解磷真菌Penicillium oxalicum溶解难溶性磷酸盐的代谢机制研究
发布时间：2021-06-28 23:46
磷是动植物生长发育的关键营养元素。我国土壤中总磷含量丰富,约占土壤总质量的0.1～0.15%,然而大部分以难溶性磷酸盐的形式存在,生物可利用性磷含量较低,约为10～20 mg/kg,如何持续、高效改善土壤难溶性磷成为目前研究热点与难点。解磷微生物是土壤中可溶解难溶性磷化合物,增加生物可利用性磷含量的生物类群,可通过分泌有机酸来实现难溶性无机磷化合物溶解,但已有的研究内容主要集中在有机酸类别分析及效果评价,关于解磷微生物在解磷过程中的胞内代谢行为及其基因调控机制至今仍未阐明。本研究通过筛选高效解磷真菌,检测其对常见难溶性磷酸盐的溶解特性,定性分析解磷过程中有机酸的种类与规律,并结合胞内代谢组学和特征解磷基因的响应变化,综合分析难溶性磷化合物影响解磷真菌胞外产酸特性及胞内代谢途径,进而从代谢角度阐述解磷微生物的解磷机制。具体结果研究如下:1、从湖南省岳阳市道仁矶化工厂周边土壤表层筛选到一株高效解磷真菌PSF-4,其在磷酸钙和磷酸铁中最高耐受浓度分别为50 g/L和10 g/L。通过对PSF-4菌体DNA进行ITS测序分析,确定PSF-4属于草酸青霉菌属（Penicilliun oxalic...
【文章来源】：湘潭大学湖南省
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
解磷细菌CP和CMP1部分有机酸与TCP溶解关系图[35]
难溶性磷酸盐影响草酸青霉PenicilliumoxalicumPSF-4胞外产酸及胞内代谢机制研究7（4）生物固定作用，指解磷微生物通过新陈代谢，将难溶性磷酸盐分解并吸收进入胞内。当微生物死亡后，细胞内可溶磷释放，供植物生长发育。研究表明，解磷细菌和放线菌固定作用强于解磷真菌[3]。（5）其他解磷机制。部分微生物作为分解者时，会产生能和Ca2+、Fe3+、Al3+等金属离子螯合的具有芳香族多元酚官能团有机物，同样能够释放可溶性磷。硫杆菌释放的H2S也能使含有磷酸铁的化合物溶解，生成硫酸亚铁并释放生物有效态磷[2,12,19]。以上途径尽管不是解磷微生物解磷的主要途径，但对土壤磷利用起到帮辅作用。尽管目前已探明的微生物解磷机制种类繁多，但是大多集中在研究微生物外在分泌，难以解释分泌物由来和不同微生物间行为对比，并且研究较少关注到微生物内在代谢行为过程。微生物的胞内分子水平往往决定了其代谢活动，所以探究微生物胞内代谢活动对阐明解磷机制有重要意义。1.3代谢组学研究进展代谢组学是通过定性和定量的方法研究生物体内所有代谢物变化特征的学科，其基本的实验流程如图1-2所示。图1-2基于LC/MS/MS的非靶向代谢组学实验流程[52]Fig.1-2Experimentalflowchartfornon-targetedmetabolomicsbasedonLC/MS/MS借助代谢组学手段，可以了解解磷微生物或者细胞在低磷胁迫时受到扰动的小分子和相应代谢通路变化的规律[53]。代谢组学分析手段常和多变量统计学分析配合使用，从海量数据中发现显著性差异代谢物，然后利用差异代谢物变化规律揭示外在行为规律。代谢组学常借助的测试仪器包括各类色谱-质谱联用技术与核磁共振（NMR）等。
难溶性磷酸盐影响草酸青霉PenicilliumoxalicumPSF-4胞外产酸及胞内代谢机制研究9正交偏最小二乘判别（PLS-DA）等。在代谢组学分析中，PLS是使用较频繁的有监督模式识别方法，最小化误差平方和，模拟契合数据的方程，与其他分析手段联合使用识别反应过程中显著性差异代谢物（图1-3）。图1-3暴露于高脂环境下小鼠血样成分识别及多重统计学分析[56]Fig.1-3Bloodsamplecomponentrecognitionandmultiplestatisticalanalysisofmiceexposedtohigh-fatdiet.1.3.3微生物代谢组学研究进展自1999年Nicholson[53]首次向大众解读代谢组学，便开启了组学技术的研究大门。随着检测手段与分析技术的更新迭代，其应用领域不断拓展，作为应用前景广阔的微生物种群，学者们自然逐渐关注其分子机制与代谢模式。研究人员发现大量微生物在固定环境下培养时，会与环境中各成分之间形成一套赖以生存的代谢模式。但当环境条件发生改变，或者有外源污染添加时，微生物的代谢模式会因此发生扰动，通过增强代谢强度或调整代谢途径来响应环境的变化。Zhang[57]等利用代谢组学技术研究小球藻Chlorellasp.在Cu、Cd、Pb等重金属离子胁迫下的代谢产物变化，发现Cu的添加会使胞内氨基酸、甘油磷脂以及蔗糖的水平显著降低，当Cu，Cd同时添加会产生明显的协同效应，胞内代谢行为更加激烈。Bundy[58]等利用基于NMR的代谢组学技术，成功将醋样芽孢杆菌Bacilluscereus中致病性菌株以及试验性菌株分离。赵洪芝[59]等对拟南芥在高盐环境下体内代谢进行分析发现黄酮类化合物、植物激素类发生明显变化，茉莉酸、细胞分裂素赤霉素等植物激素上调明显，氧化脂类等与抗病原性物质也有明显增加，揭示了该环境下拟南芥植物激素裂解合成途径与次级产物代谢变化规律。Champouret[60]等对马?
【参考文献】：
期刊论文
[1]丛枝菌根真菌促进植物摄取土壤磷的作用机制[J]. 薛英龙,李春越,王苁蓉,王益,刘津,常顺,苗雨,党廷辉. 水土保持学报. 2019(06)
[2]基于KEGG通路富集分析的薏苡仁不同成分对Cytokine-cytokine receptor interaction靶基因作用[J]. 韩晓春,赵海军,王媛,张亚楠,王彦芳,罗光芝,于婉晨,李洪雷,王世军. 中华中医药杂志. 2019(09)
[3]增氧提高蔬菜磷素吸收利用的作用机制研究进展[J]. 王瑞,施卫明,李奕林,仲月明. 土壤. 2019(03)
[4]土壤溶磷微生物溶磷、解磷机制研究进展[J]. 秦利均,杨永柱,杨星勇. 生命科学研究. 2019(01)
[5]腺苷酸激活蛋白激酶信号通路及其在动物应激过程中的调节功能[J]. 陈进超,孙佳静,张相鑫,唐志如. 动物营养学报. 2019(02)
[6]几株溶磷细菌的筛选和鉴定及其溶磷效果[J]. 冯哲叶,陈莎莎,王文超,杨华,邓照亮,李真,王世梅,徐阳春. 南京农业大学学报. 2017(05)
[7]大建中汤对脾阳虚腹痛大鼠大脑皮质三磷酸腺苷含量和三磷酸腺苷酶活性的影响[J]. 武静,王慧. 解剖学杂志. 2017(02)
[8]溶磷细菌和丛枝菌根真菌接种对南方红豆杉生长及根际微生物和土壤酶活性的影响[J]. 付晓峰,张桂萍,张小伟,任嘉红. 西北植物学报. 2016(02)
[9]我国植物根围促生细菌研究进展[J]. 刘丹丹,李敏,刘润进. 生态学杂志. 2016(03)
[10]不同条件下两株溶磷菌溶磷量及葡萄糖脱氢酶基因表达与酶活分析[J]. 杨美英,王春红,武志海,于亭,孙合美,刘晶晶. 微生物学报. 2016(04)
博士论文
[1]草酸青霉Penicillium oxalicum SL2对Pb2+的生物固定化、形态转化及分子机制研究[D]. 叶斌晖.浙江大学 2018
[2]拟南芥植物代谢组学及金银花代谢产物抗炎活性研究[D]. 赵洪芝.南开大学 2012
硕士论文
[1]低磷胁迫下草酸青霉菌BK溶磷的分子机制[D]. 张健.大连理工大学 2014
[2]尾矿废弃地土壤中解磷菌的筛选、鉴定和特性研究[D]. 田江.北京林业大学 2014
[3]重组苏云金芽孢杆菌丙酮酸脱氢酶表达条件的优化及结构预测[D]. 李艳.华中师范大学 2008
本文编号：3255273
【文章来源】：湘潭大学湖南省
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
解磷细菌CP和CMP1部分有机酸与TCP溶解关系图[35]
难溶性磷酸盐影响草酸青霉PenicilliumoxalicumPSF-4胞外产酸及胞内代谢机制研究7（4）生物固定作用，指解磷微生物通过新陈代谢，将难溶性磷酸盐分解并吸收进入胞内。当微生物死亡后，细胞内可溶磷释放，供植物生长发育。研究表明，解磷细菌和放线菌固定作用强于解磷真菌[3]。（5）其他解磷机制。部分微生物作为分解者时，会产生能和Ca2+、Fe3+、Al3+等金属离子螯合的具有芳香族多元酚官能团有机物，同样能够释放可溶性磷。硫杆菌释放的H2S也能使含有磷酸铁的化合物溶解，生成硫酸亚铁并释放生物有效态磷[2,12,19]。以上途径尽管不是解磷微生物解磷的主要途径，但对土壤磷利用起到帮辅作用。尽管目前已探明的微生物解磷机制种类繁多，但是大多集中在研究微生物外在分泌，难以解释分泌物由来和不同微生物间行为对比，并且研究较少关注到微生物内在代谢行为过程。微生物的胞内分子水平往往决定了其代谢活动，所以探究微生物胞内代谢活动对阐明解磷机制有重要意义。1.3代谢组学研究进展代谢组学是通过定性和定量的方法研究生物体内所有代谢物变化特征的学科，其基本的实验流程如图1-2所示。图1-2基于LC/MS/MS的非靶向代谢组学实验流程[52]Fig.1-2Experimentalflowchartfornon-targetedmetabolomicsbasedonLC/MS/MS借助代谢组学手段，可以了解解磷微生物或者细胞在低磷胁迫时受到扰动的小分子和相应代谢通路变化的规律[53]。代谢组学分析手段常和多变量统计学分析配合使用，从海量数据中发现显著性差异代谢物，然后利用差异代谢物变化规律揭示外在行为规律。代谢组学常借助的测试仪器包括各类色谱-质谱联用技术与核磁共振（NMR）等。
难溶性磷酸盐影响草酸青霉PenicilliumoxalicumPSF-4胞外产酸及胞内代谢机制研究9正交偏最小二乘判别（PLS-DA）等。在代谢组学分析中，PLS是使用较频繁的有监督模式识别方法，最小化误差平方和，模拟契合数据的方程，与其他分析手段联合使用识别反应过程中显著性差异代谢物（图1-3）。图1-3暴露于高脂环境下小鼠血样成分识别及多重统计学分析[56]Fig.1-3Bloodsamplecomponentrecognitionandmultiplestatisticalanalysisofmiceexposedtohigh-fatdiet.1.3.3微生物代谢组学研究进展自1999年Nicholson[53]首次向大众解读代谢组学，便开启了组学技术的研究大门。随着检测手段与分析技术的更新迭代，其应用领域不断拓展，作为应用前景广阔的微生物种群，学者们自然逐渐关注其分子机制与代谢模式。研究人员发现大量微生物在固定环境下培养时，会与环境中各成分之间形成一套赖以生存的代谢模式。但当环境条件发生改变，或者有外源污染添加时，微生物的代谢模式会因此发生扰动，通过增强代谢强度或调整代谢途径来响应环境的变化。Zhang[57]等利用代谢组学技术研究小球藻Chlorellasp.在Cu、Cd、Pb等重金属离子胁迫下的代谢产物变化，发现Cu的添加会使胞内氨基酸、甘油磷脂以及蔗糖的水平显著降低，当Cu，Cd同时添加会产生明显的协同效应，胞内代谢行为更加激烈。Bundy[58]等利用基于NMR的代谢组学技术，成功将醋样芽孢杆菌Bacilluscereus中致病性菌株以及试验性菌株分离。赵洪芝[59]等对拟南芥在高盐环境下体内代谢进行分析发现黄酮类化合物、植物激素类发生明显变化，茉莉酸、细胞分裂素赤霉素等植物激素上调明显，氧化脂类等与抗病原性物质也有明显增加，揭示了该环境下拟南芥植物激素裂解合成途径与次级产物代谢变化规律。Champouret[60]等对马?
【参考文献】：
期刊论文
[1]丛枝菌根真菌促进植物摄取土壤磷的作用机制[J]. 薛英龙,李春越,王苁蓉,王益,刘津,常顺,苗雨,党廷辉. 水土保持学报. 2019(06)
[2]基于KEGG通路富集分析的薏苡仁不同成分对Cytokine-cytokine receptor interaction靶基因作用[J]. 韩晓春,赵海军,王媛,张亚楠,王彦芳,罗光芝,于婉晨,李洪雷,王世军. 中华中医药杂志. 2019(09)
[3]增氧提高蔬菜磷素吸收利用的作用机制研究进展[J]. 王瑞,施卫明,李奕林,仲月明. 土壤. 2019(03)
[4]土壤溶磷微生物溶磷、解磷机制研究进展[J]. 秦利均,杨永柱,杨星勇. 生命科学研究. 2019(01)
[5]腺苷酸激活蛋白激酶信号通路及其在动物应激过程中的调节功能[J]. 陈进超,孙佳静,张相鑫,唐志如. 动物营养学报. 2019(02)
[6]几株溶磷细菌的筛选和鉴定及其溶磷效果[J]. 冯哲叶,陈莎莎,王文超,杨华,邓照亮,李真,王世梅,徐阳春. 南京农业大学学报. 2017(05)
[7]大建中汤对脾阳虚腹痛大鼠大脑皮质三磷酸腺苷含量和三磷酸腺苷酶活性的影响[J]. 武静,王慧. 解剖学杂志. 2017(02)
[8]溶磷细菌和丛枝菌根真菌接种对南方红豆杉生长及根际微生物和土壤酶活性的影响[J]. 付晓峰,张桂萍,张小伟,任嘉红. 西北植物学报. 2016(02)
[9]我国植物根围促生细菌研究进展[J]. 刘丹丹,李敏,刘润进. 生态学杂志. 2016(03)
[10]不同条件下两株溶磷菌溶磷量及葡萄糖脱氢酶基因表达与酶活分析[J]. 杨美英,王春红,武志海,于亭,孙合美,刘晶晶. 微生物学报. 2016(04)
博士论文
[1]草酸青霉Penicillium oxalicum SL2对Pb2+的生物固定化、形态转化及分子机制研究[D]. 叶斌晖.浙江大学 2018
[2]拟南芥植物代谢组学及金银花代谢产物抗炎活性研究[D]. 赵洪芝.南开大学 2012
硕士论文
[1]低磷胁迫下草酸青霉菌BK溶磷的分子机制[D]. 张健.大连理工大学 2014
[2]尾矿废弃地土壤中解磷菌的筛选、鉴定和特性研究[D]. 田江.北京林业大学 2014
[3]重组苏云金芽孢杆菌丙酮酸脱氢酶表达条件的优化及结构预测[D]. 李艳.华中师范大学 2008
本文编号：3255273
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