Influence of temperature and pH on CO2 fixation by a non-photosynthetic microbial community and its mechanism analysis

CO2是主要的温室气体,也是地球上最丰富的碳源和可再生资源,本实验通过研究温度和pH对非光合固碳微生物固碳效率的影响,以期获得非光合固碳微生物适宜的固碳条件,并通过16S rDNA序列分析,研究了不同条件对固碳微生物群落结构的影响及其与固碳效率的相关性.结果表明,好氧/厌氧固碳微生物菌群生长的最适pH均在7左右.好氧固碳微生物菌群可在较大的温度范围(10℃～40℃)内良好生长,但其固碳速率在10℃左右时最高,之后微生物固碳速率随温度上升而下降,在40℃时,微生物固碳速率开始回升.厌氧时微生物的固碳效率随温度的变化情况与好氧时相似,但总体效果要比其在好氧时低20％～25％.由DGGE图谱及戴斯系数分析可得培养温度和pH对群落结构有显著影响,不同pH和温度条件下优势菌差异显著,这可能是固碳效率变化的重要原因之一.     

温度、pH对非光合微生物菌群固碳效率的影响及其成因分析

CO2是主要的温室气体,也是地球上最丰富的碳源和可再生资源,本实验通过研究温度和pH对非光合固碳微生物固碳效率的影响,以期获得非光合固碳微生物适宜的固碳条件,并通过16SrDNA序列分析,研究了不同条件对固碳微生物群落结构的影响及其与固碳效率的相关性。结果表明,好氧／厌氧固碳微生物菌群生长的最适pH均在7左右。好氧固碳微生物菌群可在较大的温度范围（10℃-40℃）内良好生长,但其固碳速率在10℃左右时最高,之后微生物固碳速率随温度上升而下降,在40℃时,微生物固碳速率开始回升。厌氧时微生物的固碳效率随温度的变化情况与好氧时相似,但总体效果要比其在好氧时低20％～25％。由DGGE图谱及戴斯系数分析可得培养温度和pH对群落结构有显著影响,不同pH和温度条件下优势菌差异显著,这可能是固碳效率变化的重要原因之一。     

非光合固碳微生物的碳源组合优化

二氧化碳(CO_2)过量排放而引起的全球变暖是目前全球面临的重大环境问题。微生物固碳是实现二氧化碳资源利用的一种重要方式。探索无需光照的高效固碳微生物对于更广泛环境条件下的微生物固碳具有重要意义。在从全球各大海域筛选富集出非光合微生物茵群的基础上,本文构建了在不同的电子供体条件下(铵和氢气)促进非光合微生物茵群生长的最佳混合碳源组合,得到如下结果:在以NH_4~+为电子供体的条件下,优化后的碳源组合为374.24 mgC/L碳酸钠(Na_2CO_3),54.76 mgC/L碳酸氢钠(NaHCO_3)和0 mgC/LCO_2时,最佳响应值TOC为3.06 mg/L。最佳响应值TOC低于以Na_2CO_3为单一碳源时,但高于以CO_2或NaHCO_3为单一碳源时;在以H_2为电子供体条件下,使用优化后的混合碳源为0.26 mg/L Na_2CO_3、0.59mg/L NaHCO_3和71.48mL/L CO_2时,非光合微生物菌群的固碳效率可达27.62 mg/L,较以CO_2为单一碳源提高35%左右。这可能意味着有H_2条件下非光合微生物菌群中的微生物可能以羟基丙酸固碳途径为主,而且多条固碳途径均能被混合菌群利用。     

光合细菌的利用及其开发前景

光合细菌是一类含细菌叶绿素和多种类胡罗卜素等光合色素能进行光合作用的古老的细菌,它广泛分布于土壤及地球各个永圈环境中。光合细菌在分类上属于真细菌纲红螺细菌目,包括4个科18个属。这一目的微生物在厌氧光照条件下,能利用硫化氢、硫代硫酸钠、分子氢等及其他无机、有机还原物质作为氢供体,因此,在光合作用过程中产生氧。它们的形状、大小各异。因细菌内所含的色素不同,菌体培养液也呈现红、黄、褐、绿等各种不同的颜色。光合细菌在不同的环境下具有不同的功能(如固碳、固氮、脱氮等),在自然界的碳、氮、硫等元素的物质循环中起着重要作用。由于光合细菌本身具有的生理特性和特定     

非光合固碳微生物菌群的耐盐特性及其影响因素

从海洋中分离驯化得到的非光合固碳微生物菌群(NPMC)是无需光照和供氢的化能自养微生物,若能用于贫瘠盐碱地改良,实现其在盐碱土壤中的二次固碳,对于盐碱土壤的低碳化改良具有重要的意义.本实验初步验证了NPMC的耐盐特性,以及微量元素和磷酸盐缓冲液两单因素在次高盐条件下对NPMC固碳效率的影响.并通过响应面法研究了微量元素与盐浓度对NPMC固碳效率的交互作用.结果表明,非光合固碳微生物拥有耐受高盐浓度的特性,可耐受高达100g/L以上的总盐度,因此可用于重盐碱土壤的改良.微量元素和磷酸盐缓冲液浓度的增加,都可增强NPMC的固碳效率,微量元素的促进效应高于磷酸盐缓冲液.微量元素和盐度对NPMC固碳效率的影响存在交互作用.     

固碳微生物菌株的分离鉴定及其固碳能力测定

利用微生物回收和固定CO2气体的生物固碳方法,成为解决"温室效应"这一重大环境问题的焦点,本研究目的是分离筛选固碳微生物菌株。利用无碳源无机培养基从活性污泥、沼液和设施土壤中分离筛选出以CO2为碳源的菌株24株,选取其中生长较快的8株菌进行cbbL基因、形态观察、生理生化反应测定和16S rDNA测序分析,将测序结果在BlAST数据库中比对,进行固碳菌株的分子鉴定,并对其菌体含量和RubisCO酶活性进行比较。选取RubisCO酶活性最高的菌株C2-8R,进行土壤施用试验,通过土壤RubisCO酶活性的测定,确定分离筛选的固碳菌的固碳能力。研究表明,可通过无碳源培养基进行固碳微生物菌株的筛选,筛选的固碳菌分别隶属于假单胞菌属和嗜甲基菌属,并可通过RubisCO酶活性来反映微生物的固碳能力。     

马里亚纳海沟不同深度水样微生物分离与多样性分析

【背景】马里亚纳海沟挑战者深渊是地球表面最深点,认识其微生物群落结构和分离培养的微生物对挖掘新的微生物资源具有重要意义。【目的】对马里亚纳海沟不同深度水样进行细菌分离培养,并与这些样品的微生物群落结构进行比较,认识进一步要分离培养的微生物类型。【方法】采用不同培养基对马里亚纳海沟两个站位不同深度水样进行细菌分离培养,并通过Illumina MiSeq高通量测序分析各个水样的细菌和古菌的群落结构。【结果】从来自两个站位不同深度的6个水样样品中分离获得783株细菌,属于4个门6个纲28个属。其中,变形菌门占主导地位,67.8%的菌株属于γ-变形菌纲。分离获得的菌株主要属于亚硫杆菌属、假单胞菌属和交替假单胞菌属,它们在这些样品中广泛分布,且在高通量测序结果中也能检测到。高通量测序结果表明除浅层样品优势微生物为蓝细菌外,其他样品以变形菌门占主导;不同深度样品的微生物群落结构存在较大差异。【结论】马里亚纳海沟不同深度水样中不仅分离培养出了相对丰度较高的一些细菌属,也分离得到一些相对丰度较低的微生物类型。从马里亚纳海沟水样中分离培养获得的细菌菌株资源将用于功能微生物和功能酶挖掘等相关研究,这有利于深渊微生物资源挖掘。     

寺河矿煤地质产甲烷微生物菌群的保藏和产甲烷性能

【背景】煤地质产甲烷微生物菌群可以代谢煤基质产生甲烷,对于实现煤层气资源的再利用具有重要意义。【目的】检测产甲烷菌群在保藏过程中群落结构的动态变化以及在产气实验中甲烷气的生成情况,以验证保藏方法的可行性,同时为煤层气的微生物增产奠定基础。【方法】分别于不同温度条件下比较3种菌种保藏方法,即甘油/L-半胱氨酸法、富营养法和煤基-基础盐法。通过产气实验检测不同保藏条件下产甲烷菌群的活力。同时,采用454高通量测序技术测定16S r RNA基因序列,分析25°C条件下煤基-基础盐菌种保藏过程中微生物群落结构的变化。【结果】比较了9组菌种保藏方法,发现菌种最佳保藏条件为25°C的煤基-基础盐保藏。在该条件下保藏的产甲烷菌群活性最高,甲烷生成量最大。以无烟煤为碳源进行产气实验时甲烷生成量为12%-25%,而以褐煤为碳源时甲烷生成量可达24%-73%。在25°C的煤基-基础盐菌种保藏条件下,保藏初期细菌的主要优势菌为假单胞菌属(Pseudomonas),而古菌的主要优势菌为甲烷八叠球菌属(Methanosarcina)。随着保藏时间的增加,细菌的群落结构变化显著,发酵细菌及产氢产乙酸细菌成为优势细菌,古菌的群落结构则相对稳定。【结论】菌种保藏的最佳条件为25°C的煤基-基础盐,保藏的产甲烷菌群能长期维持在较高的活性状态,具有较好的产甲烷能力。     

DGGE技术监测生物制氢反应器微生物群落结构和演替

为了研究生物制氢反应器微生物群落结构, 揭示混合菌群的生态学效能. 从连续流生物制氢反应器CSTR运行不同时期取活性污泥, 利用变性梯度凝胶电泳(DGGE)技术研究了产氢混合菌群的多样性和动态变化. 研究表明, 反应器从启动到乙醇型发酵稳定的运行, 经历了明显的微生物群落结构演替过程, 28天后反应器微生物群落结构基本恒定, 形成顶级群落. 16S rDNA 序列同源性分析表明, 优势种群为低G + C含量革兰氏阳性细菌分支的Clostridium sp.和Ethanologenbacterium sp., b变形菌亚纲的Acidovorax sp., g变形菌亚纲的Kluyvera sp.和一些未被培养的拟杆菌群的细菌和螺旋体. 21天后产氢细菌Ethanologenbacterium sp., Clostridium sp. (Clostridiaceae bacterium 80 Kb)和一些未被培养的螺旋体群细菌的数量明显增加, 形成乙醇型发酵群落, 产氢量大幅度提高. 群落经过演替微生物多样性增强后降低, 在群落演替过程中一直存在的Clostridium sp., sp., Kluyvera sp.和未被培养的拟杆菌群等是构成群落结构的基本种群, 混合菌群之间存在着共代谢作用, 共同决定产氢效能.     

非光合固碳微生物菌群最佳组合氮源的正交实验分析

与光合微生物相比,非光合微生物固定CO2具有不用光照,可昼夜持续的优点.氮源是影响微生物固碳效率的重要因素.本研究围绕非光合固碳微生物培养中的氮源进行单因素实验,并在此基础上设计正交交互实验以确定最优的氮源组合.结果表明,实验中采用的三种无机氮对微生物固碳效率均有提升,其中( NH4)2SO4约在浓度为8g/L时达到最大值,NaNO3约在浓度为5 g/L时达到最大值而NaNO2约在浓度为5 g/L时达到最大值.根据单因素实验的结果设计L27(313)的正交交互实验表,得到不同氮源组合影响固碳效率的主次顺序:NaNO3和(NH4)2SO4是影响微生物固定CO2的主要因素,其余依次为NaNO3和(NH4)2SO4的交互作用,(NH4)2SO4和NaNO2的交互作用以及NaNO2等.同时三种氮源的最优组合为(NH4)2SO4浓度9 g/L,NaNO3浓度5 g/L和NaNO2浓度8 g/L,并得到三种因素影响的直观图.