北极斯瓦尔巴德群岛可培养适冷菌鉴定和菌群多样性分析

上海市华东师范大学第二附属中学

作者：丁宁

辅导教师：吕秀华

项目简介

摘要：本课题作者从2012年8月环北极斯瓦尔巴德群岛考察时海洋(冰川)水体中取样，记录经纬位置，分离鉴别7个样品中的14株可培养冷适应细菌，完成初步菌种保藏工作，并采用高通量测序技术对样品中的生物信息进行处理（此部分实验委托），分析菌群多样性。

选题确定：2012年7-8月作者与中国探险家协会一同前往北极斯瓦尔巴德地区进行科学实践考察活动，行前了解到极地生存的丰富而多样的微生物，在极地自然生态环境中扮演着重要的角色，有耐冷特性，由此产生了研究冷适应细菌和探究极地细菌多样性的想法。

目的和基本思路：培养所带回的样品中的细菌并分离菌落，以菌落PCR扩增，16srDNA测定鉴定单个适冷菌所属的属种，对于一些未培养出的菌株，以生物信息学分析方式进行极地细菌多样性探究。

研究过程和科学方法：计划分为二期实验，一方面培养出可培的冷适应细菌并鉴定保存，另一方面在生物信息学方面完成北极细菌多样性的分析，完善极地微生物的理论探究。在北极斯瓦尔巴德群岛附近海域定位采样下，2216E培养基4℃环境下富集培养30d，分离得到相应的可培养冷适应细菌，完成菌株的鉴定。同时，提取样品基因组总DNA并通过454高通量Titanium定向测序，完成OTU聚类、丰度评估及极地细菌群落多样性分析。

主要贡献：鉴定并保存冷适应细菌，在完善菌种库、扩充菌种资源方面有着长期的作用，同时，其具地域特征性的群落多样性分析也为极地菌群系统发育性和菌群结构研究上提供了更多的信息。其他研究情况：有类似的相关研究，但和本课题在研究对象、地域特征、实验测序分析方法上都有很大不同。

设想：进一步分析测序后得到的有效数据，完善微生物群落多样性分析结果，并从中挖掘较有特征性的数据，探究其与适冷环境的关系。在获得的适冷菌基础上，深入到冷适应细菌的低温酶实验。

酿酒酵母ADH2基因敲除与GPD1基因沉默研究

福建省福州高级中学

作者：潘嘉骅

辅导教师：游建波  林忠

项目简介

一、选题：化石能源需要被替代的原因在于（①不可再生；（②燃烧废弃物污染严重。生物质能源有可再生和清洁的优点，是化石能源的优良替代品。而制约生物质能源取代化石能源的一大原因是生物质能源的产量太少，无法满足需求。本项目的目的是提高乙醇的产量。

二、研究基本思路本项目的：名称是酿酒酵母ADH2基因敲除与GPD1基因沉默研究。一开始我从学习中得知甘油是酵母生产乙醇的主要副产物，我想是否可以让酵母菌少生产甘油，多生产乙醇。经过咨询相关专家，我知道可以通过敲除生产甘油的相关基因来阻止甘油生成，但是查阅相关文献后发现基因敲除后的菌株生长速率降低，不适合工业化生产。我又向有关专家提出是否可以用RNA干扰技术来降低甘油生成，专家告诉我的思路是对的，酵母菌采用RNA干扰技术效率很低，也可以用反义RNA技术来调控目的基因表达。我还想到运用同源重组原理将沉默干扰和敲除同时进行。

三、同类研究情况经过查阅相关资料，发现国内已经有人做过这方面研究了，但使用的是重组质粒搭载目的基因的方法。质粒容易丢失。如果将目的基因替换掉要敲除的基因，遗传稳定性就更好。我选取在NCBI数据库中前人已经确认敲除后能有效提高乙醇产量的ADH2基因用于研究。

四、应用的科学方法：本研究以耐高温与高乙醇耐受性的酿酒酵母工程菌Y01为出发菌株，利用重叠延伸PCR获得酿酒酵母基因敲除沉默组件ADH2-SK，经转化后与酵母基因组进行同源重组，采用Cre/loxP切除系统与Kan选择标记，删除ADH2基因并通过反义基因表达以达到抑制GPD1基因的转录，以促进乙醇的合成。

五、创新：本研究通过构建酿酒酵母ADH2基因敲除和甘油脱氢酶GPD1基因5’UTR反义敲除沉默组件ADH2-SK，同时应用同源重组原理将沉默干扰和敲除同时进行。同时根据Cre/loxP系统筛选标记利用原理，删除了KanMX标记基因，保证生物安全性。

一株降解高效氯氰菊酯根瘤菌的分离、鉴定及其降解特性的研究

陕西省西安市铁一中学

作者：陆思远

辅导教师：蔡敏

项目简介

1、项目摘要：针对西安郊区蔬菜种植地的农药使用及蔬菜中农药残留调查情况，我采集种植地豆科植物的根瘤，经过分离、筛选，获得一株能降解高效氯氰菊酯的根瘤菌CDR-056；该菌株对100mg/L的底物降解率均可达到81.2%；pH在7-8，温度28℃~33℃范围内有较强的降解能力，且对溴氰菊酯，氰戊菊酯，高效氯氟氰菊酯和联苯菊酯原药降解率分别达到76.5%、69.2%、62.2%和50.1%；16SrDNA分子鉴定该菌株为埃特里根瘤菌。

2、该项目的选题是怎样确定的：根瘤菌与豆科植物共生，如能获得降解农药的菌株，则不仅将植物和微生物修复结合起来，而且减少氮肥的使用。因此，我以获得具有高效降解农药的根瘤菌为出发点，为进一步建立共生修复体系奠定基础。

3、设计(或研究)该项目的目的和基本思路：①目的：获得降解高效氯氰菊酯根瘤菌，对其降解特性和条件研究。②基本思路：以微生物可利用有毒有机物作为唯一碳源特点以及微生物和植物的协同修复为出发点，筛选降解高效氯氰菊酯的根瘤菌，对其降解特性和降解条件进行研究，期望与植物联合起来，发挥其协同优势。

4、该项目的研究过程：①农药污染调查；②根瘤采集；③分离、纯化及筛选；④降解特性研究；⑤降解条件优化；⑥分子生物学鉴定。

5、该项目应用了哪些科学方法、科学原理：（①科学方法：①查阅文献法；②实验法；③对比法；④归纳总结法。（②科学原理：①微生物利用有机物作为唯一碳源；②高突变率的微生物有强的环境适应性。

6、该项目的主要贡献(创新部分)：①我分离获得的埃特里根瘤菌对高效氯氰菊酯的降解为首次；②根瘤菌和豆科植物联合起来降解农药残留，提供了一种新的修复模式。

7、他人同类研究的情况调查：用根瘤菌进行农药降解未见报道。

8、进一步完善该项目的设想：①将不同农药降解基因构建于同一根瘤菌，扩大其对农药的降解范围；②联合寄主植物，进行协同降解的研究。