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在微生物生态学领域中,PCR技术为微生物分子生态学的发展和相关分析技术的建立提供了有力工具,然而PCR方法在为群落分析提供有力支持的同时,也会产生包括扩增的虚假产物和偏嗜性在内的错误信息严重干扰群落分析的结果。其中PCR扩增的退火温度和循环数是影响偏嗜性的主要因素,此外模板目的片段侧翼的非结合区域对PCR前期循环的扩增效率也有很大影响。
本文以十种已知细菌(Pseudomonas putida KT2440,Escherichia coli DH5a,Bacillus subtilis168,Brevibacterium sp.,Agrobacterium sp.,Cellulosimicrobium sp.,Microbacterium sp.,Rhodococcus sp.,Acetobacter pasteurianus sp.和Pseudomonas sp.)按细胞数量等量混合组成的微生物菌体模型,以及将制备的菌体模型与灭菌处理的土壤样品混合组成的土壤模型为研究对象,运用ARDRA方法分析PCR扩增的偏嗜性现象及混合模板DNA结构简化后对偏嗜性的影响。同时比较了用Sau3AⅠ酶切消化和超声断裂两种简化模板结构的方法对偏嗜性改善的效果,并将超声处理的方式应用于不同施肥制度下红壤样品中微生物群落的DGGE和RISA图谱分析。此外,尝试并初步建立以核酸杂交为基础的DNA回收方法。
研究结果表明:对于菌体模型中以菌体总DNA直接作为模板的A组,10种菌的检出率为60%,而以酶切处理的菌体总DNA作模板的B组检出率为90%,且B组较A组中各菌检出率的均一度具有较大提高,其中B.subtilis168和Rhodococcus sp.产物所占比例接近细胞比例;对于土壤模型中,以土壤总DNA直接作为模板的C组,10种菌的检出率为60%,而以酶切处理的土壤总DNA作模板的D组检出率为80%,其中D组中P.putida KT2440产物所占比例接近细胞比例。四组中B组和D组的均一度好于A组和C组,说明对总DNA进行酶切处理后,简化了DNA的复杂度,可以改善PCR的偏嗜性,但其中四组中Pseudomonas sp.始终未检出,也说明此方法还具有一定得局限性,有待进一步改善。菌体模型中的A和B组相对于土壤模型中的C和D组,均具有较大差异,分析可能由于土壤中所含腐殖酸等复杂成分对总DNA提取及后续PCR扩增产生影响,从而干扰土壤微生物群落分析。
将四种细菌即Agrobacterium sp.,Rhodococcus sp.,Cellulosimicrobium sp.,Microbacterium sp.,按DNA含量1:5:10:20的比例混合进行偏嗜性研究,结果显示:以混合后的总DNA直接作为模板,DNA含量最低的Agrobacterium sp.所占比例最高为45.59%。酶切处理和超声处理均对PcR扩增偏嗜性有所改善,但二者的结果也具有一定差异,其中Rhodococcus sp.所占比例在酶切处理组中仅为1.75%,而在超声组中达到了23.67%,均与其DNA含量13.89%有较大差别:而Microbacterium sp.在超声组中仅为45.71%,而在酶切处理组却高达70.18%。
对四种施肥制度下(CK:不施肥,N:施N肥,N+OM:施N肥+秸秆还田,OM:秸秆还田+猪粪)的红壤样品进行的DGGE图谱分析结果表明:四种施肥处理的样品中分离出的电泳条带数目和分布强度差别不明显,以直接提取的总DNA为模板和超声断裂的DNA为模板在某些条带的位置和强度上有差异,但相对于前期构建的菌体模型的变化仍不明显,分析可能由于经超声处理后的总DNA虽然小于4kb,相对于较短的V3区片段仍然比较复杂,不利于引物的结合,难以得到充分均衡的扩增。
RISA图谱分析表明:以直接提取的DNA和超声断裂后的DNA为模板扩增,两组中的条带数目以及相同大小条带的强度都存在差异。聚类分析结果表明:以直接提取的总DNA作为模板,CK与N的群落结构相似,N+OM与OM的群落结构相似。以超声处理的DNA为模板,CK、N与N+OM的群落结构相似,且均与OM相距较远。模板处理后RISA带型发生变化,表明模板DNA的结构对RISA图谱的结果有重要影响,从而影响微生物的群落分析。
通过核酸杂交的方法,以链亲和素磁性微粒为固相支持物,与生物素标记的DNA探针偶联,从经超声处理的总DNA片段中分离出可以与DNA探针特异性结合的目的片段。