稻田是甲烷(CH4)的重要排放源之一,其对全球气候变化有着重要影响.大气CO2浓度升高(e[CO2])对稻田生态系统碳循环具有重要作用,阐明e[CO2]对稻田CH4排放及相关微生物过程的影响对稻田生态系统的固碳和减排具有重要意义.本文综述了 e[CO2]对稻田CH4排放及碳循环相关功能微生物活性、丰度、群落组成和多样性的影响,梳理了 e[CO2]背景下不同微生物过程在稻田CH4减排中的作用及其主要环境影响因素.总体而言,不同e[CO2]平台类型、熏蒸年限、浓度梯度以及增加方式均对稻田CH4排放有着一定影响.e[CO2]促进了稻田CH4排放,但会随着CO2熏蒸年限的增加而逐渐降低,这说明稻田CH4排放相关微生物对e[CO2]具有一定适应性;e[CO2]对稻田CH4排放的促进作用呈先减弱后增强的趋势;骤增处理可能会高估稻田CH4排放.e[CO2]对相关微生物过程的影响主要表现为:e[CO2]提高了产甲烷菌、甲烷好氧氧化菌和厌氧氧化菌活性及主要功能微生物丰度;e[CO2]使甲烷氧化菌群落组成和多样性发生显著改变,但对产甲烷菌和甲烷厌氧氧化菌群落组成和多样性影响不大.最后,本文对未来相关的研究方向进行了展望:1)可综合探究e[CO2]对稻田CH4排放及产甲烷过程、甲烷好氧和厌氧氧化过程的影响,以更好地揭示气候变化对稻田CH4排放的机理;2)应在长期条件下探究e[CO2]对稻田CH4排放及相关微生物过程的影响机制,结果将更为真实、准确;3)需进行多尺度(时间和空间)、多要素(CO2浓度、温度、大气氮沉降和水分管理措施)以及多方法(观测、数据与模型相结合)等综合研究,以有效降低未来气候变化情景下稻田CH4排放及相关微生物过程对e[CO2]响应评估的不确定性.

目的:研究胎膜早破孕妇阴道菌群特征，找出相关细菌种类，通过功能预测探索细菌与胎膜早破交联的相关功能通路，并建立以阴道菌群特征为基础的预测模型。方法:基于孕妇队列，纳入35例未足月胎膜早破、180例足月胎膜早破和255例胎膜未早破足月分娩(对照组)孕妇。使用16S rRNA基因二代测序技术检测孕妇在妊娠16~28周时的阴道样本V3~V4高变区序列。分析并比较3组孕妇之间Alpha多样性、Beta多样性，识别物种属性和代谢功能预测的差异。随后采用随机森林模型纳入阴道菌群物种以及危险因素，建立胎膜早破发生的预测模型。结果:未足月胎膜早破组与对照组相比，Alpha多样性更高(Observed features, P＝0.022；Faith_pd指数， P＝0.024)，Beta多样性也有显著差异(Unweighted-UniFrac， P＝0.010；Jaccard指数， P＝0.008)。未足月胎膜早破孕妇中，巨型球菌Ⅰ型转化菌种显著增多( P＝0.017)，穆氏乳杆菌显著减少( P＝0.003)。而足月胎膜早破孕妇中，巨型球菌属显著增多( P＝0.009)，穆氏乳杆菌显著减少( P＝0.002)。功能预测方面，嗜酸菌的硫氧化途径( P＝0.021)、乙酸产甲烷途径( P＝0.036)、L-组氨酸合成途径( P＝0.009)、腺苷钴胺素合成途径( P＝0.041)和海藻糖代谢途径( P＝0.001)这5种功能在未足月胎膜早破孕妇中显著增加，而L-组氨酸合成途径( P<0.001)和海藻糖代谢途径( P＝0.030)在足月胎膜早破孕妇中显著增加。通过随机森林模型纳入阴道菌群物种以及危险因素建立预测模型，未足月胎膜早破预测模型的表现较好[AUC值为0.739(95%CI：0.609~0.869)，灵敏度0.928，特异度0.659，阳性预测值0.750，阴性预测值0.906]，具有一定的参考价值。 结论:阴道菌群特征可能与胎膜早破的发生发展有关，阴道细菌差异的研究可能成为防治胎膜早破的新思路，功能预测为胎膜早破发生发展机制的研究方向提供了参考借鉴，预测模型可以预防未足月胎膜早破的发生，促进母婴健康。

目的:建立高脂饮食和益生菌干预的结直肠癌小鼠模型，探讨益生菌干预高脂膳食结构下肠道微生态异常及结直肠癌发生的疗效。方法:8周龄雄性C57BL/6J小鼠40只随机分为4组，每组10只：高脂饮食组（HFD）、高脂饮食+益生菌干预组（HFD+P组）、普通饮食组（ND组）、普通饮食+益生菌干预组（ND+P组），益生菌组给予益生菌制剂灌胃，实验期间采用氧化偶氮甲烷（AOM）联合葡聚糖硫酸钠（DSS）诱导小鼠肠癌模型，定期记录小鼠体质量并评估机体状态。促癌前后小鼠粪便通过16S rDNA高通量测序分析评估菌群结构变化。实验结束收集小鼠肠组织并记录附睾脂肪质量及肿瘤负荷。采用Alpha多样性指数对每组小鼠肠道的菌群丰度和多样性进行分析（Chao1指数越高，菌群丰度越高；Simpson指数越大，多样性越低）。利用Beta多样性分析4组间肠道菌群分布差异的显著性（当 R>0，说明菌群在组间的分布差异大于组内差异）。 结果:实验15周后，HFD组、HFD+P组、ND组和ND+P组小鼠体质量分别为（33.70±0.52）g、（28.70±0.32）g、（25.90±0.34）g和（25.60±0.40）g，差异有统计学意义（ F=700.89， P<0.01），其中HFD组体质量分别高于ND组和HFD+P组，而HFD+P组体质量又高于ND组，差异均有统计学意义（均 P<0.01）。HFD组、HFD+P组、ND组和ND+P组小鼠附睾周围脂肪重量分别为（1.36±0.15）g、（0.67±0.08）g、（0.58±0.10）g和（0.54±0.05）g，4组间比较差异有统计学意义（ F=114.03， P<0.01），两两比较提示，HFD组附睾周围脂肪重量分别高于ND组和HFD+P组，差异均有统计学意义（均 P<0.017），且HFD+P组与ND组附睾周围脂肪重量相当（ P=0.09）。饮食干预条件下，HFD组、HFD+P组、ND组和ND+P组的Chao1指数分别为217.62、235.32、301.51和305.71，Simpson指数分别为0.93、0.89、0.91和0.90。通过Beta多样性分析显示，4组组间菌群分布差异大于组内差异，差异有统计学意义（ R=0.655， P=0.001）。物种丰度分析显示，与ND组比较，在门水平层面，HFD组小鼠肠道菌群中拟杆菌门和厚壁菌门等菌群的比例更高，而疣微菌门等菌群的比例更低；在属水平层面，HFD组中拟杆菌属和颤杆菌克属等菌群的比例更高，而艾克曼菌属和拟普雷沃菌属等菌群的比例更低。经过益生菌干预后，上述菌群除了拟普雷沃菌属外，均有改善。HFD组、HFD+P组、ND组和ND+P组小鼠肿瘤数量分别为（4.63±1.19）个、（2.33±0.52）个、（2.56±0.73）个和（2.38±0.52）个，差异有统计学意义（ F=14.92， P<0.01）。 结论:益生菌治疗可通过调节肠道菌群紊乱来减轻HFD引起的小鼠肥胖和菌群失调，有助于降低结直肠癌发生的风险。

目的:探讨氧化苦参碱对结直肠癌小鼠肠道菌群的影响及其对小鼠结直肠癌作用的相关微生物机制。方法:将16只5周龄BALB/c雄性小鼠通过氧化偶氮甲烷（AOM）-葡聚糖硫酸钠（DSS）法建立小鼠原位结直肠肿瘤模型，采用分层抽样的方法分为对照组和氧化苦参碱干预组，每组8只；其中氧化苦参碱干预组于造模第5周开始接受10 mg/kg氧化苦参碱溶液隔日腹腔注射，对照组接受等量0.9% NaCl注射液腹腔注射，至造模第81天实验结束。自开始造模，每3 d测量1次小鼠体质量。于处死前收集小鼠粪便，进行微生物及16S核糖体DNA（rDNA）高通量测序。观察结直肠肿瘤数，取肿瘤组织，采用苏木精-伊红（HE）染色判断肿瘤分化程度，计算各分化级别肿瘤组织灶占总肿瘤组织灶的比例；免疫组织化学法检测Ki-67表达情况。结果:实验后期（造模第49天至第81天），对照组小鼠体质量低于氧化苦参碱干预组[造模第81天体质量：（22.9±0.5）g比（24.0±0.5）g， t=2.187， P<0.05]，实验结束时，氧化苦参碱干预组肠道肿瘤数少于对照组[（8.5±1.2）个比（12.0±1.2）个， t=2.824， P<0.05]；氧化苦参碱干预组小鼠肠道高分化肿瘤灶占比高于对照组[（62.5±3.7）%比（25.0±2.6）%]，Ki-67表达评分低于对照组[（3.2±1.0）分比（6.0±1.0）分， t=2.668， P<0.05]。在门水平，氧化苦参碱干预组小鼠肠道中厚壁菌门、变形菌门丰度高于对照组（均 P<0.05），拟杆菌门丰度低于对照组（ P=0.037）。在属水平，氧化苦参碱干预组norank_f__桑科菌丰度高于对照组（ P=0.001），拟杆菌属、臭气杆菌属、副细菌属、异波菌属丰度低于对照组（均 P<0.05）。 结论:氧化苦参碱可能通过调节小鼠肠道菌群维持肠道菌群稳定，从而降低肠道肿瘤的发生率，延缓肿瘤进展。

目的:探讨幽门螺杆菌（ H.pylori）感染对氧化偶氮甲烷（AOM）联合葡聚糖硫酸钠（DSS）诱导的小鼠炎症相关性结直肠癌的影响及相关机制。 方法:C57BL/6J小鼠60只，随机分为正常对照组（Control组， n=9）、 H.pylori感染组（Hp组， n=9）、AOM/DSS诱导组（AOM/DSS组， n=21）和 H.pylori感染合并AOM/DSS诱导组（Hp+AOM/DSS组， n=21），分别在AOM/DSS造模第19、45和85天处死小鼠。苏木精-伊红染色检测结肠组织病理学变化，流式细胞术检测结肠组织中辅助性T细胞17（Th17）和调节性T细胞（Treg）比例，实时定量聚合酶链反应和酶联免疫吸附法检测白细胞介素（IL）-10、IL-17A、维A酸相关孤独受体（ROR）γt和叉头/翼状转录因子（Foxp3）等Th17和Treg细胞相关因子的表达水平。 结果:Control组和Hp组小鼠结肠黏膜结构完整；Hp+AOM/DSS组小鼠结肠炎症（第19天）和异型增生（第45天）阶段的病理评分以及（第85天）结肠肿瘤负荷均低于AOM/DSS组（均 P<0.05）。在造模第85天，Hp+AOM/DSS组小鼠结肠组织中CD3 +CD4 +IL-17A +Th17和CD3 +CD4 +IL-17A +Foxp3 +Treg细胞比例（1.88±0.17比2.07±0.89，1.06±0.13比1.89±0.23）及RORγt和IL-17A的mRNA表达水平（1.08±0.59比2.35±1.35，2.96±0.92比7.78±4.57）均低于AOM/DSS组（均 P<0.05），而CD3 +CD4 +CD25 +Foxp3 +Treg和CD3 +CD4 +IL-10 +Foxp3 +Treg细胞比例（20.60±3.39比15.63±2.71，2.94±0.52比2.14±0.47）及Foxp3和IL-10的mRNA表达水平[17.59（13.77，24.87）比6.27（4.41，13.36），3.52（1.59，5.99）比1.17（1.15，2.75）]均高于AOM/DSS组（均 P<0.05）。 结论:胃内 H.pylori感染减缓AOM/DSS诱导的小鼠结肠炎症-异型增生-肿瘤进程，伴随结肠Th17细胞比例减少和Treg细胞比例增加。

低甲烷排放转基因水稻是实现水稻低碳生产的理想材料.土壤微生物驱动了稻田甲烷的产生,低甲烷排放转基因水稻土壤微生物群落组成的变化不仅影响稻田甲烷排放,也关系到土壤微生态系统的稳定性.通过对细菌16S rRNA基因、真菌ITS基因的高通量测序及mcrA、nifH、amoA和nirS等功能基因的荧光定量PCR,分析了低甲烷排放转基因水稻(86R27-3)与野生型水稻(MH86)土壤微生物群落间的差异.结果显示:稻田土壤细菌群落的α-多样性指数在86R27-3与MH86间无明显差异,且仅在水稻分蘖期86R27-3的土壤真菌群落多样性指数Shannon、Simpson及均匀度指数Pielou_e显著高于MH86(P＜0.05);β-多样性分析表明土壤细菌或真菌群落组成在86R27-3与MH86间均没有显著差异;但在水稻齐穗期:86R27-3 土壤的放线菌门(Actinobacteria)、罗泽真菌门(Rozellomycota)的相对丰度显著高于MH86(P＜0.05),而酸杆菌门(Acidibacteria)、子囊菌门(Ascomycota)的相对丰度显著低于MH86(P＜0.05);土壤微生物群落功能预测显示,86R27-3 土壤氮、硫和锰代谢细菌功能群丰度显著低于MH86(P＜0.05),如分蘖期的土壤硝酸盐还原、硝酸盐呼吸、硫代硫酸盐呼吸及硫呼吸,齐穗期和成熟期的好氧亚硝酸盐氧化及成熟期的锰氧化等;与MH86相比,86R27-3的土壤真菌功能群丰度有减有增,如在水稻不同生育期内的其未定义腐生物银耳目、嗜热囊菌科、镰刀菌属及韦斯特氏菌功能群丰度显著降低(P＜0.05),而其分蘖期的动物内共生体腐生生物毕赤酵母属和未定义腐生物马勃科功能群丰度显著提高(P＜0.05).定量PCR分析表明86R27-3 土壤中的产甲烷细菌mcrA基因丰度显著低于MH86(P＜0.05),同时,土壤固氮菌nifH基因、氨氧化细菌amoA基因及反硝化细菌nirS基因的丰度在86R27-3土壤中也显著降低(P＜0.05).综上所述,低甲烷排放转基因水稻(86R27-3)对土壤细菌或真菌的群落组成没有影响,但可引起主要细菌或真菌种类的相对丰度及某些细菌或真菌功能群丰度发生变化,并显著降低了稻田土壤微生物功能基因丰度.

藻类结皮形成和发育,能够提高土壤稳定性并增加土壤有机质含量,为微生物生长、繁殖和草本植物拓殖创造条件.因此,藻类结皮潜在功能对后续生物结皮及生态系统演替具有重要意义.然而,古尔班通古特沙漠藻类结皮营养循环相关微生物及潜在功能机制尚不清楚.以古尔班通古特沙漠不同区域藻类结皮为研究对象,采用宏基因组测序技术,研究藻类结皮微生物群落及碳氮循环功能基因特征.研究结果表明蓝藻菌门、变形菌门、放线菌门是藻类结皮中主要微生物类群,在沙漠固碳和氮循环中起到重要作用.微生物α多样性结果显示仅物种丰富度指数在三个区域内存在显著差异.β多样性结果显示藻类结皮未因沙漠局部气候及理化因子差异产生微生物群落分化.而微生物群落功能基因对环境变化响应要比微生物群落更为敏感,沙漠东部和西部藻类结皮功能基因产生显著分化.三个区域微生物功能基因中还原型三羧酸循环是自养生物固碳主要途径,而卡尔文循环是光合生物固碳的主要途径,其中rpiA和rbcS基因更易受到降水影响.鞘脂单胞菌属、念珠藻属和伪枝藻属在参与固碳过程中表现出的差异,可能是导致固碳功能基因产生分化的原因之一.氮循环主要途径以硝酸盐还原为主,大部分氮素通过硝酸盐同化作用被土壤微生物转化为铵盐,少量氮素被反硝化为一氧化二氮和一氧化氮流失.沙漠藻类结皮固氮作用较弱,仅有念珠藻属和伪枝藻属参与,且存在nifH、nifD、nifK三个功能基因.这些固氮功能基因更易受到土壤中硝态氮含量的影响.硝化过程仅注释到氨单加氧酶或甲烷单加氧酶编码pmoABC-amoABC基因,而hao和nxrA、nxrB基因均未注释获得.

蚂蚁筑巢能够通过改变土壤甲烷氧化/还原微生物及理化环境,调控森林土壤甲烷排放过程及季节动态.以西双版纳热带橡胶人工林群落为研究样地,采用静态箱-气相色谱法测定蚁巢和非巢土壤甲烷排放通量的季节变化,分析蚂蚁筑巢引起热带人工林土壤功能微生物、微生境及土壤养分改变对甲烷排放通量的影响规律.结果表明:1)与非巢地相比,蚂蚁筑巢显著降低了橡胶人工林土壤甲烷排放,年均通量减少59.9％.干季蚁巢土壤是甲烷汇(-1.770 μg·m-2·h-1),相较非巢地减少了 87.2％;湿季蚁巢土壤则为源(0.703 μg·m-2·h-1),其甲烷排放量增加了 152.7％.2)蚂蚁筑巢改变了土壤温湿度及碳氮养分含量.相较于非巢地,蚁巢土壤温度、湿度及碳氮组分含量年均增幅达4.9％～138.5％,其对甲烷排放通量的解释率分别为90.1％、97.3％、27.3％～90.0％.3)蚂蚁筑巢改变功能微生物多样性及群落结构.相较非巢地,蚁巢年均甲烷产生菌群落多样性指数(Ace、Chao1、Shannon和Simpson)变幅为-9.9％～61.2％,且高于甲烷氧化菌群落(-8.7％～31.1％),产甲烷菌和甲烷氧化菌优势属相对丰度变幅分别为46.8％和-6.3％.甲烷产生菌对排放通量的解释率(78.4％)高于氧化菌(54.5％),甲烷产生菌与甲烷氧化菌优势属对排放通量的解释率共为68.9％.4)结构方程表明,甲烷产生菌、氧化菌、土壤含水率为甲烷排放通量的主控因子,其对土壤甲烷排放的贡献率分别为95.6％、95.0％和91.2％,而土壤温度、碳氮组分的贡献(73.1％～87.7％)次之.因此,蚂蚁筑巢主要通过改变甲烷功能微生物多样性及土壤水分状况而影响甲烷排放季节动态.

探究半夏泻心汤对具核梭杆菌(Fusobacterium nucleatum,Fn)感染的炎症相关性结肠癌的干预效应及其作用机制.将C57BL/6小鼠随机分为对照(control)组、具核梭杆菌(Fn)组、炎症相关性结肠癌[氧化偶氮甲烷(AOM)/葡聚糖硫酸钠(DSS)]组、模型(model)组、半夏泻心汤(BXD)组.除control组和AOM/DSS组外,其余各组小鼠每周予以2次Fn菌液灌胃;AOM/DSS组、model组和BXD组同时采用单次腹腔注射10 mg·kg-1 AOM联合3个循环2.5％DSS灌胃.BXD组从第2个循环开始,予以半夏泻心汤灌胃,直至实验结束.实验期间监测小鼠一般情况和体质量变化,计算疾病活动指数(disease activity index,DAI).实验结束时比较各组小鼠结肠长度和质量;通过苏木素-伊红(hematoxylin-eosin,HE)染色观察结肠组织病理变化;酶联免疫吸附测定(enzyme-linked immunosorbent assay,ELISA)法检测血清中白细胞介素(interleukin,IL)-2、IL-4、IL-6 炎症因子水平变化;免疫组化(immunohistochemisty,IHC)法检测小鼠结肠组织中肿瘤增殖抗原Ki67(Ki67)、E-钙黏蛋白(E-cad-herin)、β-连环蛋白(β-catenin)表达情况;蛋白免疫印迹(Western blot)法检测小鼠结肠组织中Wnt3a、β-catenin、E-cadherin、膜联蛋白A1(annexin A1)、细胞周期蛋白D1(cyclin D1)、糖原合成酶激酶-3β(GSK-3β)蛋白含量.结果显示,与control组相比,Fn组无明显病变;AOM/DSS组和model组小鼠体质量下降,DAI评分升高,结肠质量显著增加,结肠长度明显缩短,且model组病变更显著.同时,model组结肠病理组织学呈现更为严重的腺瘤、炎症浸润和细胞异型性;血清中IL-4、IL-6水平显著升高,IL-2含量明显降低;1HC结果显示 model组E-cadherin低表达,Ki67、β-catenin高表达,且E-cadherin、GSK-3β蛋白含量降低,Wnt3a、β-catenin、annexin A1、cyclin D1蛋白含量升高.半夏泻心汤干预后,小鼠体质量增加,DAI评分降低,结肠长度增加且肿瘤减少,病理组织学显示肿瘤增生减少、炎症浸润减轻,且血清中IL-6、IL-4水平明显下降,而IL-2含量上升;同时E-cadherin表达上调、Ki67、β-catenin 表达下降,且 E-cadherin、GSK-3β 蛋白含量升高,Wnt3a、β-catenin、annexin A1、cyclin D1 蛋白含量降低.综上,半夏泻心汤可阻延Fn感染的炎症相关性结肠癌,其潜在机制可能与其抑制Fn与E-cadherin结合,降低annexin A1蛋白水平,调控Wnt/β-catenin通路有关.

目的 优化氧化偶氮甲烷(azoxymethane,AOM)联合葡聚糖硫酸钠(dextran sodium sulfate,DSS)造模结肠炎相关性结肠癌(colitis-associated colorectal cancer,C AC)方法并探究肠道菌群在CAC中的发病机制.方法 通过AOM不同注射次数联合自由饮用DSS的方法建立A(AOM 1次注射)和B(AOM 2次注射)模型组,正常组采用腹腔注射生理盐水联合饮用纯净水,每组10只.造模结束后通过DAI评分、结肠长度、成瘤率及死亡率等指标综合评估,选择最佳的造模方案.然后对B模型组小鼠进行实验,取血清以ELISA法检测白细胞介素-6(IL-6)、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)及肿瘤标志物CA199、CEA、CA724含量;同时进行HE染色观察结肠病变;并对小鼠粪便进行16S rDNA高通量基因测序法分析,以探究CAC小鼠肠道菌群的变化.结果 单次和加强AOM注射联合DSS均能诱导CAC小鼠模型.但与A模型组相比,B模型组小鼠结肠内增生物较大,排列紧密且形态大小较一致,成瘤率达到100％.与正常组相比,B模型组IL-6显著升高(P＜0.05),TNF-α含量升高(P＞0.05);肿瘤标志物除CA724外,CA199和CEA含量均明显升高(P＜0.05);HE病理结肠内炎性细胞的浸润,并伴有管腔表面显示出高级别上皮内肿瘤样改变.菌群结果显示,与正常组相比,CAC小鼠肠道菌群物种多样性及丰度降低,疣微菌门和放线菌门增多(P＜0.05),拟杆菌门和弯曲菌门减少(P＜0.05).阿克曼菌、普雷沃菌、瘤胃球菌、双歧杆菌等显著增多(P＜0.05);罗氏菌属、Muribaculaceae、理研菌属、厌氧原体属等显著减少(P＜0.05).结论 AOM 2次注射联合自由饮用1.5％(1.5 g/100 mL)DSS诱导的CAC模型小鼠结肠成瘤率高、肿瘤形态大小均一、死亡率低,可作为药效学实验评价的优选造模方案.多种肠道菌群紊乱或功能失调,造成的通透性增高,肠黏膜屏障功能破坏,进而诱发肠源性内毒素释放,导致持续的炎症反应或是诱发CAC发病的间接或直接原因.