟发酵实验结果显示P. kudriavzevii在酵母群落中发挥耐受乳酸积累的作用,而Schi. pombe在酵母群落中发挥耐受乙醇积累的作用,这两种作用保证了酱香型白酒发酵过程中酵母群落的结构和功能的稳定性。【结论】P. kudriavzevii和Schi. pombe是酱香型白酒发酵过程中的优势酵母,这两种酵母在生产中发挥了各自不同的作用。本研究进一步加深了核心酵母对于整个生产过程贡献的认识,有助于研究者认识到白酒发酵过程中对核心微生物进行调控的重要性。

    • 海洋微生物学
    • 彭云,李舒馨,俞泽,汤曼利,吴海霞,陈莹莹,王亚楠,马桂珍,暴增海

      2020,47(11):3515-3526, DOI: 10.13344/j.microbiol.china.190893

      Abstract:

      【背景】海洋放线菌BM-2是本实验室从连云港海域分离得到的一株具有抗菌和促生作用的优良菌株,具有良好的开发应用前景。【目的】明确海洋放线菌BM-2的分类地位,揭示该菌株的促生作用机理,为菌株的开发应用提供理论依据。【方法】通过形态观察、生理生化特性和16S rRNA基因序列分析,对海洋放线菌BM-2菌株进行种属鉴定;采用透明圈法、平板划线法测定BM-2菌株解磷、解钾作用、固氮作用和产植酸酶、1-氨基环丙烷-1-羧基(1-aminocyclopropane-1-carboxylate,ACC)脱氨酶的能力;运用沙尔科夫斯基反应(Salkowski法)和铬天青(chromeazurol S,CAS)法分别测定菌株产吲哚乙酸(indole acetic acid,IAA)和产铁载体的能力。【结果】培养特征、菌落形态观察及生理生化试验结果表明,BM-2菌株符合链霉菌属(Streptomyces)的特征,16S rRNA基因序列与GenBank中栗褐链霉菌(Streptomyces badius)的序列相似性为99.72%;BM-2菌株具有固氮和解有机磷活性,能够产生ACC脱氨酶、铁载体和IAA。【结论】BM-2菌株为栗褐连霉菌(Streptomyces badius),固氮、解有机磷作用以及产生ACC脱氨酶、IAA可能是该菌株的促生作用机制。

    • 石新国,李悦,郑文煌,肖宇淳,刘乐冕,陈剑锋

      2020,47(11):3527-3538, DOI: 10.13344/j.microbiol.china.190991

      Abstract:

      【背景】赤潮频发引起严重的海洋生态学问题,不仅直接影响到海洋生态系统稳定、海洋生物资源可持续利用和水产养殖业等海洋产业的健康发展,而且对人类健康也构成了严重威胁。高效的溶藻细菌是生物法防控赤潮的有效工具之一。【目的】分离得到对中肋骨条藻具有高效溶藻效果的溶藻细菌,并对其进行分子鉴定,研究该菌株的溶藻机理以及溶藻菌所分泌溶藻物质的特性。【方法】采用2216E平板稀释涂布法分离纯化细菌,测定16S rRNA基因序列以鉴定细菌种类,利用显微镜计数溶藻菌处理后的目标藻种计算溶藻率,通过扫描电镜观察溶藻菌对中肋骨条藻的溶藻过程,利用常规生理生化方法研究溶藻菌溶藻物质的特征,并通过透析袋截留法研究溶藻物质分子量大小。【结果】分离得到一株中肋骨条藻高效溶藻菌FDHY-CJ,该菌株属于交替单胞菌属(Alteromonas sp. FDHY-CJ)。该菌株72 h处理赤潮藻结果显示,对中肋骨条藻溶藻率为95.45%,对于其他常见赤潮藻溶藻率低于40%。溶藻菌FDHY-CJ通过胞外分泌物溶藻;溶藻物质的溶藻特性不受反复冻融的影响,但对酸碱性及温度较为敏感;扫描电镜观察结果显示该溶藻菌的溶藻物质直接溶解中肋骨条藻的细胞壁,致使硅质壳打开、内容物流出,达到溶藻的效果;溶藻活性物质具有被乙醇和乙酸乙酯沉淀的特性。【结论】溶藻菌FDHY-CJ对中肋骨条藻具有特异溶藻作用,对其他常见赤潮溶藻效果不明显;该细菌溶藻方式为通过分泌物间接溶藻,溶藻物质属于蛋白类,大小在3.5?10.0 kD之间。

    • 农业微生物学
    • 袁玉涛,史娟,马新,杨凯

      2020,47(11):3539-3550, DOI: 10.13344/j.microbiol.china.190899

      Abstract:

      【背景】白粉病是影响苜蓿产量和品质的主要真菌病害之一,引起紫花苜蓿白粉病的病原有3种:蓼白粉菌(Erysiphe polygoni DC.)、豆科内丝白粉菌(Leveillula leguminosarum Golov.)和豌豆白粉菌(Erysiphe pisi DC.)。【目的】系统研究紫花苜蓿白粉病病原菌的生物学特性,以及分生孢子和闭囊壳的形态特征,明确宁夏地区紫花苜蓿白粉病病原种类。【方法】采用室内盆栽法调查病害发生和闭囊壳形成条件,利用气象站自动获取数据,采用光学显微镜观察病原菌特征,采用水琼脂玻片法观察病原菌分生孢子萌发特性。【结果】紫花苜蓿白粉病发生的温度范围为20?24 °C,湿度范围为40%?60%,形成闭囊壳的条件为温度20?25 °C、湿度70%左右,闭囊壳的形成大约需要42 d。分生孢子以向基式的产孢方式在分生孢子梗上产孢,成熟的分生孢子卵圆形或椭圆形,大小为(29?46)×(12.5?21.0) μm。闭囊壳黑褐色,球形或近球形,直径71?135 μm,具有大量附属丝,少数为不规则分枝1?2次。闭囊壳内含有4?6个子囊,子囊倒棒型或卵圆形,具柄,大小为(58?90)×(29?60) μm。子囊内含有4?6个子囊孢子,子囊孢子单孢,卵圆形或椭圆形,大小为(21?34)×(10.5?20.0) μm。分生孢子萌发的最适温度范围为22?26 °C,最适pH为6.5,光照促进分生孢子的萌发。葡萄糖、D-木糖和甘露醇促进分生孢子萌发和芽管生长,半胱氨酸促进分生孢子萌发,甘氨酸促进芽管生长。【结论】宁夏地区紫花苜蓿白粉病的病原菌确定为蓼白粉菌(Erysiphe polygoni DC.)。

    • 黄文茂,韩丽珍,王欢

      2020,47(11):3551-3563, DOI: 10.13344/j.microbiol.china.190977

      Abstract:

      【背景】贝莱斯芽孢杆菌(Bacillus velezensis)和坚强芽孢杆菌(Bacillus firmus)对花生的促生作用及促生机制研究尚未见报道。【目的】从微生物群落结构和土壤氮磷钾有效养分两个方面综合解析两株芽孢杆菌(贝莱斯芽孢杆菌HP9和坚强芽孢杆菌HP10)对花生的促生机制。【方法】以两株芽孢杆菌为研究对象,通过单独灌根或混合灌根盆栽花生,测定其对花生生长及根际土壤氮磷钾有效养分的影响;利用高通量测序技术分析灌根组与对照组花生根际土壤的细菌和真菌群落结构及多样性。【结果】与对照组相比,3个灌根处理组均明显促进了花生幼苗茎部的伸长及鲜重的增加,根际土壤碱解氮含量显著提高,有效磷和速效钾含量有不同程度增加。芽孢杆菌对花生根际土壤的微生物多样性无显著影响,但影响了细菌和真菌的群落结构组成。灌根处理组根际土壤的拟杆菌门及Mortierellomycota等相对丰度显著增加,在属水平上,农杆菌属、节杆菌属、芽孢杆菌属、伯克霍尔德氏菌属、黄杆菌属、Pedobacter、极地单胞菌属、假单胞菌属、鞘脂单胞菌属、寡养单胞菌属等属的相对丰度明显提高,而且无色杆菌属、短波单胞菌属、金黄色杆菌属、苍白杆菌属、鞘氨醇杆菌属和鞘氨醇盒菌属等6个细菌属仅见于3个灌根处理组中。主成分分析结果显示,与对照相比,3个灌根处理组之间的根际土壤微生物群落结构具有更高的相似性。【结论】贝莱斯芽孢杆菌HP9和坚强芽孢杆菌HP10菌株可以影响根际土壤的微生物群落结构组成,提高根际土壤功能微生物的相对丰度,从而改善土壤肥力,促进花生幼苗生长。

    • 马新,史娟,李杨,韩宇

      2020,47(11):3564-3576, DOI: 10.13344/j.microbiol.china.190966

      Abstract:

      【背景】苜蓿假盘菌(Pseudopeziza medicaginis)侵染苜蓿叶片引起的褐斑病是苜蓿的重要病害之一。研究表明,该菌以子囊盘越冬,翌年释放子囊孢子完成初侵染,因此观察该菌子实体的超微结构特征,有利于进一步揭示子囊菌的侵染机制。【目的】明确P. medicaginis子囊孢子萌发、Ca2+信号途径是否参与调控附着胞形成;观察子囊孢子和子实体的超微结构特征。【方法】采用光学显微镜技术,研究不同碳、氮源和Ca2+/CaM信号途径对P. medicaginis子囊孢子萌发、附着胞形成的影响,并采用电镜技术观察子实体和子囊孢子的超微结构。【结果】碳、氮源有利于P. medicaginis子囊孢子的萌发,葡萄糖、麦芽糖、蔗糖、氨基乙酸、酵母粉、尿素、蛋白胨、硝酸铵、硝酸钠等碳、氮源诱导形成附着胞,以尿素诱导效果最明显;Ca2+不仅促进子囊孢子的萌发,显著诱导附着胞的形成,而且高于碳、氮源;10 mmol/L的Ca2+诱导效果最明显,随其浓度的增加,子囊孢子的萌发率和附着胞的形成率下降;低浓度Ca2+螯合剂EGTA诱导形成附着胞,≥1 mmol/L抑制子囊孢子的萌发,外源Ca2+或Ca2+载体A23187能够部分解除EGTA的抑制作用;磷酸酯酶抑制剂Neomycin、Ca2+通道阻断剂Nicardipine、CaM拮抗剂Chloropromazine完全抑制子囊孢子的萌发。成熟的P. medicaginis子实体突破寄主表皮,中间开裂露出子囊,子囊孔口无囊盖,呈横向裂口状。子囊孢子表面具有环形纹饰,细胞核色深,线粒体等细胞器数量多,脂类物质数量多且发达,胞内充满电子致密度高的物质。【结论】碳、氮源和Ca2+可诱导P. medicaginis子囊孢子形成附着胞,钙信号途径参与P. medicaginis子囊孢子的萌发和附着胞形成过程的调控。子实体突破寄主表皮外露呈开裂式,子囊顶端无囊盖,线粒体发达。该研究结果为P. medicaginis的深入研究提供重要细胞学事件。

    • 黄旭华,龙江琼,蒋满贵,何强,黄深惠,董战旗,夏青,李田,潘敏慧,潘志新

      2020,47(11):3577-3585, DOI: 10.13344/j.microbiol.china.190986

      Abstract:

      【背景】家蚕微粒子病是一种对蚕业生产危害巨大的蚕病,该病病原是蚕种生产唯一检疫对象,而家蚕病原性微孢子虫种类多、来源复杂,给蚕种生产微粒子病的防控增加了难度。【目的】研究一株从蚕种检疫样品中分离的微孢子虫(命名为GXM15)的致病性和分类地位,鉴定并分析其来源,完善家蚕病原性微孢子虫分类和数据库,为蚕种生产控制家蚕微粒子病提供参考依据。【方法】采用生物试验方法测定GXM15微孢子虫对家蚕的半数感染浓度(IC50)和胚种传染率;显微镜观察GXM15微孢子虫孢子形态,利用透射电子显微镜观察GXM15微孢子虫的超微结构;采用PCR扩增、T克隆和测序获得GXM15微孢子虫的SSU rRNA基因和ITS片段DNA序列,并利用MEGA 5.0和DNAstar软件构建GXM15微孢子虫的系统发育树和遗传距离分析。【结果】GXM15微孢子虫对家蚕的IC50为8.29×104个/mL,是家蚕微孢子虫(Nosema bombycis,Nb)的2.28倍;GXM15微孢子虫对家蚕的胚种传染率为3.6%,明显低于Nb;GXM15微孢子虫形态呈短卵圆形,大小为(2.05±0.20)× (3.25±0.30) μm,GXM15微孢子虫体积是Nb微孢子虫的2.19倍;GXM15微孢子虫超微结构具双核,极丝13圈,极丝倾斜角约45°,符合Nosema属的特征;GXM15微孢子虫SSU rRNA基因在系统发育树中位于Nosema属分支中,遗传距离分析表明GXM15微孢子虫与Nb同属异种,是一株新微孢子虫。【结论】GXM15微孢子虫是一株家蚕病原性微孢子虫,根据GXM15微孢子虫致病性和分类地位研究,可以为蚕种生产防控家蚕微粒子病提供参考依据。

    • 武志华,赵璞钰,丁一秀,马强,王雪寒,刘惠荣

      2020,47(11):3586-3599, DOI: 10.13344/j.microbiol.china.191019

      Abstract:

      【背景】粘细菌是一类具有社会性行为的高等原核生物,能产生丰富、多样、新颖的具有生物活性的次级代谢产物,具有很大的研究开发价值。【目的】从土壤样品中筛选出对致病疫霉(Phytophthora infestans)具有拮抗作用的粘细菌,并对其次级代谢产物进行研究。【方法】对分离到的一株拮抗P. infestans菌株,结合形态观察和16S rRNA基因序列分析确定其分类地位,并通过单因素分析与正交优化相结合的方法对菌株的发酵参数进行研究。采用滤纸片法对其浓缩发酵液中活性物质的稳定性及抗菌活性进行检测,并通过薄层色谱法(thin layer chromatography,TLC)与高效液相色谱法(high performance liquid chromatography,HPLC)等初步分离后,将具有抗P. infestans活性的组分利用液相色谱-质谱联用技术(HPLC-MS)进行检测,最后通过离体叶片法测定活性物质对马铃薯晚疫病的防病作用。【结果】从土壤样品中分离得到的菌株B25-I-3对P. infestans表现出较强的拮抗活性,经鉴定为橙色粘球菌(Myxococcus fulvus)。其拮抗P. infestans的活性物质主要存在于胞外,产活性物质的最优发酵条件为:摇床转速180 r/min,接种量10%,培养温度30 °C,发酵周期7 d。该菌株产生的活性物质耐受蛋白酶K以及紫外线与自然光照射,对温度耐受性极强,而且易于在低温下保存,对枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)、金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)、大肠杆菌(Escherichia coli)、酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)、立枯丝核菌(Rhizoctonia solani)、尖孢镰刀菌(Fusarium oxysporum)、向日葵核盘菌(Sclerotinia sclerotiorum)均有不同程度的抑制作用。其对P. infestans的拮抗组分中含有N-(3-氨基-2-羟丙基)-N-甲基硫酸二酰胺[N-(3-amino-2-hydroxypropyl)-N-methylsulfuric diamide]与甲基(2R)-2-叠氮基-3-羟基-2-甲基丙酸酯[methyl(2R)-2-azido-3-hydroxyl-2-methylpropanoate],该活性物质能明显抑制P. infestans侵染马铃薯叶片且对不同品种的叶片均无损伤作用。【结论】研究为M. fulvus B25-I-3活性物质的分离鉴定及抗马铃薯晚疫病生物农药的研发提供了基础数据。

    • 微生物功能基因组研究
    • 张景欣,沈会芳,蒲小明,孙大元,杨祁云,林壁润

      2020,47(11):3600-3613, DOI: 10.13344/j.microbiol.china.200001

      Abstract:

      【背景】玉米迪基氏菌(Dickeya zeae)可引起香蕉、水稻等重要作物的细菌性软腐病,并造成巨大的损失。芭蕉芋抗性较好且与病虫害相关的报道很少,本研究团队首次报道了由D. zeae CE1引起的芭蕉芋细菌性软腐病。【目的】揭示CE1菌株的全基因组序列,并与同样来源于广东香蕉和水稻的D. zeae菌株作比较基因组学分析,初步探讨D. zeae种内不同病原细菌在与寄主互作过程中可能存在的遗传分化机制。【方法】采用三代测序结合二代测序对CE1菌株进行完整基因组测序,利用比较基因组学方法分析该菌株与香蕉和水稻菌株的进化关系和基因组特征差异。【结果】细菌基因组测序表明,CE1菌株的完整基因组大小为4 714 731 bp,注释预测到4 052个编码基因。与芭蕉芋和香蕉两个寄主亲缘关系类似,基因组比较分析发现来自芭蕉芋和香蕉的病菌菌株亲缘关系较近,它们在遗传进化上明显不同于水稻菌株。基因家族分析表明,编码重要致病因子如细菌分泌系统、鞭毛蛋白、胞外多糖、规律间隔成簇短回文重复序列(clustered regularly interspaced short palindromic repeats,CRISPR)等的基因簇在不同寄主间未表现明显分化。通过进一步分析发现,有80个基因是芭蕉芋和香蕉菌株所特有的,42个基因则是水稻菌株所特有的。在芭蕉芋和香蕉菌株的特异基因中,功能预测发现有2个基因簇分别与脂肪酸合成酶和群体感应相关;然而较多的水稻菌株特异基因则与碳水化合物转运和代谢相关,另外有一个水稻菌株特异基因簇存在于CRISPR的邻接位点。【结论】比较基因组学分析确定了芭蕉芋菌株和香蕉菌株、水稻菌株间的遗传亲缘关系,并发现了数个可能与不同类型寄主互作相关的基因位点,为D. zeae病原细菌侵染与香蕉、水稻等重要作物亲缘关系较为接近的不同作物提出风险预警。

    • 医学微生物学
    • 苟甜甜,朱静

      2020,47(11):3614-3621, DOI: 10.13344/j.microbiol.china.191028

      Abstract:

      【背景】人乳头瘤病毒(human papillomavirus,HPV)感染与宫颈癌及癌前病变的发生密切相关,HPV疫苗是预防感染的重要手段,但HPV亚型分布具有明显的区域差异。【目的】了解川西高原地区妇女宫颈HPV感染现状,探讨其与阴道微环境改变之间的关系,为该人群HPV疫苗使用和宫颈癌预防工作提供指导。【方法】选取2017年11月至2019年5月在成都三六三医院体检和就诊的3 816例川西高原地区妇女,进行HPV基因分型、薄层液基细胞学检测(thinprep cytologic test,TCT)和阴道微环境检查,分析HPV感染率和基因型分布,并探讨高危型HPV (high risk HPV,hrHPV)感染与阴道微环境改变之间的关系。【结果】3 816例妇女的HPV总感染率为19.81% (756/3 816),hrHPV感染率为16.48% (629/3 816),HPV52在hrHPV感染中占比最高,达17.20% (135/785),后面依次为HPV58 (92/11.72%)、HPV16 (89/11.34%)、HPV53 (88/11.21%)、HPV18 (55/7.01%);415例宫颈细胞病变中有101例(24.3%)感染了hrHPV,基因分型排名前5位的亚型为HPV52/58/16/18/31,高度细胞病变hrHPV感染前5位是HPV52/58/18/31/16,低度细胞病变hrHPV感染前7位是HPV58/16/56/53/52/68/51。1 696例阴道微环境改变中,hrHPV感染率为19.16% (325/1 696),比阴道微环境正常者高(P<0.05),其中细菌性阴道炎(bacterial vaginitis,BV)与hrHPV感染有关联(P<0.05),单纯白细胞增高、真菌性阴道炎(vulvovaginal candidiasis,VVC)、滴虫性阴道炎(trichomonal vaginitis,TV)及混合感染与hrHPV感染无关联性(P>0.05)。【结论】预防川西高原地区妇女HPV感染及宫颈癌选择九价疫苗可能更加适宜,HPV53可作为国内HPV疫苗研制对象之一。另外,可把BV患者作为宫颈癌防控重点之一。

    • 专论与综述
    • 李严,戴春晓,杨婧,杨冰玉,曲媛媛

      2020,47(11):3622-3633, DOI: 10.13344/j.microbiol.china.191063

      Abstract:

      吲哚,又称2,3-苯并吡咯,广泛应用于化工、医药、染料等行业,是工业上重要的前体物质,但其释放到环境中也是一种典型的氮杂环污染物。同时,作为一种常见的微生物代谢产物,自然界中无时无刻不发生着吲哚的合成—转化—降解过程。吲哚对微生物生物膜的形成、运动能力、毒性、质粒稳定性及抗生素抗性等多种生物功能有显著影响。因此,吲哚也被认为是新型且具有多功能的种间及跨界信号分子,在微生物生理学和动物行为学等领域发挥了重要作用。研究微生物介导的吲哚代谢机制,阐明其生物学功能的基础,是揭示吲哚在自然环境中的行为归趋和生态学意义的关键。本文系统地总结吲哚代谢的微生物资源及途径,介绍其作为信号分子的重要功能,并对有关吲哚-微生物相互作用的研究进行总结,以期为揭示复杂环境中吲哚生物代谢机制提供重要的理论参考。

    • 张德锋,高艳侠,王亚军,刘春,石存斌

      2020,47(11):3634-3649, DOI: 10.13344/j.microbiol.china.190947

      Abstract:

      芽孢杆菌(Bacillus spp.)作为生防细菌,已广泛应用于农作物、畜、禽、水产动物的病害防控,也是当今微生物生态防控的研究热点。贝莱斯芽孢杆菌(Bacillus velezensis)是芽孢杆菌属的一个新种,因其能够产生多种次级代谢产物,并且具有广谱抑菌活性和促生长作用,被广泛应用于动植物病害的生物防治。本文从贝莱斯芽孢杆菌的分类地位、鉴定方法、抑菌物质、拮抗功能基因、生防作用机制及其应用等方面进行了综述,对贝莱斯芽孢杆菌在工业、农业上的应用进行展望,并对存在的问题进行了探讨,以期为贝莱斯芽孢杆菌的深入研究和应用提供参考。

    • 刘凌云,周宇,陈华,翁伯琦,林冬梅,刘朋虎,江枝和

      2020,47(11):3650-3657, DOI: 10.13344/j.microbiol.china.200504

      Abstract:

      秀珍菇起源于印度,经驯化后由中国台湾引入内地,其口感鲜美,具有丰富的营养价值及抗肿瘤活性物质。近些年产业规模日益增大,具有很好的发展前景。本文从秀珍菇栽培技术、遗传育种、品质、药理功能、采后保鲜及废弃菌渣再利用等方面综述秀珍菇的研究现状及进展,以期为今后秀珍菇产业的健康发展提供参考和理论依据。

    • 张莹,田龙,徐敏慧,王蓓,宋冰,李玉

      2020,47(11):3658-3670, DOI: 10.13344/j.microbiol.china.190964

      Abstract:

      中国是食用菌生产第一大国,每年产生约1亿多t菌糠,菌糠中含有大量的粗纤维和多糖等物质,但大部分菌糠都被当作废弃物直接丢弃或焚烧,造成严重的环境污染和资源浪费,同时也不符合我国新时期的环保政策,如何变废为宝,科学、环保、经济、合理地利用菌糠成为食用菌产业健康发展的重要环节。本文通过对食用菌菌糠综合利用的方式和现状进行阐述,探讨菌糠利用存在的主要问题,对未来菌糠利用的方向和发展趋势进行展望,为食用菌菌糠的高效利用提供参考和理论依据。

    • 樊荣,王春生,赵蕊,潘勇宏,龙友华,赵志博

      2020,47(11):3671-3677, DOI: 10.13344/j.microbiol.china.191003

      Abstract:

      黑色素是一种广泛分布于生物体中的酚类聚合物疏水色素,分为1,8-间苯二酚(1,8-dihydroxynaphthalene,DHN)黑色素和3,4-二羟基苯丙氨酸(3,4-dihydroxyphenylalanine,L-DOPA)黑色素两种,其中DHN黑色素多存在于子囊菌门的植物病原真菌中。基因组和转录组技术的发展及功能基因组研究的深入,使DHN黑色素合成途径上关键基因在不同病原真菌中被鉴定,而且黑色素与真菌抗逆、发育和致病的关系受到越来越多的关注。本文阐述了DHN黑色素合成途径及其在真菌抗辐射与抗极端温度中的作用,以及黑色素对真菌侵染和细胞发育的影响,旨在加深人们对黑色素介导真菌与环境和寄主协同进化的认识,这对黑色素的基础研究和开发利用具有重要意义。

    • 党玥,陈雪峰,刘欢,赵圆圆,孟广燕,朱蓉静

      2020,47(11):3678-3688, DOI: 10.13344/j.microbiol.china.191014

      Abstract:

      香兰素是一种十分重要的香料,在较多行业中用途广泛。天然来源的香兰素受诸多因素的限制,不能满足市场需求,因此化学法合成的香兰素是主要原料来源。近年来,随着自然资源的不断枯竭以及人们对环境保护意识的增强,通过微生物转化适宜的底物生物合成香兰素逐渐变为研究热点。本文综述了以丁香酚、异丁香酚和阿魏酸为底物的细菌、真菌生产香兰素的相关研究进展,阐述丁香酚、异丁香酚、阿魏酸产香兰素代谢途径的研究,以及生物技术在这一领域的运用。香兰素的生物合成具有广阔的发展和市场应用前景。

    • 张国锋,梁冬梅,乔建军,财音青格乐

      2020,47(11):3689-3698, DOI: 10.13344/j.microbiol.china.191016

      Abstract:

      链霉菌是具有复杂生命周期的革兰氏阳性细菌,其丰富多样的次级代谢产物使得链霉菌成为天然抗生素来源最为广泛的菌株。目前链霉菌研究主要集中在次级代谢和形态分化过程。近年来,因链霉菌转运系统在次级代谢和形态分化等过程中发挥重要作用而得到研究者们的极大关注。链霉菌转运系统不仅能够通过信号转导系统直接参与菌丝体形态分化过程,而且能够运送抗生素等次级代谢产物,使其在链霉菌工业生产方面具有极大的应用前景。除此之外,转运系统作为菌体“第一道门”,能够运送营养物质来改变初级代谢过程,进而影响形态分化和次级代谢等过程,使菌体能迅速适应复杂的环境。因此,链霉菌中转运系统的研究对其形态分化调控通路的阐释具有重要的指导意义。

    • 陈宁,武艺,刘冰,许颖,季宇彬

      2020,47(11):3699-3708, DOI: 10.13344/j.microbiol.china.191021

      Abstract:

      微生物次级代谢产物的化学结构十分复杂,对其绝对构型的确定十分困难。近年来,电子圆二色谱(electronic circular dichroism,ECD)由于其用量少、精度高等优点,在测定绝对构型方面的应用越来越多,已经成为研究微生物次级代谢产物结构的重要方法。本文就电子圆二色谱在微生物次级代谢产物结构研究中的应用进行综述,以期为今后的研究奠定基础。

    • 赵子闻,李佳,侯俊青,赵曼平,赵吉,武琳慧

      2020,47(11):3709-3718, DOI: 10.13344/j.microbiol.china.191061

      Abstract:

      随着功能微生物介导的亚硝酸盐型厌氧甲烷氧化(nitrite-dependent anaerobic methane oxidation,N-DAMO)过程被发现,人们对自然界的碳氮循环有了全新的认识,该过程成为自然生态系统中温室气体甲烷的汇,同时还是氮污染的消减途径。本文系统介绍了N-DAMO过程反应机理以及参与该过程的亚硝酸盐型厌氧甲烷氧化细菌(Candidatus Methylomirabilis oxyfera)的生理生化特征,并对研究该功能菌的分子微生物方法进行了汇总。通过对不同自然生境中该细菌的研究报道进行总结分析,揭示各生境中年均降水量、年均温度、所处不同自然区等大尺度宏观环境因子及碳源、氮源、pH和氧气含量等生存因子对其群落结构的潜在影响,最后在展望中提出此功能菌在未来可深入研究的方向,期望能厘清厌氧甲烷氧化过程及其功能菌在碳、氮循环中的生态学功能。

    • 高校教改纵横
    • 况忠镅,陈德鑫,Magaret Baucer,谢建平

      2020,47(11):3719-3724, DOI: 10.13344/j.microbiol.china.191064

      Abstract:

      为培养具有国际视野的复合型人才,进一步提高人才培养质量和办学质量,西南大学2019年7月首次举办“国际课程周”。本文以“细菌致病机理”课程为例,就“国际课程周”的开展方法、教学内容安排、教学效果以及师生反馈等方面进行总结。实践表明,“细菌致病机理”作为西南大学生命科学学院开设的课程之一,突破了传统教学模式,是跨学科学生选课、内容前沿且贴近生活的高质量尝试。该课程受到师生们的一致认可,学生的学习效果较好,在培养学生国际化视野和专业素养方面发挥了重要的作用,为今后开展好“国际课程周”这种教学模式积累了宝贵的经验,打下了坚实的基础。

    • 倪芳,刘洋,熊强,朱本伟,江凌,Matthaw Jay Malkmes

      2020,47(11):3725-3732, DOI: 10.13344/j.microbiol.china.200035

      Abstract:

      发酵工程是理工科高校生物工程学科领域的核心课程之一,是一门应用性、实践性极强的专业课程。该课程传统的实践模式已无法满足当前高校对大学生工程素质教育的需求。随着信息技术、自控技术的飞速发展,多层次、跨学科的“互联网+”教学已成为现今高等教育人才培养的新模式。本文中的发酵工程实操与虚拟仿真中试实验室平台以工程学为技术手段,通过“互联网+”将虚拟现实(virtual reality,VR)技术、信息自动化控制技术、数据库与发酵过程控制有机地结合在一起,构建一个“虚实”结合的“多维”工程中试实验室平台,并以此作为抓手开展食品发酵技能训练课程工程素质教育教学的创新与探索。初步建设成果与前期教学效果表明,该实验室平台的建设对发酵工程及相关专业学生的实践动手能力有明显的提高,为后期建设积累了宝贵的经验及大量有价值的工程实训数据。

    • 吴永祥,胡长玉,周讯,楚文靖,胡晓倩,佘新松

      2020,47(11):3733-3740, DOI: 10.13344/j.microbiol.china.200467

      Abstract:

      为了保证新型冠状病毒肺炎疫情下的教学质量,我们教学团队通过重构教学体系和教学过程设计,进行了“工业微生物学”课程教学改革的探索。基于超星泛雅网络教学平台,建立集网络课堂和数字化资源为一体的智能教学体系,改革教学过程的设计与实施途径,探讨“线上”教学的考核模式,评价教学改革效果。实践表明,改革后的课程教学激发了学生的学习兴趣,提高了自主学习能力,促进了师生互动,取得了较好的教学效果。

    • 生物实验室
    • 周杨,万强,蔡芷荷,卢勉飞,杨绪伟,吴清平,曲晓莹

      2020,47(11):3741-3755, DOI: 10.13344/j.microbiol.china.200155

      Abstract:

      【背景】原料乳质量控制是乳制品生产流程中的关键环节,沙门氏菌是污染原料乳的主要致病菌之一。随着生物检测技术的不断发展,建立用于快速检测原料乳中沙门氏菌的实用型方法具有重要意义。【目的】评价可视化环介导恒温扩增技术(visual loop-mediated isothermal amplification,V-LAMP)和实时荧光环介导恒温扩增技术(real-time fluorescence loop-mediated isothermal amplification,RF-LAMP)方法快速检测原料乳中沙门氏菌的实效性。【方法】建立沙门氏菌LAMP反应体系和反应条件,对比V-LAMP和RF-LAMP两种方法的特异性、灵敏度、稳定性及其应用于实际样品检测的效用。【结果】采用V-LAMP和RF-LAMP方法检测沙门氏菌标准菌株,其结果均为阳性,检测非沙门氏菌标准菌株其结果均为阴性;该两种方法的检出限为13 CFU/mL,检测重复率均为100%;经检测10份人工污染样品,该两种方法的检测结果与实际结果高度一致;经检测73份实际样品,相对于标准方法,该两种方法其相对特异性分别为94.12%和92.65%,相对敏感度分别为100%和100%,相对准确率分别为94.52%和93.15%,一致性χ2值分别为2.25和3.20,与标准方法无明显差异(P>0.05)。【结论】V-LAMP和RF-LAMP方法检测特异性好、灵敏度高、稳定性好,适用于原料乳中沙门氏菌的快速检测。

    • 赵佳怡,甄世军,张翠云,殷密英,张胜,何泽,宁卓

      2020,47(11):3756-3767, DOI: 10.13344/j.microbiol.china.191034

      Abstract:

      【背景】地下深部存在一个生物圈,深部沉积岩、玄武岩、花岗岩和变质岩等岩性环境的微生物群落已被调查,而地下深部碳酸盐岩岩溶-裂隙热储层微生物群落特征仍然不清。硫酸盐还原菌(sulfate-reducing bacteria,SRB)是地下深部频繁检出的微生物。【目的】建立快速准确定量深部热水硫酸盐还原菌的微滴数字PCR (droplet digital PCR,ddPCR)技术。【方法】以SRB的功能基因dsrB为检测目标,优化SRB ddPCR技术的退火温度,考察其线性范围、敏感性、重复性和特异性,并将该技术用于实际样品的检测。【结果】SRB ddPCR技术的最佳退火温度为54 °C,检测的线性范围为1.1×100?1.1×105 copies/μL-DNA,相关系数R2为0.996,检出限为1 copy/μL-DNA,重复性的相对标准差优于9%,对3种非SRB人工构建的质粒均没有扩增,显示该技术具有很好的线性关系、敏感性、重复性和特异性。利用该技术对冀中地热区深部热水、浅层水和土壤样品进行了检测,平均含量分别为(4.0±8.4)×103 copies/mL、(1.6±3.5)×102 copies/mL和(1.5±1.2)×103 copies/g-dw。与浅层水和土壤相比,深部热水富含SRB菌。【结论】为了提高地下深部生物圈认识和合理开发利用深部热水,建立了一种快速、灵敏、准确的SRB ddPCR检测技术,同时为其他指示菌检测技术的建立提供了参考。

    • 张龙,曹梅,孙慕溱,汪小桐,孔娜娜,肖林林,魏取好

      2020,47(11):3768-3776, DOI: 10.13344/j.microbiol.china.200475

      Abstract:

      【背景】整合子在细菌耐药性的获得及传播中占据重要地位,对于整合反应检测方法的改良及反应机制的研究,可以加深我们对细菌耐药性产生和播散的理解,为遏制耐药菌株的产生和播散提供新的途径。【目的】在细菌染色体上构建第1类整合子反应模型,用于评价整合酶介导的基因盒位点特异性重组。【方法】采用 PCR分别扩增含氯霉素耐药基因cat的CM片段、含基因盒aadA5的LacA5片段、含整合子重组位点attI1及强可变区启动子的PcS片段和插入位点两侧的同源臂,重叠延伸聚合酶链反应连接上述5个片段制备整合子模型插入片段,通过同源重组将构建好的整合子模型片段插入大肠埃希菌JM109染色体中。转入高表达第1类整合酶的质粒pHSint,在链霉素平板上筛选发生整合的菌株,并用聚合酶链反应和测序验证。【结果】构建的整合子模型片段经测序与预期一致,整合子模型片段成功插入大肠埃希菌JM109染色体中。转入高表达整合酶的质粒pHSint后,在链霉素平板上成功筛选出基因盒aadA5发生整合的菌株,经聚合酶链反应扩增并测序与预期一致。【结论】在大肠埃希菌染色体上成功构建第1类整合酶介导基因盒位点特异性重组反应模型,为进一步揭示整合子捕获耐药性基因盒的反应机制奠定基础。

    • 互惠共生微生物专栏
    • 王四宝,刘润进

      2020,47(11):3777-3779, DOI: 10.13344/j.microbiol.china.207011

      Abstract:

      2020年9月联合国环境规划署发布《全球生物多样性展望-5》(GBO-5)报告,助力世界实现协商一致的愿景——到2050年“与自然和谐相处”。其实,原本地球上的所有生物都是相互依存、互惠共生于地球村的,尽管存在少数“坏分子”。但由于人类的贪婪,过度扩张才导致地球“千疮百孔”的面貌,严重威胁到人类文明可持续发展。通过最近20年的研究,互惠共生微生物(mutualistic symbiotic microbes,MSM)从其丰富的群落多样性到种质新资源、从多种多样的生理生态功能到作用机制、从基础探究到新技术研发,为实现人与自然和谐相处的愿景提供了新机遇,同时也面临新挑战。令人可喜的是,中国在MSM研究领域取得了令世人瞩目的成果。《微生物学通报》于2020年11期特别推出了“互惠共生微生物专栏”,旨在展现中国MSM研究的最新进展和成果,促进生物共生学的发展壮大。

    • 孙东年,张昱,秦华,白建峰,胡君利,王景伟,林先贵

      2020,47(11):3780-3788, DOI: 10.13344/j.microbiol.china.200629

      Abstract:

      【背景】电子废弃物拆解造成的土壤重金属污染引发的环境问题日益突出,丛枝菌根(arbuscular mycorrhizal,AM)真菌能侵染植物根系并增强植物抵御环境胁迫的能力,具有重要的生态功能和应用潜力。【目的】探究电子废弃物拆解区土壤重金属污染对AM真菌群落结构与多样性的影响,甄别可耐受重金属污染的AM真菌类群。【方法】从浙江台州某典型电子废弃物拆解场地及其周边区域共采集土壤样品12份,针对土壤中AM真菌的18S rRNA基因进行高通量测序以及可操作分类单元(operational taxonomic unit,OTU)相对丰度和多样性指数计算。【结果】该区土壤中AM真菌由原囊霉目(Archaeosporales)、球囊霉目(Glomerales)和多孢囊霉目(Diversisporales)组成,其中球囊霉目占据优势地位。土壤AM真菌多样性指数与重金属的浓度、综合污染指数和潜在生态风险指数间均无显著相关性,但疑似泡囊根生囊霉(Rhizophagus vesiculiferus)的OTU相对丰度与上述重金属污染指标之间均呈显著正相关关系。【结论】R. vesiculiferus可能对重金属污染有极强耐受性,可为今后电子废弃物拆解污染土壤治理提供技术基础。

    • 张博枰,赵丽萍,石芸,洪慧,周玉,周芝兰,贾雪冰,乔晨萌,赵炜疆,崔春,申延琴

      2020,47(11):3789-3800, DOI: 10.13344/j.microbiol.china.200185

      Abstract:

      【背景】帕金森病是一种神经退行性疾病,常伴有胃肠功能障碍等非运动症状。肠道菌群紊乱与肠上皮通透性增强是引起肠道屏障功能障碍的主要因素。饮食限制可改善肠道菌群的构成、维持肠上皮稳态。本文假设隔日禁食对帕金森病模型小鼠肠道屏障有保护作用,其机制可能与纠正肠道菌群的失调以及促进肠紧密连接蛋白的表达有关。【目的】探究隔日禁食对帕金森病模型小鼠肠道屏障的保护作用及其机制。【方法】32只C57BL/6小鼠随机分成生理盐水+自由饮食组(NS+AL组,n=8)、生理盐水+隔日禁食组(NS+ADF组,n=8)、MPTP+自由饮食组(MPTP+AL组,n=8)、MPTP+隔日禁食组(MPTP+ADF组,n=8)共4组。隔日禁食方案以48 h为一个实验周期,前24 h采取禁食,后24 h采取自由摄食,在第12?14个周期内连续5 d给予小鼠腹腔注射1-甲基-4苯基-1,2,3,6-四氢吡啶(1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrathydropyridine,MPTP)建立帕金森病模型。在隔日禁食17个周期结束后收集小鼠粪便,通过16S rRNA基因高通量测序检测小鼠肠道菌群的变化;小鼠行为学测试后收集其空肠组织,通过HE染色观察肠道病理组织学变化,通过RT-qPCR方法检测AMPK、Occludin、ZO-1的mRNA表达水平(Prkaa1、Ocln、Tjp1),通过Western blotting方法检测ZO-1的蛋白表达水平。【结果】行为学测试结果显示,与NS+AL组相比,MPTP+AL组小鼠运动能力显著下降(P<0.01),而MPTP+ADF组小鼠运动障碍有所改善(P<0.01)。HE染色可见NS+AL组小鼠空肠绒毛结构完整、排列紧密,MPTP+AL组空肠绒毛破碎甚至脱落,而MPTP+ADF组则显示出空肠绒毛相对完整、排列紧密。肠道菌群测序结果显示,MPTP+AL组相较于NS+AL组,肠道菌群的丰度和多样性显著升高(P<0.001),而相较于MPTP+ADF组并无显著变化;各组间小鼠的肠道菌群构成具有显著差异,相对物种丰度在科水平的检测结果显示,与NS+AL组相比,MPTP+AL组艾克曼菌科(Akkermansiaceae)丰度明显升高(P<0.05),而MPTP+ADF组相较于MPTP+AL组该科菌的丰度显著下降(P<0.01)。RT-qPCR检测结果发现,相较于NS+AL组,MPTP+AL组小鼠空肠Prkaa1 (P<0.01)、Ocln (P<0.01)、Tjp1 (P<0.01)表达水平显著降低,其中,MPTP+ADF组与MPTP+AL组小鼠相比Prkaa1 (P<0.01)和Tjp1 (P<0.01)表达水平均有显著升高,MPTP+ADF组的Ocln表达水平也比MPTP+AL组高,但差异无显著性。Western blotting结果显示,ZO-1在MPTP+ADF组小鼠表达水平相较于MPTP+AL组显著上升(P<0.05)。【结论】隔日禁食对帕金森病模型小鼠空肠屏障具有保护作用,其机制可能与维持肠道菌群艾克曼菌科相对丰度及菌群稳态、提高空肠紧密连接表达有关。

    • 祁珊珊,贺芙蓉,汪晶晶,李琴,戴志聪,杜道林

      2020,47(11):3801-3810, DOI: 10.13344/j.microbiol.china.200731

      Abstract:

      【背景】丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)能促进植物的养分吸收及生长发育。入侵中国华南地区的外来入侵植物南美蟛蜞菊(Wedelia trilobata)常分布于养分匮乏的荒地,却能迅速生长并排挤本地植物而快速扩张领地。【目的】探究丛枝菌根真菌是否促进南美蟛蜞菊的生长与竞争能力。【方法】采用南美蟛蜞菊及其同属本地植物蟛蜞菊(Wedelia chinensis)的盆栽对比控制试验,并设置接种及不接种AMF变形球囊霉(Glomus versiforme)、不同磷营养水平以及单种或混种的种植方式3种处理对两种植物的生长及竞争能力进行比较。【结果】AMF均能侵染上述两种植物,并且AMF对南美蟛蜞菊根系的侵染率显著高于其对蟛蜞菊根系的侵染,尤其是在低磷水平下南美蟛蜞菊的菌根侵染率更高,而且AMF的侵染显著促进了低磷水平下南美蟛蜞菊的生长及其对蟛蜞菊的竞争能力。【结论】丛枝菌根真菌能够促进南美蟛蜞菊的生长,增强其对本地植物的竞争优势,该效应很可能对外来植物南美蟛蜞菊的成功入侵产生一定的作用。

    • 刘耀臣,王萍,刘润进,李敏

      2020,47(11):3811-3821, DOI: 10.13344/j.microbiol.china.200689

      Abstract:

      【背景】作为土壤改良剂生物质炭能够改善土壤条件,促进丛枝菌根(arbuscular mycorrhizal,AM)真菌侵染和植物生长发育。【目的】探究接种AM真菌配合施加生物质炭对连作土壤肥力和西瓜生长的效应。【方法】盆栽‘圆佳’西瓜(Citrullus lanatus)嫁接苗[砧木为‘全能铁甲’南瓜(Cucurbita maxima×C. moschata)],栽培基质为西瓜连作土壤,试验设接种或不接种AM真菌变形球囊霉(Glomus versiforme)并施加0%、1%、2%和4%的生物质炭,共8个处理,测定土壤理化特性、土壤酶活性、土壤微生物数量和植株生长量。【结果】接种AM真菌并施加生物质炭,可显著促进土壤大颗粒团聚体的形成和有机质的矿化,稳定土壤pH,增加土壤细菌和放线菌数量,降低真菌数量,提高土壤蔗糖酶、过氧化氢酶和脲酶的活性,活化土壤矿质养分,最终促进西瓜植株的生长发育。其中,以接种变形球囊霉并施加2%?4%生物质炭组合的效应最大。两者互作在一定程度上提高了连作土壤的pH、饱和含水量及孔隙度,降低了土壤容重,有利于土壤大颗粒团聚体的形成,提高了土壤酶活性,改善了根围土壤微生物组成。【结论】 AM真菌接种配合施加2%?4%的生物质炭可以显著改善连作土壤的肥力状况。

    • 李胜宝,曹力,秦丽,何永美,湛方栋,李博,段红平

      2020,47(11):3822-3832, DOI: 10.13344/j.microbiol.china.200267

      Abstract:

      【背景】丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)是一类重要的土壤微生物,能显著影响植物对镉(cadmium,Cd)的耐性与累积,但其对不同形态Cd胁迫的响应尚不清楚。【目的】探讨不同形态Cd胁迫下接种AMF对玉米(Zea mays L.)生长和Cd累积的影响。【方法】采用30 cm高的培养容器填装石英砂(0.2 mm),开展室内砂培玉米试验,研究溶解态和胶体态Cd (1 mg/kg)胁迫下,接种摩西斗管囊霉(Funneliformis mosseae)对玉米幼苗生长、根系特征、光合生理及Cd累积的影响。【结果】双因素分析表明,AMF和Cd形态均对玉米生长(株高和生物量)、根系特征、光合生理(叶绿素含量和光合速率)与Cd累积量存在显著的影响,但二者之间没有显著交互作用。与未接种处理相比,接种AMF显著降低玉米株高、生物量、叶片叶绿素含量和光合速率,抑制玉米根长、根表面积、根体积和根尖数;同时增加了玉米根系Cd含量,但减少玉米地上部Cd含量以及地上部与根系Cd累积量;与胶体态Cd处理相比,溶解态Cd显著降低玉米的根长、根表面积、平均根系直径、根尖数和地上部Cd累积量,但增加了植株叶片光合速率、根系Cd含量和累积量。相关分析发现,玉米根长、根表面积和根尖数与地上部Cd含量呈显著或极显著正相关,与根系Cd含量呈极显著负相关。【结论】溶解态Cd比胶体态Cd对砂培玉米幼苗的毒害效应严重,而且接种AMF加重溶解态和胶体态Cd对玉米幼苗的损伤,但降低了植株对Cd的累积。

    • 杨倬,孙静,高洁,卓勤,秦文,王丽媛,王晶波,霍军生

      2020,47(11):3833-3842, DOI: 10.13344/j.microbiol.china.200688

      Abstract:

      【背景】肠道菌群是人体的重要组成部分,在人体的多种生命活动中发挥着重要作用。【目的】探究维吾尔族和汉族儿童肠道细菌群落特征,为儿童营养健康状况监测和营养改善工作提供更有效精准的营养干预策略。【方法】从新疆维吾尔自治区泽普县维吾尔族和河南省民权县汉族人群中分别随机选取10?12岁学龄期儿童各20名,同一时间段收集其新鲜粪便,提取细菌总DNA,通过高通量测序和生物信息学分析,研究两地区健康维吾尔族儿童与汉族儿童肠道细菌群落的差异。【结果】获得测序序列2 007 100条,归类于994个OTU;所有样本共含15个细菌门139属。α多样性和β多样性分析表明,调查地区的2个民族儿童肠道细菌的丰富度和多样性均有统计学意义上的差异,维吾尔族儿童肠道细菌群落丰富度高于汉族儿童,而物种多样性不如汉族儿童。其中,维吾尔族儿童肠道细菌丰度相对占优势的门和属及其丰度值为:拟杆菌门(Bacteroidetes,63%)、厚壁菌门(Firmicutes,22%)、普氏菌属(Prevotella,61%)、琥珀酸弧菌属(Succinivibrio,9%)和粪杆菌属(Faecalibacterium,5%);汉族儿童肠道细菌丰度占优势的门和属及其丰度值为:厚壁菌门(57%)、拟杆菌门(23%)、粪杆菌属(16%)、普氏菌属(11%)和拟杆菌属(Bacteroides,11%)。【结论】调查地区维吾尔族与汉族儿童肠道细菌群落差异较大,这为进一步研究肠道菌群与膳食因素及人体营养健康状况之间的关系提供了依据。

    • 吴楠,尹本丰,张静,陶冶,张元明

      2020,47(11):3843-3855, DOI: 10.13344/j.microbiol.china.200284

      Abstract:

      【背景】温带荒漠有积雪背景条件下的荒漠苔藓植物与丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)共生关系的研究非常有限。【目的】揭示不同积雪覆盖期(降雪前、雪盖期、融雪期)齿肋赤藓结皮层中AMF多样性的差异,为正确认识荒漠特色植物与微生物在冬季积雪期互利的重要生存策略提供数据支撑。【方法】利用高通量测序技术,分析稳定积雪期的古尔班通古特沙漠优势苔藓齿肋赤藓结皮AMF群落组成与多样性状况,尤其是降雪前和融雪期AMF群落结构差异。【结果】降雪前、雪盖期及融雪期检测到的OTU分属于球囊菌门(Glomeromycota)的5目9科11属,其中,近明球囊霉属(Claroideoglomus)、原囊霉属(Archaeospora)、类球囊霉属(Paraglomus)和球囊霉属(Glomus)为优势类群;降雪前和融雪期齿肋赤藓结皮层中绝对优势属(>50%)均为近明球囊霉属。群落丰富度Chao1指数和ACE指数均表现为雪盖前>积雪期>融雪期,表明降雪减少了AMF群落丰富度。近明球囊霉属融雪期比例大幅增加,而类球囊霉属、球囊霉属则较降雪前比例下降。基于MEGAN的分类学组成信息可视化分析表明,低丰度AMF类群更容易受到影响,无梗囊霉属(Acaulospora)主要集中在降雪前采集的样品中,而多样孢囊霉属(Diversispora)主要集中在融雪期样品中。结合聚类分析的属水平群落组成热图发现,高丰度分类单元的类别由降雪前的5种集中为2种。主成分分析结果表明,主成分1能够区分降雪前后的AMF群落结构特征,进一步验证降雪缺失对藓类结皮层AMF群落组成有筛选作用。高丰度优势属近明球囊霉属和球囊霉属之间、类球囊霉属和原囊霉属之间均呈现负相关,可能存在竞争关系;低丰度属巨孢囊霉属(Gigaspora)、隔球囊霉属(Septoglomus)、双型囊霉属(Ambispora)、盾巨孢囊霉属(Scutellospora)呈现正相关,可能存在协作关系以适应降雪。【结论】古尔班通古特沙漠的冬季降雪对苔藓结皮层AMF类群中的优势属和低丰度属有不同的选择策略。融雪期绝对优势属会降低存在竞争关系优势属的比例,进一步巩固优势地位,而存在正相关的低丰度属会同步降低比例,而且苔藓结皮层AMF优势属在该沙漠为近明球囊霉属。

    • 王家源,殷小琳,任悦,高广磊,丁国栋,张英,赵珮杉,郭米山

      2020,47(11):3856-3867, DOI: 10.13344/j.microbiol.china.200365

      Abstract:

      【背景】外生菌根真菌(ectomycorrhizal fungi,ECMF)侵入林木根系形成外生菌根,是樟子松(Pinus sylvestris var. mongholica)适应环境变化和环境胁迫的重要途径。【目的】深入理解沙地樟子松人工林外生菌根真菌群落组成和多样性。【方法】以毛乌素沙地3个林龄(27、33和44 a)沙地樟子松人工林为研究对象,采用rDNA ITS区段PCR扩增测序方法鉴定分析沙地樟子松外生菌根真菌群落组成并计算多样性指数。【结果】毛乌素沙地樟子松共获得56个外生菌根真菌OTU,隶属于2门3纲8目15科21属,优势属为棉革菌属(Tomentella)、地孔菌属(Geopora)和阿太菌属(Amphinema)。27 a人工林外生菌根真菌丰富度指数最高,33 a人工林ECMF的α多样性指数最高,但不同林龄之间不存在显著差异(P>0.05)。不同林龄沙地樟子松ECMF群落组成存在差异,地孔菌属、棉革菌属、Delastria和Mallocybe的动态变化是造成群落组成差异的主要原因。【结论】毛乌素沙地樟子松人工林外生菌根真菌群落组成较为丰富,该研究区的群落组成可能比多样性更能体现外生菌根真菌群落随林龄的动态变化,伴随着林木的生长成熟,部分功能性外生菌根真菌的动态变化可能与沙地樟子松人工林退化存在密切联系,有待进一步研究。

    • 杨盼,翟亚萍,赵祥,王绍明,刘红玲,张霞

      2020,47(11):3868-3879, DOI: 10.13344/j.microbiol.china.190978

      Abstract:

      【背景】紫花苜蓿是优良的豆科牧草,可以与丛枝菌根(Arbuscular mycorrhizae,AM)真菌和根瘤菌形成共生关系,接种AM真菌和根瘤菌可以促进土壤氮、磷循环以及提高苜蓿产量。【目的】探究接种AM真菌和根瘤菌对苜蓿根际细菌群落结构和功能的影响。【方法】采集6个不同处理组苜蓿根际、非根际土壤样品,基于细菌16S rRNA基因V3?V4区进行高通量测序,分析比较不同处理组苜蓿根际、非根际土壤中细菌群落分布的规律,并采用PICRUSt软件对不同处理组间菌群功能进行预测。【结果】36个土壤样品中共检测到3 849个OTU,分属于50门59纲132目249科595属398种。其中主要的优势菌门为Proteobacteria (52.81%?81.46%)、Bacteroidetes (7.83%?19.68%)及Actinobacteria (2.21%?16.4%)。与不接种相比,接种根内球囊霉和摩西球囊霉分别提高了Gammaproteobacteria和Bacteroidia有益菌的丰度,接种根瘤菌提高了固氮菌(Alphaproteobacteria)的丰度。PICRUSt功能预测表明,细菌菌群共有35个子功能,菌群功能丰富,代谢为最主要的功能,并且接种根瘤菌可增加氨基酸代谢,从而有利于植株N素循环,而接种AM真菌可能对于N循环有一定的抑制作用,相比于单接种AM真菌,双接种AM真菌和根瘤菌处理组碳水化合物代谢更强,从而更有益于植株的氮、磷循环。【结论】接种AM真菌和根瘤菌可分别提高苜蓿根系与氮、磷循环有关的不同有益菌的丰度,从而更有益于植株的氮、磷循环,该结果为提高植株养分吸收、提高苜蓿产量以及菌肥开发利用提供了科学依据。

    • 张春楠,张瑞芳,王红,周大迈,王鑫鑫

      2020,47(11):3880-3891, DOI: 10.13344/j.microbiol.china.200028

      Abstract:

      土壤中存在着大量不同种类的微生物资源,土壤微生物能够与自然界中的大多数植物密切合作,其中丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)起着十分重要的作用。近年来,对于AMF的研究越来越多。AMF是存在于土壤中的重要真菌之一,是土壤中的菌根真菌菌丝与高等植物营养根系形成的一种联合体。AMF可以与陆地上90%左右的植物根系形成共生体,通过在植物根系形成重要的“丛枝菌根”结构而为植物提供更多的养分。为了了解接种AMF对作物生长过程中耐受一些非生物胁迫(如干旱、极端温度、重金属污染、盐分、不利的土壤pH变化等)性能方面的影响,基于之前接种AMF对养分胁迫下玉米生长影响的研究,在扩大作物品种的基础上,通过查阅大量文献,结合试验研究及对前人和近年来关于AMF的一些最新研究进展,获得了具有实践性意义的新发现:AMF与植物共生有助于植物生长,可以改善植物的营养状况,并且可以保护植物免受各种非生物环境胁迫的影响。由此可以得出结论:AMF通过各种机制改善植物生长状况,提高作物抗逆性,为作物增产、农民增收创造了福利,并且避免了由于肥料过量施用导致的一些污染环境问题。本文主要综述了接种AMF在各种非生物环境胁迫(干旱、极端温度、重金属污染、盐分、不利的土壤pH变化等)条件下对植株生长和发育的有利影响,并对目前存在的不足和今后研究的重点提出几点建议。

    • 胡欣,贺虹

      2020,47(11):3892-3898, DOI: 10.13344/j.microbiol.china.200009

      Abstract:

      昆虫与其体内细菌的互利共生关系是近十余年来生物学家关注的热点领域,也是研究物种间协同进化的理想模型。Blochmannia是蚁科弓背蚁属Camponotus蚂蚁体内的初级内共生菌,作为最早被描述的动物与细菌之间的共生关系,Blochmannia在帮助宿主蚂蚁合成食物中所缺少的必需营养物质、维持生长发育、繁殖和营养代谢等方面发挥重要作用。本文从Blochmannia的分布规律、母系传播、基因组特征及其功能等方面进行综述,以期为相关研究提供参考和借鉴。

    • 蔡昕悦,刘耀臣,解志红,陈应龙,刘润进

      2020,47(11):3899-3917, DOI: 10.13344/j.microbiol.china.190800

      Abstract:

      所谓互惠共生微生物(mutualistic symbiotic microbes,MSM)是指能定殖其他生物构建互惠共生体系的微生物,主要包括互惠共生细菌、互惠共生放线菌和互惠共生真菌等。MSM种类繁多、分布广泛、物种多样性丰富,涉及原核生物界和真菌界等。MSM定殖人体、动物、植物、藻类或其他真菌,可构建各自相应的互惠共生体系,进而形成范围更加巨大的共生网络,发挥不可替代的生理生态功能。本文在介绍MSM概念的基础上,重点总结了MSM多样性研究进展,指出了目前研究中尚存在的问题,探讨了今后应该开展的工作,MSM多样性研究成果可望为研发MSM应用技术提供依据和材料。

    • 王浩,吴爱姣,刘保兴,刘润进,陈应龙

      2020,47(11):3918-3932, DOI: 10.13344/j.microbiol.china.190956

      Abstract:

      菌根共生双方多样性影响着生态系统的过程与功能。菌根真菌-寄主植物之间的共生组合存在偏好性或特异性,这导致菌根真菌对寄主植物的效益差异和寄主植物对菌根真菌的利益差别:两者在互利共生过程中不仅相互选择,还存在相互促进与制约的关系(如互补与选择效应、竞争),从而在一定程度上决定生态系统的演化与发展。本文概述了植物多样性与菌根真菌多样性的相互影响,探讨了两者互作可能存在的调控因素与机制,对存在的问题和争议进行了总结,并提出了进一步研究的方向。深入阐明植物多样性与菌根真菌多样性之间的互作关系,将丰富生物共生学理论,增强菌根应用潜力及生物多样性的维持。

    • 张爱梅,殷一然,孙坤

      2020,47(11):3933-3944, DOI: 10.13344/j.microbiol.china.200427

      Abstract:

      弗兰克氏菌(Frankia spp.)能够与沙棘等非豆科植物形成根瘤进行共生固氮,其固氮效率远远高于豆科植物根瘤菌,与沙棘共生的弗兰克氏菌还能够促进沙棘对旱寒等各种不同生境的适应性,是自然界一类具有开发潜力的放线菌资源。为了更好地开发利用弗兰克氏菌资源,推进弗兰克氏菌分类鉴定工作,加强弗兰克氏菌与寄主植物共生结瘤固氮的机制研究,促使弗兰克氏菌在农业生产中得到尽快应用,本文简要介绍沙棘属(Hippophae L.)物种多样性、结瘤状况与分布特点、沙棘根瘤形态结构与功能、弗兰克氏菌物种多样性与分布特征,讨论弗兰克氏菌的结瘤机制、生理生态效应与作用机制以及影响沙棘属植物与弗兰克氏菌共生的主要因子,以期为进一步开展沙棘属植物弗兰克氏菌的系统研究提供有价值的参考。


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