磷是動植物生長發(fā)育的關鍵營養(yǎng)元素。我國土壤中總磷含量豐富,約占土壤總質量的0.1～0.15%,然而大部分以難溶性磷酸鹽的形式存在,生物可利用性磷含量較低,約為10～20 mg/kg,如何持續(xù)、高效改善土壤難溶性磷成為目前研究熱點與難點。解磷微生物是土壤中可溶解難溶性磷化合物,增加生物可利用性磷含量的生物類群,可通過分泌有機酸來實現(xiàn)難溶性無機磷化合物溶解,但已有的研究內容主要集中在有機酸類別分析及效果評價,關于解磷微生物在解磷過程中的胞內代謝行為及其基因調控機制至今仍未闡明。本研究通過篩選高效解磷真菌,檢測其對常見難溶性磷酸鹽的溶解特性,定性分析解磷過程中有機酸的種類與規(guī)律,并結合胞內代謝組學和特征解磷基因的響應變化,綜合分析難溶性磷化合物影響解磷真菌胞外產(chǎn)酸特性及胞內代謝途徑,進而從代謝角度闡述解磷微生物的解磷機制。具體結果研究如下:1、從湖南省岳陽市道仁磯化工廠周邊土壤表層篩選到一株高效解磷真菌PSF-4,其在磷酸鈣和磷酸鐵中最高耐受濃度分別為50 g/L和10 g/L。通過對PSF-4菌體DNA進行ITS測序分析,確定PSF-4屬于草酸青霉菌屬（Penicilliun oxalic... 

【文章來源】：湘潭大學湖南省

【文章頁數(shù)】：87 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

解磷細菌CP和CMP1部分有機酸與TCP溶解關系圖[35]

難溶性磷酸鹽影響草酸青霉PenicilliumoxalicumPSF-4胞外產(chǎn)酸及胞內代謝機制研究7（4）生物固定作用，指解磷微生物通過新陳代謝，將難溶性磷酸鹽分解并吸收進入胞內。當微生物死亡后，細胞內可溶磷釋放，供植物生長發(fā)育。研究表明，解磷細菌和放線菌固定作用強于解磷真菌[3]。（5）其他解磷機制。部分微生物作為分解者時，會產(chǎn)生能和Ca2+、Fe3+、Al3+等金屬離子螯合的具有芳香族多元酚官能團有機物，同樣能夠釋放可溶性磷。硫桿菌釋放的H2S也能使含有磷酸鐵的化合物溶解，生成硫酸亞鐵并釋放生物有效態(tài)磷[2,12,19]。以上途徑盡管不是解磷微生物解磷的主要途徑，但對土壤磷利用起到幫輔作用。盡管目前已探明的微生物解磷機制種類繁多，但是大多集中在研究微生物外在分泌，難以解釋分泌物由來和不同微生物間行為對比，并且研究較少關注到微生物內在代謝行為過程。微生物的胞內分子水平往往決定了其代謝活動，所以探究微生物胞內代謝活動對闡明解磷機制有重要意義。1.3代謝組學研究進展代謝組學是通過定性和定量的方法研究生物體內所有代謝物變化特征的學科，其基本的實驗流程如圖1-2所示。圖1-2基于LC/MS/MS的非靶向代謝組學實驗流程[52]Fig.1-2Experimentalflowchartfornon-targetedmetabolomicsbasedonLC/MS/MS借助代謝組學手段，可以了解解磷微生物或者細胞在低磷脅迫時受到擾動的小分子和相應代謝通路變化的規(guī)律[53]。代謝組學分析手段常和多變量統(tǒng)計學分析配合使用，從海量數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)顯著性差異代謝物，然后利用差異代謝物變化規(guī)律揭示外在行為規(guī)律。代謝組學常借助的測試儀器包括各類色譜-質譜聯(lián)用技術與核磁共振（NMR）等。

難溶性磷酸鹽影響草酸青霉PenicilliumoxalicumPSF-4胞外產(chǎn)酸及胞內代謝機制研究9正交偏最小二乘判別（PLS-DA）等。在代謝組學分析中，PLS是使用較頻繁的有監(jiān)督模式識別方法，最小化誤差平方和，模擬契合數(shù)據(jù)的方程，與其他分析手段聯(lián)合使用識別反應過程中顯著性差異代謝物（圖1-3）。圖1-3暴露于高脂環(huán)境下小鼠血樣成分識別及多重統(tǒng)計學分析[56]Fig.1-3Bloodsamplecomponentrecognitionandmultiplestatisticalanalysisofmiceexposedtohigh-fatdiet.1.3.3微生物代謝組學研究進展自1999年Nicholson[53]首次向大眾解讀代謝組學，便開啟了組學技術的研究大門。隨著檢測手段與分析技術的更新迭代，其應用領域不斷拓展，作為應用前景廣闊的微生物種群，學者們自然逐漸關注其分子機制與代謝模式。研究人員發(fā)現(xiàn)大量微生物在固定環(huán)境下培養(yǎng)時，會與環(huán)境中各成分之間形成一套賴以生存的代謝模式。但當環(huán)境條件發(fā)生改變，或者有外源污染添加時，微生物的代謝模式會因此發(fā)生擾動，通過增強代謝強度或調整代謝途徑來響應環(huán)境的變化。Zhang[57]等利用代謝組學技術研究小球藻Chlorellasp.在Cu、Cd、Pb等重金屬離子脅迫下的代謝產(chǎn)物變化，發(fā)現(xiàn)Cu的添加會使胞內氨基酸、甘油磷脂以及蔗糖的水平顯著降低，當Cu，Cd同時添加會產(chǎn)生明顯的協(xié)同效應，胞內代謝行為更加激烈。Bundy[58]等利用基于NMR的代謝組學技術，成功將醋樣芽孢桿菌Bacilluscereus中致病性菌株以及試驗性菌株分離。趙洪芝[59]等對擬南芥在高鹽環(huán)境下體內代謝進行分析發(fā)現(xiàn)黃酮類化合物、植物激素類發(fā)生明顯變化，茉莉酸、細胞分裂素赤霉素等植物激素上調明顯，氧化脂類等與抗病原性物質也有明顯增加，揭示了該環(huán)境下擬南芥植物激素裂解合成途徑與次級產(chǎn)物代謝變化規(guī)律。Champouret[60]等對馬?

【參考文獻】：
期刊論文
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[2]基于KEGG通路富集分析的薏苡仁不同成分對Cytokine-cytokine receptor interaction靶基因作用[J]. 韓曉春,趙海軍,王媛,張亞楠,王彥芳,羅光芝,于婉晨,李洪雷,王世軍.  中華中醫(yī)藥雜志. 2019(09)
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[9]我國植物根圍促生細菌研究進展[J]. 劉丹丹,李敏,劉潤進.  生態(tài)學雜志. 2016(03)
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博士論文
[1]草酸青霉Penicillium oxalicum SL2對Pb2+的生物固定化、形態(tài)轉化及分子機制研究[D]. 葉斌暉.浙江大學 2018
[2]擬南芥植物代謝組學及金銀花代謝產(chǎn)物抗炎活性研究[D]. 趙洪芝.南開大學 2012

碩士論文
[1]低磷脅迫下草酸青霉菌BK溶磷的分子機制[D]. 張健.大連理工大學 2014
[2]尾礦廢棄地土壤中解磷菌的篩選、鑒定和特性研究[D]. 田江.北京林業(yè)大學 2014
[3]重組蘇云金芽孢桿菌丙酮酸脫氫酶表達條件的優(yōu)化及結構預測[D]. 李艷.華中師范大學 2008



本文編號：3255273