微生物硫代谢及其驱动下建立的生物生态关系

硫在环境中广泛存在,是生物细胞的主要构成元素,微生物、动物和植物的硫基础代谢途径之间存在着广泛联系。本文以微生物硫代谢为主线,全面总结了硫在3类生物中的4条主要代谢途径,并重点阐明了其共性、区别及联系。微生物参与了所有硫的主要代谢,是驱动硫生物循环的主要动力。微生物异化硫还原降低了环境中甲烷的挥发,微生物、植物实施的同化性硫还原为动物提供了大量有机硫源,而植物、动物则选择性地缺少了异化或同化硫还原;硫氧化在3种生物中普遍存在且路线相似,其中,硫转移酶对氧化产物的多样化起到了重要的调节功能;发生在植物中的硫矿化尚不太清楚,而微生物、动物的硫矿化为植物硫同化提供了新的无机硫底物。自然界中,肠道微生物和宿主动物、根际微生物与植物根、动植物腐败后微生物的矿化、环境中微生物的氧化和还原等依托硫的代谢建立的生态关系,极大程度促进了硫元素的生物地球化学循环。     

过表达亚硝酸盐还原酶的重组大肠杆菌辅助污水短程硝化

【目的】为了体现并突出亚硝酸盐还原酶在污水脱氮以及短程硝化中的重要性,对过表达亚硝酸盐还原酶的大肠杆菌进行了污水脱氮的研究。【方法】通过转化带有亚硝酸盐还原酶基因的重组质粒,将亚硝酸盐还原酶在大肠杆菌中过表达,通过分析重组大肠杆菌的产物研究了该酶的表达及还原亚硝酸盐的情况,通过将该重组菌与已报道的硝化-反硝化细菌或生活污水进行混合培养,研究重组菌用于辅助氨氮去除的短程硝化能力。【结果】重组大肠杆菌能正确表达亚硝酸盐还原酶,OD600=2.0的菌悬液在2 h内还原约1 mmol/L的亚硝酸盐,并产生几乎等量的一氧化氮;重组大肠杆菌与Acinetobacter sp.YF14菌株等比例混合时,12 h能够提高氨氮脱氮效率约(36.0±7.4)%,且在4 h时,最大亚硝酸盐的积累量减少37%;重组大肠杆菌(OD600=1.0)12 h内能够提高污水厂活性污泥的脱氮效率约(31.0±5.7)%,且未检测到亚硝酸盐和硝酸盐的积累;溶氧水平对于亚硝酸盐还原酶重组菌辅助脱氮具有明显的影响,中等溶氧量[(6.4?0.7)mg/L]时脱氮效果最好。【结论】过表达亚硝酸盐还原酶的大肠杆菌可以提高污水脱氮的短程硝化能力。     

一株异养硝化-反硝化不动杆菌的分离鉴定及脱氮活性

[目的]分离筛选并鉴定一株异养硝化-反硝化细菌,并探讨其在脱氮中的作用.[方法]富集培养分离筛选微生物,通过形态观察和生理生化特征及16S rDNA鉴定细菌,定时测定其OD600研究生长曲线,正交试验研究其脱氮影响因素和最佳条件,与污水处理厂活性污泥共同作用检验其脱氮活性.[结果]分离到一株异养硝化-反硝化细菌,鉴定结果表明是一株不动杆菌,命名为Acinetobacter sp.YF14,这是已知报道的第一株进行异养硝化和好氧反硝化的不动杆菌.该菌在12 h时进入对数期,22 h时进入稳定期,45 h以后进入衰亡期.该菌能进行异养硝化,3d后氨氮和总氮的去除率可以达到92％和91％,且无硝酸盐氮和亚硝酸盐氮积累.好氧条件下该菌能进行反硝化,在硝酸盐和亚硝盐培养基中均能将氮几乎完全去除.对该菌脱氮的影响程度大小依次为转速＞接种量＞碳源＞碳氮比＞ pH.当转速为160 r/min,碳源取葡萄糖,接种量1％,碳氮比为8∶1,pH为6.5时,脱氮效果最好.该菌株可以提高活性污泥对于生活污水总氮脱除率约30％.[结论]菌YF14可以明显加强活性污泥脱氮效果,显示了良好的应用前景.     

两类产NO的亚硝酸盐还原酶的分布,结构与序列比较及宏基因组分析

【目的】为了体现亚硝酸盐还原酶在环境中氮生物循环的重要性,研究了它们的分布情况。【方法】利用现有亚硝酸盐还原酶序列在已经测序的基因组数据库中进行查找,研究该酶的分布情况,通过多序列比对比较了它们的序列相似性,通过构建系统发育树比较其进化关系,并利用宏基因组学的方法研究了它们在海洋宏基因组中的分布。【结果】分析结果显示,两类亚硝酸盐还原酶在已测序的细菌和古生菌基因组中分别有397和812个,分别占总量的8%和15.7%,几乎所有的古生菌都含有Ⅱ类酶;它们自身的序列相似性很高,在Ⅰ类酶和Ⅱ类酶中底物结合位点以及Ⅱ类酶的铜离子结合位点保守性都很高,显示该酶序列保守性与其环境功能相适应的特点;进化分析显示它们可能具有共同的进化来源;在海洋宏基因组中,平均每100000读数中分别有6个Ⅰ类和35个Ⅱ类,且2类酶都在热带南太平洋区域有最大分布。【结论】NIR在氮的生物循环及环境修复中可能起到重要作用。