通过实时PCR技术定量检测环境样品中的新型硝酸盐还原细菌
PCR技术在植物检疫性病害鉴定中的应用
1、样品采集:选择具有典型症状的病害样本进行采集,并做好记录。
2、DNA提取:将采集的病害样本进行处理,去除蛋白质等杂质,提取出其中 的DNA。
3、引物设计:根据已知的病害基因序列,设计出特异性的引物。
4、PCR扩增:将DNA模板、引物、dNTP等反应液加入PCR反应管中,进行PCR 扩增。
5、产物检测:对PCR扩增后的产物进行电泳分析或荧光检测,观察是否有特 异性条带或荧光信号。
3、植物生物安全监测:qPCR技术可以用于植物生物安全监测,如监测外来 入侵植物的扩散情况和评估植物种质资源的遗传多样性。
然而,qPCR技术在植物检疫中的应用也存在一些不足,如对设备要求较高、 对实验条件和操作技能的要求严格,以及可能出现的假阳性和假阴性结果等问题。 因此,需要进一步改进和完善qPCR技术,以提高其准确性和可靠性。
PCR技术在植物检疫性病害鉴定中 的应用
目录
01
一、PCR技术在植物 检疫性病害鉴定中的 应用前沿研究
03 四、PCR技术在植物 检疫性病害鉴定中的 应用案例及评价
二、PCR技术在植物
02 检疫性病害鉴定中的 原理和流程
04 参考内容
植物检疫性病害是指对农业生产和植物生态环境造成严重危害的植物病害, 其鉴定与防治对保障农业生产和生态安全具有重要意义。近年来,随着分子生物 学技术的迅速发展,聚合酶链式反应(PCR)技术在植物检疫性病害鉴定中得到 了广泛应用。本次演示将从PCR技术在植物检疫性病害鉴定中的应用前沿研究、 原理和流程、实验方法和结果分析以及应用案例及评价等方面进物检疫中的应用实践
1、植物病原物检测:qPCR技术可以快速、准确地检测植物病原物,如病毒、 细菌、真菌等。例如,针对水稻矮缩病毒的qPCR检测方法,可以实现对病毒的特 异性识别和定量检测。
实时荧光定量PCR技术的原理及应用
实时荧光定量PCR技术的原理及应用在PCR扩增反应结束之后,可对扩增产物进行定性和定量的分析。
但是无论定性还是定量分析,分析的都是PCR终产物。
但是在许多情况下,我们所感兴趣的是未经PCR扩增之前的起始模板量。
例如我们想知道某一转基因动植物转基因的拷贝数或者某一特定基因在特定组织中的表达量。
在这种需求下荧光定量PCR技术应运而生。
实时荧光定量PCR技术于1996年由美国Applied Biosystems公司推出,实现了PCR从定性到定量的飞跃。
1.实时荧光定量PCR技术的基本原理在实时荧光定量PCR 反应中,引入了一种荧光化学物质,随着PCR 反应的进行,PCR 反应产物不断累计,荧光信号强度也等比例增加。
所谓实时荧光定量PCR技术,是指通过对PCR 扩增反应中每一个循环产物荧光信号的实时检测从而实现对起始模板定量及定性的分析。
每经过一个循环,收集一个荧光强度信号,这样我们就可以通过荧光强度变化监测产物量的变化,从而得到一条荧光扩增曲线。
一般而言,荧光扩增曲线扩增曲线可以分成三个阶段:荧光背景信号阶段, 荧光信号指数扩增阶段和平台期。
在荧光背景信号阶段,扩增的荧光信号被荧光背景信号所掩盖,无法判断产物量的变化。
而在平台期,扩增产物已不再呈指数级的增加,PCR 的终产物量与起始模板量之间没有线性关系,所以根据最终的PCR产物量不能计算出起始DNA 拷贝数。
只有在荧光信号指数扩增阶段,PCR 产物量的对数值与起始模板量之间存在线性关系,可以选择在这个阶段进行定量分析。
在扩增曲线中:荧光阈值(threshold)是在荧光扩增曲线上人为设定的一个值,它可以设定在荧光信号指数扩增阶段任意位置上,荧光阈值的缺省设置是3~15个循环的荧光本底信号(baseline)标准差的10倍;Ct值的含义是指在PCR循环过程中,荧光信号开始由本底进入指数增长阶段的拐点所对应的循环次数,也就是每个反应管内的荧光信号达到设定的阈值时所经历的循环次数;Rn+表示每点测量的荧光强度,代表反应管含有模板DNA ;Rn-表示荧光基线强度,代表反应管不含有模板DNA,其在理想情况下是一条平线,只具有背景荧光数值;ΔRn表示PCR过程中,探针降解的量,也即PCR产物的量;基线( baseline)是背景曲线的一段,范围为从反应开始不久荧光值开始变得稳定,到所有反应管的荧光都将要但是还未超出背景。
反硝化菌功能基因及其分子生态学研究进展
反硝化菌功能基因及其分子生态学研究进展一、本文概述随着环境科学研究的深入发展,微生物在生态系统中扮演的角色越来越受到人们的重视。
作为生态系统中的关键组成部分,反硝化菌在氮循环中发挥着重要作用,能够将硝酸盐还原为氮气,从而防止了硝酸盐的积累和氮的过度矿化。
近年来,随着分子生物学和基因测序技术的飞速发展,反硝化菌的功能基因及其分子生态学成为了研究热点。
本文旨在综述反硝化菌功能基因的研究进展,探讨其在生态系统中的作用,以及反硝化菌分子生态学研究的最新成果,以期为进一步揭示反硝化菌在环境科学中的重要性提供理论支持。
二、反硝化菌功能基因概述反硝化作用是生物地球化学循环中的关键过程,通过反硝化菌的作用,将硝酸盐(NO₃⁻)和亚硝酸盐(NO₂⁻)还原为氮气(N₂)或一氧化二氮(N₂O),从而完成氮的生物循环。
在这一复杂的过程中,反硝化菌利用一系列功能基因编码的酶来催化反应的进行。
反硝化过程通常分为四个连续步骤:硝酸盐还原为亚硝酸盐,亚硝酸盐还原为一氧化氮,一氧化氮还原为一氧化二氮,最终一氧化二氮还原为氮气。
这些步骤分别由硝酸还原酶(Nar/Nap)、亚硝酸还原酶(Nir)、一氧化氮还原酶(Nor)和氧化亚氮还原酶(Nos)催化。
这些酶对应的编码基因即为反硝化菌的功能基因,它们在基因组中的存在与表达水平直接影响了反硝化作用的效率。
随着分子生物学技术的发展,反硝化菌功能基因的研究已经从最初的单一基因克隆和表达分析,发展到了全基因组测序和转录组学分析。
通过这些技术手段,我们可以更深入地了解反硝化菌的遗传多样性和生态适应性,进而探讨其在不同环境条件下的反硝化作用机制和调控机制。
在生态学研究方面,反硝化菌功能基因的多样性和丰度已经成为评估环境氮循环状态的重要指标。
通过定量PCR、宏基因组测序等技术手段,可以实时监测环境样品中反硝化菌功能基因的拷贝数和表达水平,从而评估反硝化作用的潜力和速率。
结合生物信息学分析,还可以进一步揭示反硝化菌在环境生态系统中的分布格局和群落结构,为生态环境保护和农业可持续发展提供科学依据。
PCR技术在环境监测中的应用
PCR技术在环境监测中的应用随着社会经济的快速发展和人口的不断增长,环境污染问题已经成为制约人类可持续发展的一个重要问题。
环境污染不仅会影响人类健康,还会破坏生态平衡,对环境造成极大的破坏。
因此,必须采取有效的措施来监测环境污染物的种类和分布情况。
PCR技术是一种高效、快速、准确的分子生物学技术,广泛应用于环境监测中,为监测和分析环境污染物提供了有力的工具。
1. PCR技术的概述PCR技术是1983年由美国生物化学家卡里-穆利斯(Kary Mullis)发明的,是一种从极少量DNA模板扩增出任意一段特定DNA序列的技术。
PCR技术包括三个步骤:退火、延伸和连接。
在PCR反应中,需使用引物(PCR扩增前已知的目标序列上下游的核酸片段)和酶(如Taq聚合酶),通过控制PCR反应的温度和时间,可以在短时间内扩增出大量的靶序列。
2. (1)检测环境中的微生物环境中存在大量的微生物,包括细菌、真菌、病毒等,它们在环境的净化和生态平衡中起着重要的作用。
PCR技术结合生物学计量学方法,可快速检测环境中微生物的种类和数量,为环境污染物的监测提供了高效有力的手段。
例如,通过采集河流水样和土壤样品,可以使用PCR技术检测出其中的微生物群落,从而了解污染程度和受污染区域的范围。
(2)检测环境中的污染物环境污染物的种类和来源繁多,使用传统的化学方法检测和分析不仅费时费力,而且样品需求量高,检测修正过程也繁琐。
PCR技术可以直接检测和定量环境污染物,具有快速、准确、灵敏、可重复性好、样品量少等显著优势。
例如,通过PCR技术检测污染土壤中的重金属、有机污染物和农药等污染物,可以准确地确定污染物的种类和分布情况,从而为治理和恢复受污染区域提供指导。
(3)检测环境中的植物和动物植物和动物在环境中起着重要的作用,它们可以反映环境的生态质量和变化趋势。
PCR技术结合物种特异性引物,可以迅速检测和鉴定环境中的植物和动物,了解它们的种类和数量,从而判断植物和动物的数量变化趋势,为环境污染的治理提供科学依据。
新型微生物检测技术的研究及应用探索
新型微生物检测技术的研究及应用探索近年来,随着生物学、化学、医学等领域技术的不断发展,新型微生物检测技术也随之不断更新和升级。
这些新技术已被广泛应用于食品安全、公共卫生、环境监测等领域,并为人类的健康保驾护航。
本文将深入探讨新型微生物检测技术的研究进展及应用探索。
一、PCR技术PCR技术是近年来最常用的微生物检测技术之一。
该技术通过特异性引物和逆转录酶,将DNA反转录成cDNA,并不断复制使其达到可检测的浓度,并通过标记和杂交基准序列,检测目的物。
该技术拥有操作简单、准确灵敏、检测结果迅速等优点,性价比较高,是目前最为广泛应用的技术之一。
二、NGS技术NGS (Next Generation Sequencing) 技术又称下一代测序技术,是现代微生物学研究中的一项革命性技术,可快速测序目标DNA或RNA,并产生大量序列信息。
NGS技术在微生物检测中广泛应用,尤其是在分子流行病学中具有很大潜力。
通过分析微生物遗传信息的变异,该技术可以快速鉴定、分类和定量目标微生物,甚至是获得新物种的信息。
三、微流控芯片技术微流控芯片技术 (Microfluidic Chip Technology) 是一种高度微型化的综合技术,可以将操作和分析过程集成在一个芯片中进行。
该技术主要通过微管道、阀门、泵等微结构实现微小液滴的移动和合并,从而逐渐完成一系列的检测工作。
微流控芯片技术在微生物检测中应用广泛,可以快速检测微生物数量、鉴别不同的微生物、检测细胞的表型、功能以及微生物群落的结构等。
四、质谱技术质谱技术是一种现代分析技术,可以通过质量测量和分析,将物质分子与碎片分子通过质谱仪进行分离,获得目标物质的分子信息。
该技术在微生物检测领域广泛应用,可以提供微生物分子特征的定性和定量信息、测量生物分子的相对丰度、结构、分子量等。
五、生物芯片技术生物芯片技术又称 microarray 技术,是一种用来检测RNA、DNA、蛋白质及代谢产物等的先进技术。
Real-timePCR实验原理与技术
实时荧光定量PCR技术原理
01
在实时荧光定量PCR反应中, DNA模板被扩增时,与荧光探 针结合,产生荧光信号。
02
随着DNA的扩增,荧光信号逐 渐增强,通过对荧光信号的实 时监测和分析,可以计算出 DNA的起始浓度。
03
通过标准曲线或内参基因的校 准,可以将起始浓度转化为目 标基因的表达量或基因拷贝数 。
实时监测荧光信号
实时监测荧光信号,确保PCR产物在指数扩增阶段被检测到。
标准化实验流程
建立标准化实验流程,确保实验结果的可靠性和可重复性。
未来展望
新技术应用
01
随着新技术的不断发展,如数字PCR、微流控PCR等,Real-
time PCR技术将得到进一步优化。
高通量检测
02
通过多重PCR和高通量检测平台,实现大规模样本的快速检测。
03
Real-time PCR 实验数 据分析
数据收集与整理
数据收集
在实时PCR实验中,数据收集通常涉 及记录每个循环的荧光信号强度。这 些数据通常以图表形式表示,其中横 轴表示循环数,纵轴表示荧光信号强 度。
数据整理
收集到的原始数据需要经过整理,包 括去噪、去除异常值和标准化等步骤, 以确保数据分析的准确性。
自动化与智能化
03
实现Real-time PCR的自动化和智能化,提高实验效率,减少人
为误差。
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real-timepcr实验原 理与技术
contents
目录
• Real-time PCR 实验原理 • Real-time PCR 实验技术 • Real-time PCR 实验数据分析 • Real-time PCR 实验应用 • Real-time PCR 实验注意事项与优化建
聚合酶链反应技术在病原菌检测中的应用
聚合酶链反应技术在病原菌检测中的应用病原菌是一种可能引起疾病或感染状况的生物体,它们可能存在于生活周围的许多物体中,例如水、食物和空气中。
传统的病原菌检测方法是通过培养和观察细菌来确定是否存在病原菌。
但是,这种方法存在着许多问题,比如需要很长的时间和耗费大量的资源。
聚合酶链反应技术(PCR)解决了这些问题,这种技术能够更加快速、准确地检测病原菌,因此在医学诊断、食品安全以及环境检测等领域得到广泛应用。
PCR技术的原理PCR技术是一种基于DNA分子互补匹配的技术,能够在体外复制DNA分子。
PCR技术的实现需要引入一种叫做聚合酶的酶,这种酶能够识别特定的DNA序列并在这些序列的两侧进行复制,从而使得该序列得以扩增。
此外,PCR技术还需要反向引物和正向引物,这些引物是针对特定区域的两个小分子。
在PCR反应中,这两个引物将与DNA序列的两端结合,确保只有位于特定位置的序列扩增。
PCR反应的结果是产生大量的复制子,扩增出了感兴趣的DNA序列。
PCR技术的应用PCR技术是一种高灵敏度、高专一性的技术,这种技术不仅能够检测病菌,同时还可以检测病菌的药物耐药性和基因变异性。
下面,我们将介绍PCR技术在不同领域的应用。
医学诊断PCR技术在疾病诊断领域得到了广泛应用。
病原菌的DNA序列能够明确识别病原菌,并且在感染期间其DNA形状也能够发生变化,因此,通过PCR技术能够确定病人是否被感染。
此外,PCR技术可以检测病原菌的抗药性和基因变异性,从而为治疗提供更加精确的信息。
食品安全食品中可能存在着大量的病原菌,如果食用这些食品将有可能导致感染。
采用PCR技术能够更加快速的检测食品中的病原菌,这将有助于及早防范食品安全风险。
环境检测PCR技术还能够用于环境检测,例如检测污染的水、空气以及土壤中是否存在病原菌。
此外,环境检测也可以运用PCR技术来检测是否存在特定的非病原菌微生物,这将有助于判断环境的安全性。
总结PCR技术通过体外复制DNA分子、引入聚合酶和引物等手段,在体外复制出感兴趣的特定DNA序列。
实时荧光定量pcr的原理及应用
实时荧光定量PCR的原理及应用1. 简介实时荧光定量PCR(Real-time quantitative polymerase chain reaction,简称qPCR)是一种强大的分子生物学技术,能够在同一反应体系中完成DNA扩增和定量,具有高灵敏度、高特异性和高精确性的优势。
本文将介绍实时荧光定量PCR 的原理和应用。
2. 原理实时荧光定量PCR基于传统PCR技术的基础上,引入荧光染料或探针来实时监测PCR反应过程中产生的增量扩增DNA量。
其原理如下:1.DNA模板的变性:通过加热将DNA模板的双链DNA变性成两个单链。
2.引物结合:待扩增的特定DNA序列的引物(Forward primer和Reverse primer)与模板DNA的互补序列结合。
3.DNA聚合酶扩增:DNA聚合酶沿着模板DNA链酶解附近的单链DNA,并将新的DNA链合成。
4.荧光信号监测:引入特定的荧光染料(如SYBR Green)或探针(如TaqMan探针),实时监测PCR反应体系中DNA扩增量的变化。
5.数据分析:使用特定的PCR仪器记录和分析荧光信号,根据荧光信号的变化量确定目标DNA序列的起始量。
3. 应用实时荧光定量PCR技术在许多领域中有广泛的应用,主要包括以下方面:3.1 疾病诊断与检测实时荧光定量PCR可以用于快速检测和诊断各种疾病,例如:•新型冠状病毒(COVID-19)检测•癌症标志物的检测•细菌和病毒感染的检测•遗传性疾病的检测3.2 基因表达分析实时荧光定量PCR可以用于研究基因的表达水平,包括:•基因表达差异分析•基因调控网络的研究•基因表达谱的分析•转录因子的研究3.3 环境监测实时荧光定量PCR可以应用于环境监测领域,用于检测和量化环境中的微生物和污染物,例如:•水质监测中细菌和病毒的检测•土壤中污染物降解菌的鉴定和定量•空气中微生物的检测3.4 遗传学研究实时荧光定量PCR在遗传学研究中也有广泛的应用,包括:•DNA定量和质量检测•突变检测和鉴定•群体遗传学分析•基因组学研究4. 总结实时荧光定量PCR技术是一种准确、高效、灵敏的分子生物学技术,广泛应用于医学、生物学、环境科学和农业等领域。
微流控技术在医学检测中的应用
微流控技术在医学检测中的应用一、引言在医学领域,快速、准确、可靠的诊断成为了一项至关重要的任务。
微流控技术作为一种新兴的检测技术,具有微尺度、自动化、高效率等特点,被广泛运用于医学检测中。
本文将介绍微流控技术的原理及其在医学检测中的应用。
二、微流控技术的原理微流控技术是指通过微型通道及微型控制系统对流体进行精确控制的技术。
它是将传统液体分离和检测方法转化为微型流体控制器材料上的微流通道内实现的技术。
微流控芯片由通道、混合室、分析室和检测器组成,流体由微泵进行控制,通过细胞培养、流式细胞术等技术将样本移入微孔内与其他试剂混合,最终利用检测器检测样品中的成分。
微流控技术的基本原理为利用微小的通道减小流体的体积,增强流体对表面的粘附和反应,从而提高了分析的灵敏度和速度。
三、微流控技术在医学检测中的应用1.体液检测常见的体液如血液、口腔分泌物、尿液等均可以通过微流控技术进行检测。
以血液检测为例,利用微型通道将血液分离成几个部分,然后通过表面辐射和荧光传感器检测盘进行定量检测,可以实现血糖、血压、心率等的检测。
在肿瘤筛查中,可以通过微流控技术检测血中诱导细胞死亡蛋白的含量水平,从而诊断出早期的癌症。
2.病原体检测微流控技术可以用于检测如病毒、细菌等的病原体。
以流感病毒为例,微流控技术可以通过将样品与荧光标记的抗体和病毒结合,最终通过荧光探测器的检测得出结果,进而诊断出患者是否感染流感病毒。
此外,微流控技术还可以用于检测大肠杆菌等细菌,通过实时PCR技术对DNA进行扩增、筛选、检测,从而得出结果。
3.神经学研究微流控技术可以用于研究中枢神经系统和神经回路中的细胞之间的信息传递。
以微脑片技术为例,可以通过微流控芯片将神经元细胞置入,使其可以生长和交流。
利用荧光标记的细胞素C对神经元进行标记,通过显微镜定位并计算神经元之间的距离和连接数量,可以研究不同类型的神经元之间的联系,并深入了解神经系统的结构和功能。
四、微流控技术的发展前景微流控技术在医学检测中具有广泛的应用前景。
农田土壤nirK和nirS型反硝化微生物的研究进展
文章引用: 赵明明, 赵鑫盟, 希尼尼根, 于景丽. 农田土壤 nirK 和 nirS 型反硝化微生物的研究进展[J]. 微生物前沿, 2018, 7(2): 65-72. DOI: 10.12677/amb.2018.72008
赵明明 等
1内蒙古大学生态与环境学院,内蒙古 呼和浩特 2内蒙古农业大学兽医学院,内蒙古 呼和浩特 3内蒙古自治区环境污染控制与废物资源化重点实验室,内蒙古 呼和浩特
Keywords
Agricultural Soils, Nitrogen Fertilizer, Denitrifying Microbes, nirK and nirS Genes, Techniques
农田土壤nirK和nirS型反硝化微生物的 研究进展
赵明明1*,赵鑫盟1*,希尼尼根2#,于景丽1,3#
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1. 引言
1.1. 反硝化作用与反硝化微生物功能基因简介
反硝化作用是微生物在无氧或微氧条件下以 NO3− 或 NO2− 作为电子受体进行呼吸代谢获得能量,同时 将 NO3− 或 NO2− 还原为 N2O 或 N2 的过程。反硝化作用既是土壤氮肥损失的途径之一,也是产生温室气体 N2O 的主要途径。土壤的反硝化作用主要是由土壤微生物引起的,包括异化反硝化细菌、非反硝化发酵 性细菌和真菌、自养型硝化细菌等。反硝化作用是一个由四步反应构成的生物地球化学过程,包括硝酸 盐还原,亚硝酸盐还原,一氧化氮 NO 还原和氧化亚氮还原 N2O。其中,每一步都由相应的酶来催化, 分别为硝酸还原酶(Nitrate reductase, Nar)、亚硝酸还原酶(Nitrite reductase, Nir)、一氧化氮还原酶(Nitric oxide reductase, Nor)和一氧化二氮还原酶(Nitrous oxide reductase, Nos) [1] [2],如图 1 所示。
污水处理过程中的微生物生态学分析
污水处理过程中的微生物生态学分析随着人口和经济的增长,对水资源的需求越来越大。
水处理已经成为世界各地的重要社会经济事业之一。
污水处理是保护水资源的核心环节,同时微生物在污水处理过程中也扮演着非常重要的角色。
微生物可以被用作指示器,在水处理过程中不仅可以监测污染物的去除情况,也可以评估环境中的微生物物种多样性和生态系统健康状况。
在污水处理过程中,微生物涵盖了许多种类,比如细菌、真菌、病毒和原生动物等。
其中,细菌是最常见的微生物,在污水处理中扮演着举足轻重的角色。
微生物在污水处理中的作用主要有氧化有机物、转化氨氮、还原亚硝酸盐和硝酸盐等。
微生物在处理污水的过程中,除了消耗氧气等资源,也会因为 pH 值、温度、浓度等环境因素的变化发生变异。
微生物数量和群落结构是影响污水处理效果和水体质量的关键因素。
微生物可以根据生态环境的不同而变化,它们也会因为不同的生态环境而形成稳定的群落结构。
了解微生物在污水处理过程中的变化情况和群落结构,有助于优化污水处理,提高处理效果。
普遍采用的微生物检测方法包括培养和非培养两种方式。
在早期的水处理组合中,培养方法被广泛应用,但由于其存在文化效应(只能检测到能够生长的微生物)和时间延迟等限制,如今更多的采用了非培养方法,这些方法能够通过分子生物学技术直接检测和鉴定微生物。
其中,最常使用的分子技术包括PCR、FISH和PCR-DGGE等。
PCR扩增技术是一种高灵敏度的方法,用于检测特异的基因,如16S rRNA和18S rRNA等,与分离培养微生物方法相比,扩增的时间更短,梯度管PCR和实时PCR等定量技术的发展,使得微生物数量的测量更精确,对为稳定的群落结构分析更有帮助。
FISH技术可以通过引入荧光染料的核酸探针与微生物特异的16S rRNA或18S rRNA结合,用于快速定量分析样品中微生物的数量和构成,另一种PCR-DGGE技术则是通过DGGE电泳技术来直接检测DNA片段。
反硝化细菌研究进展
反硝化细菌研究进展引言反硝化细菌是指在环境中能够将硝酸盐(NO3-)还原为氮气(N2)的微生物。
这些细菌在环境生态平衡和氮循环过程中发挥着至关重要的作用,同时,反硝化细菌也在工业应用中具有潜在的价值。
因此,对反硝化细菌的研究一直受到广泛。
本文将概述反硝化细菌的研究现状、研究方法、主要成果以及未来研究方向。
研究现状1、反硝化细菌的分类反硝化细菌属于变形菌门,包括多种科、属和种。
其中,常见的反硝化细菌有假单胞菌属、产碱菌属、节细菌属、希瓦氏菌属和颤杆菌属等。
这些细菌广泛分布在土壤、水体和植物根际等环境中,且具有不同的生态学和生理学特征。
2、反硝化细菌的生理特征反硝化细菌多为革兰氏阴性菌,细胞呈杆状或球状,具有鞭毛和荚膜。
这些细菌以有机物为碳源,以硝酸盐为电子受体进行呼吸作用。
在生长过程中,反硝化细菌能够通过一系列酶促反应将硝酸盐还原为氮气,并释放能量。
3、反硝化细菌的生态环境反硝化细菌在自然环境中广泛存在,尤其在土壤和水体中分布较多。
这些细菌在氮循环中发挥着重要作用,能够将硝酸盐转化为氮气,释放到大气中,从而影响全球气候变化。
此外,反硝化细菌还在污水处理、农业生产等工业应用中具有潜在价值。
研究方法1、传统培养方法传统培养方法是反硝化细菌研究的基础手段,包括分离、纯化、鉴定和培养等步骤。
通过选择适合的培养条件,研究人员可以获得反硝化细菌的纯培养,进而研究其生物学和生态学特性。
2、现代分子生物学方法随着分子生物学技术的发展,越来越多的研究人员采用分子生物学方法研究反硝化细菌。
例如,通过16S rRNA基因序列分析,可以揭示反硝化细菌的分类和系统发生关系;通过宏基因组学和转录组学方法,可以研究反硝化细菌在环境中的分布和作用机制。
3、代谢组学方法代谢组学方法是通过研究细胞代谢产物的变化来解析生命活动的过程。
在反硝化细菌研究中,代谢组学方法可以帮助研究人员了解硝酸盐还原为氮气的具体过程以及相关代谢产物的变化情况。
分子生物学技术在环境检测中的应用
分子生物学技术在环境检测中的应用随着科技的进步和人类活动的日益增多,人们对于环境问题的重视日益增强。
环境检测的关键在于能够准确、快速、灵敏的检测出污染物并对其进行监控和治理。
而传统的环境检测方式存在着一些弊端,如检测时间长、成本高、检测对象单一等,并且很难同时检测出多种污染物。
因此,发展新型的环境检测技术势在必行。
而分子生物学技术则成为了一种有效的新型环境检测技术,它的应用范围包括了微生物检测、污染物检测和鉴定、水质检测和环境变化等领域,在环境监测中具有着广阔的前景。
1. 微生物检测微生物是环境中不可缺少的一部分,但是在一些情况下,它们也会成为一种污染源。
例如,在土壤中一些紫色芽孢杆菌(Paenibacillus)可以生长在低氧或缺氧的条件下,并利用化学能量和有机材料进行代谢,产生二氧化碳并降低土中氧气浓度,导致植物生长受阻。
因此,对于环境中的微生物进行快速检测和监测是必须的。
而传统的微生物检测方式如细菌培养等方法,需要时间长、检测灵敏度较低,而分子生物学技术的确切性、敏感度、准确性高,且能够同时检测出多种微生物。
以环境中的生物多样性保护为例,分子生物学技术可以检测微生物基因序列和RNA,从而精确判断物种的多样性和分布情况,同时也可以检测生物间相互作用或生态功能。
例如,环境中某种微生物失去了群体间的相互作用性质,来自于San Diego State University的分子生物学家Brent Pedersen与Max Planck研究所的生态学家Nicki Michels设计了一种DNA探针,用于研究水中细胞的信号传递机制。
研究表明,当水生细菌Chromobacterium violaceum致病蛋白质(CviI)达到一定浓度时,就会分泌小分子信号化合物(N-hexanoyl-L-homoserine lactone),该化合物可使细菌共同进化,并转变成一种具有新的生态功能的细菌。
因此,方便、准确、高效的检测方法成为了微生物检测技术中的重要手段。
实时荧光定量PCR技术及其应用研究进展
实时荧光定量PCR技术及其应用研究进展【摘要】实时荧光定量PCR技术是一种高效、快速、灵敏的核酸检测方法,被广泛应用于基因表达分析、病原微生物检测和药物研究等领域。
本文从技术原理、优势和应用研究进展等方面对实时荧光定量PCR技术进行了系统性介绍。
通过详细解析实时荧光定量PCR技术在基因表达分析、病原微生物检测和药物研究中的应用,展示了其在科研领域中的重要作用和应用前景。
讨论了实时荧光定量PCR技术的发展前景、应用前景和未来发展方向,为进一步推动该技术在生物医学领域的发展提供了重要参考。
实时荧光定量PCR技术的不断改进和应用拓展,将为疾病诊断、药物研究和生物学研究领域带来更多可能性和机遇。
【关键词】实时荧光定量PCR技术、基因表达分析、病原微生物检测、药物研究、发展前景、应用前景、未来发展方向。
1. 引言1.1 实时荧光定量PCR技术及其应用研究进展实时荧光定量PCR技术是一种基于荧光信号检测的快速、准确、高灵敏度的DNA定量分析技术,广泛应用于基因表达分析、病原微生物检测和药物研究等领域。
随着PCR技术的不断改进和完善,实时荧光定量PCR技术在科研和临床实践中的作用越来越重要。
实时荧光定量PCR技术的原理是利用DNA特异性荧光探针与目标DNA序列结合,在PCR反应过程中实时监测荧光信号的强度,从而定量测定目标DNA的含量。
相比传统PCR技术,实时荧光定量PCR技术具有快速、高灵敏度、高特异性和高准确性的优势,能够在短时间内精确测定样品中目标DNA的数量。
实时荧光定量PCR技术在基因表达分析中的应用可以帮助研究者快速、准确地测定特定基因的表达水平,揭示基因调控的机制。
在病原微生物检测方面,实时荧光定量PCR技术可以快速检测样品中微生物的存在和数量,为临床诊断和治疗提供重要依据。
在药物研究中,实时荧光定量PCR技术可以帮助研究者评估药物对基因表达的影响,筛选有效药物和优化治疗方案。
实时荧光定量PCR技术在科研和临床实践中具有广阔的应用前景和发展空间,未来随着技术的进一步完善和扩展,实时荧光定量PCR 技术将发挥越来越重要的作用,为生命科学研究和医学诊疗领域带来更多的突破与进展。
硝酸盐还原细菌及其应用研究
硝酸盐还原细菌及其应用研究一、硝酸盐还原细菌的简介硝酸盐还原细菌(Denitrifying bacteria)是指一类能够利用硝酸盐作为电子受体进行无氧呼吸过程,从而将硝酸盐还原为氮气或气态氧化亚氮的细菌。
硝酸盐还原细菌广泛存在于自然界中,包括土壤、水体、海洋、河流等。
它们对于环境的氮素循环以及氮素沉积过程中起着重要作用。
硝酸盐还原细菌的代表菌种有:众所周知的嗜氧菌:泡状杆菌(Pseudomonas)、鞭毛菌(aermobactor)、卡馨氏菌(carnobacterium)等。
二、硝酸盐还原细菌的应用1.废水处理硝酸盐还原细菌可以用于处理有机污染物质的废水。
多项研究表明,硝酸盐还原细菌可以有效地降解及处理多种污染物质,包括酚类、农药、染料、化学品及其他有毒有害的物质等。
例如,利用硝酸盐还原菌的特性,在污染水体中加入适当的硝酸盐,将硝酸盐转化为氮气并去除废水中的有机物质。
2.生产动力学和工业废水处理硝酸盐还原细菌可以产生丰富的代谢产物,被用于生产氮气、炭气、乙醇等物质。
因此,硝酸盐还原细菌也是生态和绿色化工产业中的重要生产菌株。
同时,硝酸盐还原细菌也可以用于处理工业生产废水,将含有有机物质、硝酸盐等污染物质的工业废水处理为无害水体。
3.环境修复硝酸盐还原菌可以将土壤或水体中的有机废弃物分解成简单的物质,使小分子化合物在水体和土壤中水解,还原到更不活泼的物质(氮气、二氧化碳等),从而使其更直接地进入生物循环中。
这种过程被称为生物降解,硝酸盐还原细菌所发挥的作用也是非常显著的。
三、硝酸盐还原细菌在生物技术中的应用1.生物红外感应系统硝酸盐还原细菌鞭毛进化成为一种复杂的纳米结构,并被发现可以转化为一种生物红外感应系统。
这可能会引起生物技术中的紧急喜感应器件等方面的革命性改变。
2.肥料制作硝酸盐还原细菌可以产生大量的温室气体——氮氧化物(NOx),NOx可以用于肥料制造等工业过程,因此,硝酸盐还原细菌在农业中的应用也是十分广泛的。
大肠杆菌硝酸盐还原试验结果
大肠杆菌硝酸盐还原试验结果一、背景介绍大肠杆菌是一种常见的肠道细菌,它可以引起多种疾病,如腹泻、尿路感染等。
硝酸盐还原试验是一种常用的大肠杆菌检测方法,通过检测大肠杆菌是否能够还原硝酸盐来判断其存在与否。
二、试验原理硝酸盐还原试验基于大肠杆菌在代谢过程中产生的一种酶——亚硝化酶。
该酶可以将硝酸盐还原为亚硝酸盐,并产生气体(通常是氮气)。
如果大肠杆菌存在,则会产生亚硝酸盐和气体,从而呈现阳性反应。
三、实验步骤1.准备培养基:将含有0.2%葡萄糖和0.05%硝酸钾的液体培养基加热至沸腾,冷却后装入试管中。
2.接种:用无菌环取少量待测物质(如食品、水样等)接种到液体培养基中。
3.孵育:将液体培养基孵育在37℃下24小时。
4.观察:观察液体培养基中是否有气泡产生。
有气泡产生则为阳性反应,证明待测物质中存在大肠杆菌。
四、结果分析硝酸盐还原试验的结果分为阳性和阴性两种。
如果液体培养基中出现气泡,则说明待测物质中存在大肠杆菌,呈现阳性反应。
如果液体培养基中没有气泡产生,则说明待测物质中不存在大肠杆菌,呈现阴性反应。
五、注意事项1.实验前需做好消毒工作,保证无菌操作。
2.实验过程中需注意安全,避免硝酸盐和亚硝酸盐的接触。
3.试管尽量不要移动,避免气泡因为振荡而产生。
4.如果样品含有较高浓度的细菌,则可能导致假阳性结果。
六、结论通过硝酸盐还原试验可以检测出待测物质中是否存在大肠杆菌。
如果呈现阳性反应,则说明待测物质中存在大肠杆菌,需要进一步进行检测和处理。
如果呈现阴性反应,则说明待测物质中不存在大肠杆菌,可以放心使用。
9.10细菌性传染病实验室监测实践培训试题
细菌性传染病实验室监测实践--国家致病菌识别网培训参考答案1 国家致病菌识别网主要依托什么技术进行监测?A 遥感技术B 人工智能技术C 纳米技术D 病原识别、分子分型、基因组溯源调查考生答案:D2 下列哪项不是国家致病菌识别网的功能?A 追踪病源B 识别暴发疫情C 评估疫情风险D 直接治疗病患考生答案:D3 国家致病菌识别网监测模式是什么?A 个体监测B 耐药监测C 流行病学+实验室+数据要素D 流行病学监测考生答案:C4 国家致病菌识别网如何实现全国范围内的监测?A 通过全面采集人口数据B 通过卫星遥感技术C 通过建立各级疾控系统联系D 通过实时监测气候变化考生答案:C5 实验室监测在细菌性传染病防控中的主要作用是什么?A 准确预测疫情发生时间B 完全消除细菌性传染病C 直接治疗细菌性传染病D 提供科学依据以制定防控策略考生答案:D6 下列哪些属于细菌性传染病防控的挑战?A 公众对细菌性传染病的认识不足B 缺乏有效治疗药物C 病原体种类繁多D 细菌耐药性的增加考生答案:A,D7 国家致病菌识别网在数据应用方面有哪些功能?A 数据分析B 数据隐私保护C 数据可视化D 数据整合考生答案:A,B,C,D8 下列哪些是国家致病菌识别网的实践应用?A 疫情数据分析B 疫情监测C 疫情防控决策支持D 疫情预警考生答案:A,B,C,D9 实验室监测能够提供哪些方面的信息?A 准确识别病原体B 预测病原体未来变化趋势C 监测病原谱构成变化D 发现新病原体考生答案:A,C,D10 在细菌性传染病防控中,哪些措施是有效的?A 完善防控策略制定B 推进数据整合与应用C 仅依靠公众自我防护意识D 加强实验室监测能力建设考生答案:A,B,D11 国家致病菌识别网仅覆盖大城市。
A 正确B 错误考生答案:B12 通过国家致病菌识别网,我们可以及时追踪到细菌性传染病的源头。
A 正确B 错误考生答案:A13 细菌性传染病已不再是全球公共卫生的威胁。
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Quantification of a novel group of nitrate-reducing bacteriain the environment by real-time PCRJuan C.Lo´pez-Gutie ´rrez,Sonia Henry,Ste ´phanie Hallet,Fabrice Martin-Laurent,Ge´rard Catroux,Laurent Philippot *UMR 1229INRA-Universite´de Bourgogne,Microbiologie et Ge ´ochimie des Sols,17,rue Sully,B.P .86510,21065Dijon Cedex,France Received 3February 2004;received in revised form 13February 2004;accepted 13February 2004Available online 20March 2004AbstractNitrate reduction is performed by phylogenetically diverse bacteria.Analysis of narG (alpha subunit of the membrane boundnitrate reductase)trees constructed using environmental sequences revealed a new cluster that is not related to narG gene from known nitrate-reducing bacteria.In this study,primers targeting this as yet uncultivated nitrate-reducing group were designed and used to develop a real-time SYBR R Green PCR assay.The assay was tested with clones from distinct nitrate-reducing groups and applied to various environmental samples.narG copy number was high ranging between 5.08Â108and 1.12Â1011copies per gram of dry weight of environmental sample.Environmental real-time PCR products were cloned and sequenced.Data was used to generate a phylogenetic tree showing that all environmental products belonged to the target group.Moreover,16S rDNA copy number was quantified in the different environments by real-time PCR using universal primers for Eubacteria .16S rDNA copy number was similar or slightly higher than that of narG ,between 7.12Â109and 1.14Â1011copies per gram of dry weight of environmental sample.Therefore,the yet uncultivated nitrate-reducing group targeted in this study seems to be numerically important in the environment,as revealed by narG high absolute and relative densities across various environments.Further analysis of the density of the nitrate-reducing community as a whole by real-time PCR may provide insights into the correlation between microbial density,diversity and activity.D 2004Elsevier B.V .All rights reserved.Keywords:Nitrate reductase;narG ;Real-time PCR;Soil;16S rDNA1.IntroductionNitrate is the main nitrogen source for plant growth but can also be a contaminant in the envi-ronment.A taxonomically wide group of bacteria can reduce nitrate into nitrite,which can be reducedinto gaseous nitrogen compounds by denitrificationor into NH 4+by dissimilatory nitrate reduction (Tiedje,1988).The ability of facultative anaerobic bacteria to respire nitrate when oxygen is limiting has been ascribed mainly to the activity of a mem-brane bound nitrate reductase encoded by the narGHJI operon (Philippot and Hojberg,1999).Because of the importance of nitrate-reducing bacte-ria in the nitrogen cycle,this functional group has been studied either by cultivation (Nijburg and0167-7012/$-see front matter D 2004Elsevier B.V .All rights reserved.doi:10.1016/j.mimet.2004.02.009*Corresponding author.Tel.:+33-3-80-69-33-46;fax:+33-3-80-69-32-24.E-mail address:philippo@dijon.inra.fr (L.Philippot)/locate/jmicmethJournal of Microbiological Methods 57(2004)399–407Laanbroek,1997;Nijburg et al.,1997)or cultivation independent(Cheneby et al.,2003;Gregory et al., 2000;Philippot et al.,2002)microbiological approaches.In recent studies,generating narG se-quence data from the environment by clone libraries construction,narG trees showed the predominance of a new cluster representing between41%and52% of the total number of clones which is not related to any narG gene characterized from cultivated nitrate-reducing bacteria(Cheneby et al.,2003;Mounier et al.,2004;Philippot et al.,2002).Whereas this group may take significant part to the nitrate-reducing activity in the environment,no information could be deduced from these studies on its abundance. Traditional approaches using viable cell enumeration on solid media are biased by the need of cultivation, which is undesirable to estimate the abundance of this unknown group of nitrate-reducing bacteria.Real-time PCR is a method based on the use of fluorogenic probes(Nitsche et al.,1999)or dyes (Morrison et al.,1999)to quantify the copy number of target DNA in a sample.This technology,which is not limited by the culturability of bacteria,has been already successfully applied to quantify functional genes as markers for bacteria in the environment. For instance,peptidase and methane monooxygenase genes were used to quantify proteolytic bacteria (Bach et al.,2002)and methanotrophs(Kolb et al., 2003),respectively,in environmental samples.Thus, the aim of this study was to use real-time PCR for culture-independent quantification of the copy num-ber of these new nitrate reductase encoding genes for as yet uncultivated bacteria in the environment in relation to the number of16S rDNA copies.For this purpose,a new set of partially degenerated narG primers was designed and tested in vitro and applied on various environmental samples.2.Materials and methods2.1.Environmental samplesLa Bouzule(LB)soil(15.4%sand,51.3silt%, 33.3%clay,pH5.8and15.3%C)was obtained from the first20cm of the top layer of a wheat planted plot in an experimental field of the ENSAIA domain of La Bouzule(Nancy,France).Vannecourt(V)soil(33.2%sand,44.3%silt,22.5%clay,pH6.0,1.6%C and 0.2%N)was obtained from a winter wheat agricul-tural field in Vannecourt(Moselle,North East France). Vezin le Coquet(VLC)soil(12%sand,75%silt,13% clay and pH6.4)and two earthworm modified soil compartments,cast(VLCC)and gallery(VLCG), were obtained from Vezin Le Coquet(Bretagne, France)(Kersante,2003).Freshwater sediment(S) was obtained from the surface2cm of sediment of Ille et Vilaine river in Rennes,France.Paris(P)soil (77%sand,10%silt,13%clay,pH7.7,1.1%C and 0.09%N)was obtained from garden soils close to Paris(Baize et al.,2003).Finally,Auxonne(A)soil (7%clay,8%silt and85%sand,pH6.4,1.0%C and 0.05%N)was obtained from a cultivated field in Auxonne(Burgundy,France).Samples were trans-ported at4j C and kept atÀ20j C until use.2.2.DNA extractionDNA was extracted from three250-mg aliquots of samples according to the method of Martin-Laurent et al.(2001).Briefly,samples were homogenized in1ml of extraction buffer for30s at1600rpm in a mini-bead beater cell disrupter(Mikro-Dismembrator S;B. Braun Biotech International).Soil and cell debris were removed by centrifugation(14,000Âg for5min at4 j C).Afterwards,5M sodium acetate precipitation was used to remove proteins.Nucleic acids were then precipitated with cold isopropanol,washed with70% ethanol,and purified through a Sepharose4B spin column.DNA quality and size was checked by1% (wt/v)agarose gel electrophoresis.Finally,DNA was quantified spectrophotometrically at260nm using a BioPhotometer(Eppendorf,Hamburg,Germany),and by comparison to DNA standards in1%(wt/v)aga-rose gel electrophoresis.2.3.Primer design and testingSequences from a previously described narG environmental cluster(Cheneby et al.,2003;Mou-nier et al.,2004;Philippot et al.,2002)were aligned and scanned for conserved regions that could provide suitable primer target sites.Two degenerated primers, narG1960m2f(5V-TA(CT)GT(GC)GGG CAG GA(AG)AAA CTG-3V)and narG2050m2r(5V-CGT AGA AGA AGC TGG TGC TGT T-3V)wereJ.C.Lo´pez-Gutie´rrez et al./Journal of Microbiological Methods57(2004)399–407 400designed to amplify a 110bp narG fragment fromthe targeted cluster.The primers were tested by real-time PCR amplification of two Eubacteria and clones from a previously isolated collection (Mou-nier et al.,2004;Philippot et al.,2002)belonging to the same and other narG cluster groups (Table 2)using DNA concentrations corresponding to narG copy numbers two logs above the real-time PCR detection limit (see Section 2.4).Primers were then used for real-time PCR amplification in environmen-tal samples.For 16S rDNA amplification two universal primers specific for members of Eubacteria 341f (5V -CCT ACG GGA GGC AGC AG-3V )and 515r (5V -ATT CCG CGG CTG GCA-3V )were used to amplify a 174bp region.2.4.Real-time PCR assayReal-time PCRs were carried out in a Smart Cycler (Chypheid R ,USA).The 25A l reaction mixtures contained 0.5A M of each primer for narG ,and 0.3A M for 16S rDNA amplification,12.5A l of SYBR Green PCR master mix,including HotStar Taq k DNA Polymerase,Quanti Tec SYBR Green PCR Buffer,dNTP mix with dUTP,SYBR Green I,ROX and 5mM MgCl 2(QuantiTect k SYBR R Green PCR Kit,QIAGEN,France),2.5A l of DNA diluted tem-plate corresponding to 25ng of total DNA,and RNase-free water to complete the 25A l volume.The conditions for narG real-time PCR were 120s at 50j C for carryover prevention,900s at 95j C for enzyme activation;afterwards six pairs of touchdown cycles were added as follows:15s at 95j C for denaturation 30s at 63j C for annealing,30s at 72j C for extension and 15s at 81j C (temperature above the melting point of primer dimers)for a final data acquisition step,progressively decreasing the anneal-ing temperature by 1j C down to 58j C,to finally replicate the last step 40times.The conditions for 16S rDNA real-time PCRs were 120s at 50j C for carryover prevention,900s at 95j C for enzyme activation and 30cycles of 15s at 95j C,30s at 60j C and 30s at 72j C for denaturation,annealing and extension steps,respectively.Fluorescence produced by the binding of the SYBR Green fluorochrome to the double-strand DNA was measured at the end of each data acquisition step for narG and each exten-sion step for 16S rDNA (excitation 450–495nm,emission 505–537nm).An additional step from 60j C to 95j C (0.2j C s À1)was added in both cases to obtain a denaturation curve specific for each amplified sequence.Purity of amplified products was confirmed by the observation of a fluorescence fall at the fusion temperature of the product and the presence of a band of the correct size in a 2%(wt/v)agarose gel stained with ethidium bromide.The increment in fluorescence versus reaction cycle was plotted and the threshold cycle (Ct)was obtained by manually positioning the threshold base-line at 30fluorescence units of the first derivative curve.Ct could be related to the log of the target gene copy number by the following formula:log T 0=Àlog E ÂCt +log K ,where E is the PCR efficien-cy,T 0is the initial amount of DNA and K is the calculated initial amount of DNA for a Ct value of0.Fig.1.Agarose gel (2%wt/v)electrophoresis of real-time PCR amplification products using partially degenerated narG primers specific for the target group in DNA extracted from different environments (see Table 2for abbreviations).A 25bp ladder was used as DNA size marker.J.C.Lo ´pez-Gutie ´rrez et al./Journal of Microbiological Methods 57(2004)399–407401J.C.Lo´pez-Gutie´rrez et al./Journal of Microbiological Methods57(2004)399–407 402Standard curves were obtained by plotting Ct as a function of log of the copy number of target DNA. For this purpose recombinant pGEM-T Easy Vector (Promega)plasmids containing the standard sequen-ces were linearized using10U of Sal I and incubat-ing at37j C for1h(Appligene-Oncor,Illkirch, France).Tenfold serial dilutions of the linearized plasmids ranging from101to108were used as template,by triplicate,to determine the calibration curves.Three points of the standards were used as positive controls in each reaction.Fivefold dilution of environmental DNA was also used for determina-tion of the detection limit of our narG real-time PCR assay.In addition,1Â106copies of the target gene in environmental were added in serial dilutions of environmental DNA to check for real-time PCR inhibition.2.5.Cloning and sequencing of real-time PCR narG productsReal-time PCR products from one replicate of each of the different environments studied were cloned using pGEM-T Easy Vector System(Prom-ega,France).Three to six nucleotide sequences fromeach environment were determined using DTCS-1kit (Beckman,Coulter)with primer T7in a Ceq2000 XL Sequencer,according to manufacturer instruc-tions(Beckman,Coulter).Sequences obtained were verified by BLAST,aligned using CLUSTALX soft-ware V.1.0.1(Thompson et al.,1997)and con-structed into a phylogenetic tree using the neighbor-joining method.All resulting sequences were deposited in Genbank under accession numbers AY53175AY531109.2.6.Statistical analysisWe performed one way analysis of variance (ANOV A)in each environment to observe differ-ences in narG and16S rDNA copy number and ratios.Data were log or square root transformed to meet the ANOVA premises.Means were compared using the least significant difference(LSD)test at P<0.05.3.Results3.1.Primer specificityThe primer sets used generated the expected amplicons of110bp for narG and174bp for 16S rDNA,as corroborated by gel electrophoresis analysis(data not shown for16S rDNA).Gel electrophoresis analysis of narG real-time PCR products in environmental samples(Fig.1)showed only bands of the expected size,with the exception of some replicates(VLCC-2,V-2and V-3),how-ever,the presence of non-specific faint bands may be attributed to primer dimerization(Becker et al., Table1Real-time PCR amplicons using partially degenerated narG primers in clones and bacteria from different phylogenetic groupsClone a or bacteria Phylogeneticgroup bSpecific generationof ampliconE611ÀA722ÀE682ÀD882ÀD143ÀEscherichia coli JM1013ÀC304ÀE384ÀD134ÀD714ÀPseudomonasfuorescens C7R125ÀD605ÀGH106+GG536+A736+C436+D446+a Clones belong to previously PCR libraries amplified from agricultural soils(Mounier et al.,in press;Philippot et al.,2002).b Phylogenetic groups correspond to the cluster groups defined in Fig.2.Fig.2.Phylogenetic analysis based on environmental narG nucleotide sequences obtained in this study(text in bold,see Table2for abbreviations),previous studies(Cheneby et al.,2003;Mounier et al.,2004;Philippot et al.,2002)and closely related bacteria.Phylogenetic distances were determined by neighbor-joining method.J.C.Lo´pez-Gutie´rrez et al./Journal of Microbiological Methods57(2004)399–4074032000;Kolb et al.,2003)and did not modify narGcopy number quantification.We further tested the specificity of the narG primers by real-time PCR using two Bacteria and previously isolated clones (Mounier et al.,2004;Philippot et al.,2002)from the same and different phylogenetic cluster groups (Fig.2).Table 1shows that only clones from cluster 6resulted in a positive Ct value,i.e.,clones from our target,not yet cultivated,nitrate-reducing group were selectively amplified by our designed narG primer set.3.2.Sensitivity of the real-time PCR assay and detection limitStandard curves generated for 16S rDNA (log (16S rDNA)=Àlog0.287Ct +12.129,r 2=0.997)and narG (log (narG )=Àlog0.272ÂCt +16.893,r 2=0.993)target molecules were linear from 1Â104to 1Âparisons between real-time PCR results obtained with different primer sets can be achieved if PCR efficiency is similar among the different reac-tions (Devers et al.,2004).Both curves had a highcorrelation coefficient and similar slopes,and thus similar PCR efficiencies (E ),which allowed the use of the curves as standards and the comparison among the results obtained with both primer sets.Analysis of real-time PCR amplification on serial dilutions of extracted environmental DNA corroborat-ed that the detection limit was 104for environmental samples (data not shown).By adding 1Â106copies of the target gene in environmental DNA extracts diluted bellow the detection limit,we were able to recover the expected number of copies in all en-vironments studied.We obtained an average of 8.5Â105F 8.33Â105narG copies per reaction out of the 1.01Â106narG copies expected.3.3.narG and 16S copy number and ratios in different environments16S rDNA target molecules,ranging from 5.06Â103to 1.00Â105copies per nanogram of DNA and 7.12Â109to 1.14Â1011copies per gram of dry weight of environmental sample,were signifi-cantly different between some of the environments.Table 2Amplicon nucleotide identity,gene copy numbers and ratios of narG from target group and 16S rDNA from total Eubacteria in environmental samples determined by real-time PCR Environment Nucleotide Gene copy number per nanogram DNA Ratio Gene copy number per gram dry weight Ratioidentity a (%)narG 16S rDNA narG /16S bnarG 16S rDNA narG /16S c La Bouzule (LB)80 1.01Â103a4.20Â104b 0.02a5.36Â109b 2.34Â1011d 0.02a (0.21Â103)(3.05Â104)(1.95Â109)(2.01Â1011)Vannecourt (V)77–78 5.95Â104e6.67Â104b 0.89c 1.12Â1011d 1.14Â1011cd 0.98c (3.67Â104)(7.58Â104)(0.71Â1011)(1.08Â1011)Vezin le Coquet 81–849.92Â103cd8.70Â103a 1.14bc 3.63Â1010c 3.12Â1010b 1.16bc (VLC)(1.72Â103)(2.75Â103)(0.47Â1010)0.34Â1010Vezin le Coquet 80–85 2.96Â103b 5.49Â103a 0.54b 1.95Â1010c 3.77Â1010b 0.52b cast (VLCC)(0.87Â103)(0.72Â103)(0.10Â1010)(0.86Â1010)Vezin le Coquet 77–86 2.94Â103b 5.06Â103a 0.58bc 4.59Â109b 7.98Â109a 0.58bc Gallery (VLCG)(1.62Â103)(1.48Â103)(2.30Â109)(2.14Â109)Sediment (S)80–82 1.71Â104d 2.44Â104b 0.70bc 3.70Â1010c 6.10Â1010bc 0.61bc (0.95Â104)(0.45Â104)(1.57Â1010)(2.91Â1010)Paris (P)83–85 5.39Â104e 4.69Â104b 1.15bc 7.96x 109b 7.12Â109a 1.12bc (1.59Â104)(0.37Â104)(1.19Â109)(0.96Â109)Auxonne (A)81–856.04Â103bc 1.00Â105c 0.06a5.08Â108a 8.47Â109a 0.06a(1.10Â103)(0.04Â105)(0.95Â108)(0.77Â109)Values followed by the same letter within columns do not significantly differ according to LSD test (P <0.05).aRange of the percentage of nucleotide identity between environmental narG sequences and narG from P .aeruginosa PA01.bTaking into account gene copy number per nanogram of extracted DNA.cTaking into account gene copy number per gram of dry weight of environmental sample.J.C.Lo´pez-Gutie ´rrez et al./Journal of Microbiological Methods 57(2004)399–407404narG target molecules were nearly as abundant as the 16S rDNA,ranging from1.01Â103to5.95Â104 copies per nanogram of DNA and 3.94Â108to 1.12Â1011copies per gram of dry weight of environ-mental sample.They were also significantly different among some of the environments studied.In fact,16S rDNA copy number per gram of dry weight of envi-ronmental sample were significantly higher in agricul-tural soils(LB and V)than in sediment(S)and sandy soil environments(P and A),while narG copy number did not follow the same pattern.Moreover,the pro-portion of narG with respect to16S rDNA copy number significantly differed across environments, ranging from0.02to1.15for gene copy number per weight of extracted DNA,0.02to1.16for gene copy number per gram of dry weight of environmental sample(Table2).3.4.Environmental narG sequence analysisThe35sequences obtained from the cloning of environmental real-time PCR products clustered to-gether with known narG sequences of the targeted phylogenetic cluster group(Fig.2).Phylogenetic tree in Fig.2shows that all the checked sequences belong to cluster6.The percentage of nucleotide identity between environmental isolated sequences and the characterized narG sequence of Pseudomonas aeru-ginosa PA01ranged between77%and86%in the different environments(Table2).4.DiscussionIn this study,a set of partially degenerated primers was designed for real-time PCR amplification of narG of an as yet uncultivated nitrate-reducing target group. The assay allowed the detection of as little as104 narG target molecules and amplification was not significantly inhibited in any of the environments studied.Specificity of our primers was confirmed by the phylogenetic analysis of35nucleotide sequences recovered from the different environments(Fig.2). The high narG copy number(between108and1011 copies per gram of dry weight of environmental sample),quantified by real-time PCR using SYBR R Green as detection system,confirms previous results suggesting that this unknown bacterial group with the genetic potential to reduce nitrate was numerically important in the environment(Cheneby et al.,2003; Mounier et al.,2004;Philippot et al.,2002).Thus,it has been shown that in narG clone libraries from three different agricultural soils,the proportion of clones belonging to this unknown cluster of nitrate reducing bacteria ranged between41%and51%(Cheneby et al.,2003;Mounier et al.,2004;Philippot et al.,2002). In this study,copy number of narG in the different environments tested is2log lower up to the same order of magnitude than16S rDNA copy number which further shows the high density of the group with respect to total bacteria.In addition,narG/16S rDNA ratios between0.02and1.16partially agree with the fact that10–50%of the bacteria present in the environment are able to reduce nitrate into nitrite (Tiedje,1988).Incidentally,a NarG sequence BLAST against bacterial genomes(including unfinished genomes)shows the presence of the gene in23%of the cases.Nevertheless,narG copy number does not have a direct correlation with16S rDNA copy num-ber,i.e.,environments with low copies of16S rDNA (e.g.,sandy soils)do not necessarily have a lower narG copy number and vice versa.Significant differ-ences in narG/16S rDNA ratios corroborate the latter observation.Thus,it may be possible that nitrate-reducing genetic potential is selectively advantageous in some environments and/or specific environmental conditions(Ghiglione et al.,2000).When comparing the16S rDNA copy number per amount of DNA,instead of amount of dry weight,we find slightly lower values than the1.25to1.32Â106 copies found in agricultural soils(Ochsenreiter et al., 2003).Similarly,when taking into account the16S rDNA copy number per gram of dry weight we obtain numbers that agree with bacterial counts obtained by non-molecular methods such as DNA-intercalating, blue fluorescent dye4V,6V-diamidino-2-phenylodole (DAPI).For instance,Uhlirova and Santruckova (2003)reported up to6.3Â109bacterial cells per gram of forest soil;Taylor et al.(2002)found up to 2.74Â1010cells per gram of agricultural soil,while Straub and Buchholz-Cleven(1998)reported 2.9Â1010cells per gram of fresh water sediment.To determine the importance of a specific bacterial functional group we need to consider the actual number of these organisms with respect to the total present in the environment.Gene copy number canJ.C.Lo´pez-Gutie´rrez et al./Journal of Microbiological Methods57(2004)399–407405provide a rough estimate of the actual number of organisms if the number of copies of the genes per genome and the number of genomes per organisms are known(Bach et al.,2002;Hermansson and Lindgren,2001).In the case of narG,the number of genes per organism may be close to the gene copy number obtained by real-time PCR since bacteria are expected to have one to three copies of this gene per genome(Philippot,2002).Nonetheless,the estimation of total bacteria using16S rDNA copy number is more cumbersome since different bacterial groups have different gene copy number ranging from1to 13(Fogel et al.,1999).Environmental bacterial number estimation using real-time PCR may also be biased by the DNA extrac-tion method.DNA isolated from complex environ-ments,such as soil,can contain inhibitory substances that may interfere with PCR amplification(Martin-Laurent et al.,2001).Moreover,since DNA released by organisms can persist(Recorbet et al.,1993)and be absorbed on soil components(Demaneche et al.,2001), coextraction and later PCR amplification of such DNA may cause an overestimation of gene copy number. However,in our study,we assumed that the use of gene copy number ratios allows for some of these biases to be negligible because both,narG and16S rDNA quantification,are subjected to the same DNA extrac-tion and amplification biases.In conclusion,the use of partially degenerated narG primers for real-time PCR amplification pro-vided a suitable and rapid cultivation independent method for the quantification of as yet uncultivated group of nitrate-reducing bacteria with unknown physiological features.Application of this technique to various environments confirmed the high density of this target group and emphasized the fact that we need information on its actual activity.Techniques targeting the mRNA,such as reverse transcription real-time PCR amplification,may help to monitor metabolic activity of these nitrate-reducers in the environment(Nogales et al.,2002).Knowledge of the density of functional community is essential for evaluating correlation between microbial diversity, density and activity in the environment.Therefore, it is now important to design primers targeting the other groups of nitrate-reducing bacteria to apply real-time PCR for the quantification of the whole nitrate-reducing community.AcknowledgementsThe authors would like to gratefully acknowledge Lionel Ranjard and Francßoise Binet for providing DNA from Auxonne and Vezin Le Coquet,respec-tively.Juan Carlos Lo´pez Gutie´rrez was funded by the Conseil Re´gional de Bourgogne(France)no.02 514AA02S24.ReferencesBach,H.-J.,Tomanova,J.,Schloter,M.,Munch,J.C.,2002.Enu-meration of total bacteria and bacteria with genes for proteolytic activity in pure cultures and in environmental samples by quan-titative PCR mediated amplification.J.Microbiol.Methods49, 235–245.Baize,D.,Lamy,I.,Oort,F.V.,Bourennane,H.,Chaussod,R., 2003.7th International Conference on the Biogeochemestry of Trace Elements,Uppsala.Becker,S.,Boger,P.,Oehlmann,R.,Ernst,A.,2000.PCR bias in ecological analysis:a case study for quantitative Taq nuclease assays in analysis of microbial communities.Appl.Environ.Microbiol.66,4945–4953.Cheneby,D.,Hallet,S.,Mondon,M.,Martin-Laurent,F.,Germon, J.C.,Philippot,L.,2003.Genetic characterization of the nitrate reducing community based on narG nucleotide sequence analy-sis.Microb.Ecol.46,113–121.Demaneche,S.,Jocteur-Monrozier,L.,Quiquampoix,H.,Simonet, P.,2001.Evaluation of biological and physical protection against nuclease degradation of clay-bound plasmid DNA.Appl.Environ.Microbiol.67,293–299.Devers,M.,Soulas,G.,Martin-Laurent,F.,2004.Real-time PCR reverse transcription PCR analysis of expression of atrazine catabolism genes in two bacterial strains isolated from soil.J.Microbiol.Methods56,3–15.Fogel,G.B.,Collins,C.R.,Li,J.,Brunk,C.F.,1999.Prokariotic genome size and SSU rDNA copy number:estimation of mi-crobial relative abundance from a mixed population.Microb.Ecol.38,93–113.Ghiglione,J.F.,Gourbiere,F.,Potier,P.,Philippot,L.,Lensi,R., 2000.Role of respiratory nitrate reductase in ability of Pseudo-monas fluorescens YT101to colonize the rhizosphere of maize.Appl.Environ.Microbiol.66,4012–4016.Gregory,L.G.,Karakas-Sen,A.,Richardson,D.J.,Spiro,S.,2000.Detection of genes from membrane-bound nitrate reductase in nitrate-respiring bacteria and in community DNA.FEMS Micro-biol.Lett.183,275–279.Hermansson,A.,Lindgren,P.,2001.Quantification of ammonia-oxidizing bacteria in arable soil by real-time PCR.Appl.Envi-ron.Microbiol.67,972–976.Kersante, A.,2003.Roˆle re´gulateur de la macrofaune lombri-cienne dans la dynamique de l’herbicide atrazine en sol cultive´tempe´re´.The`se de doctorat Universite´de Rennes1.166pp.J.C.Lo´pez-Gutie´rrez et al./Journal of Microbiological Methods57(2004)399–407 406。