光氧环境对紫色硫细菌YL28去除无机三态氮的影响

【背景】光和氧是制约光合细菌生长代谢进而影响其除氮效果的重要因素。不产氧光合细菌紫色硫细菌——海洋着色菌(Marichromatium gracile) YL28能以亚硝氮为唯一氮源进行光合生长,对高浓度无机三态氮具有良好去除能力。【目的】阐明YL28菌株除氮效率与光氧环境的交互联系,获得其生物除氮的最适光氧条件。【方法】以高浓度无机三态氮共存海水水体为研究体系,在有光/无光条件下考查装样量(表征体系溶氧状态)对YL28菌株生物除氮活性的影响,并通过响应面分析法对装样量、光照强度和光周期3个主要因素进行优化。【结果】光照且氧浓度较低时(80%装样量),YL28具有最佳生长和无机三态氮去除能力;装样量在10%-100%时,菌体生物量(OD_(660))在0.938-2.719之间,当氨氮、亚硝氮和硝氮分别为7.16、5.67和4.83mmol/L时,其去除率分别在71.44%-89.09%、99.22%-99.83%和91.60%-97.33%。黑暗条件下,装样量在20%-100%时,氨氮、亚硝氮和硝氮去除率分别在48.07%-64.27%、73.51%-86.42%和42.57%-46.34%,但菌体生物量(OD_(660)为0.615-0.903)明显降低。通过响应面优化,当装样量、光照强度和光周期分别为80.0%(溶氧量约为0.32 mg/L)、2 800 lx和24L:0D时,细胞生长和氨氮去除活性达到最佳状态,分别比优化前提高了21.28%和14.11%。在实际应用中,选取72%-89%装样量(溶氧量约为0.26-0.63mg/L)、2240-3460lx光照强度和21L:3D-24L:0D光周期,细胞活性可达95%以上。【结论】80%装样量有助于促进菌体光照生长和除氮;在黑暗有氧和无氧环境下,YL28菌株也具有较好除氮活性,这为不产氧光合细菌在生物反应器中高效去除无机三态氮的应用提供了有价值的参考数据。     

拥挤试剂PEG2000对不同拓扑结构类弹性蛋白相变的影响

类弹性蛋白（Elastin-like polypeptides,ELPs）是属于弹性蛋白中的一种且具有温控性的生物大分子,本文研究拥挤试剂对不同拓扑结构ELPs相变温度的影响,利用温控-紫外分光光度计研究其相变特性,结果发现,随着PEG2000浓度的增加,T-E-F的相变温度下降11.9~17.1℃;在固定Tadpole-like-E浓度下,随着PEG2000浓度的增加,Tadpole-like-E的相变温度降低11.5~16℃,其中,25 μmol/L的Tadpole-like-E其相变速度缓慢;ELPs浓度越大,其相变温度降低愈大,且PEG2000影响ELPs相变温度的趋势与ELPs的拓扑结构关系不大。另外,在简单的PBS缓冲溶液中加入PEG2000,可以使E-C在浓度＜0.5 mol/L的Na2CO3中发生相变,且随着PEG2000浓度的增加,E-C相变温度逐渐降低。本研究为今后ELPs在复杂体系的应用提供前期的基础研究。     

微生物燃料电池在毒性物质检测中的应用

微生物燃料电池(Microbial fuel cell,MFC)利用微生物整体作为催化剂催化底物将化学能直接转化为电能,是一种极具应用前景的生物电化学技术。微生物在阳极氧化还原有机物产生电子并传递给阳极,电子通过外电路传递至阴极后将电子释放给阴极中的氧化剂,从而产生电流。当有毒物质进入MFC,微生物活性降低,电子传递量变少,电流降低,而电流的产生与微生物活性呈线性关系,据此可检测样品的毒性。本文主要介绍了微生物燃料电池在毒性物质抗生素、重金属离子、有机污染物、酸等方面的研究,并分析了微生物燃料电池存在的问题及未来研究方向,以期不久的将来微生物燃料电池能付之使用。     

以亚硝氮为唯一氮源生长的海洋紫色硫细菌去除无机三态氮

【目的】揭示以亚硝氮为唯一氮源生长的海洋紫色硫细菌去除水体中无机三态氮的特征和规律。【方法】在光照厌氧环境下,以乙酸盐为唯一有机物,在分别以氨氮、亚硝态氮、硝态氮为唯一氮源和三氮共存的模拟水体中,采用Nessler’s试剂分光光度法、N-(1-萘基)-乙二胺分光光度法和紫外分光光度法分别测定水体中氨氮、亚硝态氮和硝态氮的含量,比浊法测定菌体生物量。【结果】随着时间的延长,海洋紫色硫细菌Marichromatium gracile YL28分别在氨氮、亚硝态氮和硝态氮为唯一氮源的水体中对三氮的去除量增加,生物量增大,水体pH升高,并逐渐趋于平衡;YL28对氨氮的最大去除量和最大耐受浓度分别为9.64 mmol/L和36.64 mmol/L,当氨氮浓度低于3.21 mmol/L时,去除率可达97.61%以上;与氨氮相比,以亚硝态氮和硝态氮为唯一氮源,菌体的生长速率、生物量和水体最终pH较低,但对亚硝态氮和硝态氮的去除速率和去除量仍然很高,当亚硝态氮和硝态氮浓度分别达13.50 mmol/L和22.90 mmol/L时,YL28仍能够完全去除。在三氮共存的水体中,YL28也能良好的去除无机三态氮,对亚硝态氮和硝态氮去除能力更强。【结论】在模拟水体中,海洋紫色硫细菌YL28能够分别以氨氮、亚硝态氮和硝态氮为唯一氮源生长,具有良好的耐受和去除无机三态氮的能力,尤其对亚硝态氮具有良好的去除能力。本研究为进一步开发高效脱氮,尤其是去除亚硝态氮的不产氧光合细菌水质调节剂奠定了基础,也为微生物制剂的合理应用提供参考。     

影响类弹性蛋白多肽自组装成微球的因素及其作用机制

影响类弹性蛋白多肽(ELPs)自组装成微球的因素较多,目前尚缺乏系统研究。以类弹性蛋白多肽[KV8F]n为对象,利用动态光散射仪测定了不同条件下其自组装成微球的粒径。结果表明:随着分子量的增加ELPs形成的微球粒径也随之增大,粒径的均一度减小;当盐浓度低于0.4 mol/L时,盐浓度的增加,微球粒径相应增加,而盐浓度高于0.4 mol/L则呈减少的趋势,但粒径均大于1.1μm;而当ELPs末端融合木聚糖酶和1,3-丙二醇氧化还原酶后,其自组装形成的微球粒径急剧减小,约为游离ELPs的1/10,分别为151.0 nm和174.2 nm。导致这种现象的原因可能是酶分子和ELPs通过静电引力相互作用后,酶分子的空间位阻妨碍了ELPs分子的聚集。     

铁蛋白介导的地衣多糖酶胞内自发聚集及其高效制备

酶分离纯化、固定化及催化性能提升一直是生物催化领域的研究热点和前沿,也是众多研究者致力解决的难点.研究和开发新型的纯化、固定化及提升催化性能的方法,降低纯化及储存等设备的要求及生产成本,对酶大规模应用具有重要意义.文中将铁蛋白(ferritin)与目标酶(地衣多糖酶)基因融合,经高效表达后,在细胞内 自发形成无载体固定...     

嗜冷嗜酸β-1,4-木聚糖酶及其钙离子依赖型碳水化合物结合模块

【目的】β-1,4-木聚糖酶是木聚糖降解的关键酶之一,嗜冷嗜酸木聚糖酶在功能性低聚木糖的制备中具有重要作用,但相关报道较少。【方法】从太平洋火色杆菌(Flammeovirga pacifica)菌株WPAGA1基因组发掘到一条新型的木聚糖酶序列,经基因合成、质粒构建和表达,并对其进行分离纯化及酶学性质研究。【结果】该木聚糖酶(Xyl4513)具有2个保守结构域,一个属于糖苷水解酶11家族(glycoside hydrolase family 11,GH11)催化模块(Xyl4513-T),另一个属于碳水化合物结合模块(carbohydrate-binding module,CBM) 60家族(CBM4513),这是一种非常罕见的GH11家族木聚糖酶含有CBM的现象。纯化后的Xyl4513最适反应温度和pH值分别为30℃、3.0,这一特性说明Xyl4513为嗜冷嗜酸β-1,4-木聚糖酶;而截短的木聚糖酶Xyl4513-T最适反应温度和pH值分别为20℃、4.0,且催化效率(k_cat/K_m)较前者下降了20%,说明CBM4513对酶稳定性和催化效...     

九龙江河口区nirS型反硝化细菌多样性及系统发育学分析

【目的】结合16S rRNA基因克隆文库和nirS基因克隆文库的分析,揭示九龙江河口区nirS型反硝化细菌多样性。【方法】选取九龙江河口区一富营养化采样点,分别采集水样及沉积物样品,进行理化因子的测定并提取细菌总DNA。以水样DNA构建16S rRNA基因克隆文库,以沉积物DNA构建nirS基因克隆文库,分析微生物群落结构的多样性并构建系统发育树。【结果】从16S rRNA基因克隆文库中获得86条有效序列,按97%的序列相似性划分为53个OTU,分别属于Proteobacteria门、Planctomycetes门、Bacteroidetes门、Actinobacteria门、Firmicutes门和Chloroflexi门。其中属于Proteobacteria门OTU的克隆子占克隆数的62.9%,是最优势的类群,分属于Alphaproteobacteria、Betaproteobacteria、Gammaproteobacteria和Deltaproteobacteria纲等。从nirS基因克隆文库中获得190条有效序列,翻译为氨基酸序列后,按82%的序列相似性划分为60个OTU,并定位到属的水平。其中Proteobacteria门是最优势的类群,占文库克隆子总数的71.6%,包括Alphaproteobacteria纲(5.8%)、Betaproteobacteria纲(49.0%)和Gammaproteobacteria纲(16.9%)。nirS基因克隆文库中丰度最高的OTU与GenBank中的一株可培养反硝化菌Thauera sp. R-26906具有100%的序列相似性。【结论】九龙江河口区的微生物以及亚硝酸盐还原酶基因(nirS)具有丰富的多样性。大部分NirS序列在GenBank中的最相似序列来源于河口、海湾等相似的环境。     

伯克霍尔德菌HQB-1抑制香蕉枯萎病菌的活性化合物分离鉴定

【背景】伯克霍尔德菌HQB-1对香蕉枯萎病菌(Fusariumoxysporumf.sp.cubenseTropical Race 4,Foc TR4)具有良好的防治效果。【目的】从菌株HQB-1发酵液中分离活性化合物并通过超高效液相联用质谱进行检测,获得该菌株具有良好生防作用的单体化合物。【方法】以HQB-1为目标菌株,大批量发酵并进行发酵液分离、提纯,通过超高效液相联用质谱法与核磁共振波谱法鉴定活性化合物。【结果】HQB-1菌株发酵液中的蛋白对Foc TR4无抑制作用;HQB-1菌株产生儿茶酚型铁载体,而不产生异羟肟酸型铁载体;对HQB-1菌株发酵液离心、浓缩、干燥,获得乙酸乙酯浸膏(粗提物),经过大孔树脂柱的充分吸附,在30%、60%及无水甲醇的洗脱下获得组分1-3,对Foc TR4的抑菌率分别为10.06%、27.82%和51.40%;选择抑菌率最大的组分3过硅胶柱层析,获得黄绿色晶体。该化合物在365 nm波长下具有最大吸收峰,将核磁共振图谱与SciFinder和SDBS信息数据库进行图谱比对,将该抑菌活性化合物鉴定为吩嗪-1-羧酸(Phenazine-1-Carboxylic Acid,PCA)。PCA对Foc TR4的最小抑菌浓度最低,仅为1.563μg/mL,说明PCA对Foc TR4的抑制效果较强。【结论】从HQB-1菌株中分离得到活性化合物PCA,PCA的发现为香蕉枯萎病的生物防治奠定了良好的理论基础。     

固氮红细菌(Rhodobacter azotoformans) 423 nm特征吸收峰成因与定位

【背景】在不产氧光合细菌中,因420-425nm特征峰位于类胡萝卜素(Carotenoid,Car)吸收区域,通常被认为是由Car积累引起,但固氮红细菌R7菌株呈现的423 nm特征峰不具备Car三指峰特征。【目的】阐明R7菌株423 nm特征吸收峰形成的物质基础及胞内定位。【方法】采用吸收光谱、薄层层析、高效液相色谱、质谱、超速离心和离子交换层析等方法阐明423 nm吸收峰形成原因。【结果】谷氨酸钠明显促进R7菌株活细胞呈现423 nm特征峰,色素提取液中该峰蓝移至415 nm,但其生长、细菌叶绿素(Bacteriochlorophyll,BChl)和Car含量大幅度降低,而添加酵母提取物则反之。色素组成分析表明,在检测到的色素成分中,只有镁卟啉单甲基酯Ⅸ (Magnesium Protoporphyrin Ⅸ Monomethylester,MPE)呈现415 nm特征吸收峰。MPE可定位于光合膜上并呈现出423 nm特征峰。对色素蛋白复合体(Pigment Protein Complex,PPC)的研究显示,添加谷氨酸和酵母提取物的菌体细胞虽然都检测到3种PPC组分[2个外周捕光复合体(Peripheral Light Harvesting Complex 2,LH2)和1个光反应中心(Reaction Center,RC)],但源自谷氨酸菌体细胞的RC和1个LH2则呈现423 nm特征吸收峰,表明R7菌株可产生2种不同类型的LH2,且MPE可定位于一种LH2和RC。【结论】R7菌株所呈现的423 nm特征峰不是由Car积累所致,而是由MPE积累所形成,且能与LH2和RC结合定位于光合膜上。MPE是BChl合成的中间产物,其合成受严格调控,不容易获得。MPE代谢调控的深入研究可为光合作用光氧化损伤与保护机理增添新内容。