不产氧光合细菌氮代谢新途径的挖掘与环境调控机制

发布时间：2021-04-22 13:59

　　氮污染已扰乱生态系统并影响到人类健康和经济发展。自然界的氮循环过程主要由代谢多样性微生物构成的复杂代谢网络所驱动,因而微生物在生态系统的氮平衡以及氮污染治理等方面起着重要作用。近年来,新的氮代谢途径不断被发现,为氮污染环境的治理提供了新的视角和有效途径。不产氧光合细菌（Anaerobic Phototrophic Bacteria,APB）广泛分布于各种生境,对自然界碳氮硫等元素循环不可或缺。然而,它们适应环境变化的细胞代谢机制仍缺乏系统全面的认识。海洋着色菌（Marichroamtium gracilie）YL28分离自红树林特殊生境,不但能以高浓度亚硝氮为唯一氮源生长,也能高效去除水体无机三态氮,是目前对亚硝氮耐受和去除能力最高的APB菌株之一,但其脱氮机制,尤其是对亚硝氮利用和耐受机制尚不清楚。本文从比较基因组水平上解析了APB碳氮硫代谢通路,系统阐明了36株紫细菌的氮代谢途径以及YL28高效脱氮和耐受亚硝氮的分子机制,挖掘验证了APB氮代谢的1条新途径和1个新基因,提出了1条新型的微生物氮代谢途径。进一步以YL28为材料,阐明了YL28对于外界氮源扰动、光氧变化响应规律以及3条... 

【文章来源】：华侨大学福建省

【文章页数】：163 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 海水养殖水体氮污染
        1.1.1 海水养殖水体氮污染现状
        1.1.2 海水养殖水体脱氮技术
        1.1.3 微生态制剂在养殖水体中的应用
        1.1.4 微生物氮循环与氮污染治理
        1.1.5 海水养殖水体中的微生态制剂
    1.2 微生物的氮循环途径
        1.2.1 微生物驱动的氮循环
        1.2.2 氮循环途径的新认识
    1.3 氮循环途径调控
        1.3.1 植物和真菌氮代谢调控
        1.3.2 原核微生物氮代谢的调控
        1.3.3 氮循环与碳、硫循环的耦联
    1.4 不产氧光合细菌
        1.4.1 不产氧光合细菌的氮循环
        1.4.2 不产氧光合细菌的生物脱氮
    1.5 课题研究思路及主要研究内容
    1.6 本文创新点
第2章 基于APB基因组水平的氮循环及CNS耦联机制
    2.1 引言
    2.2 材料与方法
        2.2.1 基因组获取
        2.2.2 系统发育树的构建
        2.2.3 基因组可变区与保守区的比较分析
        2.2.4 核心基因组、泛基因组和独特基因组的比较分析
        2.2.5 基因岛预测
        2.2.6 氮循环、硫循环与环境适应性分析
        2.2.7 碳、硫、氮代谢途径耦联关系的基因富集分析
    2.3 结果与分析
        2.3.1 紫细菌全基因组特征分析
        2.3.2 紫细菌系统发育和进化分析
        2.3.3 紫细菌全基因组比较分析
        2.3.4 基因富集分析
    2.4 讨论
        2.4.1 紫细菌的进化关系
        2.4.2 紫细菌的氮硫代谢途径和耐盐分析
        2.4.3 YL28菌株环境适应性分子机制
        2.4.4 紫硫细菌氮硫代谢耦联机制分析
    2.5 小结
第3章 APB氮代谢新功能基因验证
    3.1 引言
    3.2 材料与方法
        3.2.1 材料
        3.2.2 培养基及培养条件
        3.2.3 生物信息学分析关键酶
        3.2.4 酶基因的异源表达
        3.2.5 体外酶活测定
        3.2.6 pH、温度对酶活的影响
        3.2.8 温度稳定性测定
        3.2.9 非Amo依赖的氨氧化途径验证实验设计
    3.3 结果与分析
        3.3.1 氮循环的关键酶基因的预测与分析
        3.3.2 关键酶理化特性预测分析
        3.3.3 关键酶的系统发育分析
        3.3.4 关键酶结构模型保守性比对分析
        3.3.5 基因组DNA和质粒载体的检测
        3.3.6 目的基因的检测
        3.3.7 3个重组菌E.coli（nrf A/nir A/hcp）的构建与鉴定
        3.3.8 重组蛋白的鉴定
        3.3.9 重组酶的体外酶活测定及酶学性质的研究
        3.3.10 非氨单加氧酶依赖的氨氧化及羟胺还原途径的挖掘
    3.4 讨论
    3.5 小结
第4章 M.gracile YL28 氮循环的调控机制探究
    4.1 引言
    4.2 材料和方法
        4.2.1 研究材料
        4.2.2 主要试剂和仪器
        4.2.3 培养基、试剂配制
        4.2.4 qPCR样品处理
        4.2.5 基因定量分析方法
        4.2.6 不同组合无机氮源对YL28无机氮脱除影响
        4.2.7 不同碳氮硫体系对YL28脱氮除硫能力的影响
        4.2.8 无机氮、硫酸根及乙酸的测定
    4.3 结果与分析
        4.3.1 氮源组合对YL28脱氮能力的影响
        4.3.2 碳、氮、硫复合体系对YL28代谢能力的影响
        4.3.3 引物特异性验证及RNA提取结果
        4.3.4 培养基及培养条件
        4.3.5 复合氮源对氮代谢途径基因表达影响
        4.3.6 光、氧及硝氮对氮代谢途径基因表达影响
    4.4 讨论
    4.5 小结
第5章 M.gracile YL28 对养殖水体氮调控能力评估
    5.1 引言
    5.2 材料与方法
        5.2.1 材料
        5.2.2 主要试剂与仪器
        5.2.4 YL28对ICR小鼠与海水养殖水体青鳉毒性试验
        5.2.5 无机三氮的测定
        5.2.6 室内对虾养殖水体无机氮的脱除
        5.2.7 对虾大田养殖水体无机氮脱除
    5.3 结果与分析
        5.3.1 M.gracile YL28 急性毒性评价
        5.3.2 M.gracile YL28 室内养殖体系的脱氮效果分析
        5.3.3 M.gracile YL28 大田养殖的脱氮效果分析
    5.4 讨论
    5.5 小结
第6章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
致谢
个人简历、在学期间发表的学术论文和研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]对虾源副溶血弧菌拮抗菌的筛选与评价[J]. 甄晓然,沈辉,万夕和,蒋葛,范贤平,乔毅,史文军,朱志杨,沙士兵,徐锦忠.  水产科学. 2019(06)
[2]自养反硝化脱氮耦合沼气同步脱硫效能研究[J]. 王威,毕志浩,张若晨,王爱杰,任南琪,陈川.  环境科学学报. 2019(10)
[3]养殖水质原位自净微生物诱导及复合应用[J]. 郑梅清,冯鹏,姚灵丹,吴松刚,王明兹.  生物资源. 2019(05)
[4]氨氮降解菌的筛选、鉴定与复合菌水质调控效果研究[J]. 陈红菊,王慧,孔维祎,许高朋,王晓云,赵燕,季相山.  水生生物学报. 2019(04)
[5]固定化微生物技术在水处理中的应用进展[J]. 司圆圆,陈兴汉,关则智,姚启魏.  资源节约与环保. 2019(06)
[6]复合微生物生态制剂在水产养殖应用中的功效[J]. 赵桂林.  当代水产. 2019(06)
[7]益生菌在动物养殖业中应用的研究进展[J]. 李盈,郭旭,宋伟健.  畜牧与饲料科学. 2019(03)
[8]生物脱硫在沼气净化中的研究进展[J]. 杨森林,许云,赵晓辉,钟林涛,李彦汝.  环境卫生工程. 2019(01)
[9]光氧环境对紫色硫细菌YL28去除无机三态氮的影响[J]. 张晓波,周广静,朱笔通,赵春贵,杨素萍.  微生物学通报. 2019(05)
[10]光源、氮源和碳源对紫色非硫细菌生长特性的影响[J]. 朱洪波,彭永臻,马斌,南希,钱雯婷.  中国环境科学. 2019(01)

博士论文
[1]循环水养殖废水生物脱氮技术及其影响因素研究[D]. 仇天雷.北京化工大学 2016
[2]好氧厌氧氨氧化耦合颗粒污泥完全自营养脱氮机理与模拟优化[D]. 任宏洋.重庆大学 2008

硕士论文
[1]短程硝化过程羟胺的测定方法研究[D]. 田晓雷.长安大学 2017



本文编号：3153898