甲烷代谢古菌分离培养研究进展

全球变暖是全人类面临的一个巨大挑战,而温室气体排放持续上升是全球变暖的关键因素,并引发一系列生态环境问题。甲烷是第二温室气体,对全球变暖的贡献达20%。然而,在甲烷代谢中发挥重要作用的产甲烷古菌和厌氧甲烷氧化古菌(anaerobic methanotroph,ANME)较难培养,极大地限制了人们对甲烷代谢及其影响碳源-汇关系与机制的研究。本文综述了最新产甲烷古菌和ANME富集、分离和培养方法,包括富集培养、原位培养、共培养、微流控技术、稀释分离和固体分离技术、ANME反应器和培养瓶富集培养,以及宏基因组预测和反向基因组学,并对这些方法的优缺点进行了评估,对未来甲烷代谢古菌的富集、分离和培养提出新的建议。     

生物热对传统固态发酵菌群演替及其代谢影响的研究进展

解析传统固态发酵中产生的生物热对微生物菌群代谢的影响,是认识发酵机制、调控发酵过程、保证发酵效率的关键之一。固态发酵过程中,微生物菌群代谢活动所产生的生物热及传热效率低等问题引起微环境温度升高,进而影响微生物的生长与代谢。然而,关于传统固态发酵微生物受生物热的影响及其适应机制仍不明晰。因此,本文以传统固态发酵体系为研究对象,阐述持续生物热介导的高温对固态发酵过程中微生物群落演替和代谢功能的影响,并提出复杂群落中具有多层次调控微生物代谢以适应高温环境的方式,主要从微生物群体与个体层面介绍可能存在的耐热机制。了解生物热对传统固态发酵微生物的影响及潜在的耐热机制,有助于靶向调控发酵过程、强化高温发酵等,以满足未来的工业化需求。     

餐厨垃圾高温好氧生物减量菌种的筛选及特性

【背景】随着餐厨垃圾产生量的逐步提高,如何实现其快速降解,成为餐厨垃圾处理亟待解决的问题。餐厨垃圾的高温好氧生物减量技术是一种可以快速降解餐厨垃圾的有效方法。【目的】筛选能够适应餐厨垃圾环境且具有高效降解餐厨垃圾中有机物能力的菌株,以提高餐厨垃圾的降解效率和减量效果。【方法】采用温度梯度耐受性实验和餐厨垃圾浸出液高油高盐耐受性实验进行菌种初筛,并利用产酶培养基复筛及餐厨垃圾生物减量实验验证。【结果】通过初筛、复筛和功能验证,最终获得4株生物减量效果优良的菌株N3-1、C7、N3-3和G6-1,其对餐厨垃圾挥发性固体(volatile solid,VS)的降解率分别为36.95%、33.23%、32.83%和31.91%,是对照组的3.02、2.71、2.68和2.61倍。经鉴定,这4株菌分别属于热嗜油地芽孢杆菌(Geobacillus thermoleovorans)、史氏芽孢杆菌(Bacillus smithii)、热解木糖地芽孢杆菌(Geobacillus caldoxylosilyticus)和立陶宛地芽孢杆菌(Geobacillus lituanicus)。【结论】筛选出的4株菌均具有较强的餐厨垃圾原料适应性和高效的生物降解能力,为开发餐厨垃圾高温好氧复合菌剂奠定了基础,并为实现餐厨垃圾减量化、无害化处理和资源化利用提供了技术支持。     

产电微生物Shewanella菌厌氧呼吸代谢网络研究进展

以模式菌株Shewanella oneidensis MR-1为代表的Shewanella菌属产电微生物广泛分布于自然水体环境中。作为兼性厌氧菌,Shewanella菌除了能进行有氧呼吸外,还能利用多种电子受体进行厌氧呼吸。通过多种细胞色素所组成的复杂电子传递网络,Shewanella菌不仅能利用渗入到周质空间的可溶性电子受体进行厌氧呼吸,更为特殊的是其能够借助电子的跨膜传递实现对胞外不溶性电子受体的异化还原代谢。本文概述了近年来Shewanella菌厌氧代谢途径的研究进展,探讨电子传递网络对Shewanella菌呼吸多样性及环境适应性的影响。     

硝酸盐型厌氧铁氧化菌的种类、分布和特性

硝酸盐型厌氧铁氧化(NAFO)是指微生物在厌氧条件下利用硝酸盐或亚硝酸盐作为电子受体,将低价铁(二价铁或零价铁)氧化为高价铁(三价铁)的过程。具有NAFO代谢能力的微生物称为硝酸盐型厌氧铁氧化菌(NAFOM)。NAFO是微生物领域的重大发现,也是环境领域开发新型脱氮技术和地学领域研究铁、氮循环的理论依据。整理文献报道的NAFOM资料,分析NAFOM系统发育性状,探讨典型NAFOM的生态分布及其营养、代谢特性,以期为NAFOM菌种资源的开发、地球铁素和氮素循环的研究、NAFO过程的优化提供借鉴。     

高温强光胁迫下外源钙对甜椒(Capsicum fructescens L.)幼苗光合生理特性的影响

为探讨钙(Ca2+)对甜椒幼苗生长的影响,以甜椒品系156为试材,分别喷施清水(对照)、5 mmol·L-1(T5)和10 mmol·L-1Ca Cl2(T10),研究了高温(37℃)强光(1 200μmol·m-2·s-1)胁迫下甜椒幼苗叶片光合作用及叶片中活性氧(ROS)清除酶活性的变化。结果表明,高温强光胁迫条件下,与对照植株相比,外源施钙可维持较高的净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)及较低的胞间CO2浓度(Ci)。甜椒幼苗功能叶在高温强光胁迫处理后,T5和T10叶片的1,5-二磷酸核酮糖羧化酶(Rubisco)活性及叶片PSII最大光化学效率(Fv/Fm)较高,表明Ca2+有利于减轻胁迫条件下甜椒幼苗叶片的光抑制现象。另外,高温强光胁迫条件下,植株叶片活性氧清除酶活性和可溶性蛋白含量明显增加,且Ca2+处理(T5和T10)的植株高于对照植株,丙二醛(MDA)含量和相对电导率则明显低于对照,这些结果均表明胁迫条件下外源施钙可以通过提高幼苗叶片ROS清除酶活性和渗透调节物质含量来保护光系统反应中心,从而减轻外界胁迫对植物的伤害。     

高温胁迫对Bt棉铃壳中Bt蛋白含量及氮代谢的影响

以Bt基因来源于中国的棉花品种泗抗1 号(常规种)、泗抗3 号(杂交种)和来源于美国的棉花品种99B(常规棉)、岱杂1 号(杂交棉)为材料,研究了不同高温水平下Bt 棉盛铃期铃壳中Bt 蛋白含量变化及氮代谢生理特征.结果表明: 铃壳中Bt 蛋白含量随温度升高而降低,与对照相比(32 ℃),常规棉品种在38 ℃、杂交棉品种在40 ℃以上时,铃壳中Bt 蛋白含量大幅度下降.其中,常规种泗抗1号和99B在38 ℃时分别下降53.0%和69.5%;杂交种泗抗3号和岱杂1号在40 ℃时下降64.8%和54.1%.铃壳Bt 杀虫蛋白含量下降显著时,其可溶性蛋白含量明显下降,游离氨基酸含量明显提高,GPT活性显著下降,蛋白酶活性显著增加.高温影响铃壳的氮代谢引起Bt蛋白的分解加剧,合成减弱,从而造成Bt蛋白含量减少,抗虫性下降.     

病死猪堆肥高温降解菌的筛选、鉴定及堆肥效果

摘要:【目的】为分离得到高温高效降解菌,加快病死猪的降解。【方法】本研究通过稀释平板法和选择培养基初筛及酶活性复筛的方法,从锯末和病死猪(粉碎)好氧堆肥样品中筛选获得两株能分别高效降解蛋白质和脂肪的高温菌株N-3和Y-3。通过16S rDNA对两菌株进行鉴定,并采用L9(34)正交设计对菌株培养条件进行优化。再利用10 L全自动发酵罐按优化后的培养条件对两菌进行发酵生产(菌数达到108CFU /mL)并等体积混合制备成液体菌剂,分别按发酵物料湿重的0%、0.3%、0.6%、0.9%接种至锯末+病死猪(粉碎)堆肥中进行堆肥效果验证。【结果】共分离得到两株高效降解菌,N-3为芽孢杆菌(Bacillus aestuarii),可高效降解蛋白质,其最适生长温度55 ℃,pH为7.2,转速200 r/min,通气量4 L/min;Y-3为嗜热脱氮芽孢杆菌(Geobacillus thermodenitrificans),能高效降解脂肪,其最适生长温度60 ℃,pH为7.2,转速300 r/min,通气量3 L/min。堆肥过程中对照组和接菌各组(0.3%、0.6%、0.9%)最高温度分别为58.3、69.0、68.9、66.3 ℃,各接菌组间无显著差异(P＞0.05),但均极显著高于对照组(P＜0.01),且各接菌组堆肥温度达到60 ℃以上天数分别为8、10、9 d,极显著高于对照组的0 d(P＜0.01)。至堆肥结束时,对照组和接菌各组的病死猪降解率分别为71.2%、75.7%、96.7%、97.1%。接菌各组(0.3% 接菌组除外)病死猪降解率均极显著高于对照组(P＜0.01),0.3%接菌组与对照组间无显著差异(P＞ 0.05)。【结论】筛选获得的高温腐熟菌N-3和Y-3为能高效降解蛋白质和脂肪的高温菌株,可以用于病死猪腐熟堆肥,且两菌等体积混合后按0.6% 添加量接种至病死猪堆肥中,能提高堆肥温度,维持高温时间,加快病死猪的降解,从而有效杀灭病原微生物,达到无害化要求。     

钙对花生幼苗生长、活性氧积累和光抑制程度的影响

为探讨钙元素对花生幼苗生长的影响,以花育22为试材,用改良的Hoagland溶液进行培养,培养液钙离子(Ca2+)浓度分别为0、6和12 mmol/L(依次简称为CK、C6和C12),研究了不同Ca2+浓度培养下花生幼苗生长以及根系和叶片活性氧(ROS)的积累情况。结果表明,Ca2+显著提高花生植株的株高和鲜重,并降低根冠比,而且正常培养条件下,Ca2+显著提高根系活力、降低叶片和根系的ROS积累,而且C12幼苗的生理状态要好于C6。花生幼苗功能叶在高温(42℃)强光(1200μmol m-2s-1)胁迫处理下,与CK植株相比,C6和C12叶片的过氧化氢(H2O2)和超氧阴离子(O-2)的积累水平低、其叶片PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)高、光系统Ⅱ(PSⅡ)的关闭程度低,而且C12幼苗的活性氧积累和光抑制程度都明显低于C6,表明高温强光胁迫下,Ca2+有利于减轻花生幼苗叶片的光抑制和ROS积累。C6和C12叶片的部分ROS清除酶活性以及有关渗透调节物质的含量明显高于CK,丙二醛(MDA)的含量明显低于CK,表明胁迫条件下Ca2+通过提高ROS清除酶活性和渗透调节物质含量降低ROS的积累和危害,保护花生类囊体膜从而保证花生正常生长。     

高温胁迫对华北地区冬小麦灌浆及产量的影响

冬小麦灌浆期高温是制约我国北方冬小麦产量的一个重要气候因素,随着全球气候变暖,日趋频繁的极端温度事件可能引起该地区冬小麦产量的大幅波动。为了明确冬小麦灌浆期异常高温对冬小麦产量的影响程度,在河北固城生态与农业气象试验站自然大田条件下,采用自由空气红外辐射增温技术,开展了冬小麦灌浆中后期短期高温处理模拟试验。结果表明,灌浆中后期短期高温胁迫致使冬小麦灌浆速率下降及灌浆持续时间缩短从而使粒重降低,在消除了影响粒重的其它因素的作用后,短期高温处理期间的午间平均冠层气温与粒重之间存在显著的负线性相关关系。高温对冬小麦产量的威胁程度由高温强度及其持续时间两个因素决定。结合了高温强度及其持续时间综合作用的高温有效度时被证明是一个能全面反映灌浆中后期高温胁迫影响的特征量。