微生物降解石油烃的功能基因研究进展

微生物对石油烃的降解在自然衰减去除土壤和地下水石油烃污染的过程中发挥了重要作用。微生物通过其产生的一系列酶来利用和降解这类有机污染物,其中,编码关键降解酶的基因称为功能基因。功能基因可作为生物标志物用于分析环境中石油烃降解基因的多样性。因此,研究石油降解功能基因是分析土著微生物群落多样性、评价自然衰减潜力与构建基因工程菌的重要基础。本文主要介绍了烷烃和芳香烃在有氧和无氧条件下的微生物降解途径,重点总结了烷烃和芳香烃降解的主要功能基因及其作用,包括参与羟化作用的单加氧酶和双加氧酶基因、延胡索酸加成反应的琥珀酸合酶基因以及中心中间产物的降解酶基因等。     

基于成果导向教育理念的“微生物工程工艺与设备”课程教学改革与实践

"微生物工程工艺与设备"课程是生物工程专业的核心课程,具有较强的实践性和应用性。将成果导向教育理念引入到该课程教学改革中,围绕三个方面进行:明确课程培养学生的能力,制定课程的预期学习产出;在预期学习产出的基础上优化教学过程,通过整合教学内容,构建"课堂理论强化—网络教学平台—现场教学—仿真模拟"多元立体化教学平台,强化学生的主体地位,实现预期学习产出;建立合理的学习考评体系,评估学习产出,促进课程持续改进。     

微生物脂肪酶稳定性研究进展

脂肪酶广泛应用于食品、药物、生物燃料、诊断、生物修复、化学品、化妆品、清洁剂、饲料、皮革和生物传感器等工业领域,微生物脂肪酶是商品化脂肪酶的重要来源。高温、酸性、碱性和有机溶剂等恶劣的工业生产环境使得脂肪酶的进一步工业应用受到限制,获取稳定性好的脂肪酶成为打破这一限制的关键环节。本文重点对提高微生物脂肪酶稳定性的策略进行了综述:挖掘极端微生物脂肪酶资源;利用定向进化、理性设计和半理性设计等蛋白质工程策略改造脂肪酶;利用物理吸附、封装、共价结合和交联等酶的固定化技术提高脂肪酶的稳定性;利用物理/化学修饰、表面展示以及多种改良策略相结合提高脂肪酶的稳定性。结合作者前期对酶工程的研究发现,新型酶催化剂的获得应该基于明确的设计思路,结合多种改造方法,基于定向进化-理性设计、定向进化-半理性设计、蛋白质工程-酶的固定化、蛋白质工程-物理/化学修饰、酶的固定化-物理/化学修饰等组合改造,比单一的改造方法具有更高的效率。     

电子圆二色谱技术在微生物次级代谢产物结构研究中的应用研究进展

微生物次级代谢产物的化学结构十分复杂,对其绝对构型的确定十分困难。近年来,电子圆二色谱(electronic circular dichroism,ECD)由于其用量少、精度高等优点,在测定绝对构型方面的应用越来越多,已经成为研究微生物次级代谢产物结构的重要方法。本文就电子圆二色谱在微生物次级代谢产物结构研究中的应用进行综述,以期为今后的研究奠定基础。     

紫金山铜矿酸性矿山废水微生物群落多样性

【背景】为避免环境污染,酸性矿山废水需经处理后才能排放,处理后的废水理化性质会发生显著变化,将影响整个微生物群落的结构。【目的】分析处理前后的细菌和真菌群落变化及其与理化参数的关系,为矿山废水的处理提供参考指标,并为矿山污染场地的修复提供理论基础。【方法】采集福建紫金山铜矿的酸性矿山废水并测定其理化性质。采用基于原核微生物16S rRNA基因V4区和真菌18S rRNA基因ITS的高通量测序技术分析水样的微生物群落结构。【结果】经中和处理后的回水与矿坑水和生物浸出液相比,pH升高,重金属离子含量显著降低。原核微生物的多样性高于真菌,回水的物种多样性高于矿坑水和浸出液。回水中变形菌门的丰度最高,矿坑水和浸出液中分别以广古菌门和硝化螺菌门的丰度最高。回水中噬氢菌属为优势类群,矿坑水和浸出液中的优势菌是钩端螺旋菌属,铁质菌属等古菌也有一定的比例。pH、Al、Mn、Zn与回水中相对丰度较高的菌属显著相关,而矿坑水和浸出液中的高丰度类群与环境因子没有显著的相关性。【结论】研究表明酸性废水的中和沉淀处理对微生物群落产生了较大的影响,微生物群落变化可以作为矿山酸性废水污染处理效果的一个参考指标。     

污水处理过程中微生物群落多样性及其对环境因子响应的研究进展

污水生物处理系统的性能和稳定性与微生物群落结构和动态密切相关。通过深入了解活性污泥中微生物群落结构及其影响因素,有助于提高污水厂污染物的去除效果。在不同污水活性污泥处理系统中细菌群落主要以变形菌、绿弯菌、放线菌、厚壁菌和拟杆菌为功能菌群;活性污泥中寄居的大多数真菌来自于子囊菌门,还有少量担子菌门;古菌以产甲烷菌为主;而病毒中分布最广的噬菌体和致病性病毒是最主要的关注点。本文通过对相关文献分析及总结,综述了进水组成、不同处理工艺、参数(理化参数和运行参数)、地理位置和气候条件等环境因子对活性污泥中细菌、真菌、古菌以及病毒群落组成的影响,尽可能全面地介绍污水厂微生物群落多样性及其对环境因子的响应。同时,对未来研究方向进行探讨,以期能够为活性污泥中功能微生物的应用及调控提供理论和应用基础。     

海洋沉积物中铁还原细菌组成及异化铁还原与产氢性质分析

【背景】一些铁还原细菌具有异化铁还原与产氢的能力,该类细菌在环境污染修复的同时能够解决能源问题。【目的】从海洋沉积物中富集获得异化铁还原菌群,明确混合菌群组成、异化铁还原及产氢性质。获得海洋沉积物中异化铁还原混合菌群组成,分析菌群异化铁还原和产氢性质。【方法】利用高通量测序技术分析异化铁还原菌群的优势菌组成,在此基础上,分析异化铁还原混合菌群在不同电子供体培养条件下异化铁还原能力和产氢性质。【结果】高通量数据表明,在不溶性氢氧化铁为电子受体和葡萄糖为电子供体厌氧培养条件下,混合菌群的优势菌属主要是梭菌(Clostridium),属于发酵型异化铁还原细菌。混合菌群能够利用电子供体蔗糖、葡萄糖以及丙酮酸钠进行异化铁还原及发酵产氢。葡萄糖为电子供体时,菌群累积产生Fe(Ⅱ)浓度和产氢量最高,分别是59.34±6.73 mg/L和629.70±11.42 mL/L。【结论】异化铁还原混合菌群同时具有异化铁还原和产氢能力,拓宽了发酵型异化铁还原细菌的种质资源,探索异化铁还原细菌在生物能源方面的应用。     

PBL (Problem-based learning)教学模式在微生物 制药设计性实验教学中的应用

微生物制药设计性实验是提高学生专业技能和培养创新能力的一种重要途径.为提高教学质量,我们在设计性实验教学中开展了基于问题的学习(PBL)教学模式.PBL教学模式的引入显著地提高了学生的学习积极性,锻炼了学生分析和解决问题的能力,增强了沟通和交流能力.本文报道PBL教学模式在微生物制药设计性实验中的实施情况,并对实施过程中出现的一些问题进行分析和探讨.     

Simultaneous biological removal of nitrogen–sulfur–carbon: Recent advances and challenges

Biological removal of carbon, nitrogen and sulfur is drawing increasing research interest in search for an efficient and cost-effective wastewater treatment. While extensive work on separate removal of nitrogen and sulfur is well documented, investigation on simultaneous denitrifying sulfide removal has only been reported recently. Most of the work on denitrifying sulfide removal has been focusing on bioreactor performance, loading and operating conditions. Nonetheless, underlying principles elucidating the biochemical reactions and the mechanisms of the microbial degradation are yet to be established. In addition, unstable denitrifying sulfide removal which is a major operating problem that hinders practical application of the process, is yet to be resolved. This paper provides a review on the state-of-the-art development of simultaneous biological removal of sulfur, nitrogen and carbon. Research on bioreactor operation and performance, reactor configurations, mechanisms and modeling work including the use of mass balance analysis and artificial neural networks is delineated. An in-depth discussion on the microbial community and functional consortium is also provided. Challenges and future work on simultaneous biological removal of nitrogen–sulfur–carbon are also outlined.     

Bioelectricity generation using two chamber microbial fuel cell treating wastewater from food processing

Electricity generation from microbial fuel cells which treat food processing wastewater was investigated in this study. Anaerobic anode and aerobic cathode chambers were separated by a proton exchange membrane in a two-compartment MFC reactor. Buffer solutions and food industry wastewater were used as electrolytes in the anode and cathode chambers, respectively. The produced voltage and current intensity were measured using a digital multimeter. Effluents from the anode compartment were tested for COD, BOD₅, NH₃, P, TSS, VSS, SO₄ and alkalinity. The maximum current density and power production were measured 527 mA/m² and 230 mW/m² in the anode area, respectively, at operation organic loading (OLR) of 0.364 g COD/l.d. At OLR of 0.182 g COD/l.d, maximum voltage and columbic efficiency production were recorded 0.475 V and 21%, respectively. Maximum removal efficiency of COD, BOD₅, NH₃, P, TSS, VSS, SO₄ and alkalinity were 86, 79, 73, 18, 68, 62, 30 and 58%, respectively. The results indicated that catalysts and mediator-less microbial fuel cells (CAML-MFC) can be considered as a better choice for simple and complete energy conversion from the wastewater of such industries and also this could be considered as a new method to offset wastewater treatment plant operating costs.