一株促甲烷氧化假单胞菌Pseudomonas putida P7的分离及电活性特征

微生物胞外呼吸是厌氧环境中控制性能量代谢方式,直接驱动着C、N、S、Fe等关键元素的生物地球化学循环。微生物纳米导线（Microbial nanowires）的发现,被认为是微生物胞外呼吸的里程碑事件,推动了电微生物学（Electromicrobiology）的形成与发展。微生物纳米导线是一类由微生物合成的,具有导电性的纤维状表面附属结构。通过细菌纳米导线,微生物胞内代谢产生的电子可以长距离输送到胞外受体或其他微生物,改变了电子传递链仅仅局限于细胞胞内的认识,从而大大拓展了微生物-胞外环境互作的范围。微生物纳米导线的良好导电性,赋予了其作为天然纳米材料的广阔应用前景。目前,微生物纳米导线的导电机制、生态功能及其在生物材料、生物能源、生物修复及人体健康多领域的应用,已经成为新兴电微生物学的前沿与热点。然而,微生物纳米导线的生物学、生态学功能尚不清楚,它的电子传递机制仍存在分歧。本文在系统性总结微生物纳米导线性质、功能的基础上,以Geobacter sulfurreducens和Shewanella oneidensis纳米导线为模型,详细阐述了纳米导线的组成与结构、表征与测量方法、导电理论（类金属导电学说与电子跃迁学说）及其潜在的应用,最后提出了未来微生物纳米导线研究的重点方向、挑战与机遇。     

矿物电子能量协同微生物胞外电子传递与生长代谢

微生物的电子传递过程在生命进化和生物地球化学循环中发挥着关键作用。近年来,随着微生物电子传递研究的深入开展,微生物纳米导线、导电生物被膜及种间电子传递等多种新型的微生物胞外电子传递机制不断被发现,微生物电子传递的距离也从纳米级拓展至厘米级。这些微生物的长距离电子传递过程环环相扣、相互协同,从而构成长距离电子传递网络,并在物质循环和能量转化中共同发挥作用。微生物长距离电子传递网络的结构功能及其调控机制已成为多个学科共同关注的焦点。本文以电子传递的距离为主线,对不同尺度的微生物长距离电子传递过程及网络研究的新进展进行综述,包括纳米尺度的电子传递网络（周质空间和外膜表层）、微米至毫米尺度的电子传递网络（纳米导线、细胞间电子和导电生物被膜）、厘米尺度的电子传递网络（电缆细菌）等,并分析了该研究现存的主要问题和下一步的发展方向,以期为进一步推进微生物长距离电子传递网络理论和应用研究提供科学参考。     

基于DNA分子导线的纳米生物传感器

DNA分子导线具有独特的导电性能和塞贝克(Seebeck)效应,它是构筑电化学纳米生物传感器和热电偶生物传感器的理想材料。文章简要介绍了DNA分子导线的制备方法及导电机理,以及基于DNA分子导线的纳米生物传感器的分子识别机制,着重分析了基于DNA分子导线的纳米生物传感器的传感原理。文章还介绍了基于DNA分子导线的纳米生物传感器在基因分析、单碱基突变检测等方面的应用。     

黄帚橐吾种群扩张对土壤理化特性与微生物功能多样性的影响

黄帚橐吾(Ligularia virgaurea)是高寒草甸退化的指示物种, 其种群扩张已严重影响了草地生态系统的经济服务功能, 但目前仍不明确土壤微生物是否参与了黄帚橐吾的种群扩张。该研究依托兰州大学高寒草甸试验站, 选择了4个不同密度的黄帚橐吾斑块, 分析了黄帚橐吾种群扩张对该草甸土壤微生物功能多样性的影响。结果显示: 黄帚橐吾种群扩张虽然提高了土壤微生物活性, 但降低了土壤速效氮浓度。各斑块间土壤微生物Shannon指数、碳源利用种类、均一度指数均无显著差异, 但高密度斑块的土壤微生物碳源利用结构与对照斑块有显著差异。表明黄帚橐吾分布地土壤微生物功能多样性的改变所引起的土壤氮素限制是黄帚橐吾种群数量急剧增加的机制之一。     

棉毛橐吾和穗序橐吾的自然杂交研究

在棉毛橐吾（Ligulariavellerea）和穗序橐吾（L．subspicata）同域分布的居群中存在形态特征介于两者之间的个体。经分析,这些个体有3种不同的形态类型,可能是这两个物种之间的杂交后代。为检验这一假设,对所采集的假设亲本和中间个体材料进行了核糖体内转录间隔区ITS4—5和叶绿体atpB．rbcL测序。假设杂交个体的ITS直接测序结果具明显的叠加性,之后的克隆测序也分离出两种与假设亲本种相同的序列类型．因此。这些假设杂交个体得到了证实。据母系遗传的叶绿体atpB—rbcL测序结果,穗序橐吾同是它们的质体贡献者,即虽然这些杂交个体具不同的形态特征,但都是以棉毛橐吾和穗序橐吾为亲本且以穗序橐吾为质体贡献者的杂交后代。     

Effects of the spreading of Ligularia virgaurea on soil physicochemical property and microbial functional diversity

黄帚橐吾(Ligularia virgaurea)是高寒草甸退化的指示物种, 其种群扩张已严重影响了草地生态系统的经济服务功能, 但目前仍不明确土壤微生物是否参与了黄帚橐吾的种群扩张。该研究依托兰州大学高寒草甸试验站, 选择了4个不同密度的黄帚橐吾斑块, 分析了黄帚橐吾种群扩张对该草甸土壤微生物功能多样性的影响。结果显示: 黄帚橐吾种群扩张虽然提高了土壤微生物活性, 但降低了土壤速效氮浓度。各斑块间土壤微生物Shannon指数、碳源利用种类、均一度指数均无显著差异, 但高密度斑块的土壤微生物碳源利用结构与对照斑块有显著差异。表明黄帚橐吾分布地土壤微生物功能多样性的改变所引起的土壤氮素限制是黄帚橐吾种群数量急剧增加的机制之一。     

基于直接接触的微生物胞外电子传递

微生物电子传递在微生物的代谢繁殖和物质的生物地球化学循环中发挥着关键作用。其中基于直接接触的微生物胞外电子传递(Direct extracellular electron transfer,DEET)已成为微生物学、地球化学和生物物理学等学科共同关注的焦点,并在近几年取得了一系列重要发现和理论突破,包括微生物纳米导线、电缆细菌、微生物种间DEET等。伴随着这些新进展,更多的问题也需要研究者们在进一步的研究中解决,包括DEET的分子机制及其相关功能微生物种群等。不同学科理论和技术的交叉是进一步揭示DEET过程的关键。     

微生物铁呼吸机制研究进展

铁呼吸是厌氧环境中普遍存在的一种微生物代谢形式,多种古生菌和细菌都能进行铁呼吸.Fe(Ⅲ)的地球化学丰度比较高,为Fe(Ⅲ)还原菌提供了充足的电子受体,但自然中Fe(Ⅲ)多以不溶形式存在,使电子传递受阻.本文介绍了Fe(Ⅲ)还原菌的多样性,总结了4种铁呼吸机制:直接接触机制、螯合促溶机制、电子穿梭机制、纳米导线辅助机制,并对铁呼吸机制未来的研究方向进行了展望.     

纳米氧化铈作用下活性污泥胞外聚合物及溶解性微生物产物特性

【目的】纳米氧化铈作为一种应用普遍的人工纳米材料,其生物毒性和环境效应得到了越来越多的重视。尝试从微生物代谢产物的角度,解读纳米氧化铈对活性污泥微生物的影响规律和过程。【方法】在实验室活性污泥系统中投加不同质量浓度纳米氧化铈,研究纳米氧化铈短期作用下微生物胞外聚合物(EPS)和溶解性微生物产物(SMP)这两类主要的微生物代谢产物含量和组分的变化规律。【结果】短期作用下,EPS和SMP的总量都随着纳米氧化铈浓度的增加而增加。低浓度纳米CeO_2不会导致活性污泥中松散型胞外聚合物(LB-EPS)、紧密型胞外聚合物(TB-EPS)含量和组分的显著改变。高浓度纳米CeO_2(25 mg/L以上)作用下TB-EPS含量和组分不受影响,而LB-EPS中多糖和蛋白质为抵抗纳米CeO_2毒性而增多。EPS分层组分含量显著提高,且LB-EPS的增幅显著高于TB-EPS增幅。当纳米氧化铈浓度为50 mg/L时,相较于空白对照组,蛋白质和多糖增幅分别达到35.18%和46.57%。当纳米氧化铈超过25 mg/L以上时,SMP不仅出现蛋白质,多糖和腐殖酸的含量也明显增加。【结论】SMP中蛋白质的产生,可能会与纳米材料相结合,以减小纳米材料的毒性。当纳米氧化铈浓度较低时,EPS的吸附作用会抵制其进入细胞内,当纳米氧化铈浓度较高时,刺激细胞产生更多EPS吸附纳米CeO_2,形成更厚的外部屏障层保护细胞。EPS和SMP的共同作用,构成了微生物细胞对纳米CeO_2的毒性抵抗机制。     

纳米孔测序技术应用于食品微生物检测的可行性分析

近些年来DNA测序技术发展迅速,已经从第一代生化测序发展到第三代单分子测序。作为第三代测序技术中的一种不同于当前流行的其他测序技术,纳米孔测序技术是基于电信号的一种物理方法测序。许多研究者通常将高通量测序技术应用于食品微生物的研究,但是将纳米孔测序技术应用于食品中微生物的检测却鲜有报道。Oxford Nanopore Technologies(牛津纳米孔科技公司)研发的DNA测序仪MinION,是世界首例用于商业测序的纳米孔测序仪,经过不断完善,近年来MinION在DNA测序中被广泛应用。MinION 测序一次需要的DNA量约1μg,其标准识别速度为一秒钟识别250个碱基,平均读长可至13kb~20kb,测序准确率可以达到98%。纳米孔测序的高识别速度和高准确率,完全满足快速检测的要求,将其应用于食品中微生物检测是完全可行的。     

纳米细菌研究的现状和展望

纳米细菌是1988年芬兰科学家CIFTCIOGLU等[1]进行哺乳动物细胞培养时,在胎牛血清中发现一种原核微生物。后来KAJANDER将其命名为Nanobacteria,译名为纳米细菌(NB),并申请专利。纳米细菌广泛存在于自然界的矿物质中和生物体内,正常人血清中存在纳米细菌。并且它能感染人类、牛、鹿和其它哺乳动物,是一种人畜共患的致病原[2]。     

微生物微纳米生物制造的前沿与展望

自然界中微生物种类极为丰富,尺寸涵盖了纳米级与微米级.微生物细胞培养成本低廉,生长繁殖迅速,具有丰富的遗传表现型,因此微生物是可用于纳米、微米以及多层次跨尺度加工的天然“基本单元”和“底盘细胞”.“基于微生物”的生物制造目的是利用微生物的特异结构和多样功能进行仿生和调控,操纵微生物进行加工组装,从而获得新材料、新器件.同时,建立深入研究微生物行为模式的新技术与新方法,为揭示传统方法所未涉及的基本科学问题提供新的平台.以下将分别从纳米和微米两个尺度以及利用微生物的结构或功能两个角度来概述基于微生物的微纳米生物制造的前沿进展.     

基于微生物的可控生物制造

微生物种类丰富,尺寸涵盖纳米与微米级,是天然的可用于纳米、微米及多层次跨尺度加工的"基本单元"。目前的生物制造方法大多不适用于微生物活细胞,无法发挥其整体的生物学功能及优势。本研究探索并建立了微流控和磁控的可用于微生物活体的微纳米生物制造新方法,定位操纵和有序排列微生物活体。以微生物为微纳米机器人,诱发其特有的生物学功能,进行受控自组装等生物制造过程,由此有望设计和创制一系列新型特殊功能材料和器件。     

微生物胞外呼吸电子传递机制研究进展

胞外呼吸是近年来发现的新型微生物厌氧能量代谢方式,主要包括铁呼吸、腐殖质呼吸与产电呼吸3种形式。微生物胞外呼吸与传统的有氧呼吸、胞内厌氧呼吸存在显著差异。其电子受体多以固态形式存在于胞外;氧化产生的电子必须通过电子传递链从胞内转移到细胞周质和外膜,并通过外膜上的细胞色素c、纳米导线或自身产生的电子穿梭体等方式,最终将电子传递至胞外的末端受体。胞外呼吸的本质问题是微生物与胞外电子受体(铁/锰氧化物、固态电极或腐殖质等)的相互作用,即微生物如何将胞内电子传递至胞外受体。胞外呼吸的研究丰富了人们对微生物呼吸多样性的认识,同时在污染物原位修复及清洁生物能源提取方面具有重要应用前景,是当前研究的热点问题。总结了胞外呼吸类型和胞外呼吸菌的多样性,重点阐述了胞外呼吸的电子传递过程,并提出了其应用前景及今后的研究方向。     

微生物对硒的还原及其产物的应用研究进展——纪念硒发现200周年

硒是生命必需的微量元素,以硒代半胱氨酸(Sec,第21位氨基酸)和硒代甲硫氨酸(Se-Met)的形式加入到硒蛋白(酶)中。人畜硒摄入过量或不足均会导致很多疾病。微生物参与了Se(-Ⅱ)、Se(0)、Se(Ⅳ)和Se(Ⅵ)等各种价态间的转化。本文主要综述微生物对硒的还原及其生物学意义。微生物对硒的还原包括同化还原、异化还原以及在还原基础上进行的硒的甲基化。硒的同化还原主要是形成各种硒蛋白,满足微生物自身对硒的需求,食源性微生物对人畜补硒具有重要意义。高浓度硒酸盐和亚硒酸盐则可促使微生物进行异化还原并形成单质纳米硒颗粒。有的微生物会将还原态的Sec和Se-Met进一步转化为挥发态的甲基化硒。硒的异化还原和甲基化都是解毒机制,在硒污染环境的治理中具有重要意义。最后,阐述了单质纳米硒在医药、生物传感器和治理重金属污染等方面的应用前景,以及微生物合成CdSe荧光量子点的应用。     

纳米孔测序技术在环境微生物研究中的应用

高通量测序技术是研究环境微生物的有效手段,而以纳米孔测序为代表的第三代测序技术以其测序读长长、测序速度快、测序数据实时监控、仪器方便携带、无GC偏好性、无需经过PCR扩增等显著优势有力推动了环境微生物研究的发展.本文对纳米孔测序技术的技术原理和特点进行了简要概述,重点介绍了纳米孔测序技术在环境微生物扩增子测序、宏基因组...     

纳米TiO_2和四环素暴露对耐药大肠杆菌的影响

以耐药大肠杆菌(M13)和敏感质控菌株(E.coli ATCC25922)为研究对象,探究纳米TiO_2和四环素对大肠杆菌生长的影响。结果表明,与单独添加梯度浓度四环素相比,纳米TiO_2的加入进一步抑制了敏感菌的生长,而耐药菌变化不大。纳米TiO_2单独和联合暴露下对耐药菌的抑菌率均在40%以下,而敏感菌在80%-100%之间,耐药菌M13除了耐抗生素,对纳米TiO_2也存在抗性。微生物对抗生素和其它环境毒性因子的抗性机制存在着一些共性,但在共暴露条件下微生物的抗性机制还有待进一步研究。     

“微”故事——微生物的前世今生

<正>出版:中国农业出版社责任编辑:魏兆猛I S B N:978-7-109-24361-3定价:49.8元开本:16装帧:平装页码:186《"微"故事——微生物的前世今生》近日已正式出版,全书分为吾名微生物、微生物学大咖、饮食中的门道、可怖的微生物、微生物与农业、微生物与环境,以及脑洞大开7个篇章,内     

基于微生物生物合成纳米颗粒机制的研究进展

纳米粒子的合成方法多种多样,包括物理法、化学法和生物合成法,其中生物合成法是以生物为基体的绿色合成方法。由于微生物易于培养、生长快、廉价易得,已成为纳米粒子生物合成法的重要生物类群。微生物和纳米材料的多样性决定了其合成机制的多样化。本文结合国内外的科研报道,着重介绍了目前纳米粒子生物合成机制,并对纳米粒子微生物合成技术未来发展趋势进行了展望。     

中国橐吾属(菊科-千里光族)的分类学研究(一)：狭舌橐吾的名实订正

由于对模式标本考证有误,狭舌橐吾(Ligularia angustiligulata C.C.Chang)长期以来被处理为沼生橐吾[L.lamarum(Diels)C.C.Chang]的异名。经我们考证,狭舌橐吾的主模式应为藏于PE的蔡希陶58004号标本(为唯一有狭舌橐吾的作者张肇骞先生所写定名签的标本),LBG藏有1份同号模式标本,它们与狭舌橐吾的原白完全吻合,而藏于KUN(2份)和SZ(1份)的同号标本与狭舌橐吾的原白在一些重要性状上相冲突,均非狭舌橐吾的模式标本;进而发现狭舌橐吾与叶状鞘橐吾(L.phyllocoleaHand.-Mazz.)在形态上没有本质区别,故应处理为后者的异名,而藏于KUN和SZ的3份标本均属于沼生橐吾。同时还指出长柄橐吾(L.longipes C.C.Chang)的名实有待进一步研究,其模式与叶状鞘橐吾有较大区别,似不宜将其处理为叶状鞘橐吾的异名。