谷氨酸棒状杆菌尿素传感器的研究

基于腺酶催化尿素分解产生氨,以氨气敏电极为基础电极,用含脲酶丰富的谷氨酸棒状杆菌研制成测定尿素的微生物传感器.在30℃、pH8.0、0.1mol/L磷酸盐缓冲液中,该传感器的线性范围为1.1×10^-4～1.4×10^-2mol/L,斜率为51.2mV/decade,检测下限为1.0×10^-5mol/L,寿命可达45d.考察了传感器响应初速和底物浓度之间的关系,测定了微生物膜中脲酶的表观米氏常数K_m及最大响应初速v_m.     

CO2浓度升高对森林土壤微生物呼吸与根（际）呼吸的影响

 根呼吸与微生物呼吸的作用底物不同,二者对高浓度CO₂的响应机理及敏感程度亦不同。在大气CO₂浓度升高的背景下,精确区分根呼吸与微生物呼吸是构建森林生态系统碳循环模型和预测森林生态系统碳源/汇关系所必需的。根（际）呼吸与微生物呼吸对高浓度CO₂的响应呈增加、降低或无明显变化等不同趋势,根（际）呼吸变化主要与根生物量明显相关,细根的作用大于粗根;土壤微生物呼吸变化存在较大的不确定性,微生物量和微生物活性与土壤微生物呼吸相关或不相关。根系统对高浓度CO₂的响应会潜在地影响微生物的代谢底物,进而影响微生物呼吸强度。凡影响土壤总呼吸的生物与非生物因子都会直接或间接地影响根呼吸与土壤微生物呼吸。     

浓度升高对森林土壤微生物呼吸与根（际）呼吸的影响

根呼吸与微生物呼吸的作用底物不同,二者对高浓度CO₂的响应机理及敏感程度亦不同。在大气CO₂浓度升高的背景下,精确区分根呼吸与微生物呼吸是构建森林生态系统碳循环模型和预测森林生态系统碳源/汇关系所必需的。根（际）呼吸与微生物呼吸对高浓度CO₂的响应呈增加、降低或无明显变化等不同趋势,根（际）呼吸变化主要与根生物量明显相关,细根的作用大于粗根;土壤微生物呼吸变化存在较大的不确定性,微生物量和微生物活性与土壤微生物呼吸相关或不相关。根系统对高浓度CO₂的响应会潜在地影响微生物的代谢底物,进而影响微生物呼吸强度。凡影响土壤总呼吸的生物与非生物因子都会直接或间接地影响根呼吸与土壤微生物呼吸。     

微生物对分解底物碳氮磷化学计量的响应和调节机制

微生物分解者的生存和生长策略、群落结构和功能会随着底物化学计量特征而改变, 从而强烈地影响底物的分解速度和元素的周转速率, 进而影响生态系统的功能过程。深入理解微生物生理代谢活动和群落结构与陆地生态系统过程之间的联系及其对全球变化的响应和反馈机理是生态学和全球变化生物学领域值得关注的重大科学命题。该文基于生态化学计量学理论和代谢理论, 首先介绍微生物在陆地生态系统碳氮磷循环中的作用; 然后综述微生物对分解底物化学计量变异性的响应和调节的4种主要机制: (1)调整微生物自身化学计量特征; (2)调整微生物群落结构; (3)产生特定的胞外酶以获取受限制的资源; (4)改变碳氮磷元素利用效率。最后, 通过分析当前研究不足, 提出该领域亟需关注的科学问题有: (1)综合阐明微生物对底物化学计量变化响应的各种机制及其相对重要性; (2)探索全球变化对微生物驱动的碳氮磷循环的影响; (3)探索微生物对底物化学计量变化适应对策的时空变化。     

微生物燃料电池阳极微生物群落对乳酸-丙酸-乳酸底物转换的响应特征

摘要:【目的】为探讨底物波动对微生物燃料电池(MFC)产电效能和阳极微生物群落的影响,【方法】依次以乳酸-丙酸-乳酸为底物,应用不依赖于培养的微生物分子生态学技术,解析单室MFC 启动及底物替换过程中阳极微生物群落的动态学响应特征。【结果】底物的更换过程降低了MFC的产电效能,当改变为新底物后,MFC需要较长的产电恢复期。同时,底物的转换改变了阳极微生物群落结构,Anaeromusa spp.、Pseudomonas spp．以及Thiobacillus thioparus对乳酸底物具有很好的响应,随着乳酸底物的投加而富集;丙酸底物对Dechloromonas spp.和Comamonas testosteroni等类群表现出较强的选择作用;而产电微生物Geobacter spp.由于利用乳酸、丙酸的共同代谢产物乙酸为底物而被逐渐富集,是多种底物替换过程的重叠种群。【结论】本研究表明,MFC的阳极微生物群落组成与投加的底物有较强的对应性,为了减缓底物波动对MFC产电过程的影响,应尽量采用混合有机底物,以提供宽泛的营养生态位,提高种群的功能重叠性。     

Nafion膜固定的亚甲基蓝为介体的生物传感器

制成了以亚甲基蓝为介体的电流型过氧化氢生物传感器,通过离子交换牢固地固定在Nafion膜中的亚甲基蓝,能有效地在辣根过氧化物酶和玻碳电极之间传递电子.探讨了pH值、温度、工作电位和抗坏血酸等物质对此传感器生物电催化还原H₂O₂的影响.此生物传感器选择性好、灵敏度高,对H₂O₂线性响应范围为5.0×10^-7～2×10^-4 mol/L,响应时间少于30 s.     

一种快速测定Ks的新方法

该研究建立了以生物传感为基础的细胞呼吸初速度测定法,用于确定Ks。实验采用动态模型,微生物传感器响应斜率R=dI/dt,响应值表示微生物对代谢底物的相对外源呼吸速率,通过双倒数作图法求出Ks。用本法测得Pseudomrnoas sp.A_4,E.coli N/B和Sacchromyces cerevisiae氧化葡萄糖的Ks分别为3mg/L.7mg/L和135rag/L。Ps.sp.A_4氧化苯酚的Ks为1.5mg/L,该方法具有快速、简便、直观和重现性好等特点,有一定实用意义。     

代谢物生物传感器:微生物细胞工厂构建中的合成生物学工具

代谢物生物传感器作为重要的合成生物学工具,能够感应细胞内代谢物浓度的变化,转化为特定信号输出,在微生物细胞工厂的构建中显现出巨大的应用潜力。其主要组成部分通常包括生物识别元件和信号输出元件,前者来源于自然界中丰富的调控元件,如转录因子、核糖开关等,有着不同的响应机理,后者可以为荧光信号、生长优势、特定代谢通路的开闭等,取决于应用所需。着重介绍了近年来代谢物生物传感器在微生物细胞工厂构建中的应用实例,主要包括目标化合物菌株的高通量筛选、选择、胞内代谢动态调控和非遗传异质性选择,同时也着重讨论了代谢物生物传感器的性能对于应用的影响和在实际应用中可能面临的机遇与挑战。     

L－精氨酸组织传感器动力学响应机理的研究

生物组织中有丰富的酶源。由于酶的底物专一性,固此利用生物组织可研制对生物物质选择响应的组织传感器^〔1－4〕。为了制备性能良好的组织传感器及扩大它们的应用,必须对生物组织传感器的动力学响应机理进行研究。目前有关这方面的报道较步。本工作利用L－精氨酸厚叶景天叶组织传感器〔6〕研究了L－精氨酸组织传感器的动力学响应机理。     

应用FIA型微生物传感器测定谷氨酸含量的研究

目前应用酶或微生物细胞作为分子识别元件构建生物传感器测定谷氨酸含量的研究引起了广泛的兴趣,并陆续有实例报道。在这些报道中人们依据不同的酶催反应选择相应的离子选择性电极,如CO₂电极、NH₄⁺电极等,而测量对象有直接的测定谷氨酸,也有测定谷氨酸单钠的间接测定法。本文选用了可固定大量细胞的固定化细胞柱与流动注入法相结合的测量方法,并根据细胞柱的动力学模型分析动态响应曲线,计算测量结果,提高了测量精度,扩大了测量范围。     

焦化废水O/H/O生物处理工艺二级好氧生物反应器的微生物结构和功能

【背景】焦化废水O/H/O生物处理工艺的二级好氧生物反应器O₂具有剩余污染物矿化和完全硝化功能,对废水的达标排放有重要作用。【目的】阐明O₂生物反应器的微生物结构和功能。【方法】利用16S rRNA基因测序,研究O₂生物反应器的微生物多样性和组成并进行功能预测,揭示其共现性特征和环境影响因子。【结果】O₂的优势菌门以变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、绿菌门(Chlorobi)为主。主要菌属中红游动菌属(Rhodoplanes)、溶杆菌属(Lysobacter)、硫杆菌属(Thiobacillus)等参与化学需氧量(chemical oxygen demand,COD)、酚类(phenols)和硫氰酸盐(thiocyanate,SCN^-)等剩余污染物的去除,亚硝化弧菌属(Nitrosovibrio)和硝化螺菌属(Nitrospira)分别作为氨氧化细菌(ammonia-oxidizing bacteria,AOB)和主要的亚硝酸盐氧化细菌(nitrite-oxidizing bacteria,NOB)。功能预测结果显示苯甲酸酯降解、氨基苯甲酸酯降解、氯烷烃和氯烯烃的降解、氟代苯甲酸酯降解和硝基甲苯降解是外源物质生物降解和代谢的前五大通路,广泛分布在主要菌属中,验证了微生物降解剩余污染物的作用。基因pmoA/B/C-amoA/B/C、hao和nxrA/B编码相关的酶,组成了完整的硝化途径。共现网络结果揭示溶杆菌属、Candidatus Solibacter和红游动菌属在O₂生态中的重要地位。通过冗余分析(redundancy analysis,RDA)表明COD和NH₃是影响O₂微生物群落的主要因素。【结论】红游动菌属和溶杆菌属是O₂中最核心的功能菌属,在污染物矿化和维持群落生态稳定上有重要作用。亚硝化弧菌属和硝化螺菌属是硝化作用的核心菌属。O₂中的代谢通路以剩余污染物矿化和完全硝化为主,微生物群落主要受COD和NH₃的影响。本研究阐明了O₂的微生物结构与功能,为焦化废水O/H/O生物处理工艺的改进提供了微生物学上的依据。     

生物表面活性剂对微生物生长和代谢的影响

综述了生物表面活性剂在微生物生长和代谢过程中的影响。根据其分子结构特征 ,系统分析了生物表面活性剂通过与难溶底物和微生物细胞之间的相互作用促进烷烃摄取的机理 ,利用该机理可以合理解释生理现象。生物表面活性剂还在参与细胞代谢活动的过程中发挥特殊功能。     

凋落物处理和氮添加对松栎混交林土壤生态酶化学计量的影响

全球变化会引起凋落物质量和数量的变化以及氮沉降增加,从而影响土壤养分循环。土壤生态酶化学计量可以揭示微生物生长和代谢过程的养分限制,但目前温带混交林土壤生态酶化学计量对凋落物输入和氮添加同时改变的响应还不清楚。通过凋落物处理和氮添加实验设计,探讨温带松栎混交林生态酶化学计量的响应以及影响生态酶化学计量的主要因子。结果表明：（1）凋落物处理和氮添加无显著交互作用,土壤生态酶化学计量在氮添加处理下差异不显著,在凋落物处理下差异显著,表现为叶凋落物加倍（L）和混合凋落物加倍（LB）处理高于枝果凋落物加倍（B）和去除凋落物处理（N）。不同凋落物和氮添加处理下,土壤生态酶化学计量均未明显偏离1：1：1的关系。（2）土壤微生物碳利用效率（CUE_C：N和CUE_C：P）表现为叶凋落物加倍和混合凋落物加倍处理低于枝果凋落物加倍和去除凋落物处理,在氮添加处理下差异不显著。土壤微生物氮利用效率（NUE_N：C）和微生物磷利用效率（PUE_P：C）在不同凋落物和氮添加处理下差异均不显著。TER_C：N在不同凋落物和氮添加处理下差异均不显著,TER_C：P表现为叶凋落物加倍和混合凋落物加倍处理高于枝果凋落物加倍和去除凋落物处理。（3）RDA分析表明土壤pH是影响土壤胞外酶活性和生态酶化学计量的主要因子。研究表明：凋落物的质和量对松栎混交林土壤生态酶化学计量的影响较氮添加显著,可能氮添加对森林土壤微生物的作用机制并非一个瞬间或简单的过程。凋落物的质和量会改变土壤养分状况,而微生物会通过调节生态酶化学计量和养分利用效率对养分变异做出响应,叶凋落物的输入相对缓解了P的限制。凋落物处理和氮添加下土壤的非生物因子比生物因子更能影响土壤胞外酶活性和生态酶化学计量。研究可为土壤微生物对全球变化的响应提供理论依据。     

外源无机氮素形态对土壤氨基糖动态的影响

微生物生长对底物的可利用性存在不同的响应,外源氮素的形态可以显著影响微生物代谢过程,而土壤氨基糖作为微生物细胞壁残留物,其形成、分解和周转特征与外源碳氮供给密切相关,对土壤氨基糖的研究与同位素标记技术相结合,可以进一步反映微生物对底物的利用特征.本文以葡萄糖及15N标记的NH4+和NO3-为底物,利用气相色谱-质谱联机技术,通过测定氨基糖中同位素富集比例,跟踪新形成(标记)和原有(非标记)的土壤氨基糖的动态变化.结果表明:在培养过程中,15N标记的氨基糖含量显著增加,NH4+向氨基糖的转化显著高于NO3-,反映出微生物对NH4+的选择性利用.土壤中原有的氨基糖也发生了不同变化.其中,非标记氨基葡萄糖在N H4+为底物时,其含量有所增加,但在NO3-为底物时含量逐渐下降;非标记胞壁酸含量在2个处理中均不断下降,尤其以NO3-为底物时更为显著;非标记氨基半乳糖含量的增减幅度均小于20％.这种特异性变化表明,不同来源的微生物细胞壁残留物对土壤氮素周转和稳定的作用不同,真菌细胞壁残留物易于在土壤中积累,有利于土壤有机质的稳定,而细菌细胞壁残留物容易分解,在土壤有机质周转过程中起重要作用.     

土壤微生物碳素利用效率研究进展

土壤微生物碳素利用效率(CUE)是指微生物将吸收的碳(C)转化为自身生物量C的效率,也称为微生物的生长效率。土壤微生物CUE是生态系统C循环中的重要生理生态学参数,影响着生态系统的C固持、周转、土壤矿化以及温室气体排放等过程。在全球环境变化背景下,认识土壤微生物CUE的变异及其影响机制,对于更好的认识生态系统C循环过程及其对全球变化的响应具有重要意义。概述了CUE的定义及其测定方法,重点综述和分析土壤微生物CUE的变异及影响因素取得的研究进展。基于现有研究的分析得出,土壤微生物CUE通常表示为微生物的生长与吸收的比值,分为基于微生物生长速率、微生物生物量、底物吸收速率和底物浓度变化等方法进行测定。土壤微生物CUE在0.2-0.8的范围内变化,这种变异主要受到来自热力学、生态环境因子、底物养分质量和有效性、化学计量平衡以及微生物群落组成的影响。今后土壤微生物CUE的研究应加强对微量代谢组分的定量分析,生物和环境要素交互影响的调控机理解析,以及微生物动态生理响应过程的碳循环模型优化。     

分子生态网络揭示冶金微生物对能源底物的响应

通过分析不同铁硫比的能源底物驯化下冶金微生物群落的演替过程,基于分子生态网络揭示冶金微生物对能源底物的响应特征。对富铁少硫、富硫少铁条件下不同驯化批次的微生物样本进行高通量测序,分析物种组成,比较冶金微生物群落的α多样性和β多样性,并构建分子生态网络,探究驯化过程微生物之间的相互作用关系。鉴定关键物种,分析冶金微生物群落对能源底物的响应。研究发现在基于不同能源底物驯化过程中,富铁少硫群落的优势物种为嗜酸氧化亚铁硫杆菌Acidithiobacillus ferrooxidans和铁氧化嗜酸硫杆菌A. ferriphilus;而富硫少铁群落经过3个批次的驯化,氧化硫硫杆菌A. thiooxidans占比高达90%。α、β多样性分析结果表明,富硫少铁能源底物驯化过程使冶金微生物群落多样性降低,且随着驯化批次的增加群落组成发生显著变化。分子生态网络分析显示关键物种均为低丰度稀有物种,富硫少铁条件下菌种间具有更紧密的互作共生关系,群落更加稳定。通过该驯化实验,明确了不同能源底物对冶金微生物群落的影响。采用富硫少铁能源底物驯化冶金微生物,使冶金微生物群落更加稳定,有助于优势物种高效发挥铁、硫氧化功能,促进硫化矿物的氧化溶解,为生物冶金工业育种微生物群落的定向驯化提供理论基础。     

O）代谢

土壤生物是重要的基因库,土壤生物多样性是全球生物多样性的重要组成部分。土壤生物是C、N地球化学过程（土壤库）的驱动者,调控微量气体代谢。在微量气体代谢中,土壤微生物具有直接的作用。真菌、CH₄生成菌、CH₄氧化菌、硝化菌以及反硝化菌等是调控微量气体代谢的关键生态功能类群。由于相对大的体积和强大的酶化学分解作用,真菌通常主导枯枝落叶的分解活动。“通气—厌气”界面是微生物群落的活跃区域,易发生微量气体代谢。“有机—无机”过渡层、水生植物根际区、土壤动物肠道系统是典型的微量气体代谢界面。土壤动物对微量气体代谢的作用通常为前期的和间接的,并且又是重要的。节肢动物（白蚁）和环节动物（蚯蚓）是分别代谢CH₄和N₂O的两个关键性生态功能类群。在研究土壤生物多样性及其对微量气体代谢的作用方面,由于土壤生态系统的复杂性,需综合传统微生物实验技术与现代同位素技术和分子生物学技术。我国缺乏研究土壤生物多样性及其对微量气体代谢影响的实质性工作,有必要开展这方面的研究。     

单胺氧化酶

单胺氧化酶（monoamine oxidase,MAO）是生物体内一种十分重要的酶,它在大脑和周围神经组织中催化一些生物体产生的胺,氧化脱氨产生过氧化氢（H₂O₂）.单胺氧化酶A和B基因的克隆清楚地证明了这些酶是由不同的多肽组成的.单胺氧化酶A和B的基因定位于X染色体（Xp11.23）,都由15个外显子组成,而且它们的内含子-外显子组织是完全一致的.这些事实表明单胺氧化酶A和B的基因很可能从同一个祖先进化而来.单胺氧化酶A和B具有不同的底物和抑制剂专一性,在生物神经递质代谢和行为方面具有不同的作用.     

不同施肥方式对苏北杨树人工林土壤微生物碳源代谢的影响

施NPK肥是提高人工林土壤肥力的有效措施之一,生物炭作为土壤改良剂,可以改良土壤物理性质,与有机肥同施有利于土壤保持养分;同时,施用生物炭被认为是缓解全球气候变暖的重要途径之一,因此受到关注。然而,关于这些不同施肥方式对土壤微生物群落碳源代谢及生态安全的影响和机制还缺乏了解。本试验以苏北沿海杨树人工林为试验基地,应用4种不同的施肥方式,即CK(对照组)、T1(NPK肥)、T2(NPK肥+生物炭)、T3(高浓度生物炭),分析不同施肥处理对土壤微生物在不同碳源利用方面的差异,以及施用生物炭是否影响土壤微生物代谢活性和碳源代谢多样性。结果表明:不同施肥方式土壤微生物代谢活性大小表现为:T3T2T1CK,其中T3与CK差异显著,表明高浓度生物炭能显著提高土壤微生物代谢活性。微生物碳源利用多样性指数表现为:T3T2T1和CK,其中仅有Mc Intosh指数T3显著高于CK,在对6类碳源中的聚合物的利用上,T3显著高于CK,表明高浓度的生物炭添加会促进喜食聚合物的微生物群落生长,并具有改变土壤微生物多样性的潜力。主成分分析结果表明,增加主成分个数能够更有效地表达完整的信息,不同施肥方式在碳源利用上差异不明显,表明微生物群落功能稳定,短期施肥没有改变微生物碳源代谢多样性,而生物炭虽然可以显著提高土壤微生物代谢活性,但并没有显著改变其碳源代谢多样性。     

云贵高原喀斯特坡耕地土壤微生物量 C、N、P空间分布

土壤微生物是地球生物演化进程中的先锋种类,具有重要的生态修复功能,但空间分布格局是否存在的争议很大。以云贵高原典型喀斯特坡耕地为对象,基于网格法取样,用经典统计学和地统计学综合分析了土壤微生物生物量的空间变异特征。结果表明,云贵高原喀斯特坡耕地土壤微生物生物量碳(C_mic)、磷(P_mic)以及碳氮比(C_mic/N_mic)适宜,氮(N_mic)的含量较低,变异均很大,空间自相关性明显,最佳拟合模型均为指数模型。块金值C₀较小(0.0016-0.0087),C₀/(C₀+C)均<25%(2.6%-10.2%),变程a较短(22.2-51.0 m),其强烈的空间变异主要由结构性变异引起。Kriging等值线图表明,C_mic、N_mic和C_mic/N_mic的高值区分布在坡的中上部,P_mic的高值区则在坡的中下部和坡脚。云贵高原喀斯特坡耕地土壤微生物不仅存在着小尺度的空间分布格局,而且不同土壤微生物属性的空间分布不同。