低氧生境中好氧甲烷氧化菌的缺氧耐受机理及种群结构研究进展

甲烷生物氧化在全球大气甲烷平衡和温室气体的控制中起着重要作用.氧气是甲烷生物氧化过程中的重要影响因素之一.生境中氧浓度不仅影响好氧甲烷氧化菌的种群结构、活性及甲烷碳的分配,而且好氧甲烷氧化菌在不同氧浓度下具有不同的代谢途径.理解低氧生境中好氧甲烷氧化菌的缺氧耐受机理和甲烷生物氧化过程,对甲烷驱动型生态系统的碳循环和生物多样性有着重要意义.本文以好氧甲烷氧化菌为对象,综述了低氧生境中好氧甲烷氧化菌的活性及其种群结构、好氧甲烷氧化菌的缺氧耐受机理以及低氧生境中甲烷氧化菌与非甲烷氧化菌的关系,并对今后的研究方向进行了展望.     

甲烷氧化菌及其在环境治理中的应用

甲烷的生物氧化包括好氧氧化和厌氧氧化两种,分别由好氧甲烷氧化菌和厌氧甲烷氧化菌完成.由于该过程是减少自然环境中温室气体甲烷排放的重要途径,越来越受到各国学者的重视.本文主要对当前甲烷氧化菌的研究现状进行了综述,对好氧甲烷氧化菌的种类、参与氧化甲烷的关键酶,厌氧甲烷氧化菌的种类、参与的微生物菌种以及氧化机理进行了论述,并对这两类微生物在温室气体减排、污染物治理、废水生物脱氮、硫及金属元素回收等方面的应用现状及前景进行了分析.     

甲烷氧化过程中铜的作用研究进展

甲烷生物氧化在全球甲烷平衡和温室效应控制中扮演着重要的角色,而铜是甲烷生物氧化过程中的重要影响因子.一方面,铜是调控不同类型甲烷单加氧酶表达的主要影响因子,是组成颗粒性甲烷单加氧酶的必需金属元素;另一方面,在自然环境体系中,铜含量及其形态的变化对甲烷氧化菌的分布、代谢甲烷和非甲烷类有机化合物的能力以及甲烷氧化菌的特异性铜捕获系统也会产生较大影响.准确把握铜在甲烷生物氧化过程中发挥的作用将有助于全面了解甲烷生物氧化过程,进而更好地指导甲烷氧化微生物在温室气体减排及非甲烷有机物污染修复中的应用.本文主要从铜的角度,概述了铜对甲烷氧化菌的分布和活性的影响,介绍了铜在调控甲烷单加氧酶的表达和活性以及调节甲烷氧化菌铜捕获系统方面的作用,并展望了其研究方向.     

好氧甲烷氧化菌生态学研究进展

好氧甲烷氧化菌是一群以甲烷为碳源和能源的细菌。好氧甲烷氧化菌在自然环境中分布广泛,人类已从土壤、淡水和海洋沉积、泥炭沼泽、热泉、海水和南极环境分离到甲烷氧化菌的纯培养。好氧甲烷氧化菌可分为14个属,包括研究较为深入的隶属于变形菌门Alpha和Gamma纲的细菌,以及属于疣微菌门的极端嗜热嗜酸甲烷氧化菌。最近,好氧甲烷氧化菌还被发现存在于苔藓类植物（尤其是泥炭苔藓）共生体中,兼性营养好氧甲烷氧化菌也被发现。本文通过对好氧甲烷氧化菌的分类、生理生化特征、分子生物学检测方法以及微生物生态学中的研究成果的总结与分析,以及对甲烷氧化菌研究所面临的问题进行讨论,以期为今后进一步开展好氧甲烷氧化菌及其在碳循环中的作用研究提供参考。     

贵州阿哈湖水库沉积物中甲烷氧化菌分布与功能

甲烷氧化菌是一类能够以甲烷作为唯一碳源和能量维持生存的微生物,其活动与生态系统中物质循环及能量流动密切相关。【目的】了解阿哈湖水库沉积物中甲烷氧化菌群落结构及代谢功能。【方法】采用宏基因组技术对环湖沉积物和湖心沉积物进行研究。【结果】水库沉积物中主要的好氧甲烷氧化菌是甲基杆菌属(Methylobacter) (0.37%)和甲基单胞菌属(Methylomonas) (0.12%),主要的厌氧甲烷氧化菌是Candidatus_Methylomirabilis (0.12%),属于NC10门细菌中的亚硝酸盐反硝化型厌氧甲烷氧化菌,其中好氧甲烷氧化菌的pmoA基因为6.16×10⁷ copies/g,反硝化型厌氧甲烷氧化菌的16S rRNA基因为2.84×10⁷ copies/g。4种代谢的功能基因多样性表现为氮代谢>碳代谢>硫代谢>甲烷代谢,基于京都基因和基因组百科全书(Kyoto encyclopedia of genes and genomes, KEGG)基因库进行注释得到6大类功能,发现18条与碳(包括甲烷)、氮、硫代谢有关的完整代谢途径。主坐标分析(principal coordinates analysis, PCoA)显示环湖沉积物与湖心沉积物之间的甲烷氧化菌种类和功能存在显著差异。影响甲烷氧化菌分布的主要环境因子为氧化还原电位、电导率和硫酸根。【结论】阿哈湖水库甲烷氧化菌以Ⅰ型好氧甲烷氧化菌为主,甲烷氧化菌群落代谢途径丰富,Ⅰ型和Ⅱ型甲烷氧化菌在对O₂的适应性上有显著差异。相关研究可为湖泊水生态环境的保护和微生物资源的开发利用等方面提供一定的理论支撑。     

土壤大气甲烷氧化菌研究进展

土壤微生物催化是大气中痕量甲烷(约1.8ppmv)氧化的唯一生物途径。目前的研究表明好氧土壤中存在专性和选择性大气甲烷氧化菌2种类型:前者(USCα和USCγ)广泛分布于各种好氧旱地土壤,其甲烷氧化酶对低浓度甲烷亲和力极高,属真正的寡营养型,但至今尚未获得该种类的纯培养菌株。后者属于传统甲烷氧化菌Methylocystis/Methylosinus属,广泛分布于各种周期性排放高浓度甲烷的土壤环境中。该属大部分菌株含有亲和力不同的2套甲烷单加氧酶系统,其中的高亲和力甲烷单加氧酶使这些菌株可以在相当长的时间内(3个月)保持大气浓度甲烷氧化活性,但其生长和繁殖还需依赖于土壤内部阶段性产生的高浓度甲烷。本文详细阐述了2类大气甲烷氧化菌的发现历程及其可能的生存策略,最后系统梳理了几种关键的环境因子(土壤温度及湿度、土壤pH、植被、土地利用及氮输入)对大气甲烷氧化菌群落结构和甲烷氧化活性的影响,提出并展望了土壤大气甲烷氧化菌研究的重要方向。     

甲烷生物利用及嗜甲烷菌的工程改造

作为来源广泛、储量丰富的有机碳一气体,甲烷被认为是下一代工业生物技术中最具潜力的碳原料之一。嗜甲烷菌能够利用其体内的甲烷单加氧化酶,将甲烷作为唯一的碳源和能源进行生长和代谢,这为温室气体减排及其开发利用提供了新的策略。目前,嗜甲烷菌生物催化体系的相关研究已开展多年,随着系统生物学和合成生物学的快速发展,利用代谢工程合理改造嗜甲烷菌代谢途径以提高甲烷转化效率,已经实现了生物转化甲烷制备多种大宗化学品和生物燃料。本文详细讨论并介绍了嗜甲烷菌催化氧化甲烷的相关代谢途径、高效细胞工厂构建及部分化学品生物合成的最新研究进展,并对甲烷生物转化未来的发展方向和面临的技术挑战进行了讨论和展望。     

基于甲烷氧化菌的脱氮技术研究进展

甲烷氧化菌利用甲烷作为唯一碳源和能源,在氧化甲烷的过程中能有效地实现脱氮,该过程分为好氧甲烷氧化耦合反硝化(aerobic methane oxidation coupled to denitrification,AME-D)和厌氧甲烷氧化耦合反硝化(anaerobic methane oxidation coupled to denitrification,ANME-D),在碳循环和氮循环的研究中具有重要意义。本文通过总结近年来有关甲烷氧化菌的分类与分布,阐述AME-D和ANME-D的基本原理、影响因素和应用情况,提出相应的研究方向,以期为甲烷氧化菌在污水脱氮中的应用提供参考。     

兼性甲烷氧化菌的发现历程

兼性甲烷氧化菌在新陈代谢上具有独一无二的特性:它们能够利用甲烷或一些含碳碳键的有机物作为唯一碳源和能源.甲基细胞菌属(Methylocella)、甲基孢囊菌属(Methylocystis)和甲基帽菌属(Methylocapsa)的一些菌株已经被确定为兼性甲烷氧化菌.它们都属于a-变形菌纲,能够像利用甲烷一样在大分子有机酸或乙醇里生长.本文全面系统地总结了兼性甲烷氧化菌的研究发展历史,推断出兼性甲烷氧化菌易在酸性环境富集生长;介绍了与之有相近功能的兼性甲烷氧化生物;浅析了其对多碳化合物的代谢机理;最后讨论了兼性甲烷氧化菌研究的现存问题和工程应用前景.     

甲烷氧化菌及甲烷单加氧酶的研究进展

甲烷氧化菌是以甲烷作为唯一碳源和能源进行同化和异化代谢的微生物,其关键酶之一是甲烷单加氧酶(MMOs),可以在氧气的作用下催化甲烷等低碳烷烃或烯烃羟基化或环氧化,甲烷氧化菌在自然界碳循环和工业生物技术中具有重要的应用价值.因此,近20年来对于甲烷氧化菌和MMOs的研究一直倍受生物学家的关注.以下从现代生物技术的角度,对近年来国内外在甲烷氧化菌的分类与分布,MMOs的结构与功能、甲烷氧化菌与MMOs的基因工程等方面取得的研究成果进行了总结,全面综述了甲烷氧化菌及MMOs的应用基础研究现状,并对其今后的研究和应用方向提出了展望.     

不饱和土壤CH4的吸收与氧化

不饱和土壤是已知唯一的 CH4 生物壑。综述了不饱和土壤 CH4 的吸收、氧化过程及其影响因素。不饱和土壤中 CH4 氧化的临界浓度低 ,因而甲烷氧化菌可氧化大气 CH4 并将其当作唯一的碳源和能源。土壤 CH4 吸收率与土壤湿度通常呈负相关关系。土壤湿度过高 ,大气 CH4 和 O2 向土壤中扩散受阻 ;或土壤湿度过低引起水分胁迫均导致甲烷氧化菌活性下降。NH 4对土壤中 CH4 氧化的抑制作用可归结为 NH3和 CH4 在甲烷单氧酶水平上的竞争、由氧化作用向硝化作用的转移以及 NH 4氧化生成的 NO- 2 的毒性。NH 4对 CH4 氧化的抑制作用与土壤有效氮含量成正比。各类氮肥对 CH4 氧化抑制作用 :化肥 >有机肥 ;铵态氮肥 >尿素。 NO- 3对 CH4 氧化没有抑制效应。阳离子代换量 (CEC)高的土壤 NH 4对 CH4 氧化的抑制作用轻。 CH4 氧化菌对大气 CH4 的高亲和力及 CH4 氧化所需较低的活化能导致其温度系数 Q1 0 较小。地温较低时 ,土壤氧化 CH4 的能力随温度升高而升高。当地温高于 CH4 氧化的最佳温度时 ,CH4 氧化菌难以与硝化细菌及其它微生物竞争利用土壤空气中的 O2 ,导致其活性降低。甲烷氧化菌对 p H值变化不敏感。团粒结构较好的壤土可保护 CH4 氧化菌免受干扰。未受干扰的森林土壤 CH4 氧化率的峰值一般出现在亚表     

丙烯经酶催化氧化制环氧丙烷——一株甲烷氧化细菌的分离筛选及生理特性的研究

环氧丙烷是聚氨酯、不饱和聚酯和优质洗涤剂的主要原料,还可用于油漆、化妆品等,是一种非常重要的精细化工原料。目前环氧丙烷主要用氯醇法和烷基过氧化氢法生产。1963年,Vender Lindent发现庚烷菌P.Seruginosa的休止细胞可使辛烯-1氧化成环氧辛烷,首次提出了烯烃经生物催化环氧化生成相应环氧化物的过程。1977年,Colby等报导了从Methylococcus capsu-latus(Bath)菌中提取了非专一性菌甲烷单加氧酶。1979年,C.T.Hou等分离出二十多种甲烷氧化细菌都能使C_2—C_4烯烃氧化成     

甲烷氧化菌研究进展

甲烷氧化菌以甲烷为其唯一的碳源和能源 ,在全球大气甲烷平衡中起着重要的作用 ,它还可以降解卤代化合物 ,在污染治理方面具有潜在价值。本文从甲烷氧化菌的分类出发 ,对甲烷氧化菌氧化甲烷的机理及影响因素、甲烷氧化菌的生理、生态分布及检测方法、甲烷氧化菌降解有机污染物的潜在应用等作一综述 ,分析目前研究中存在的问题 ,并指出今后应加强研究的方面。     

Structural and functional response of methane-consuming microbial communities to different flooding regimes in riparian soils

Climate change will lead to more extreme precipitation and associated increase of flooding events of soils. This can turn these soils from a sink into a source of atmospheric methane. The latter will depend on the balance of microbial methane production and oxidation. In the present study, the structural and functional response of methane oxidizing microbial communities was investigated in a riparian flooding gradient. Four sites differing in flooding frequency were sampled and soil-physico-chemistry as well as methane oxidizing activities, numbers and community composition were assessed. Next to this, the active community members were determined by stable isotope probing of lipids. Methane consumption as well as population size distinctly increased with flooding frequency. All methane consumption parameters (activity, numbers, lipids) correlated with soil moisture, organic matter content, and conductivity. Methane oxidizing bacteria were present and activated quickly even in seldom flooded soils. However, the active species comprised only a few representatives belonging to the genera Methylobacter, Methylosarcina, and Methylocystis, the latter being active only in permanently or regularly flooded soils.This study demonstrates that soils exposed to irregular flooding harbor a very responsive methane oxidizing community that has the potential to mitigate methane produced in these soils. The number of active species is limited and dominated by one methane oxidizing lineage. Knowledge on the characteristics of these microbes is necessary to assess the effects of flooding of soils and subsequent methane cycling therein.     

自然湿地土壤产甲烷菌和甲烷氧化菌多样性的分子检测

自然湿地是CH4排放的重要来源之一。产甲烷菌和甲烷氧化菌是介导自然湿地甲烷循环的重要功能菌群。开展产甲烷菌和甲烷氧化菌多样性的检测研究有助于揭示微生物介导的甲烷循环以及自然湿地甲烷排放的时空异质性。传统基于培养的检测方法已被证实无法充分描述产甲烷菌和甲烷氧化菌的多样性,而分子检测方法为自然湿地土壤产甲烷菌和甲烷氧化菌的多样性检测提供了一种更准确和科学的工具。本文综述了自然湿地土壤产甲烷菌和甲烷氧化菌的定性和定量分子检测方法,包括末端限制性片段长度多态性（T-RFLP）、变性梯度凝胶电泳（DGGE）、荧光原位杂交（FISH）和实时定量PCR（real-time qPCR）,重点分析了分子检测中两类重要的标记基因,总结了不同类型自然湿地产甲烷菌和甲烷氧化菌群落多样性的最新成果,提出了我国在该领域今后应深入研究探讨的一些问题及建议。