对分离得到的一株可在Cd2+浓度为900 mg/L培养基中生长的抗镉内生细菌GR42进行鉴定并研究其生物学特性,为其应用提供理论依据.利用16S rDNA序列分析、形态学和生理生化实验鉴定其种属,探究培养条件对菌株生长的影响并研究其镉去除率、铅锌耐受性、促生特性以及对小麦幼苗抗镉能力的促进作用.经鉴定该菌株为阿耶波多氏芽孢杆菌(Bacillus aryabhattai),最适温度、pH、装液量和盐浓度分别为28℃、7.0、50 mL/250 mL和5-10 g/L.Cd2+浓度为800 mg/L时,镉去除率可达41.1％,可耐受2000 mg/L Pb2+、1200 mg/L Zn2+,铁载体活性76.74％,ACC脱氨酶活性0.627 U/mg,溶磷量为13.801 mg/g,解钾量为8.868 mg/g,并对小麦幼苗的抗镉能力有显著促进作用.抗镉内生细菌GR42为阿耶波多氏芽孢杆菌,铅锌镉抗性和镉去除率较高,并有一定的促生能力,在植物促生和Cd污染土壤修复方面具有一定的应用潜力.

[背景]水体微生物有着丰富的多样性,不同种类的微生物之间的相互作用对水体生态系统的组成结构与功能具有重要影响.水体内的藻类与某些微生物可以发生多种相互作用,然而人们对逆境条件下的菌藻有益相互作用尚缺乏深入研究.[目的]为了研究镉对水体微生物群落的影响以及镉胁迫下菌藻之间可能的相互作用.[方法]本研究运用了基于16S rRNA基因的高通量测序技术,分析在不同Cd2+条件下微生物群落结构的变化,利用微生物相互作用网络分析菌藻之间可能发生的相互作用.[结果]通过分离培养筛选出了与集胞藻PCC6803互作抗Cd2+的关键细菌Y9菌株.[结论]研究结果表明Y9菌株属于Phyllobacteriaceae科,与微生物群落组成和微生物互作网络的分析结果相符.本研究为探索水体环境中微生物种间相互作用、菌藻互作抗Cd2+的生态效应提供参考依据.

当前水稻是重金属超标最为严重的粮食作物,安全耕种是镉(Cd)中轻度污染区域农田利用的优先解决方案,对水稻可以通过降低Cd在土壤中的生物有效性和阻止其经由水稻根系吸收及向稻米的转运实现安全生产.近年来国内外研究表明利用微生物菌剂可以缓解Cd对水稻的毒害作用并降低籽粒Cd含量.本文主要就近年来国内外关于微生物缓解Cd对水稻的胁迫效果及其机理的最新研究进展进行综述.能缓解Cd对水稻毒害的微生物包括细菌、真菌和绿藻等,其中以细菌居多,同时,不同微生物耐Cd能力差异巨大.接种微生物可使水稻籽粒Cd含量降低20％-74.2％,但仅有部分能降低到可供食用的水平.微生物缓解Cd对水稻毒害作用主要机理包括:降低土壤中Cd的生物可利用度(微生物细胞直接固定或产生胞外分泌物固定Cd)、调控水稻对Cd的吸收转运(促进根系铁膜形成、改变转运蛋白基因的表达、改变Cd在水稻中的分布和化学形态)、提高水稻抗氧化能力(提高抗氧化酶活性和抗氧化物质含量)、分泌促生长物质(植物激素等)、改变土壤理化性质和微生物群落组成等.这些研究表明微生物在提高水稻Cd抗性和降低水稻籽粒Cd含量方面具有不错的应用潜力,但当前相关研究依然存在微生物筛选原则不合理、菌株筛查范围有限、研究多限于实验室水培或盆栽实验、籽粒Cd降幅有限等问题;此外,微生物调控水稻对Cd的吸收转运等的机制尚不清楚;今后应针对性地加强微生物缓解Cd对水稻毒害的机理研究和大田应用评估工作,以期早日实现这一环境友好技术的推广应用.

为了研究3种不同物质属性的土壤调理剂及其配伍对水稻生长生理和镉吸收的影响,采用随机区组设计,共设4个处理:CK(常规施肥)、T1(常规施肥+细胞分裂素生产菌剂)、T2(常规施肥+细胞分裂素生产菌剂+南荻炭)和T3(常规施肥+细胞分裂素生产菌剂+南荻炭+活性硅),以研究微生物炭基土壤调理剂对镉污染土壤中水稻品种黄花占生长生理和镉吸收的影响.结果表明:经T1、T2和T3处理的水稻抽穗期剑叶的净光合速率均高于CK,其中T3处理的水稻抽穗期剑叶的净光合速率达到17.67μmol/(m2·s);过氧化氢酶活性、超氧化物歧化酶活性和根系活力均显著高于CK;各处理相对产量与CK均具有显著差异,其大小顺序均为T3>T2>T1>CK,与CK相比,T1、T2和T3处理的增产率为20.07％～27.94％,水稻茎秆镉含量和籽粒镉含量的大小顺序均为CK>T1>T2>T3,T3处理使生长在土壤镉含量为1.84 mg/kg中水稻籽粒的镉含量低至0.20 mg/kg.综上,微生物炭基土壤调理剂能够增强水稻抗逆生理能力,提高水稻根系活力和细菌多样性,提高抽穗期水稻的光合作用能力,增加收获期的株高和相对产量,降低籽粒镉含量和茎秆到籽粒的镉转运系数,提高籽粒品质;且多元复配固态土壤调理剂比单一土壤调理剂的应用效果更佳.这些研究结果可为镉污染区内的水稻安全生产应用技术的研究提供一定的理论依据.

[目的]本文旨在构建单核细胞增多性李斯特菌谷胱甘肽还原酶(glutathione reductase,GR)基因lmo1433(gr)缺失株,并研究GR在细菌生长和运动过程中发挥的作用及与谷氧还蛋白(glutaredoxin,Grx)系统间的调控关系,探究GR参与细菌抗氧化应激和致病力的生物学功能,为阐明氧化还原蛋白介导细菌环境适应和宿主内感染的机制奠定分子基础.[方法]利用细菌遗传操作系统构建获得gr缺失株及回补株后,通过分子生物学和感染生物学手段,比较野生株和突变株的运动性、生长能力、抗氧化应激、细胞黏附、侵袭和增殖能力;利用整合型质粒构建带GR启动子的荧光报告系统,并结合荧光定量分析GR受Grx调控的情况.[结果]缺失gr后李斯特菌在体外培养基中的生长能力未受明显影响,但在半固体培养基中的运动能力却显著增强;缺失gr后细菌在铜离子、镉离子以及肼中抗氧化应激能力增强,在H2O2中无差异;缺失gr后细胞黏附、侵袭和增殖能力均显著增强;荧光报告系统定量分析发现grx缺失后gr的启动子活性显著增强,表明Grx参与对GR的转录负调控.[结论]本研究首次证实了单增李斯特菌谷胱甘肽还原酶GR能调控细菌的运动能力,并且缺失GR增强了李斯特菌的抗氧化应激和感染宿主能力;首次证实了GR的自身转录受Grx负调控,但具体分子机制有待于深入探究.本研究有助于深入理解单增李斯特菌氧化还原蛋白的调控关系以及通过参与诸多生物学过程介导细菌体外环境适应及宿主内感染的分子机制,为防控胞内菌感染提供了新策略.

硫化镉纳米粒子(cadmium sulfide nanoparticles,CdS NPs)是一种重要的半导体,具有突出的光电特性、可调带隙和化学稳定性,在分析化学、生物医学、荧光成像和生物传感器等方面具有潜在应用价值.生物合成CdS NPs具有可控、低成本、环境友好等优势而被广泛研究.然而CdS NPs本身兼具纳米材料毒性及重金属硫化物毒性,其对原核微生物的毒性研究受到广泛关注.本文以大肠杆菌为例,对CdS NPs在原核生物细胞内的毒性机理研究进展进行了综述,包括CdS NPs的生物合成机制、CdS NPs对大肠杆菌的毒害作用以及大肠杆菌对该毒害作用的防御机制,着重论述了细菌在合成CdS NPs过程中Cd2+及CdS对合成细菌本身的毒理作用及该细菌所产生的相应应激机制.本文旨在更好、更全面地评估CdS NPs的毒性,促进抗CdS NPs的原核生物在相关领域的发展和应用.

[目的]本文旨在研究opuCA基因在单核细胞增多性李斯特菌(单增李斯特菌)生长过程及渗透胁迫下发挥的作用,探究opuCA基因参与细菌抗氧化应激和致病力的生物学功能,为阐明OpuCA蛋白介导细菌环境适应和宿主内感染的机制奠定基础.[方法]利用细菌同源重组方法获得opuC4缺失株及回补株后,通过分子生物学、感染生物学和激光共聚焦技术,研究野生株和突变株的生长能力、抗渗透应激能力、抗氧化应激能力、细胞粘附、侵袭以及胞内增殖能力.[结果]缺失opuCA基因后,李斯特菌体外生长能力并没有受到影响,但在渗透条件下生长能力减弱;opuCA缺失株在铜离子和镉离子中抗氧化应激能力降低,但在巯基特异性氧化剂肼应激中无明显变化;opuCA缺失株在细胞中的侵袭能力显著减弱,且缺失该基因导致细菌聚合actin能力下降,进而影响了细菌在胞间迁移.[结论]本研究首次证实了缺失 opu CA 基因能降低单增李斯特菌抗氧化应激能力和感染宿主能力,并且在渗透胁迫下细菌生长能力减弱,但具体的分子机制有待深入研究.本研究有助于深入理解单增李斯特菌OpuCA蛋白介导的细菌体外环境适应及宿主内感染的分子机制,为防控单增李斯特菌感染提供了新策略.

[目的]探讨耐重金属细菌对铅(lead,Pb)和镉(cadmium,Cd)胁迫下菊苣(Cichorium intybus L.)幼苗Pb、Cd抗性和黄酮生物合成的调控作用.[方法]在不同浓度Pb和Cd[(200+20)mg/kg、(400+40)mg/kg、(800+80)mg/kg]处理下,接种菌株JB19并测定菊苣幼苗生长指标、Pb和Cd含量、抗氧化酶活性、总黄酮含量和黄酮生物合成相关基因表达量.[结果]菌株JB19可显著提高不同浓度Pb和Cd处理下菊苣的生物量和叶绿素含量;减少氧化损伤,地上部和根部Pb、Cd含量均降低,其中在(Pb200+Cd20)mg/kg处理下H2O2和丙二醛(malondialdehyde,MDA)含量分别比对照降低了 25.7％和26.1％,地上部Pb、Cd含量降低的幅度最大,分别降低了 53.2％和54.1％;加强了菊苣幼苗的抗氧化酶防御系统,黄酮生物合成相关基因均显著上调,其中在(Pb400+Cd40)mg/kg处理下黄酮类化合物的含量增加了 105.2％,查尔酮异构酶基因上调最显著,达458.9％.[结论]菌株JB19在减少植株体内重金属积累的同时,还可以通过增加植物生物量、抑制活性氧和膜脂过氧化水平、增强抗氧化酶活性和改变次级代谢产物黄酮类化合物的水平,提高菊苣幼苗的Pb、Cd抗性.