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GeoChip-Based Microbial Functions in Biogeochemical Cycles and Their Responses to Environmental Factors in Tengchong Hot Springs
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作者 Muhammad Inayat Ullah Khan Liuqin Huang +3 位作者 Geng Wu Jian Yang Xiangyu Guan Hongchen Jiang 《Journal of Earth Science》 2025年第2期382-394,共13页
Microorganisms actively participate in biogeochemical cycling processes and play a crucial role in maintaining the dynamic balance of hot spring ecosystems.However,the distribution of microbial functional genes and th... Microorganisms actively participate in biogeochemical cycling processes and play a crucial role in maintaining the dynamic balance of hot spring ecosystems.However,the distribution of microbial functional genes and their influencing factors in hot springs remain largely unclear.Therefore,this study investigated the microbial functional genes and their potential for controlling biogeochemical cycles(C,N,S,and P) in the hot Springs of Tengchong,China,using the Geochip method,a functional gene microarray technology.The examined hot springs have very different microbial functional genes.A total of 22 736 gene probe signals were identified,belonging to 567 functional genes and associated with 15 ecological functions,mainly involving stress response,carbon cycle,nitrogen cycle,sulfur cycle,phosphorus cycle and energy processes.The amyA,narG,dsrA and ppx genes were most abundant in carbon,nitrogen,sulfur and phosphorus cycles,respectively,and were significantly correlated with pH,temperature and SO_(4)^(2-).The diversity and abundance of detected gene probes were negatively correlated with temperature.The α-diversity(i.e.,Shannon index) was high at low temperature and low pH.Molecular functional interactions revealed by the gene connectivity levels were negatively correlated with temperature,pH and SO_(4)^(2-).These results suggested that the abundance,diversity and interactions of microbial functional genes were significantly influenced by geochemical parameters.-In addition,some genera possessed functional genes related to carbon,nitrogen,sulfur,and phosphorus cycles and can synergistically control the biogeochemical cycles of carbon,nitrogen,sulfur and phosphorus.These findings provide new insights into the functional potentials of microorganisms to participate in biogeochemical cycles and their responses to environmental factors in hot springs. 展开更多
关键词 geochip functional genes biogeochemical cycles environmental factors microbial community GEOBIOLOGY environment geology
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微生物分子生态学研究方法的新进展 被引量:18
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作者 吕昌勇 陈朝银 +2 位作者 葛锋 刘迪秋 孔祥君 《中国生物工程杂志》 CAS CSCD 北大核心 2012年第8期111-118,共8页
环境中微生物的群落结构及多样性和微生物的功能及代谢机理是微生物生态学的研究热点,长期以来,由于受到研究技术的限制,对微生物的群落结构和多样性的认识还不全面,微生物的功能及代谢机理方面了解也很少。随着高通量测序、基因芯片等... 环境中微生物的群落结构及多样性和微生物的功能及代谢机理是微生物生态学的研究热点,长期以来,由于受到研究技术的限制,对微生物的群落结构和多样性的认识还不全面,微生物的功能及代谢机理方面了解也很少。随着高通量测序、基因芯片等新技术的不断更新,微生物分子生态学的研究方法和研究途径也在不断变化。高通量测序技术改变了微生物多样性、宏基因组学和宏转录组学的研究方法,GeoChip高密度覆盖海量已知功能的基因探针于单张芯片,能快速确定微生物和已知功能基因的存在与否。总结和比较了目前最新的研究手段,并归纳了这些方法的适用性和优缺点。 展开更多
关键词 微生物分子生态学 高通量测序技术 geochip 宏基因组 宏转录组
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湿地松和马尾松人工林土壤甲烷代谢微生物群落的结构特征 被引量:8
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作者 王芸 郑华 +4 位作者 陈法霖 曾静 陈圣宾 Jizhong Zhou , 欧阳志云 《生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2012年第8期2458-2465,共8页
土壤甲烷代谢微生物影响甲烷的产生和氧化,然而关于林型对土壤中甲烷代谢微生物群落结构影响的研究较少。采用基因芯片GeoChip 3.0研究了湿地松人工林和马尾松人工林土壤甲烷代谢微生物群落结构特征。结果如下,(1)两种林型的甲烷代谢微... 土壤甲烷代谢微生物影响甲烷的产生和氧化,然而关于林型对土壤中甲烷代谢微生物群落结构影响的研究较少。采用基因芯片GeoChip 3.0研究了湿地松人工林和马尾松人工林土壤甲烷代谢微生物群落结构特征。结果如下,(1)两种林型的甲烷代谢微生物群落结构存在极显著差异(P=0.008),林型能解释其34.9%的变异;(2)产甲烷菌(包含甲基辅酶M还原α亚基基因mcrA的微生物)的优势菌群发生了变化,湿地松人工林的的优势菌为Methanocorpusculum labreanum Z,马尾松人工林的优势菌群除Methanocorpusculum labreanum Z外,还包括产甲烷古菌和Methanosarcina mazei Gol;(3)甲烷营养菌(包含甲烷单加氧酶基因pmoA基因的微生物)的优势菌为Ⅱ型,有3种不可培养细菌只在湿地松人工林检测到,在马尾松人工林中未检测到;(4)mcrA基因丰度或同源基因数量与土壤容重正相关,与土壤粘粒含量呈显著负相关;pmoA基因信号强度或多样性指数与土壤全碳含量、全磷含量和速效氮含量显著正相关。总之,相比本地种马尾松人工林,引进种湿地松人工林的土壤甲烷代谢微生物群落结构发生了显著变化。 展开更多
关键词 功能基因芯片(geochip 3.0) mcrA基因 pmoA基因 湿地松人工林 马尾松人工林
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原核生物多样性研究的新工具 被引量:2
4
作者 魏博 吴欣 《生态学杂志》 CAS CSCD 北大核心 2010年第11期2249-2257,共9页
原核生物在自然界中分布广泛、数量巨大,参与多种全球性的物质循环和能量传递。然而,长期以来对其多样性的测度受到研究技术的限制。随着高通量测序、生物芯片等新技术的不断更新,原核生物多样性研究途径也在不断变化。目前,用于环境中... 原核生物在自然界中分布广泛、数量巨大,参与多种全球性的物质循环和能量传递。然而,长期以来对其多样性的测度受到研究技术的限制。随着高通量测序、生物芯片等新技术的不断更新,原核生物多样性研究途径也在不断变化。目前,用于环境中原核生物多样性研究的高通量测序技术主要有Genome Sequencer FLX(GS FLX)测序系统和Illu-mina Genome Analyzer测序系统;而高通量芯片则以GeoChip为代表。但这些新兴技术手段各自的特点不同,得到的大量序列信息如何用于原核生物多样性测度以及哪些多样性测度手段适用,是研究人员需要面对的问题。因此,本文总结和比较了目前最新的研究手段和程序工具,并归纳了适应目前技术条件的原核生物多样性的主要研究途径。 展开更多
关键词 分子生态 高通量测序技术 geochip
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环境微生物的宏基因组学研究新进展 被引量:58
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作者 孙欣 高莹 杨云锋 《生物多样性》 CAS CSCD 北大核心 2013年第4期393-400,共8页
宏基因组学以环境中微生物的基因组的总和为研究对象,从而规避了传统方法中绝大部分微生物不能培养的缺陷,因此近年来在环境微生物学研究中得到了广泛应用。本文重点介绍了宏基因组学技术中关键的两类技术:即以罗氏454及Illumina为代表... 宏基因组学以环境中微生物的基因组的总和为研究对象,从而规避了传统方法中绝大部分微生物不能培养的缺陷,因此近年来在环境微生物学研究中得到了广泛应用。本文重点介绍了宏基因组学技术中关键的两类技术:即以罗氏454及Illumina为代表的高通量测序技术和以基因芯片(GeoChip)为代表的基因芯片技术在微生物研究中的应用。测序技术可以发现新物种和新基因,但由于测序深度有限,定量性差,不易发现低丰度物种,且易受污染物干扰。芯片技术很好地克服了这些局限,但不易于发现新基因。本文介绍了这些技术近年来在气候变化、水处理工程系统、极端环境、人体肠道、石油污染修复、生物冶金等方面取得的部分代表性成果。在此基础上,对宏基因组技术在环境微生物研究方面的未来发展方向提出了预判和展望。我们认为由于两种技术各自的优缺点,今后将两类技术结合起来的综合研究会越来越多。另外,由于大量数据的处理方法已成为制约宏基因组学发展的瓶颈,相应的生物信息学技术开发将是未来科研的热点和难点。 展开更多
关键词 宏基因组学 生物信息学 高通量测序 基因芯片
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基于分子生态学网络探究西藏草地放牧对土壤微生物群落的影响(英文) 被引量:11
6
作者 孙欣 汪诗平 +2 位作者 林巧燕 周集中 杨云锋 《微生物学通报》 CAS CSCD 北大核心 2015年第9期1818-1831,共14页
【目的】揭示西藏地区放牧对在功能基因层面上的微生物相互作用的影响。【方法】利用最近发明的网络工具(基于随机矩阵理论的分子生态学网络)分别在对照和放牧条件下分析基因芯片中碳循环和氮循环基因。【结果】碳和氮循环基因网络在对... 【目的】揭示西藏地区放牧对在功能基因层面上的微生物相互作用的影响。【方法】利用最近发明的网络工具(基于随机矩阵理论的分子生态学网络)分别在对照和放牧条件下分析基因芯片中碳循环和氮循环基因。【结果】碳和氮循环基因网络在对照和放牧条件下都具有无标度、小世界、模块性和层次性的拓扑学特征。放牧条件下的网络关键基因(模块枢纽和连通者)与对照显著不同。放牧导致网络变得小而紧密,暗示环境压力的存在。地上植物生物量与微生物基因网络显著相关(P=0.001),证实了研究样地地上植物与地下微生物紧密相连。【结论】放牧显著改变了西藏草地在功能基因层面上的微生物相互作用关系。 展开更多
关键词 分子生态学网络 土壤微生物相互作用 功能基因 西藏放牧 碳氮循环 基因芯片
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基于功能基因芯片技术的高寒草甸土壤微生物功能基因研究 被引量:5
7
作者 卢慧 赵珩 +4 位作者 盛玉钰 丛微 王秀磊 李迪强 张于光 《生态学杂志》 CAS CSCD 北大核心 2018年第10期3031-3037,共7页
土壤微生物是陆地生态系统的重要组成部分,在生物地球化学循环和维持生态系统功能等方面发挥着极其重要的作用。研究青藏高原高寒草甸的土壤微生物功能基因及其主要影响因子,对了解青藏高原微生物的功能代谢潜力和预测青藏高原受全球变... 土壤微生物是陆地生态系统的重要组成部分,在生物地球化学循环和维持生态系统功能等方面发挥着极其重要的作用。研究青藏高原高寒草甸的土壤微生物功能基因及其主要影响因子,对了解青藏高原微生物的功能代谢潜力和预测青藏高原受全球变化的影响具有重要意义。本研究选择三江源地区高寒沼泽化草甸和高寒草甸这两种草甸类型土壤微生物为对象,利用微生物功能基因芯片(GeoChip4.0)技术开展微生物功能基因多样性研究。结果表明:两种草甸样地共检测到各类型功能基因45818个,涉及到16类微生物介导的关键生物过程;除趋势对应分析和不相似性检验结果均表明,不同草甸类型的微生物功能基因结构有明显差异;检测到土壤微生物参与的所有碳代谢过程和关键的氮循环过程,高寒沼泽化草甸比高寒草甸具有较高的碳降解相关功能基因和氮素基因丰度和代谢潜力,但两种草甸类型的土壤有机碳和全氮含量相对稳定;典范对应分析结果表明,土壤p H值和土壤含水量是影响微生物功能基因结构的主要因素。综上,本研究结果有助于了解环境变化对高寒草地生态系统结构和功能的影响,可为高寒草地生态系统的保护和管理提供科学依据。 展开更多
关键词 土壤微生物群落 功能基因芯片 功能基因 高寒草甸
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Characteristics of microbial community functional structure of a biological coking wastewater treatment system 被引量:8
8
作者 Dev Raj Joshi Yu Zhang +2 位作者 Hong Zhang Yingxin Gao Min Yang 《Journal of Environmental Sciences》 SCIE EI CAS CSCD 2018年第1期105-115,共11页
Nitrogenous heterocyclic compounds are key pollutants in coking wastewater; however, the functional potential of microbial communities for biodegradation of such contaminants during biological treatment is still elusi... Nitrogenous heterocyclic compounds are key pollutants in coking wastewater; however, the functional potential of microbial communities for biodegradation of such contaminants during biological treatment is still elusive. Herein, a high throughput functional gene array(Geo Chip 5.0)in combination with Illumina Hi Seq2500 sequencing was used to compare and characterize the microbial community functional structure in a long run(500 days) bench scale bioreactor treating coking wastewater, with a control system treating synthetic wastewater. Despite the inhibitory toxic pollutants, Geo Chip 5.0 detected almost all key functional gene(average61,940 genes) categories in the coking wastewater sludge. With higher abundance, aromatic ring cleavage dioxygenase genes including multi ring1,2 diox; one ring2,3 diox; catechol represented significant functional potential for degradation of aromatic pollutants which was further confirmed by Illumina Hi Seq2500 analysis results. Response ratio analysis revealed that three nitrogenous compound degrading genes-nbz A(nitro-aromatics), tdn B(aniline), and scn ABC(thiocyanate) were unique for coking wastewater treatment, which might be strong cause to increase ammonia level during the aerobic process. Additionally, Hi Seq2500 elucidated carbozole and isoquinoline degradation genes in the system. These findings expanded our understanding on functional potential of microbial communities to remove organic nitrogenous pollutants;hence it will be useful in optimization strategies for biological treatment of coking wastewater. 展开更多
关键词 Coking wastewater geochip Illumina HiSeq Functional genes Nitrogenous pollutants
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Shifts in community structure and function of ammoniaoxidizing archaea in biological soil crusts along a revegetation chronosequence in the Tengger Desert 被引量:1
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作者 LiNa Zhao XinRong Li +1 位作者 ShiWei Yuan YuBing Liu 《Research in Cold and Arid Regions》 CSCD 2019年第2期139-149,共11页
Metagenomic studies have demonstrated the existence of ammonia-oxidizing archaea(AOA) and revealed they are responsible for ammoxidation in some extreme environments. However, the changes in compositional structure an... Metagenomic studies have demonstrated the existence of ammonia-oxidizing archaea(AOA) and revealed they are responsible for ammoxidation in some extreme environments. However, the changes in compositional structure and ammonia-oxidation capacity of AOA communities in biological soil crusts(BSCs) of desert ecosystems remain poorly understood.Here, we utilized Illumina MiSeq sequencing and microbial functional gene array(GeoChip 5.0) to assess the above changes along a 51-year revegetation chronosequence in the Tengger Desert, China. The results showed a significant difference in AOA-community richness between 5-year-old BSCs and older ones. The most dominant phylum during BSC development was Crenarchaeota, and the corresponding species were ammonia-oxidizing_Crenarchaeote and environmental_samples_Crenarchaeota. Network analysis revealed that the positive correlations among dominant taxa increased, and their cooperation was reinforced in AOA communities during BSC succession. Redundancy analysis showed that the dominant factor influencing the change in AOA-community structure was soil texture. GeoChip 5.0 indicated that the amoA gene abundances of AOA and ammonia-oxidizing bacteria(AOB) were basically the same, demonstrating that AOA and AOB played an equally important role during BSCs development. Our study of the long-term succession of BSC demonstrated a persistent response of AOA communities to revegetation development in desert ecosystems. 展开更多
关键词 ammonia-oxidizing ARCHAEA biological soil CRUSTS geochip 5.0 network analysis
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生物土壤结皮铁代谢微生物组成及其功能基因对演替的响应
10
作者 王岩松 刘玉冰 +3 位作者 王增如 赵丽娜 漆婧华 张雯莉 《中国沙漠》 CSCD 北大核心 2020年第3期193-200,共8页
采用微生物宏基因组学微阵列GeoChip 5.0技术,选择腾格里沙漠东南缘沙坡头地区不同年代人工固沙植被区的生物土壤结皮(BSC)为对象,分析BSC演替过程中参与铁代谢的功能微生物组成及其功能基因变化特征,研究微生物铁代谢对BSC演替的响应... 采用微生物宏基因组学微阵列GeoChip 5.0技术,选择腾格里沙漠东南缘沙坡头地区不同年代人工固沙植被区的生物土壤结皮(BSC)为对象,分析BSC演替过程中参与铁代谢的功能微生物组成及其功能基因变化特征,研究微生物铁代谢对BSC演替的响应及调控。结果表明:真菌参与铁吸收和转运过程,古菌参与铁转运和贮存过程,细菌则在铁代谢吸收、转运和贮存过程中均起主要调控作用。门水平上,BSC铁代谢功能微生物组成变化对演替的响应不敏感,BSC铁代谢微生物主要为变形菌门(Proteobacteria)。BSC铁代谢功能基因多样性的显著提高和三类铁代谢过程基因信号强度达到最高水平需要经过61 a的演替。调控BSC铁吸收过程的主要功能基因为亚铁氧化酶编码基因iro;调控原核生物铁转运过程的主要功能基因,为羟基苯甲酰丝氨酸铁外膜转运体编码基因cirA和Fe(Ⅱ)转运蛋白编码基因feoB,真菌铁转运过程主要依靠含铁细胞转运体和铁氧化酶高亲和力的作用;调控铁贮存过程的主要功能基因为固定相类核蛋白编码基因dps。在BSC演替阶段末期,上述铁代谢功能基因强度的显著增加促进了微生物的铁代谢潜能。干旱、半干旱荒漠生态系统植被恢复过程中微生物铁代谢潜能的恢复需要较长时间。 展开更多
关键词 生物土壤结皮(BSC) 腾格里沙漠 铁吸收 铁转运 铁贮存 geochip 5.0
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Improvements on environmental DNA extraction and purification procedures for matagenomic analysis
11
作者 谢建平 吴力游 +6 位作者 J.D.van Nostrand 贺志理 吕镇梅 于浩 熊金波 刘新星 周集中 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS 2012年第11期3055-3063,共9页
Our previously described environmental DNA extraction method has been widely used in environmental microbial community analysis. However, residual humic substances may remain with obtained environmental DNA, which int... Our previously described environmental DNA extraction method has been widely used in environmental microbial community analysis. However, residual humic substances may remain with obtained environmental DNA, which interferes downstream molecular analyses. To remedy this situation, two DNA extraction buffers (PIPES and Tris-HCl) and four purification strategies including our new modified low melting point gel purification method and three commercial kits from QIAEX, Omega and Promega were evaluated with diverse soil samples. The PIPES buffer (pH 6.5) is found to be more effective for removing the humic substances, but it leads to lower DNA yield and causes more severe DNA shearing than using the Tris-HC1 buffer (pH 8.0). Gel purification and the Promega purification kit achieve much higher DNA recoveries than QIAEX or Omega kit, and higher purity of DNA is obtained by gel purification than by the Promega kit with both DNA extraction buffers mentioned above. Considering all results together, two alternative methods for DNA extraction and purification are proposed: one uses Tris-HCl buffer extraction and gel purification as the primary approach when the amount of soil or biomass is not a major concern, and the other uses PIPES buffer extraction and the Promega kit purification when severe DNA shearing and/or limited biomass occurs. Purified DNA samples by both methods are amenable for use as templates for whole community genome amplifications and PCR amplifications of bacterial 16S rRNA genes. It is demonstrated that these two alternative methods could be applied to a wide variety of environmental samples. 展开更多
关键词 DNA extraction DNA purification metagenomic analysis geochip PYROSEQUENCING
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中高温污泥厌氧消化系统中微生物群落比较 被引量:15
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作者 王腾旭 马星宇 +3 位作者 王萌萌 禇厚娟 左剑恶 杨云锋 《微生物学通报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第1期26-35,共10页
【目的】结合中温与高温消化两者优势的两相厌氧消化工艺可能是推进污泥厌氧消化发展的重要方向,因此,探究和比较中温和高温污泥厌氧消化系统中微生物群落组成的异同具有重要意义。【方法】利用高通量测序技术检测中温和高温厌氧消化系... 【目的】结合中温与高温消化两者优势的两相厌氧消化工艺可能是推进污泥厌氧消化发展的重要方向,因此,探究和比较中温和高温污泥厌氧消化系统中微生物群落组成的异同具有重要意义。【方法】利用高通量测序技术检测中温和高温厌氧消化系统中细菌与古菌的16S r RNA基因序列信息和真菌的内转录间隔(ITS)序列信息,利用基因芯片(Geo Chip 5.0)检测病毒和病原菌致病基因的信息,以对比中温和高温条件下微生物群落在物种组成和功能基因层面上的异同。【结果】中温和高温条件下细菌和古菌在群落物种组成上存在显著差异,病毒和病原菌毒性基因也显著不同,而两种系统中真菌群落的物种组成相似且丰度相对较低。中温条件下产甲烷古菌和未分类微生物相对丰度较高,而高温条件下产酸及嗜热菌相对丰度较高,且高温消化后病毒和病原菌毒性基因相对丰度下降。微生物群落结构与COD、TS和VS有着显著相关性。【结论】微生物群落组成和功能基因在中高温的污泥厌氧消化系统中显著不同,从而解释了两个系统功能的差异。微生物群落的形成与进水参数相关,说明微生物对进水条件敏感。 展开更多
关键词 污泥厌氧消化 微生物 高通量测序 基因芯片 微生物生态
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Microarray Technology and Its Applicability in Soil Science – A Short Review
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作者 Stella Asuming- Brempong 《Open Journal of Soil Science》 2012年第3期333-340,共8页
The GeoChip is a glass slide containing oligonucleotide probes targeting genes that confer specific function to micro-organism. The GeoChip has been used to dissect the microbial community functional structure of envi... The GeoChip is a glass slide containing oligonucleotide probes targeting genes that confer specific function to micro-organism. The GeoChip has been used to dissect the microbial community functional structure of environmental samples. The PhyloChip is a glass slide containing oligonucleotide probes of the 16S rRNA genes and it offers tremendous potential to monitor microbial population. Below ground microbial community can be linked to the above ground plant community by the use of these Chips in a high throughput manner. This review seeks to determine the various roles of the GeoChip and the PhyloChip in soil microbial ecology studies. During biostimulation of uranium in groundwater, microbial community dynamics was linked to functional processes and in global warming studies, microbial response to functional gene structure has been possible by the use of the GeoChip. The PhyloChip, on the other hand, provides more comprehensive survey of the microbial diversity, composition and structure and are less susceptible to the influence of dominance in microbial community. Some of the concerns regarding the use of compost in agricultural soils i.e. the spread of human, animal and plant pathogens were reduced when the PhyloChip was used to monitor composting. 展开更多
关键词 geochip PHYLOCHIP BIODIVERSITY MICROARRAY
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分子生物技术在厌氧氨氧化工艺研究中的应用 被引量:8
14
作者 户海燕 瞿思宜 +2 位作者 张正哲 施曼玲 金仁村 《环境科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2016年第1期20-26,43,共8页
厌氧氨氧化(anaerobic ammonium oxidation,anammox)工艺是一种高效低耗的新型废水生物脱氮工艺,具有广阔的应用前景。但迄今为止该工艺的主要承载者厌氧氨氧化菌未获得纯培物,因此传统的微生物学方法不足以研究其生物学特性。分子生物... 厌氧氨氧化(anaerobic ammonium oxidation,anammox)工艺是一种高效低耗的新型废水生物脱氮工艺,具有广阔的应用前景。但迄今为止该工艺的主要承载者厌氧氨氧化菌未获得纯培物,因此传统的微生物学方法不足以研究其生物学特性。分子生物技术的发展改变了传统的微生物学研究方法,其中,变性梯度凝胶电泳(DGGE)、荧光原位杂交(FISH)、实时荧光定量PCR(q PCR)、高通量测序和基因芯片技术脱颖而出。文章重点介绍了这些技术在氧氨氧化工艺研究中的应用,以及其主要的优点和缺点。将分子生物技术应用到厌氧氨氧化工艺研究中,对于全面认识厌氧氨氧化菌的性质、解析厌氧氨氧化工艺的微生物学机理、确保工艺的长期高效稳定运行具有重要意义。 展开更多
关键词 厌氧氨氧化工艺 分子生物技术 荧光原位杂交 实时荧光定量PCR 高通量测序 基因芯片
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东部平原矿区复垦对土壤微生物固碳潜力的影响 被引量:24
15
作者 马静 董文雪 +3 位作者 朱燕峰 于昊辰 肖栋 陈浮 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第3期1306-1317,共12页
东部平原矿区复垦土壤受高潜水影响易返碱、肥力低,固碳菌群可有效提升土壤养分。但复垦如何调控微生物固碳能力及影响机制尚不清晰。为此,选取山东邹城东滩矿8,14,17 a复垦年限和对照样为研究对象,利用功能基因芯片和高通量测序技术探... 东部平原矿区复垦土壤受高潜水影响易返碱、肥力低,固碳菌群可有效提升土壤养分。但复垦如何调控微生物固碳能力及影响机制尚不清晰。为此,选取山东邹城东滩矿8,14,17 a复垦年限和对照样为研究对象,利用功能基因芯片和高通量测序技术探究6个固碳相关菌门和12种固碳基因的变化。结果表明:①复垦土壤pH值、溶解性有机碳、土壤β-葡萄糖苷酶和过氧化氢酶活性等均显著高于对照土壤(P<0.01)。复垦17 a后土壤有机碳、微生物量碳、多酚氧化酶活性显著高于对照样,复垦时间效应极显著(P<0.001);②12种固碳基因信号强度随复垦时长不断增大,复垦17 a后已高于或持平对照样,主要分布于酸杆菌门(Acidobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、蓝细菌门(Cyanobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)和变形菌门(Proteobacteria);③固碳菌群丰度与pH、溶解性有机碳、β-葡萄糖苷酶、多酚氧化酶、过氧化氢酶活性之间呈显著相关(P<0.05),多数固碳基因信号强度与pH、微生物量碳、溶解性有机碳及过氧化氢酶活性等环境因子之间也存在一定的相关性。长时间复垦活动影响富集和稀有固碳菌群组成及其功能基因丰度,可通过调控土壤pH、微生物量碳或多酚氧化酶酶活等相关环境因子,提升复垦土壤固碳增汇能力。 展开更多
关键词 矿区复垦 固碳菌群 固碳功能基因 基因芯片 高潜水位
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三江源国家公园不同草地土壤微生物功能基因的差异性分析 被引量:9
16
作者 陈昕 李奇 +4 位作者 陈懂懂 贺福全 霍莉莉 赵新全 赵亮 《生态环境学报》 CSCD 北大核心 2020年第3期472-482,共11页
土壤微生物在陆地生物地球化学循环过程中起着非常重要的作用。为了探索青藏高原高寒草地类型地上植被特性和地下土壤环境与土壤微生物功能基因之间关系,以三江源国家公园高寒草原、高寒沼泽化草甸及高寒草甸3种典型草地类型为研究对象... 土壤微生物在陆地生物地球化学循环过程中起着非常重要的作用。为了探索青藏高原高寒草地类型地上植被特性和地下土壤环境与土壤微生物功能基因之间关系,以三江源国家公园高寒草原、高寒沼泽化草甸及高寒草甸3种典型草地类型为研究对象,利用基因芯片(GeoChip 5.0)技术测定其微生物功能基因丰度,并分析它们之间的差异及影响因素。结果表明:(1)3种草地类型地上群落结构和地下土壤环境存在差异性,其中高寒草原物种多样性指数、pH值较高,沼泽化草甸中土壤含水量、微生物量碳、地上生物量、土壤速效氮含量较高,高寒草甸中则是土壤微生物量氮含量较高;(2)3种高寒草地类型的碳循环、氮循环、磷循环、有机修复的土壤微生物功能基因丰度存在显著差异,其中这些功能基因的丰度在高寒沼泽化草甸最高,高寒草甸、高寒草原次之;(3)地上植物物种多样性虽对功能基因丰度变化的解释率(r2)在57.1%-61.2%之间,但统计学上不显著(P>0.05),而微生物基因丰度随地上生物量的增加而增加,且解释率(r2)为77.5%-80.0%(P<0.05)。在pH、土壤含水量、土壤微生物量等地下土壤环境因子中,pH对功能基因丰度存在显著影响(P<0.01)解释率在83.4%-87.5%间,且土壤微生物功能基因丰度随土壤pH的增加而降低;土壤含水量、土壤微生物量对土壤微生物功能基因丰度的解释率分别为81.9%-83.1%(P<0.05)和76.8%-86.2%(P<0.05),微生物功能基因丰度随这两者含量的增加呈上升趋势。进一步运用RDA分析发现,pH、土壤微生物量、地上生物量是影响微生物功能基因丰度的主要因子,其中土壤微生物量是土壤有机质的重要组成部分,土壤有机质又是通过地上植被凋落物沉积所得到的。因此,地上植被特性的自上而下控制因子影响了土壤环境中自下而上的控制因子,间接的影响了微生物功能基因丰度。由此得出,地上植被特性和地下土壤环境因子共同作用控制了微生物功能基因丰度使其出现差异性。 展开更多
关键词 三江源国家公园 草地类型 植被特性 土壤环境 土壤微生物功能基因丰度 基因芯片5.0
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丛枝菌根真菌与有机肥配施对甜玉米根际土壤氮素转化及氮循环微生物功能基因的影响 被引量:10
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作者 左明雪 孙杰 +5 位作者 徐如玉 袁银龙 顾文杰 卢钰升 徐培智 解开治 《福建农业学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第9期1012-1025,共14页
【目的】研究丛枝菌根真菌(Arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)配施有机肥对甜玉米根际土壤氮素转化及氮循环微生物功能基因的影响,明晰AMF配施有机肥对甜玉米-土壤氮循环的微生物学过程,为氮肥利用率提高、化学氮肥减施增效提供技术支... 【目的】研究丛枝菌根真菌(Arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)配施有机肥对甜玉米根际土壤氮素转化及氮循环微生物功能基因的影响,明晰AMF配施有机肥对甜玉米-土壤氮循环的微生物学过程,为氮肥利用率提高、化学氮肥减施增效提供技术支撑。【方法】采用大田区组试验,在磷(P2O5150 kg·hm^-2)、钾(K2O 225 kg·hm^-2)施肥水平一致的基础上设计7个施肥处理:(1)不施氮肥(CK);(2)优化施肥(OF);(3)有机氮肥替代10%化学氮肥(ORF10);(4)有机氮肥替代20%化学氮肥(ORF20);(5)有机氮肥替代10%化学氮肥+增施变形球囊霉(Glomus versiforme)(ORF10+AMF);(6)有机氮肥替代20%化学氮肥+增施变形球囊霉(ORF20+AMF);(7)不施氮肥+增施变形球囊霉(CK+AMF);每个处理3次重复。应用土壤常规理化指标分析方法和微生物功能基因芯片(GeoChip 5.0)技术,对不同施肥处理的甜玉米氮素利用率、氮代谢相关酶活性及氮循环功能基因进行分析。【结果】增施变形球囊霉能显著提高氮利用率。变形球囊霉配施有机肥对氮肥农学效率(NAE)、氮肥偏生产力(PFP)、氮肥吸收利用率(NRE)、硝酸还原酶(NR)、谷氨酸合酶(GOGAT)和谷氨酰胺合成酶(GS)活性具有极显著的正交互效应(P<0.001)。在所有处理中ORF20+AMF处理土壤氮素利用效率最高,农学效率(NAE)、氮肥偏生产力(PFP)、氮肥吸收利用率(NRE)、氮素生理利用率(NPE)较OF处理分别提高31.15%、28.08%、6.95%、10.41%。在氮循环微生物功能基因中,增施变形球囊霉处理组(ORF10+AMF、ORF20+AMF)NiR、narB、nasA、nirA、nirB、napA、nrfA、nifH、ureC基因相对强度显著高于对应未施菌处理组(ORF10、ORF20),ORF20+AMF处理的氨氧化基因hzo相对丰度比ORF20处理降低了20%,减少了氮素由N2释放途径损失的可能。【结论】增施变形球囊霉配施有机肥可显著调增同化氮还原基因(NiR、narB、nasA、nirA、nirB)、异化氮还原基因(napA、nrfA)、氮固定基因(nifH)、氨化作用基因(ureC)相对强度,降低硝化基因(hao)和氨氧化基因(hzo)相对丰度,驱动土壤氮素循环向植物氮高效利用的途径转化,提高氮肥农学效率(NAE)、氮肥偏生产力(PFP)、氮肥吸收利用率(NRE)和根系氮代谢酶活性,实现甜玉米化学氮肥减施增效的目标。 展开更多
关键词 土壤氮循环 氮素转化 变形球囊霉 微生物群落多样性 功能基因芯片
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基因芯片数据预处理方法(LnMR和RAln)的评估和比较 被引量:3
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作者 郑乔舒 岳淏伟 杨云锋 《微生物学通报》 CAS CSCD 北大核心 2015年第5期817-825,共9页
【目的】评估并比较两种基因芯片数据预处理方法(Ln MR和RAln)。【方法】以西藏高寒草甸草原夏季放牧实验和中国东部农田土壤移栽与玉米种植交互作用实验的两套基因芯片数据为例,利用等级-丰度曲线、均匀度指数、单因素方差分析、Q-Q图... 【目的】评估并比较两种基因芯片数据预处理方法(Ln MR和RAln)。【方法】以西藏高寒草甸草原夏季放牧实验和中国东部农田土壤移栽与玉米种植交互作用实验的两套基因芯片数据为例,利用等级-丰度曲线、均匀度指数、单因素方差分析、Q-Q图、α多样性和响应比等统计方法评估预处理效果。【结果】两种方法均能有效缩小极值和信号差异,改善信号分布,减小随机误差,提高数据正态性,增强实验结果的趋势,使芯片数据更适于进一步统计分析。两种预处理方法各有特点,Ln MR法更适合检测不同处理间微生物结构差异,RAln法可以一定程度上消除基因芯片测定的系统误差。【结论】Ln MR法和RAln法是两种行之有效的基因芯片预处理方法,在实际分析中研究者应根据研究需要合理选择。 展开更多
关键词 基因芯片 数据预处理 微生物功能基因 微生物生态 LN MR RAln
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增温和互花米草入侵对崇明东滩湿地土壤碳循环功能基因的影响 被引量:2
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作者 邓玲玲 王如海 吴电明 《南京信息工程大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2022年第1期62-76,共15页
湿地生态系统碳循环过程对全球气候变化具有重要影响.本文以崇明东滩湿地土壤为研究对象,采用GeoChip技术检测土壤碳循环关键功能基因,研究增温及互花米草入侵对湿地土壤碳循环的影响及其与环境因子之间的关系.结果表明:湿地土壤中碳循... 湿地生态系统碳循环过程对全球气候变化具有重要影响.本文以崇明东滩湿地土壤为研究对象,采用GeoChip技术检测土壤碳循环关键功能基因,研究增温及互花米草入侵对湿地土壤碳循环的影响及其与环境因子之间的关系.结果表明:湿地土壤中碳循环功能基因数量及丰度均高于其他各类别的基因;在相同温度处理下,种植互花米草土壤的微生物群落碳循环功能基因信号强度均高于种植芦苇土壤;增温显著降低了大多数土壤碳循环功能基因信号强度,包括碳降解、碳固定和甲烷代谢等基本过程,但互花米草入侵及其与增温的交互作用无显著影响(P>0.05);与对照相比,增温显著降低了种植芦苇土壤的微生物群落碳循环功能基因丰度,主要包括碳降解过程中的cda、exopolygalacturonase_fungi、rgh、xyla、xylanase、cellobiase和endoglucanase基因,以及碳固定过程中与卡尔文循环相关的rubisco基因(P<0.01),但对互花米草土壤的微生物群落以及互花米草与芦苇混种处理的影响不显著(P>0.05);土壤微生物碳循环功能基因与土壤活性氮气体排放及土壤pH显著负相关(P<0.05).总之,增温显著地改变了土壤碳循环功能基因丰度,研究结果将为定量全球变暖对湿地碳循环和温室气体排放的影响、实现碳中和等提供数据支撑,也为湿地生态系统的保护和管理提供科学依据. 展开更多
关键词 碳循环 植物入侵 基因芯片 全球变暖 碳中和
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基于基因芯片技术的石油污染土壤微生物群落结构 被引量:10
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作者 钟毅 张旭 +1 位作者 梁玉婷 李广贺 《清华大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第9期1396-1399,共4页
为了研究不同微生态环境条件下的微生物群落结构特征,以中国大庆油田典型污染场地土壤为研究对象,利用基因芯片技术分析在石油污染、调节氮磷营养、种植植物(紫花苜蓿、高羊茅和羊草)等不同微生态环境下的土壤微生物群落结构特征。研究... 为了研究不同微生态环境条件下的微生物群落结构特征,以中国大庆油田典型污染场地土壤为研究对象,利用基因芯片技术分析在石油污染、调节氮磷营养、种植植物(紫花苜蓿、高羊茅和羊草)等不同微生态环境下的土壤微生物群落结构特征。研究结果表明:植物根际作用对微生物群落结构的影响最大,石油污染水平次之,营养水平最小。植物根际作用主要通过碳代谢、碳固定等过程产生影响。土壤石油污染水平主要通过土壤的碳代谢过程产生影响,明显抑制微生物生长,土壤基因数量与污染水平呈显著负相关。与碳代谢相关的微生物群落是能基本反映石油污染土壤整体微生物群落结构的关键群落。 展开更多
关键词 微生物群落结构 石油污染土壤 功能基因 基因芯片 根际作用
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