多功能黑曲霉An2溶磷特性和烟草节杆菌PAO19聚磷代谢调控研究

发布时间：2017-07-06 09:11

  本文关键词：多功能黑曲霉An2溶磷特性和烟草节杆菌PAO19聚磷代谢调控研究

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【摘要】：磷肥在石灰性土壤中被固定为钙、镁磷酸盐(Ca-P、Mg-P),在酸性土壤中被固定为铝、铁磷酸盐(Al-P、Fe-P),植物利用率不足20%。磷肥长期过度使用造成磷矿资源日趋枯竭和面源污染。磷肥面源污染和生产生活各种含磷污水排放导致水体富营养化和藻华。溶磷菌和聚磷菌分别在活化土壤固定态磷和去除水体磷酸盐方面具有重要应用价值。目前报道的大多数溶磷菌不能溶解Mg-P、Al-P、Fe-P和磷矿粉(RP)或对其溶解能力很低,不同难溶磷酸盐的微生物溶解机理及差异也不清楚。同时目前报道的纯培养典型聚磷菌非常少,对其聚磷特征和代谢调控机理的研究尚很缺乏。本课题分离筛选到1株能够高效溶解多种难溶磷酸盐的菌株An2和1株典型聚磷菌株PA019,研究了An2的溶磷特性、机理以及PA019的聚磷特征、代谢调控机理,以期为磷肥高效利用和水体富营养化防治提供理论依据和技术支持。 菌株An2分离自大白菜根际土壤,经鉴定为黑曲霉(Aspergillus niger)。在最适磷酸盐浓度和培养时间,An2分别从Ca-P、Mg-P、Al-P, Fe-P和RP释放出高达1722、2066、2356、215和179mg L-1的磷。HPLC分析表明,An2主要通过分泌草酸溶解Ca-P、Mg-P、Al-P和Fe-P,而主要通过分泌酒石酸溶解RP。An2在高效溶磷的过程中适应低浓度的多种碳、氮源,耐盐、耐酸碱和耐受金属离子。而且An2能够产生植物生长激素IAA和抑制镰孢菌属(Fusarium)植物病原菌。土壤固定态磷活化效果验证表明,An2能够有效释放石灰性土壤、盐碱土壤和酸性土壤中的磷。因此,An2是一株环境适应性强的多功能高效溶磷菌株,具有开发和应用价值。 菌株PAO19分离自玉米根际土壤,经鉴定为烟草节杆菌(Arthrobacter nicotianae)。在合成污水培养基中培养12h,PAO19细胞干重磷含量高达5.2%,聚磷量为7mg L-1磷。序列分析显示,PAO19在PPK1基因及其蛋白方面均与阿氏节杆菌(A.arilaitensis) Re117最相似。环境因子效应研究表明,磷浓度、温度和盐度是影响PAO19聚磷能力的关键因素。基因组测序分析显示,PA019基因组大小为3.64Mb, GC含量为59.5%,包括3451个ORF,其中的2336个在KEGG数据库获得注释,分析发现PA019拥有PhoR-PhoB和SenX3-RegX3两套磷限制双组分调节系统。 以高磷常温(10mg L-1磷,30℃)有利聚磷条件为对照,采用转录组测序(RNA-seq)技术分别研究了低磷(2mg L-1磷,30℃)和高温(10mgL-1磷,37℃)不利聚磷条件下PAO19的聚磷代谢基因表达调控模式。低磷时,PhoR-PhoB和SenX3-RegX3处于活化状态,其核心组分碱性磷酸酶PhoA和PhoD表达显著上调,响应低磷胁迫；同时磷转运蛋白PstSCAB表达显著上调,利于磷转运。高温时,PhoR-PhoB和SenX3-RegX3处于抑制状态,PhoA和PhoD表达水平非常低,响应高磷环境；同时PstSCAB的表达显著下调,不利于磷转运。低磷和高温两种条件下,胞内的磷都处于限制状态,导致ATP和polyP缺乏,其合成酶类F型ATPase、PPK1和PPGK表达上调而其降解酶类PPX和PPK2表达下调,进行正反馈代谢调节。两种条件下,糖酵解、TCA循环和氧化磷酸化等产能代谢途径中的大部分酶类表达显著上调,进行ATP产生正反馈调节。同时,磷酸戊糖途径、DNA复制、转录和蛋白合成相关大部分酶和蛋白表达显著上调,表明有限的磷源优先满足菌体生长。本研究初步阐明了磷浓度和温度对菌株PAO19聚磷代谢的调控机理。
【关键词】：多功能溶磷菌 黑曲霉 溶磷机制 聚磷菌 烟草节杆菌 聚磷代谢调控
【学位授予单位】：中国农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：Q935
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 引言10-30
• 1.1 磷肥使用中的问题10-11
• 1.2 水体富营养化及其防治中的问题11-13
• 1.3 溶磷菌的研究进展13-18
• 1.4 聚磷菌的研究进展18-27
• 1.5 本课题的研究目的及意义27-29
• 1.6 技术路线29-30
• 第2章 材料与方法30-54
• 2.1 溶解多种难溶磷酸盐真菌的分离、筛选和鉴定30-32
• 2.2 磷酸盐的测定——钼锑抗法32
• 2.3 核酸电泳方法32-33
• 2.4 菌株An2溶解不同难溶磷酸盐的动力学测定33
• 2.5 菌株An2溶解不同难溶磷酸盐的能力和效率测定33
• 2.6 菌株An2溶解不同难溶磷酸盐的机理研究33-34
• 2.7 菌株An2溶磷的环境适应性研究34
• 2.8 菌株An2产吲哚乙酸(IAA)的测定34-35
• 2.9 菌株An2抑制病原菌的测试35
• 2.10 菌株An2对不同类型土壤固定态磷的活化35-36
• 2.11 聚磷菌的分离、筛选和鉴定36-39
• 2.12 菌株PAO19的摄磷动力学测定39
• 2.13 菌株PAO19的细胞磷含量测定39-40
• 2.14 菌株PAO19的聚磷颗粒观察40
• 2.15 菌株PAO19基因组DNA的提取40-41
• 2.16 菌株PAO19ppk1基因的PCR扩增及分析41-42
• 2.17 菌株PA019胞内polyP的定量42
• 2.18 不同环境因子对菌株PAO19聚磷能力的影响42-43
• 2.19 菌株PAO19的基因组测序及分析43-45
• 2.20 菌株PAO19总RNA的提取45-46
• 2.21 菌株PAO19的转录组测序及分析46-48
• 2.22 菌株PAO19转录组学结果的qPCR验证48-54
• 第3章 多功能黑曲霉An2的溶磷特性54-74
• 3.1 溶解多种难溶磷酸盐真菌的分离、筛选和鉴定54-58
• 3.2 菌株An2溶解不同难溶磷酸盐的动力学58-60
• 3.3 菌株An2溶解不同难溶磷酸盐的能力及效率60-62
• 3.4 菌株An2溶解不同难溶磷酸盐的机理及差异62-65
• 3.5 菌株An2溶磷的碳、氮源适应性65-67
• 3.6 菌株An2溶磷的耐盐性67-68
• 3.7 菌株An2产IAA以及竞争抑制病原真菌68-69
• 3.8 菌株An2活化不同类型土壤中固定态磷的效果验证69-72
• 3.9 菌株An2溶磷特性总结72-74
• 第4章 烟草节杆菌PAO19的聚磷代谢调控74-116
• 4.1 聚磷菌的分离、筛选和鉴定74-78
• 4.2 菌株PAO19的摄磷动力学78-79
• 4.3 菌株PAO19的细胞磷含量和聚磷颗粒79-80
• 4.4 菌株PAO19ppk1基因的扩增及分析80-82
• 4.5 菌株PAO19胞内polyP的定量82-83
• 4.6 不同环境因子对菌株PAO19聚磷能力的影响83-90
• 4.7 菌株PAO19的基因组测序及分析90-98
• 4.8 菌株PAO19聚磷代谢调控的转录组学分析98-116
• 第5章 讨论与展望116-120
• 5.1 讨论116-119
• 5.2 展望119-120
• 参考文献120-136
• 附录136-168
• 致谢168-170
• 个人简介170-171

【共引文献】

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1 王义;贺春萍;郑肖兰;杨芩;郑服从;;土壤解磷微生物研究进展[J];安徽农学通报(上半月刊);2009年09期

2 姚庆智;闫伟;高学良;侯婷;;油松菌根根际一株高效磷细菌培养条件的研究[J];安徽农业科学;2009年18期

3 王吉文;;草莓体内高ACC脱氨酶活性菌株的分离及鉴定[J];安徽农业科学;2010年10期

4 吴蕾;彭永臻;王淑莹;马勇;霍明昕;张蕾蕾;;好氧聚磷颗粒污泥的培养与丝状菌膨胀控制[J];北京工业大学学报;2011年07期

5 杨强;谢平;徐军;沈宏;张敏;王松波;王培丽;;河流型硅藻水华研究进展[J];长江流域资源与环境;2011年S1期

6 郭蔚华;贺栋才;;Algal community composition and abundance near the confluence of the Jialing and Yangtze Rivers and in Shuanglong Lake in Chongqing,P.R.China[J];Journal of Chongqing University(English Edition);2008年04期

7 陈琳;王寿兵;李娟娟;樊正球;陈茜雯;;自来水中添加N,P后的浮游藻类生长试验[J];复旦学报(自然科学版);2007年03期

8 王旭东;王磊;张龙涛;吕永涛;王志盈;;EBPR中两类细菌PAOs和GAOs竞争的研究进展[J];环境科学与技术;2010年05期

9 冀建鹏;徐志方;;磷酸盐的氧同位素示踪磷来源及循环研究进展[J];环境科学与技术;2010年S2期

10 李哲;方芳;郭劲松;陈杰;张超;田光;;三峡小江回水区段2007年春季水华与营养盐特征[J];湖泊科学;2009年01期

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1 丁硕;冰缘植物内生细菌与高山离子芥抗寒性关系的研究[D];兰州大学;2011年

2 肖晶晶;固定化脱氮菌群处理含氮污水的研究[D];中国农业科学院;2011年

3 龚明波;溶磷微生物分离、应用及其相关基因的克隆与功能鉴定[D];中国农业科学院;2011年

4 徐瑶;富营养化水体微囊藻分子生态研究[D];南京师范大学;2011年

5 李剑峰;解磷根瘤菌诱变选育及抗污染菌剂制备关键技术研究[D];甘肃农业大学;2011年

6 姜欣欣;基于A/O/A运行模式的SBR工艺脱氮除磷效能及其微生物特性研究[D];哈尔滨工业大学;2011年

7 史应武;内生菌分离筛选及其对甜菜促生增糖效应研究[D];石河子大学;2009年

8 刘俊;解淀粉芽孢杆菌C06防治桃褐腐病菌的机制及其产生的γ-多聚谷氨酸在定殖中的作用[D];南京农业大学;2010年

9 赵青云;抗甜瓜枯萎病生防菌及其生物有机肥的生防机理研究[D];南京农业大学;2011年

10 黄利东;湖泊沉积物对磷吸附的影响因素研究[D];浙江大学;2011年

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本文编号：525557