基于高通量测序技术研究环境微生物群落结构特征

采用高通量测序技术对序批式反应器(R1、R2处理)中微生物群落结构的演变及多样性进行分析，同时对细菌群落与人工模拟番茄酱废水水质相关性进行分析，对微生物酶进行预测。结果表明：微生物菌群在门、纲和属水平上存在显著差异，其中门类水平上，Proteobacteria(变形菌门)和Bacteroidetes(拟杆菌门)为优势菌门；纲水平上，Betaproteobacteria(β-变形菌纲)、Alphaproteobacteria(α-变形杆菌纲)和Bacteroidia(拟杆菌纲)为优势菌纲；属水平上，Zoogloea(动胶菌属)和Flavobacterium(黄杆菌属)为优势菌属。在颗粒形成初期至稳定期，R1、R2中Proteobacteria、Bacteroidetes、Betaproteobacteria、Alphaproteobacteria、Bacteroidia、Zoogloea和Flavobacterium丰度变化分别为1.75%、-7.20%、35.49%、0.12%、-15.23%、-3.11%和-5.23%;1.78%、-2.00%、33.11%、-0.54%、-14.8...     

基于高通量测序分析玉米黄酒微生物多样性

为了探究玉米黄酒在传统发酵过程中微生物群落结构与酒体风味之间的联系,利用高通量测序方法对传统发酵玉米黄酒中微生物群落进行研究,结果表明,黄酒发酵过程中微生物结构高度不一.在门水平下,变形菌门是绝对优势细菌,占比66.41％～86.88％,同时检测到拟杆菌门和放线菌门等.子囊菌门是绝对优势真菌,占比97.42％～99.3...     

基于高通量测序技术分析七种梨内生细菌多样性

目前对于梨内生细菌多样性的研究几乎为零,这在很大程度上限制了梨内生细菌资源的开发和利用.为了探明梨内生细菌多样性,挖掘潜在的微生物资源及功能,研究采用高通量测序技术测定7个不同品种梨内生细菌菌群16S rRNA基因V4～V5区序列,并进行生物信息学分析.在7个不同品种梨中获得有效序列数为30 001～42 255条,并聚成33～99个可操作分类单元(OTU),涉及17个门、28个纲、52个目、85个科以及120个属.此外,7个梨品种内生细菌的Shannon指数、Simpson指数和Chao指数分别在0.481～1.154、0.452～0.730和42.333～103.875之间,说明测定的7个不同品种梨含有丰富的内生细菌种类,其中丰水梨和水晶梨内生细菌最为丰富.不同分类阶元的统计结果表明,不同品种的梨在门、纲、目、科、属水平上的主要内生细菌类型相同,但具体占比不同. 7种梨内生细菌多样性均较为丰富,且不同梨品种菌群结构存在一定差异.研究为进一步揭示梨与内生细菌之间的互作关系提供参考,为后续研究奠定基础.     

基于高通量测序技术的连作杨树人工林土壤细菌多样性研究

土壤细菌在土壤微生物中占有重要地位,在土壤环境中具有十分重要的生态功能。为了了解杨树人工林根际和非根际土壤的细菌群落结构,明确连作对杨树土壤细菌多样性的影响,采用454焦磷酸测序技术对连作杨树人工林根际土壤和非根际土壤细菌群落多样性进行分析。结果表明,根际土壤共得到了3 036个OTU,非根际土壤共得到了3 051个OTU,两组样品共同包含的OTU共有1 404个。两组土壤的共有细菌群落有12个,其中Proteobacteria、Acidobacteria、Actinobacteria为优势菌群。从丰富度指数Chao1和多样性指数Shannon角度分析,发现连作导致根际土壤和非根际土壤细菌的丰富度和多样性都有所下降,且根际土壤细菌群落的改变更为显著。     

基于高通量测序的液态奶中微生物多样性研究

目的 为探究不同液态奶样品中微生物的菌群组成和其多样性。方法 采用高通量测序技术对液态奶中细菌16S rRNA的V₃-V₄区进行测序,研究了四组液态奶样品在门水平和属水平的菌群结构。结果 四组样品中共有分类操作单元(Operational Taxonomic Unit, OTU)数目为119个,独有的OTU数分别占15.0%、6.85%、8.86%和12.35%。在门水平,厚壁菌门和变形菌门是四组液态奶的共有菌门,其中4组样品中厚壁菌门的相对丰度分别为38.9%、73.8%、20.9%、29.6%,变形菌门的相对丰度分别为46.9%、10.0%、28.0%、17.2%;在属水平,4组液态奶中的优势菌属分别是芽孢杆菌属、短波单胞菌属;芽孢杆菌属;Cloacibacterium和寡养单胞菌属;芽孢杆菌属、微杆菌属和异常球菌属。结论 四组样品在门水平的菌群组成基本相似。属水平上,液态奶中含有的不动杆菌属、芽孢杆菌属和克雷伯氏菌属属于嗜冷菌,这些菌属可以导致液态奶发生腐败变质等现象。这为今后探索液态奶中腐败菌防治措施提供重要依据。     

基于高通量测序技术的大连低温海域细菌群落结构和功能分析

采用高通量测序技术研究大连低温海域细菌群落组成和功能。实验结果显示:在门的水平上群落中优势菌依次为拟杆菌门(47%)、厚壁菌门(23%)、变形菌门(13%)和螺旋体门(12%)的细菌;在属的水平上群落中优势菌依次为拟杆菌属(17%)、普氏菌属(13%)和密螺旋体属(12%)的细菌;注释到大量的与外源物降解相关的功能基因,如氯烷烃和氯烯烃、氯环己烷与氯苯、多环芳烃、DDT等外源物的降解相关基因。     

玉米秸秆酸解及发酵制乙醇过程研究

通过单因素试验及正交试验确定了稀硫酸水解条件下的最佳试验条件为:水解温度110 ℃,水解时间1.5 h,料液比1∶10,硫酸浓度3%.并在此最佳试验条件的基础上添加了有机酸或金属盐离子来提高稀硫酸的水解效果.实验研究表明,一些金属盐离子和有机酸对水解有一定的催化作用,使还原糖得率提高了6.7%,而某些盐离子有抑制作用.采用了活性炭吸附、有机溶剂萃取、蒸发浓缩、原位脱毒、过碱化处理等脱毒方法来提高混菌发酵制酒精的产率.     

基于大数据的微生物高通量测序

为了探究生活垃圾对其周围土壤中微生物物种、群落组成及丰富度等的影响,实验研究采集了贵阳市某一垃圾填埋场内的伴生土壤、垃圾填埋场近距离土壤、远距离对照土壤进行检测分析。实验基于Illumina Novaseq6000高通量测序平台分析微生物多样性,利用Silva、Unite、NCBI等数据库进行分析。结果表明：3组土壤中的微生物物种多样性都比较丰富,Latescibacteria和Nitrospirae是垃圾填埋场伴生土壤中没有的,未见Rokubacteria。实验结果可以为垃圾渗滤液对土壤中微生物的多样性影响提供数据参照和理论指导。     

基于高通量测序研究奥狄氏括约肌松弛的胆结石患者胆汁细菌多样性

为临床治疗奥狄氏括约肌松弛（the Sphincter of Oddi laxity, SOL）患者胆结石复发寻找依据,本文研究了患有SOL的胆结石患者的胆汁细菌组成和多样性. 分析了SOL与非SOL胆结石患者术前肝功、肾功和血常规等临床指标差异,基于Illumina MiSeq平台对患者胆汁细菌进行16S rRNA基因高通量测序. 结果发现,SOL患者的总胆红素（TBIL）、直接胆红素（DBIL）、间接胆红素（IBIL）水平显著高于非SOL患者, 而腺苷脱氨酶（ADA）则显著低于后者（P < 0.05）.两组患者之间胆汁细菌α多样性指数除均匀度外无显著差异（P>0.05）;Wilcoxon秩和检验显示SOL患者胆汁中细菌丰度前四的菌门依次为变形菌门（Proteobacteria）、厚壁菌门（Firmicutes）、放线菌门（Actinobacteria）和拟杆菌门（Bacteroidete）,其中变形菌门、肠球菌属（Enterococcus）和Lachnoclostridiums属细菌在SOL患者胆汁中含量显著高于非SOL患者（P< 0.05）,而SOL患者中其他优势菌属如克雷伯菌（Klebsiella）、马赛菌属（Massilia）和假单胞杆菌（Pseudomonas）丰度则无显著增高（P>0.05）. 因此,SOL患者的部分临床指标如胆红素、ADA水平和胆汁细菌组成与非SOL患者存在显著差异,这为临床治疗SOL患者胆结石复发提供相关依据.     

玉米秸秆发酵产氢研究

传统能源储量日益减少以及能源需求的不断增长使21世纪的能源问题面临巨大的挑战,人们越来越认识到可再生能源的巨大潜力和发展前景。利用农业固体废弃物和污泥联合厌氧发酵制氢,既可解决农业废物和污泥的环境污染问题,又可制备清洁的燃料能源,因此具有非常重要的研究价值。以厌氧活性污泥为接种物,以玉米秸秆为发酵底物进行发酵产氢实验,研究了不同秸秆粒径、预处理方法、发酵液pH值和金属离子对玉米秸秆发酵产氢速率以及产氢气量的影响。结果表明：玉米秸秆粒径越小越利于发酵产氢;经过H2SO4预处理后,玉米秸秆单位总产氢量大于经NaOH预处理样品;pH值为6左右可以提高玉米秸秆的发酵产氢气速率;Fe2＋和Mg2＋对发酵产氢效果有一定的影响。     

预处理促进玉米秸秆发酵试验

微生物预处理可增加沼气的产量,但实验室培养菌种的成本较高,笔者采用堆放新鲜玉米秸秆的预处理法,对堆放厚度、堆放时间对微生物活性和浓度进行比较,并对堆放前后的化学成分测试比较。采用自行设计的可控性干式厌氧发酵装置,对预处理前后的玉米秸秆分别与牛粪、污泥作为接种物进行发酵,对玉米秸秆中纤维素变化及产沼气效果进行试验研究。试验结果表明：堆放20 d中层玉米秸秆酶活数值较高,且此玉米秸秆中纤维素、木质素、半纤维素的质量分数比未经处理的分别减少了5.8%、16.8%和5.7%,中温干式发酵实验中,玉米秸杆与牛粪质量为1∶1混合发酵时,堆放预处理后累计产气量比未预处理前累计产气量高24.4%;玉米秸杆与污泥质量为1∶1混合发酵时,堆放预处理后累计产气量比未预处理前累计产气量高23.27%。     

基于高通量测序技术的松材线虫研究进展

松材线虫(Bursaphelenchus xylophilus)是松树萎蔫病的病原,严重威胁欧亚等国的松林资源和生态安全。自2011年松材线虫基因组首次公布以来,高通量测序技术成为该病害的重要研究手段之一。笔者从松材线虫的功能基因、非编码RNA、转录表达差异和基因组学等方面综述其致病机理,认为随着高通量测序技术的快速发展,在转录组相关研究方面,可尝试开展空间转录组、单细胞测序等新技术,在染色体基因组的支持下寻找松材线虫中具有潜在调控功能的长链非编码RNA、融合基因和环状RNA等罕见核酸分子,挖掘可能存在的甲基化、RNA编辑、结构变异等未知现象;在基因组学研究方面,可以开展基因家族扩增、大样本全基因组关联分析和数量性状定位等研究,以挖掘与松材线虫致病力和繁殖力等重要性状紧密关联的基因或位点,阐明松材线虫不同种群在进化过程中发生的适应性变化。     

高通量测序与DGGE在细菌群落分析中的相关性研究

在过去的近20年中,DGGE技术是一种细菌群落常规分析方法,为了找出它与当今使用的高通量测序技术之间的相关性,以评价它所积累的大量研究成果的现代价值,并为运用DGGE积累的大量研究成果寻找理论依据。为此对10个样品的总DNA,采用高通量测序和DGGE分别进行细菌群落分析,对两种方法得出的结果进行全面比较分析。结果表明:1)DGGE检出的细菌群落平均丰富度是高通量测序的1/10.56;2)DGGE检出的细菌群落,平均有90.7%出现在高通量测序检出的、丰度≥50的优势群落中,该优势群落平均只占其总群落数的9.9%,但其丰度却占了其总丰度的91.7%,而且其丰富度平均是DGGE检出的1.03倍;3)DGGE得出的shannon指数H'比高通量测序得出的平均低15%,得出的Simpson指数D(D=1-∑P2i)中的变量∑P2i比高通量测序得出的平均低43%。由此得出的结论:相对高通量测序而言,DGGE只分析了约占总群落数9.9%的优势群落,是一种不完整的细菌群落分析,但是它又分析了总细菌量的91.7%,所以还是具有较强的代表性。DGGE的Alpha多样性指数若要与高通量测序的进行比较,可将它的H'做15%的调高修正、∑P2i作43%的调低修正,这样它积累的大量研究成果可能还具有一定的参考价值。     

浓香型大曲发酵过程中细菌消长情况初探

试验研究了浓香型大曲发酵过程中细菌的消长情况,并从大曲及其生产环境中分离纯化鉴定出21株细菌。在大曲培养各阶段中细菌理化指标的变化呈一定规律性。乳酸菌的消长和其酸度呈显著相关。芽孢杆菌的消长与淀粉含量的变化呈显著相关。同时温度和水分含量变化对好氧细菌有显著影响,温度对芽孢杆菌和乳酸菌菌落的消长无显著相关。湿度对好氧细菌、芽孢杆菌和乳酸菌菌落的消长没有显著影响。     

基于高通量测序技术的阳极生物膜群落结构

利用高通量测序技术对阳极生物膜的微生物群落结构进行了分析.实验结果表明,高通量测序能够高效地获取电化学生物膜的群落结构信息,产电模式菌Geobacter属在生物膜中占据着优势地位,其数量比例达到30%左右,其次的主要菌属为Thermovirga,Thauera和Syntrophorhabdus.对比电化学活性丧失前后的生物膜发现,虽然Geobacter菌属在丧失了电化学活性的生物膜中仍然占据统治地位,但是放线菌门的细菌增长显著,其数量比例远高于正常阳极生物膜的0.5%,有可能是抑制生物膜电化学活性的因素之一.     

发酵水稻秸秆产酸复合菌群的筛选与评价

 为开发秸秆发酵生产有机挥发酸的微生物种子资源和研究材料,以牛粪、猪粪堆肥、玉米地土壤、腐木以及猪粪堆肥和腐木混合物为接种物,通过传代富集培养,选育到发酵水稻秸秆产酸性能相对稳定的5个复合菌群,即FM_c、FM_d、FM_s、FM_w和FM_(d+w).经测试,FM_w具有最高的秸秆降解能力,其秸秆降解率可达46.4%;菌群FM_(d+w)发酵秸秆的总酸和丁酸比产率最高,分别为0.64和0.48g/g;发酵秸秆产乙酸能力以菌群FM_d最为突出,其乙酸比产率为0.35g/g.5个复合菌群均缺乏酸性纤维素酶活性,极大限制了秸秆降解率和产酸率,需要进一步的耐酸驯化和培养条件优化.     

碳化玉米秸秆燃烧过程的动力学

利用未反应核模型、随机孔模型和体积模型,对无烟煤、烟煤和碳化玉米秸秆的燃烧过程进行了动力学分析,研究玉米秸秆碳化后替代无烟煤和烟煤作为高炉喷吹燃料的可行性。结果表明,无烟煤煤粉的燃烧过程更符合未反应核模型的燃烧过程,而烟煤和碳化玉米秸秆更符合随机孔模型的反应规律。碳化玉米秸秆具有相对较低的起始反应温度和燃尽温度,在相同的温度条件下具有更高的燃烧反应速率,因此可作为至少部分替代无烟煤和烟煤燃料在高炉铁水冶炼过程中进行喷吹。     

丙酮丁醇梭菌发酵玉米秸秆生产丁醇

以丙酮丁醇梭菌为发酵用菌株发酵水蒸气爆破玉米秸秆酶解上清液生产丁醇,研究了酶解上清液浓度、初始pH值以及菌液接种量对丁醇产量的影响,并通过正交试验来确定营养元素的最佳添加量.结果表明:在丙酮丁醇梭菌发酵水蒸气爆破玉米秸秆酶解上清液生产丁醇的最佳条件下(上清液糖浓度57.5g/L、初始pH值6.3,菌液接种量6%,发酵温度37℃,营养元素酵母膏、乙酸铵、磷酸二氢钾、烟酰胺添加量分别为0.8、6.0、0.5、0.25 g/L),丁醇产量达9.726 g/L;水蒸气爆破玉米秸秆酶解液中有抑制产生溶剂的物质,少量烟酰胺能有效促进丁醇生产.     

基于高通量测序分析白云岩喀斯特土壤微生物多样性

利用白云岩喀斯特土壤微生物16S rRNA V4及ITS1区的高通量测序数据,分析土壤微生物群落结构特征。基于PICRUSt算法预测土壤微生物群落功能基因组,应用皮尔逊相关系数解析土壤性质与土壤微生物群落多样性及代谢通路的相关性。结果显示:白云岩喀斯特土壤微生物主要分布于15个菌门,其中以变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、子囊菌门(Ascomycota)、担子菌门(Basidiomycota)和接合菌门(Zygomycota)为最主要的优势菌门。基于PICRUSt功能基因预测,共获得6 208个同源功能基因(KEGG Orthology),富集于311条代谢通路(metabolism pathway)。其中与氨基酸代谢、碳水化合物代谢等有关的基因在种类和数量上都占预测功能基因中的绝对优势。相关性分析表明:土壤微生物多样性与土壤性质间存在相关性,尤其以土壤微生物多样性与Emg~(2+)间相关性最为显著。61条代谢通路与土壤交换钙(ECa~(2+))、土壤有机碳(SOC)、土壤总磷(STP)、土壤总钾(TK)、pH以及土壤交换镁(Emg~(2+))相关。Emg~(2+)与包括精氨酸和脯氨酸代谢、丙酮酸代谢在内的31条代谢通路显著正相关。     

热化学预处理玉米秸秆制备沼气发酵原料

由于木质纤维素原料的特殊结构,导致其在发酵过程中存在发酵启动慢、易结壳、原料利用率低等问题.以玉米秸秆为发酵原料,利用流化床热解反应器在200℃下对其进行了热化学预处理,并对预处理前后玉米秸秆的木质纤维素含量进行了测定.采用扫描式电子显微镜对处理后的玉米秸秆进行了微观结构表征.结果表明:处理后的玉米秸秆其木质素含量远低于未处理玉米秸秆,去除率达到32.57%;经过热化学预处理的玉米秸秆表面结构变得松散且有孔洞产生.实验证明热化学预处理利于发酵,能够提高产气速率,增加产气量.