摘要:

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摘要:光合与自养微生物的存在使地球生态系统丰富而多彩，并维持其生态平衡，同时为人类的可持续发展不断作出贡献。本专栏围绕光合与自养微生物的生化特征、多样性及驱动元素循环等方面展开了广泛研究，并深入探讨了光合与自养微生物在农业、工业以及环保中的应用。本专栏的出版希望推动光合与自养微生物在生物固氮、固碳、生物脱硫、产氢、高值化学品合成等研究领域迈上新台阶。

摘要:生物脱硫技术是一种环境友好型高效脱硫方法，不仅能脱除能源气体中的硫化氢，还能回收亲水性生物纳米硫颗粒。然而，其中含有的挥发性有机硫化合物会抑制硫氧化菌的活性，降低脱硫效率。有机硫化合物可吸附于纳米硫颗粒表面并改变其亲疏水性，促使硫颗粒团聚，进而造成设备堵塞。这不仅影响脱硫系统的稳定运行，还严重阻碍生物脱硫技术的工业化应用。本文综述了有机硫对生物脱硫过程的抑制作用，并提出高效缓解策略，为提升生物脱硫系统的脱硫效率、运行稳定性和副产物资源化回收率提供了支撑。

摘要:光合细菌是一类具有原始光能合成机制的原核生物，在多种环境中广泛分布，其在废水处理、饲料添加剂等领域的应用备受关注。然而，传统研究光合细菌的方法存在如过程复杂耗时费力、稳定性维持困难、可塑性差等诸多局限性。单细胞技术的发展为其研究带来了新机遇。本文综述了单细胞水平下挖掘环境光合细菌资源的研究进展，包括纳米二次离子质谱技术(nano-scale secondary ion mass spectrometry, NanoSIMS)、单细胞拉曼光谱法及其与稳定同位素标记结合等技术在光合细菌资源挖掘和机理解析方面的应用。这些技术有助于深入理解光合细菌的光合机制、代谢途径及环境适应机制，为其在污水处理、生物能源生产等领域的应用提供了理论依据和技术支持，对推动环境保护和可持续发展具有重要意义。

摘要:水体富营养化及由此引发的蓝藻水华现象日益严重，微囊藻(Microcystis)是引发蓝藻水华的常见藻种，在野外常以群体状态存在。微囊藻群体的形成可有效对抗不利环境因子的胁迫。影响微囊藻群体形成的因子众多，包括生物及非生物因子。太湖微囊藻优势种存在季节演替及垂直分布，水华暴发及消亡过程中存在形态演变。微囊藻群体形态及大小可影响群体浮力及垂直方向的分布。微囊藻群体内部微环境性质随外界环境因子的变化迅速变化，光照条件下细胞间隙中产生的氧气可为群体提供额外浮力，微囊藻群体内部形成的微环境对其浮力调节及成为水华优势种具有重要的生态学意义。

摘要:温泉嗜热蓝藻是一类能在高温环境中生存和繁衍的光合微生物，种类繁多，广泛分布于全球各类温泉生态系统，其耐热机制是研究微生物环境适应性与进化创新的重要模型。本文从基因、生理、种群和群落等多维视角整合研究进展，系统综述温泉嗜热蓝藻的高温适应机制。在高温条件下，温泉嗜热蓝藻通过基因调控、代谢调整、蛋白质热稳定性维持及抗氧化作用等，维持细胞结构和功能稳定，高效进行物质和能量代谢，同时驱动种群适应性进化及群落功能重塑。探索嗜热蓝藻高温适应机制，有助于揭示生命在极端条件下生存的基本原理及蓝藻的进化历史。

摘要:多硫化物介导的硫循环是生物脱硫的核心过程，其通过化学氧化与生物代谢的耦合作用实现硫化氢向单质硫的高效转化与分离。多硫化物既是生物脱硫过程的中间产物，也是硫氧化菌代谢过程的关键底物，其浓度与链长分布直接影响着单质硫的选择性及分离效率。本文系统综述了多硫化物的形成过程与化学特性、硫氧化菌驱动的多硫化物生物转化与硫循环过程以及生物质浓度、pH和氧化还原电位等关键参数对多硫化物浓度与链长分布的调控规律；同时阐明了缺氧-微氧双反应器工艺中多硫化物介导的工艺稳定性提升策略，为工业生物脱硫系统的优化设计与单质硫资源回收提供了理论依据。

摘要:绿硫细菌(green sulfur bacteria, GSB)是一类严格厌氧的光能自养微生物，其光系统由3个部分组成：外周捕光天线绿小体(chlorosome)、中间能量传递蛋白Fenna-Matthews-Olson (FMO)以及镶嵌于细胞内膜的反应中心(reaction center, RC)复合体。这一独特的超分子复合体赋予GSB在极弱光照环境(如深海热液区)中高效利用光能的能力。尽管科研人员已对GSB光系统的生理功能开展了广泛研究，然而，其光系统的空间结构解析直至近年才取得突破。不同于已报道的其他光合反应中心，GsbRC以同源二聚体为核心，兼具铁硫型和醌型反应中心部分特征，暗示其可能保留了原始光合反应中心的演化痕迹。此外，GSB光系统的各功能单元之间通过“分级能量漏斗”机制协同作用，反映了绿硫细菌适应弱光环境的生存策略。未来，通过整合结构生物学与时间分辨光谱等技术，将推动绿硫细菌完整光系统的结构与功能深入解析，并为仿生光敏器件设计和生物能源转化提供理论依据。

摘要:稻田生物固氮是维持稻田肥力的重要因素，阐明稻田生物固氮量、主控固氮菌、固氮影响因素及其调控途径对发挥稻田生物固氮功能，减少氮肥施用具有重要作用。自20世纪70年代以来，尤其是近10多年来，随着田间稳定同位素¹⁵N₂饲喂直接定量技术的发明，稻田生物固氮研究取得了较大进展。研究结果表明稻田生物固氮主要发生在0−1 cm土壤表层，而且固定的氮被当季水稻利用得较少。稻田主控固氮微生物是蓝细菌，并主要是念珠藻(Nostoc)。在减少氮肥用量30%情况下，施用念珠藻能大幅提高氮肥利用率、减少土壤氮损失和提高土壤有机质含量，并能生产与全量施氮相似的水稻产量。此外，稻田生物固氮会受到土壤水分状况、氮肥施用、碳源添加和施钼的影响。间歇灌溉能提高生物固氮在水稻体内的分配，高碳氮比(C/N)秸秆还田和施钼能提高稻田生物固氮量。本综述对稻田生物固氮理论的丰富、调控措施的制定及菌剂的开发具有重要指导意义。

摘要:随着工农业快速发展，高效废水处理技术成为迫切需求。非产氧光合细菌(anoxygenic photosynthetic bacteria, APB)由于其独特的生理特性，在废水处理领域展示出巨大潜力。本文系统综述了APB的生理特性、生物脱氮和除硫的分子机制及其在废水处理中的应用。研究表明，APB能在光照厌氧条件下高效转化污水中的有机氮和硫化物，同时通过CO₂还原合成高价值生物资源，实现废水处理与资源回收的双重目的。此外，分析了影响APB处理效果的关键环境因素，如光照、氧气、温度和pH值。APB的应用不仅提高了废水处理效率，还具有低成本、无二次污染的优点，为废水处理技术的创新和应用提供了新的可能性。未来研究将进一步探索APB的作用机理，优化其在不同水质条件下的应用效果，推动废水处理技术向更高效、环保的方向发展。

摘要:【背景】 作为地球上最古老的光合自养生物，蓝藻通过CO₂浓缩机制(CO₂-concentrating mechanism, CCM)提高光合作用暗反应的固碳效率，在生物固碳和农作物改良等领域有潜在的应用价值。羧酶体是蓝藻CCM的核心组分，由外壳蛋白和内部包裹的固碳酶RuBisCO以及碳酸酐酶自组装形成的类似二十面体的固碳机器。【目的】 以从巢湖分离的蓝藻假鱼腥藻(Pseudanabaena minima) Chao 2107为研究对象，通过全基因组测序、蛋白序列分析和结构预测，阐明假鱼腥藻Chao 2107羧酶体的各蛋白组分序列和结构特点，旨在为羧酶体的自组装和高效固碳机理研究提供基础。【方法】 通过第三代测序技术拼接获得Chao 2107的全基因组序列，完成羧酶体基因簇的定位和注释，通过序列比对及AlphaFold结构预测等方法对羧酶体各蛋白组分的一级序列和结构特点进行深入分析。采用生化手段系统研究羧酶体的多种外壳蛋白间的相互作用模式。【结果】 系统发育分析表明，2021年7月份从巢湖分离的蓝藻属于Pseudanabaena minima分支，因此命名为假鱼腥藻(Pseudanabaena minima) Chao 2107。假鱼腥藻Chao 2107中心碳代谢通路的基因组成非常保守，系统发育分析表明假鱼腥藻Chao 2107属于β-蓝藻，编码β-羧酶体和IB型的RuBisCO。β-羧酶体的大部分蛋白由保守的ccmKLMNO操纵子编码。进一步的序列和结构分析表明外壳蛋白CcmK2、CcmK3、CcmK4和CcmO具有类似的结构和组装方式，但是在N-端和C-端以及中心孔附近的结构差别很大，使得羧酶体外壳具有可塑性。生化实验发现三聚体外壳蛋白CcmO与六聚体外壳蛋白CcmK1、CcmK2、CcmK3、CcmK4均有相互作用，同时CcmO还特异性结合支架蛋白复合物CcmM-CcmN。【结论】 假鱼腥藻Chao 2107羧酶体蛋白组分的序列和结构分析为解析蓝藻β-羧酶体的结构和有序自组装的分子机理奠定了基础。

摘要:【背景】 蓝藻是一类能进行放氧光合作用的原核生物。随着生长速率与异养微生物相仿的速生蓝藻的出现，蓝藻在光合细胞工厂领域备受关注。集胞藻(Synechocystis sp.) PCC 6803是研究光合作用的理想模式生物，也是近年来常用的光合固碳产化学品底盘细胞，其基因组测序最早被公开，并且比常用模式蓝藻聚球藻具有更强的环境适应性及性状稳定性，但目前尚未见速生集胞藻的报道。【目的】 评价本实验室选育的在高光强下可以快速生长的集胞藻6803 (高光6803)在高光强下的光合生理，并初步研究其分子机制。【方法】 通过比较分析光合生理，评价高光6803性状稳定性；通过基因组学及转录组学比较分析，初步解析高光6803的分子机制。【结果】 获得1株快速生长的集胞藻，即高光6803，其生长速率和光合活性均远高于普通集胞藻6803，并且性状稳定；其最短倍增时间约3.1 h，与已报道的速生聚球藻(Synechococcus elongatus) UTEX 2973相当；其在900μmol/(m²·s)的高光强下仍可快速生长，并且最适光强是野生型集胞藻6803的3倍以上。基因组学比较分析发现高光6803基因组中有2个特有基因突变。转录组学比较分析发现，在高光条件下，高光6803中差异表达的基因有77个，其中上调基因36个，下调基因41个。表达上调的基因主要参与光系统II (photosystem II, PSII)反应中心、高光胁迫耐受、电子传递、有机物合成，而表达下调的基因主要参与糖类、氨基酸等有机物分解过程。【结论】 本研究首次报道了速生集胞藻高光6803，并对其分子机制进行初步研究。找到与其高效利用高光快速生长相关的2个突变靶基因，并从转录组水平说明高光6803是通过高效利用光能而快速生长。因此，本研究不仅拓宽了速生蓝藻的种类，为研究光合微生物固碳产化学品提供了高效的底盘细胞，也为将其他蓝藻改造为速生蓝藻提供了基因靶点及理论基础。

摘要:【背景】 高金属耐受性的嗜酸性铁氧化菌(iron-oxidizing bacteria, IOB)在生物浸出过程中能够显著降低运行成本并提高工作效率，因此经常被用作生物浸出的模式菌株。【目的】 筛选1株具有铜镍高耐受性的嗜酸性铁氧化细菌，通过优化固定化条件和磁场作用提升其活性。【方法】 以火山灰为样品富集筛选嗜酸性IOB，通过稀释涂布分离纯化菌株；在1 L反应器中利用Box-Behnken响应面法优化火山石固定化条件；在不同磁场强度下检测菌株Fe(II)氧化活性和腺苷三磷酸(adenosine-triphosphate, ATP)含量。【结果】 从马鞍山筛选获得亚铁氧化酸硫杆状菌(Acidithiobacillusferrooxidans) MA-Y1，可耐受50 mmol/L铜离子和30 mmol/L镍离子，对应的Fe(II)氧化率分别为93.05%和95.10%；在火山石最佳固定条件(时间6 d，温度20–35 ℃，粒径0.75 cm)下Fe(II)氧化率可达98.36%，当磁场强度为20 mT时，Fe(II)氧化率进一步提升至99.83%。【结论】 本研究通过火山石固定化和磁场强化工艺增强A. ferrooxidans MA-Y1的Fe(II)氧化活性，为废旧电路板的生物浸出提供了新的思路和技术支持。

摘要:【背景】 采用粪肥替代部分化肥可以实现一定程度的化肥减施与作物的促产提质。然而，由于粪肥的养分释放速度较慢，也存在潜在的环境污染问题。微生物菌剂可以促进粪肥的分解、活化土壤养分、分解土壤污染物，在一定程度上可以提高粪肥的利用效率。然而，粪肥与益生菌剂的联合施用在实现化肥减施及促产提质方面的研究尚显不足。【目的】 探讨粪肥和菌剂的联合施用对小白菜产量、品质及土壤的影响，以期获得可持续农业生产的方法。【方法】 采用光合细菌与枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)作为添加菌剂，除空白对照(CK)外、设置单独施加化肥(H)与粪肥(W)、菌剂+化肥(PH)、菌剂+粪肥(PW)、菌剂+化肥+粪肥(PWH)这5个处理组，研究各处理中的小白菜产量、品质及土壤理化特性。【结果】 粪肥与菌剂联合施用可实现50%化肥减施，同时可提高土壤质量和小白菜的产量、品质。相较于W组，PW组、PWH组的作物产量分别提升了35.10%、44.69%；维生素C (vitamin C, Vc)含量分别提升了11.46%、112.15%；土壤有机质含量分别提升了35.79%、31.73%。相较于H组，PWH组的小白菜产量提升了31.84%；Vc含量提升了120.35%；可溶性糖含量提升了42.50%；土壤有机质含量提升了53.43%；土壤全磷含量提升了50.03%。隶属函数分析结果表明，PWH处理组对作物促产提质及土壤改良效果最佳，其次为PW>PH>W>H>CK。【结论】 光合细菌与枯草芽孢杆菌菌剂对粪肥和化肥的减施较单施化肥和粪肥可以有效提升土壤肥力和小白菜的产量与品质。

摘要:【背景】 固氮蓝藻是仅次于根瘤菌的第二大生物固氮种群，具有极强的生态适应能力，是热带亚热带地区重要的微生物资源。【目的】 加深对新疆干旱土壤丝状固氮蓝藻的了解，获得用于进一步研究的可培养高效丝状固氮蓝藻。【方法】 选择新疆不同地理位置的沙漠土壤，采用BG-11₀无氮培养基稀释平板法和富集纯化法从沙漠土壤中分离可培养丝状固氮蓝藻藻株，对新分离藻株进行形态特征观察和生长特性测定，通过基因组DNA的nifH基因扩增明确其固氮潜力，采用乙炔还原法定量测定其固氮能力，进一步进行促生潜力测定，通过基因组DNA的16S rRNA基因序列比对进行分类鉴定。【结果】 在光照培养条件下，采用BG-11₀无氮培养基稀释平板法和富集纯化法共分离纯化得到5株自养丝状蓝藻藻株，其中藻株46E2、47E4和98E2藻细胞呈圆形或椭圆形，单列、无分枝、异形胞间生、幼期顶生。藻株86E3和30AA5藻细胞呈圆柱形或桶形，单列，无分枝，异形胞常顶生，少数具间生异形胞，异形胞的数量为1–2个。新分离藻株在BG-11₀无氮培养基中生长状况良好，藻株30AA5的最大生物量和比生长速率明显优于其他藻株，以基因组DNA为模板可扩增出nifH基因，乙炔还原法测定结果显示具备一定的固氮能力，同时具有植物激素合成能力。16S rRNA基因序列比对结果显示藻株46E2与哈氏节球藻(Nodularia cf. harveyana)，藻株47E4、98E2与蓝螺藻(Cyanospira capsulata)，藻株86E3与三离藻(Trichormus sp.)，藻株30AA5与眉藻(Calothrix sp.)的16S rRNA基因序列有高达99.06%−99.85%的相似性。【结论】 从新疆不同地理位置的干旱土壤中分离得到固氮能力较强、兼具植物激素合成潜力的可培养丝状固氮蓝藻藻株，可作为进一步研究的微生物资源，具有潜在的研究价值和应用价值。

摘要:【背景】 嗜酸性硫杆菌(Acidithiobacillus)是典型的化能自养微生物，在生物冶金、环境修复及资源回收等领域具有重要应用，其单质硫(S⁰)代谢在能源获取与硫循环中发挥关键作用，但相关的分子机制及调控基因仍不清晰。【目的】 通过多组学方法系统解析嗜酸性氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans)在单质硫代谢过程中的关键功能基因，并通过分子生物学手段验证其对单质硫代谢的影响，为完善嗜酸性自养微生物的硫代谢网络提供理论依据。【方法】 采用转录组和蛋白质组技术，分析A. ferrooxidans分别在S⁰和Fe²⁺作为唯一能源条件下的差异表达基因，并结合比较基因组学筛选硫代谢相关基因。通过基因过表达验证基因对细胞生长及S⁰氧化能力的影响。【结果】 A. ferrooxidans在S⁰作为唯一能源时，约44.78%的基因发生差异表达，同源基因组簇(clusters of orthologous groups, COG)功能注释表明细胞壁、细胞膜生物发生、无机离子转运、能量代谢及翻译相关基因富集。京都基因和基因组数据库(Kyoto encyclopedia of genes and genomes, KEGG)分析显示，单质硫代谢过程促进了氧化磷酸化和电子传递链相关基因的表达。蛋白组学数据进一步验证了这些基因的功能变化。分子生物学实验表明，AFE_1991、AFE_2009、AFE_2587、AFE_1389和AFE_2560基因的过表达菌株在S⁰培养条件下生长增强，表明该基因可能是S⁰氧化过程中的关键基因。【结论】 本研究借助多组学分析手段，系统发掘并验证了嗜酸性硫杆菌属中与单质硫代谢相关的潜在基因，为完善其硫代谢网络及拓展其在生物冶金领域的应用提供了理论依据。

摘要:【背景】 集约化鳗鱼养殖业产生的巨量含氮、磷污染物的尾水难以达标排放，成为制约行业发展的难题之一。近几年，光合微藻因其经济、绿色、高效的处理方式引起广泛关注。【目的】 筛选鳗鱼养殖尾水高效脱氮除磷的微藻并优化工艺，便于以后将其工程化应用。【方法】 比较保存的衣藻(Chlamydomonas sp.) YC、链带藻(Desmodesmus sp.) PW1、小球藻(Chlorella vulgaris) FM2，以及索罗金小球藻(Chlorella sorokiniana)等15株微藻脱氮除磷性能，并对最佳接种浓度、初始pH、光照周期、光照强度等进行工艺优化。【结果】 在鳗鱼养殖尾水处理中衣藻YC的脱氮除磷效果最好，氨氮、总磷、总氮去除率分别为94.81%、94.28%、74.00%。当衣藻YC初始接种浓度为5×10⁵ cells/mL，培养条件为pH 9.0、光照强度为200 μmol/(m²·s)、光照周期为24:0 (L:D)时获得最佳的氨氮、总磷、总氮去除率，分别为97.04%、95.10%、87.07%。【结论】 衣藻YC是一种颇具潜力的高效脱氮除磷菌株，有望用于鳗鱼养殖尾水规模化处理。

摘要:自然界的营养环境千变万化，细菌需要及时适应波动性的营养环境。目前学界按照营养偏好特性将细菌分为富营养菌与寡营养菌两大类群。富营养菌如大肠杆菌(Escherichia coli)其自然生境营养机会较多，繁殖快速。相比之下，寡营养菌其自然生境中可利用的营养极为有限，生长较富营养菌相比极为缓慢。然而寡营养菌在自然生境中(如海洋、土壤)的丰度远高于富营养菌，在地球化学循环中也发挥着重要作用。因此围绕寡营养菌开展遗传、生理生化以及代谢方面的全面研究，对于理解微生物适应性演化以及多样性形成机制具有极其重要的意义。本文重点介绍了寡营养菌的分离培养方法、生理代谢特性、遗传调控特性以及生态学意义，一方面将加深人们对微生物多样性形成机制的理解，另一方面指导海洋微生物资源的挖掘和开发应用。

摘要:高投高产模式下水产养殖业的氮污染负荷过高的问题尤为突出，对水环境安全、水产动物健康以及食品安全造成严重威胁。脱氮微生物是解决养殖水体氮污染问题的主要有效手段之一。近年来，关于水产养殖环境中脱氮功能微生物的菌种资源、脱氮性能、作用机制等方面取得了重要研究进展。新型的强化脱氮技术和材料也逐渐出现并表现出较好的应用前景。本文重点针对近几年养殖水体的脱氮功能微生物资源、功能特征、生态安全性及生物强化技术等方面的研究进展进行综述，并对目前存在的问题进行分析和展望，为本领域研究人员提供了有用的信息和参考。

摘要:近年来，外膜囊泡(outer membrane vesicles, OMVs)已在新型疫苗的开发和传染病的预防中得到应用。沙门氏菌(Salmonella) OMVs是一种非复制纳米级球状颗粒，具有良好的免疫原性，可作为免疫佐剂；也可作为异源抗原的递送载体，诱导宿主产生针对异源抗原的特异性免疫反应。因此，沙门氏菌OMVs逐渐成为研发高效新型疫苗的理想载体。现对OMVs的组成成分、形成机制、制备方法以及沙门氏菌来源的OMVs载体在疫苗研究中的应用优势与现状、现存问题和解决思路进行阐述，以期为沙门氏菌OMVs在疫苗领域的构建、开发及其应用方面提供思路。

摘要:岩石有生源假说提出了一种生命在宇宙间迁徙与繁衍的新构想，认为岩石可以携带生命(微生物)在宇宙中传播。随着太空探索技术的深入发展，该假说吸引了全球科研界的广泛关注研究。本文系统地回顾了国内外关于岩石有生源假说的理论体系与前沿科学研究成果，旨在构建坚实的框架，以解释生命如何在浩瀚宇宙中传播。同时也展望了该假说需要解决的问题。随着科学技术的飞速发展与国际合作的加强，希望岩石在生源假说领域能取得更多突破性成果，为揭示生命起源和宇宙生命多样性提供重要支撑。

摘要:基于灵芝的诱变育种研究，阐述了近年来灵芝通过物理诱变和化学诱变后得到的突变菌株的相关研究，深入分析常压室温等离子体(atmospheric and room temperature plasma, ARTP)诱变和紫外诱变的技术概念和诱变机理，以及对比2种诱变方式在灵芝方面的应用。本文通过分析高通量筛选方法，将灵芝诱变菌株与微生物液滴培养在微生物高通量分析分选领域的应用进展相结合，降低传统诱变育种的时间，高效快速得到目标单细胞菌株，为现代灵芝诱变育种提供了新思路和参考价值。

摘要:大豆作为全球重要的蛋白质和油脂来源作物，其产业发展正面临多种植物病毒引发的病害威胁。大豆花叶病毒(soybean mosaic virus, SMV)病已成为导致大豆生产经济损失最为严重的病毒病害，而豆荚斑驳病毒(bean pod mottle virus, BPMV)则是威胁美国大豆产业的主要病原体，近年来苜蓿花叶病毒(alfalfa mosaic virus, AMV)在中国东北地区对大豆产业造成显著影响。本文系统综述了上述病毒的发生与流行特征、传播途径、综合防控策略及抗病遗传机制，着重探讨了不同防治措施的适用性与局限性。研究表明，尽管化学防治等传统方法具有一定防控效果，但基于抗性遗传机制培育抗病品种仍是目前最为经济高效且环境友好的解决方案。基于现有研究现状，未来研究方向应聚焦于两大领域：其一，新一代测序技术构建病毒监测预警系统，为未知及新发病毒病害的早期诊断提供技术支撑；其二，深度解析大豆抗病毒基因(如Rsv)的作用机制，通过CRISPR/Cas9等基因编辑技术实现多重抗性位点的精准聚合，创制兼具广谱抗性、农艺性状优良的新种质。这些前沿技术的融合发展，有望为构建大豆病毒病综合防控新模式提供理论依据和技术保障。

摘要:【背景】 怀地黄种植过程中存在化肥农药使用量大，病害频发，连作障碍等实际问题。【目的】 通过筛选和利用植物促生菌，减少化肥农药用量，促进怀地黄生长发育，提升道地药材产量和品质。【方法】 从实验室保藏的怀地黄微生物资源中筛选具有促生作用的细菌菌株，利用模式植物拟南芥比较其促生能力，从中挑选表现良好的单菌株与怀地黄幼苗共培养，验证菌株促生作用，同时采用高通量测序技术分析外源添加的促生菌对怀地黄苗的根表及内生系统中细菌群落的影响作用。【结果】 筛选出15株分别具有溶磷、解钾、产铁载体和产吲哚乙酸(indole-3-acetic acid, IAA)能力的细菌，将其与拟南芥幼苗共培养发现，上述菌株能促进拟南芥鲜重由37.5 mg上升到65.2−119.3 mg，叶绿素含量从0.62 mg/g增加到0.66−1.16 mg/g。从中挑选促生作用较好的菌株副地衣芽孢杆菌(Bacillus paralicheniformis) FA6、田菁剑菌(Ensifer sesbaniae) CCBAU 65729和假单胞菌(Pseudomonas sp.) SJZ-7分别接种于怀地黄幼苗，结果发现植株鲜重和株高分别增加(24.3−69.1)%和(36.2−57.2)%；叶绿素、可溶性糖、可溶性蛋白含量分别增加(15.3−21.8)%、(47.7−52.2)%和(8.1−21.8)%；药效成分总环烯醚萜苷类物质含量增加(10.9−13.0)%。高通量测序结果显示，接种促生菌后，怀地黄苗的根表及内生细菌群落结构发生改变，外源添加的Bacillus、Pseudomonas可以在植株中富集，能引起植物病害的食酸菌属(Acidovorax)和沙雷氏菌属(Serratia)相对丰度下降，具有植物益生作用的Bacillus、黄杆菌属(Flavobacterium)、肠杆菌属(Enterobacter)、Pseudomonas、甲基红杆菌属(Methylorubrum)、鞘氨醇菌属(Sphingobium)的相对丰度显著增加且成为优势类群，优势菌群的丰度与怀地黄活性成分的含量呈正相关。【结论】 筛选得到3株细菌B. paralicheniformis FA6、E. sesbaniae CCBAU 65729和Pseudomonas sp. SJZ-7具有促进怀地黄生长、促进活性成分积累，以及在植株中定殖的能力。这些微生物资源的合理利用有助于提升道地药材怀地黄的产量和品质。

摘要:【背景】 土壤中大部分磷元素以难溶性磷酸盐的形式存在，不能被植物吸收利用。由于溶磷微生物能够将这类难溶性磷转化为可被植物吸收的有效磷，因此在提高土壤中磷的生物利用度和调节磷转化过程中发挥着重要作用。【目的】 筛选高效的溶磷菌株，并探究其抗逆能力和促生特性，为微生物肥料的研发提供优质菌种资源。【方法】 通过形态学、生理生化鉴定和16S rRNA基因序列分析对菌株进行鉴定；从盐浓度、酸碱性、温度和干旱方面研究菌株的抗逆能力；从产铁载体、产氨和分泌植物激素能力研究菌株溶磷和促生特性；利用超高效液相色谱-四极杆飞行时间质谱(ultra-high performance liquid chromatography-quadrupole time-of-flight mass spectrometry, UPLC-TOF-MS)分析有机酸成分。【结果】 从新疆小麦根际土壤中筛选到1株具高效溶磷能力的菌株，鉴定为肠杆菌属(Enterobacter)；菌株对氯化钠的耐受性为10%、pH 4.5−9.5、PEG6000的耐受性为80 g/L、生长温度范围为12−45 ℃，体现出良好的抗逆能力；该菌株能够同时溶解难溶性无机磷[Ca₃(PO₄)₂]和难溶性有机磷(卵磷脂)；并且能分泌28.07 mg/L的植物激素吲哚乙酸(indole-3-acetic acid, IAA)，固氮量为23.18 mg/L，使番茄植株的株高、根长、茎粗、干重和鲜重较对照组分别提高66.67%、21.14%、34.93%、233.30%和211.70%，说明具有良好的促生功能；响应面优化后菌株对难溶性无机磷[Ca₃(PO₄)₂]的溶磷量达902.1 mg/L，比优化前提升了30.1%，比文献报道的大部分溶磷肠杆菌高1.25−16.20倍；UPLC-TOF-MS分析确定菌株溶解磷酸盐的关键物质为葡萄糖酸。【结论】 筛选的肠杆菌4-4-4具有优良的溶磷能力和促生潜力，并且表现出较强的抗逆能力，为微生物肥料的研发提供了菌种资源和理论基础。

摘要:【背景】 茶树根腐病是由尖孢镰孢物种复合物(Fusarium oxysporum speciescomplex, FOSC)中一个特异性菌种茶树根腐病原菌镰孢菌(Fusarium cugenangense)引起的一种毁灭性土传病害。【目的】 对茶树根腐病原菌镰孢菌F. cugenangense的拮抗真菌进行分离鉴定，通过优化其培养基和发酵条件以提高其抑菌活性，为后期规模化发酵以及菌剂的开发奠定基础。【方法】 基于形态学及多基因联合建树分析方法对供试菌株进行种属鉴定，测定其抑菌谱，并对其进行发酵条件优化、测定其生长特性及发酵滤液稳定性。【结果】 采用稀释涂布法及平板对峙法筛选出1株茶树根腐病原菌镰孢菌拮抗真菌GF3，其抑菌率达75%；将其初步鉴定为奶灰青霉(Penicillium cremeogriseum)；该菌株对其他10种作物病原菌抑制率达70%以上，具有良好的广谱抑菌性；其难挥发性代谢物和挥发性代谢物对茶树根腐病原菌镰孢菌菌丝的抑制率分别为64%和27%；最适培养基为可溶性淀粉40 g/L、酵母提取物15 g/L、氯化铵6 g/L；最佳发酵条件为pH 6.0、180 r/min、接种量5%，温度28 ℃，时间6 d；于优化后的培养基及培养条件下，其发酵滤液对茶树根腐病原菌镰孢菌的抑菌率达59%，较初始培养基及培养条件的抑菌率增加了33.09%；耐受性试验表明，菌株GF3生长具有良好的耐高温能力、耐盐性、耐碱性能力和紫外耐受性；其发酵滤液在pH 4.0–10.0、温度40–100 ℃条件下均能保持较强的抑菌活性，并且对紫外光照射不敏感，但对K⁺和Ca²⁺较敏感。【结论】 确定了菌株GF3的最佳发酵培养基和发酵条件，该菌株及其发酵滤液有较好的拮抗稳定性。

摘要:【背景】 规模化养殖斜纹夜蛾是对其开展辐射不育防控的前提，而斜纹夜蛾养殖过程中病害的诊断与防治是重要基础。【目的】 对规模化养殖下患病斜纹夜蛾幼虫进行病原细菌诊断，并明确致病细菌的抗生素敏感性。【方法】 使用传统培养法进行致病细菌分离纯化，通过形态学观察、生理生化特性分析和分子生物学对其进行鉴定，利用柯赫氏法则验证其致病力，药敏试纸法测定其对15种抗生素的敏感性。【结果】 感病斜纹夜蛾幼虫体色为暗红色和黑色，虫体呈脓状溃烂，散发出强烈异味。共从病虫上分离到18株细菌，柯赫氏法则验证致病细菌2株(LL91、LL92)。菌株LL91和LL92在营养琼脂平板上均形成圆形菌落，初时呈白色，略透明，表面光滑，隆起，边缘整齐，菌株LL91培养18–20 h后菌落逐渐变红，菌株LL92菌落始终呈白色；革兰氏染色后均呈红色短杆状；吲哚、甲基红、硝酸盐还原和淀粉还原试验结果均为阴性；乙酰甲基甲醇、过氧化氢和硫化氢试验结果均为阳性。2株病原细菌均为革兰氏阴性菌，分子生物学鉴定结果显示菌株LL91与黏质沙雷氏菌(Serratia marcescens)相似性达99.72%，菌株LL92与黏质沙雷氏菌相似性达100%，2株病原细菌均鉴定为黏质沙雷氏菌。添食法毒力测定结果显示，2株黏质沙雷氏菌(LL91, LL92) 7 d的半数致死浓度(LC₅₀)分别为1.36×10⁹ CFU/g和12.23×10⁸ CFU/g；12 d时的校正死亡率分别为80.00%和100%，LC₅₀分别为3.78×10⁶ CFU/g和1.02×10⁵ CFU/g；饲料含菌量为2×10⁹ CFU/g时，黏质沙雷氏菌LL92和LL91的致死中时间(LT₅₀)分别为7.09 d和5.59 d。药敏试验发现2株致病细菌均对卡那霉素、庆大霉素、米诺环素和多西环素等抗生素敏感，对利福平、替考拉宁、乙酰螺旋霉素、万古霉素等6种抗生素不敏感。【结论】 斜纹夜蛾感病幼虫2株致病细菌均为黏质沙雷氏菌(S. marcescens)，其致病力强，均对卡那霉素、庆大霉素、米诺环素和多西环素等抗生素敏感，对利福平、替考拉宁、乙酰螺旋霉素、万古霉素等6种抗生素不敏感。本研究为斜纹夜蛾规模化养殖过程细菌病害的防控提供了基础病原信息与有价值的参考。

摘要:【背景】 酱香型白酒采用多轮次酿造工艺，尤其是第3、4、5轮次中，酒体展现出酱香突出、香气纯净、口感醇厚等风格特点。然而，随着酿造轮次增加，酒体质量逐渐呈现下降趋势，特别是第7轮次酒质下降尤为明显。【目的】 采用强化功能菌剂进行微生物干预，旨在提升第7轮次发酵酒体的质量。【方法】 从天津地区酱香型白酒酒醅中分离获得2株性状优良的酵母菌株，后续采用原位发酵试验验证其在实际应用中的效果。【结果】 两株酵母均可在极端条件(pH 2.0、45 ℃、10 g/L乙酸、80 g/L乳酸、18%乙醇和600 g/L葡萄糖)下生长，通过形态学和26S rRNA基因鉴定，分别为库德里阿兹威毕赤酵母(Pichia kudriavzevii)和异常威克汉姆酵母(Wickerhamomyces anomalus)。模拟固态发酵实验表明，二者混合发酵的产酯能力显著优于单菌发酵。最佳混合发酵条件为：接种比例1:100 (PK2:W4)、装填量200 g/500 mL、接种时间36 h、发酵温度30 ℃，在此实验室优化条件下总酯含量为1 294.62 mg/L。进一步将产酯酵母应用于酱香型白酒第7轮次进行原位发酵，在大曲微生物和环境微生物的协同作用下，酒样在实际生产应用中总酯含量较对照组提升93.48%，达到11.28 g/L，并且感官评分较高。【结论】 本研究可明显改善7轮次酒风味，对提高白酒品质、实现定向调控具有重要意义。

摘要:【背景】 羊肚菌(Morchella)味道鲜美，营养价值高，口味独特，甘肃野生羊肚菌资源丰富。【目的】 得到更多羊肚菌菌丝体及游离氨基酸(free amino acids, FAAs)、呈味核苷酸(flavor active nucleotides, FANs)含量，优化固态发酵培养基。【方法】 通过单因素、Plackett-Burman和Box-Behnken试验，以菌丝干重为指标，探讨该菌株生长最佳碳源、氮源、无机盐和生长因子；以FAAs和FANs作为指标，筛选最佳固态发酵基质；分析固态发酵8 d时FAAs和FANs组成。【结果】 从甘肃省陇南市徽县分离筛选出1株野生羊肚菌MY-0216，通过形态学和分子生物学鉴定，确定该菌株为三地羊肚菌(Morchella norvegiensis)；最优培养基为每升培养基中玉米淀粉15 g、蛋白胨5 g、K₂HPO₄ 1.15 g、FeSO₄ 1.36 g、MnSO₄ 0.2 g、烟酸0.1 g、琼脂20 g，菌丝干重为0.093 1 g，较优化前提高14.6%；以燕麦为发酵基质，FAAs和FANs的含量可达0.10 g/100 g和2.94 g/100 g；检测出FAAs 17种，谷氨酸含量最高，为2.986 84 g/100 g；FANs 6种，腺苷二磷酸含量最高，为0.152 0 µg/g。【结论】 以燕麦为基质，提高了三地羊肚菌菌丝体中FAAs和FANs含量，为三地羊肚菌菌株MY-0216以燕麦为固态发酵基质进行固态发酵提供了参考。

摘要:【背景】 牛病毒性腹泻病毒(bovine viral diarrhea virus, BVDV)主要引起牛病毒性腹泻/黏膜病(bovine viral diarrhea mucosal disease, BVD-MD)，该病是全球范围内对牛养殖业造成重大经济影响的传染病之一。【目的】 对本实验室保存的1株BVDV-1a型毒株进行研究，分析其对C57BL/6小鼠的致病性。【方法】 以C57BL/6小鼠为实验动物，通过腹腔注射方式感染小鼠，观察攻毒后的小鼠临床症状，在不同时间点进行血液常规检测，剖检观察组织器官病变情况并测定病毒载量，利用流式细胞术等方法对BVDV感染小鼠的致病性进行研究。【结果】 BVDV感染C7BL/6小鼠后在其不同组织器官中病毒载量不同，其中肝脏、脾脏病毒载量较高。BVDV感染诱导小鼠血液中白细胞、淋巴细胞数量显著减少，第7天白细胞数量降至3.31×10⁹/L，淋巴细胞数量降至2.57×10⁹/L。流式细胞术分析结果表明：淋巴细胞减少主要是由于辅助性T淋巴细胞减少引起的，同时攻毒后细胞凋亡现象明显。BVDV感染促进小鼠脾脏中的炎性细胞因子(IL-6, IL-10, TNF-α, IFN-α)表达。【结论】 BVDV毒株感染C57BL/6小鼠导致白细胞、淋巴细胞减少，与牛羊感染后症状相似，为进一步研究BVDV的致病性提供了数据支撑，丰富了BVDV感染小鼠模型。

摘要:【背景】 水疱性口炎病毒(vesicular stomatitis virus, VSV)是水疱性口炎(vesicular stomatitis, VS)的病原，可感染马、牛、猪等多种动物，影响畜牧业的健康发展。【目的】 探究细胞糖酵解对VSV复制的影响，以促进对VSV复制机制的深入理解。【方法】 采用乳酸检测试剂盒、qPCR、Western blotting等方法，检测不同浓度葡萄糖条件下VSV感染细胞的复制情况与细胞培养上清乳酸含量，分析VSV感染PK-15细胞12 h后己糖激酶2 (hexokinase 2, HK2)蛋白表达及细胞培养上清乳酸含量的变化，然后使用糖酵解抑制剂2-DG与糖酵解激动剂PS48处理细胞24 h后再感染VSV，进一步检测糖酵解对VSV复制的影响。【结果】 高浓度葡萄糖组的VSV复制及乳酸含量显著高于低浓度葡萄糖组。VSV感染细胞12 h后乳酸生成上升，HK2蛋白表达显著增强。使用2-DG处理细胞抑制了VSV复制，用PS48处理细胞则促进了VSV复制。【结论】 VSV的复制受到葡萄糖浓度的影响，VSV感染可以增强细胞糖酵解过程，而增强糖酵解有利于VSV的复制，初步证实了糖酵解在VSV复制过程中起到关键作用，为该病的防控提供了重要信息。

摘要:【背景】 禽致病性大肠杆菌(avian pathogenic Escherichia coli, APEC)可导致禽类多种炎症和败血症，严重影响禽只健康，对养禽业构成严重威胁。传统防治手段存在诸多局限，迫切需要寻找新的防控药物。【目的】 研发APEC感染的临床有效防控药物，通过体外表达获得重组禽β防御素6 (avian β-defensin 6, AvBD-6)和重组禽β防御素9 (avian β-defensin 9, AvBD-9)，并评价其抗APEC感染的效果。【方法】 根据GenBank数据库获得AvBD-6和AvBD-9的基因序列，优化密码子后克隆至pET-28a表达载体，转化至BL21(DE3) pLysS感受态细胞进行蛋白表达，利用SDS-PAGE和Western blotting技术鉴定表达的蛋白，通过磁珠法纯化目的蛋白；分别通过肌肉注射禽致病性大肠杆菌菌液建立无特定病原体(specific pathogen-free, SPF)雏鸡感染模型，再分别肌肉注射AvBD-6和AvBD-9进行抗病原感染试验，最后对各试验组雏鸡进行剖检观察病理变化、制作病理切片、测定脏器指数和检测脏器载毒量。【结果】 成功构建了pET-28a-AvBD-6和pET-28a-AvBD-9表达载体，经诱导表达的分子量分别约为21 kDa和25 kDa且主要在上清中表达，纯化后的重组蛋白浓度分别约为316 μg/mL和282μg/mL；在SPF雏鸡的APEC感染模型中，应用AvBD-6和AvBD-9后体重恢复，能有效缓解肝脏损伤，降低雏鸡脏器细菌载量。【结论】 AvBD-6和AvBD-9蛋白对APEC感染具有明显的抑制作用，能够显著降低这种病原体在鸡体内的载量、减轻其对机体的损伤程度，为临床寻找防治APEC病原感染的药物提供数据支持。

摘要:【背景】 多杀性巴氏杆菌(Pasteurella multocida)是引起畜禽巴氏杆菌病的主要致病菌，能够感染多种动物，导致严重疾病，严重影响我国畜牧业的健康发展。近些年来，随着我国养兔业的快速发展，兔巴氏杆菌病已经成为养兔业疫病防控的一种重要细菌病。【目的】 确定四川某兔场送检病死兔的病因及其病原菌的基因组学特征。【方法】 采用常规微生物学实验技术对送检的病死兔进行细菌分离和纯化，观察其培养特性，进行生化试验、PCR鉴定、荚膜血清型检测和药敏试验，并对分离的菌株进行全基因组测序和分析。【结果】 从病死兔中分离出1株革兰氏阴性短杆菌，最终鉴定为F型多杀性巴氏杆菌，命名为PmLZH01，基因组序列上传NMDC数据库(编号：NMDC60198555)。药敏试验显示分离菌株Pm LZH01对万古霉素、阿莫西林和林可霉素耐药，对青霉素、庆大霉素、头孢噻肟、卡那霉素、环丙沙星、四环素、氟苯尼考、氯霉素等药物敏感。全基因组测序分析显示该分离菌株基因组为2 378 810 bp，G+C含量为40.32%，预测到2 231个编码基因，包括了97个毒力相关基因和20个针对11类药物的抗药基因。【结论】 通过微生物实验技术分离鉴定到1株F型多杀性巴氏杆菌并进行了其基因组学测序分析，再次证实兔巴氏杆菌病病原血清型的多样性，为兔巴氏杆菌感染的诊断和防控提供了科学参考，也为进一步了解F型Pm毒力和耐药机制奠定了基础。

摘要:【背景】 阿维菌素是一种高效的生物杀虫剂和抗寄生虫药物，其中B1a组分活性最好，是评估阿维链霉菌(Streptomyces avermitilis)发酵水平的主要指标，培养基成分对其发酵产量具有显著影响。传统优化方法如响应面法(response surface methodology, RSM)在处理复杂非线性系统时，仍存在一定的局限性，因此亟需更高效的优化策略。【目的】 优化阿维菌素B1a的发酵培养基成分，以提高其产量，并比较RSM与深度神经网络(deep neural network, DNN)模型的预测性能和优化效果。【方法】 首先采用Plackett-Burman设计筛选出关键因子酵母粉、黄豆饼粉及碳酸钙，并通过最陡爬坡试验进一步确定优化范围。随后，基于Box-Behnken响应面法构建数学模型，同时，使用Python编程语言和PyTorch深度学习框架构建DNN模型，并将遗传算法引入DNN建模过程，对培养基关键成分的配比组合进行优化，旨在最大化阿维菌素B1a的产量。【结果】 RSM与DNN这2种方法均可用于阿维菌素B1a发酵培养基的建模与优化，但DNN模型的预测准确度及拟合能力显著优于RSM模型，其决定系数、平均绝对误差、平均绝对百分比误差、均方根误差分别为0.999 9、0.048 8、0.105 1%、0.114 9，均显示出较低的预测误差。通过DNN优化得到的发酵培养基中，关键成分酵母粉、黄豆饼粉和碳酸钙的最优浓度分别为5.44、5.52、6.69 g/L，其余成分[玉米淀粉60.00 g/L、玉米粉10.00 g/L、CoCl₂·6H₂O 0.02 g/L、(NH₄)₂SO₄ 0.25 g/L]保持初始培养基的原有浓度，对应的B1a产量预测值为62.47 mg/L，实验值为(62.23±1.38) mg/L，较初始培养基产量(16.21±0.63) mg/L提高2.84倍。采用沙普利可加性解释方法进行特征重要性分析，结果表明，碳酸钙对模型预测结果的影响最为显著。【结论】 构建的DNN与RSM的协同优化体系，实现了对阿维菌素B1a发酵培养基关键成分(酵母粉、黄豆饼粉、碳酸钙)浓度的精准优化。这种“智能算法与经典试验设计融合”的研究范式，为发酵培养基优化提供了一种具有推广价值的方法学框架。

摘要:【背景】 肺炎克雷伯氏菌(Klebsiella pneumoniae)的耐药性问题已成为全球公共卫生领域的重大挑战。随着抗生素耐药性的加剧，噬菌体疗法作为一种新型抗菌策略，在应对多重耐药菌感染方面展现出巨大潜力。【目的】 分离鉴定1株新型烈性噬菌体，系统分析其对碳青霉烯耐药高毒力肺炎克雷伯氏菌(carbapenem-resistant hypervirulent K. pneumoniae, CR-hvKp)的生物学特性及基因组特征，深入探究噬菌体受体结合蛋白与宿主相互作用的分子机制，为开发针对肺炎克雷伯氏菌感染的噬菌体治疗制剂奠定理论基础并提供实验依据。【方法】 以临床分离的CR-hvKp为宿主菌，采用双层琼脂平板法从医院污水样本中分离纯化噬菌体。通过透射电子显微镜观察其形态特征；系统测定噬菌体裂解谱、最佳感染复数(multiplicity of infection, MOI)、一步生长曲线及环境稳定性(包括热稳定性和酸碱稳定性)等关键生物学特性；利用全基因组测序技术对噬菌体进行基因组分析，包括序列组装、功能注释、系统进化分析。基于Hhpred等生物信息学数据库预测受体结合蛋白，并构建系统发育树。采用异源表达和蛋白纯化技术获得受体结合蛋白，结合点板实验和绿色荧光蛋白融合表达技术鉴定其生物学功能。【结果】 成功分离获得1株特异性裂解KL57型肺炎克雷伯氏菌的烈性长尾噬菌体RCIP0173。该噬菌体基因组全长为44 795 bp，包含90个开放阅读框和2个tRNA基因，未检测到毒力基因和耐药基因。该噬菌体与已知噬菌体的相似性为83.6%，被鉴定为Roufvirus新种。生物学特性分析表明，RCIP0173具有55 min的潜伏期和112 PFU/cell的裂解量，显示出显著的裂解活性和增殖能力。通过系统进化分析、绿色荧光蛋白标记实验和点板实验证实，RCIP0173的受体结合蛋白能够特异性识别KL57型肺炎克雷伯氏菌。【结论】 本研究丰富了肺炎克雷伯氏菌噬菌体的资源库、基因库，阐明了噬菌体RCIP0173与KL57型肺炎克雷伯氏菌之间的相互作用机制，为CR-hvKp的诊断及感染治疗提供了新的方案和实验材料。