海洋玫瑰杆菌类群研究进展

海洋玫瑰杆菌类群(Roseobacter lineage)是属于α-变形菌纲中的一类系统发育相近,但生理代谢功能多样的细菌类群,包含40多个不同的细菌种属。它们在海洋中丰度较高,且分布极为广泛,尤其在近海与极地海洋中,其丰度约占整个浮游细菌群落的15%—25%。玫瑰杆菌类群通过其多样化的生理代谢功能(如好氧不产氧光合作用、一氧化碳氧化、硫化物降解等)在海洋碳、硫循环和全球气候调节中发挥着重要作用。此外,玫瑰杆菌类群还能产生多种具生物活性的次生代谢物质。简要综述了海洋玫瑰杆菌类群的生态分布特征、生存方式、生理代谢功能、基因组特征等的一些研究进展,并结合作者的工作对未来的研究进行了展望。     

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。     

沼泽红假单胞菌乙酸光合放氢研究

依据光合细菌生长代谢特性和有机废水降解主要产物类型,11种有机物被用于沼泽红假单胞菌（Rhodopseudomonas palustris）Z菌株的光合产氢研究,其中,乙酸反应体系产氢活性最高。在此基础上,研究了该菌株的生长与产氢动力学行为,探求了影响该菌株光合放氢的主要限制性影响因素。结果表明,该菌株产氢与生长部分相关。种子培养基和菌龄对产氢活性有明显影响。细胞最适产氢和生长所需要的光照强度和温度基本一致。当种子来源于硫酸铵高菌龄预培养物或谷氨酸钠对数期预培养物时,该菌株产氢活性显著增加,产氢延滞期明显缩短。氧浓度和接种量对产氢活性也有显著影响。供氢体和氮源浓度直接决定细胞的生长与光放氢活性。在低于70 mmol/L乙酸钠和15 mmol/L谷氨酸钠时,产氢活性随底物浓度的增加而增强。谷氨酸钠浓度高于15mmol/L时,由于游离NH₄⁺的出现,产氢活性受到抑制,但却明显刺激细胞的生长。在标准状况下,该菌株的最大产氢速率可达19.4 mL·L^-1·h^-1。     

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。     

替代标准品校正函数法定量分析不产氧光合细菌螺菌黄质系类胡萝卜素

摘要:【目的】针对不产氧光合细菌(APB)类胡萝卜素(Car)标准品缺乏的问题,以替代标准品实现螺菌黄质系多种Car组分同步、快速、准确的定量分析。【方法】以沼泽红假单胞菌CQV97为材料,采用吸收光谱、薄层层析和HPLC等方法制备螺菌黄质系Car标准品;以柠檬黄和番茄红素为替代标准品,采用HPLC法,建立了螺菌黄质系Car多组分的定量方法。【结果】制备的6种Car标准品纯度达95%以上。确定了Car的HPLC分析条件,以Car标准品为对照,得到了螺菌黄质系6种Car组分的定性HPLC指纹图谱。在选择的HPLC 条件下,测定了6种Car标准品和2种替代标准品的标准曲线,确立了2种替代标准品分别与6种Car标准品之间的定量校正函数关系,并用于实际样品YL28和CQV97菌株的Car定量分析。采用Car标准品法测定的6种Car含量的RSD小于1.5%、回收率在96%－104%,替代标准品法与Car标准品法测定结果吻合,其相对误差小于0.1%。【结论】通过替代标准品校正函数关系,建立了2种准确定量分析螺菌黄质系Car多组分的方法。替代标准品柠檬黄和番茄红素均能准确地传递待测Car的量值关系,实现了螺菌黄质系6种Car的同步、快速、准确的定量分析,弥补了现有Car组分相对定量方法的不足。讨论了替代标准品法校正因子适用范围的局限性,提出了校正函数关系的思路和方法。这为全面实现APB球形烯系、奥氏酮系等其它Car的快速、准确定量分析提供了借鉴和参考。     

含奥氏酮嗜盐紫色硫细菌的分离鉴定及系统发育分析

[目的]为挖掘我国紫色硫细菌物种和光合蛋白基因资源.[方法]采用Pfennig紫色硫细菌无机选择性培养基和琼脂稀释法.[结果]从青岛东风盐场分离获得一株含奥氏酮、耐高浓度硫化物、嗜盐耐碱紫色硫细菌菌株283-1.该菌株能氧化硫化物产生硫粒储存在细胞内、嗜盐、细胞含有奥氏酮类胡萝卜素、细菌叶绿素a强吸收峰位于830 nm处、运动、不产生气囊,表明属于Marichromatium属.16S rDNA序列同源性比较和系统发育分析也表明这一点.但该菌株能在1%～15%NaCl、7.5 mmol/L 高浓度硫化物、45℃、5000lux、pH9.0条件下生长良好,能很好的光同化C3和C4有机酸和葡萄糖酸钠等特性,与Marichromatium属4个种有明显不同.[结论]菌株283-1是Marichromatium属一个新分离物,编号 Marichromatium sp.283-1.     

光合细菌产氢研究进展

光合细菌能利用有机废水(废弃物)转化太阳能产生氢能,故应作为环保产业新能源开发的一个重要研究方向。       

一株极端环境光合细菌的生理特性研究

从山西运城盐厂解化池分离获得一株嗜盐嗜碱细菌,编号为Y。其纯培养物经形态学、生理生化特性和DNA G+C含量等特征分析,结果表明,该菌株可在盐度ρ(NaCl)/gL-1为160和pH9.0碱性条件下生长。单细胞为杆状,大小为0.4-0.8×0.9-1.5μm。二分裂繁殖。革兰氏阴性。光合内膜为片层堆积并与细胞质膜相连,但并不与细胞质膜平行。细胞含有细菌叶绿素a,液体培养物呈玫瑰红色。Y菌株不仅可将硫化物氧化为元素硫沉积于细胞外,也可光同化多种有机物,并具有固氮和产H2特性。DNA中 G+C含量为61.6%。根据以上鉴定特征及相关资料,Y菌株应归于嗜盐红螺菌属(Halorhodospira)。但其生长所依赖的盐度、pH、细胞内色素成分及鞭毛着生方式与该属正式承认的3个种有明显的不同。该菌株独特的生理生化特性,对于极端环境微生物的资源开发和利用有重要的理论意义和应用价值。     

有机碳对海洋着色菌YL28去除无机三态氮的影响

【目的】在无机三态氮(氨氮、亚硝氮和硝氮)共存的模拟海水水体中,阐明有机碳尤其是海藻寡糖对海洋着色菌(Marichromatium gracile)YL28生长及去除无机三态氮的影响规律。【方法】采用次溴酸钠氧化法、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、亚硝氮和硝氮的含量,菌体生物量采用比浊法测定。【结果】在光照厌氧环境中,小分子有机酸盐(乙酸钠、丙酮酸钠、琥珀酸钠和柠檬酸钠)是YL28生长和去除无机三态氮的良好有机碳,亚硝氮、硝氮和氨氮去除率分别达到97.92%、99.98%、73.23%-87.15%。单糖(葡萄糖和果糖)、双糖(麦芽糖和蔗糖)和寡糖(壳寡糖和海藻寡糖)是YL28可利用的有机碳,亚硝氮和硝氮去除率分别达到99%和87%以上,氨氮去除率在44.82%-54.53%之间。多糖(β-环糊精、淀粉、黄原胶、琼脂粉、海藻酸钠和卡拉胶)不是菌体利用和去除无机三态氮的有机碳。酵母提取物可作为菌体生长、去除硝氮和亚硝氮的良好有机碳,但严重抑制氨氮去除。海藻酸钠、β-环糊精和卡拉胶分别与乙酸钠共存时,YL28生长和对无机三态氮去除能力与乙酸钠为唯一有机碳的水平相当。乙酸钠体系中添加海藻寡糖,YL28生长速率、最大生物量以及氨氮的去除速率和最大去除率均升高,添加酵母提取物时,生长速率和最大生物量升高,但氨氮去除速率和最大去除率降低。黑暗厌氧环境下,以乙酸钠和氨氮为唯一有机碳和氮源时,YL28不生长,但在无机三态氮共存时,则能良好生长并去除无机三态氮。【结论】在无机三态氮共存海水体系和厌氧条件下,无论是光照还是黑暗环境,YL28均能良好地生长和去除无机三态氮,小分子有机酸盐(乙酸钠、丙酮酸钠、琥珀酸钠、柠檬酸钠)是其良好的有机碳,相对而言,乙酸钠和丙酮酸钠更好。海藻寡糖与乙酸钠复合可提高菌体生长和脱氮能力。本研究为研制开发高效脱氮微生物制剂及其合理性应用提供了指导。     

高脱氮活性海洋着色菌YL28生物膜特性

【背景】细菌生物膜在废水处理领域显示出良好的前景,但目前应用于海水养殖水体处理的菌株主要源自淡水菌株,存在难以适应海水高盐环境的问题。源自红树林的海洋着色菌(Marichromatiumgracile)YL28应用于海水养殖水体处理,不仅具有高效除氮能力,而且趋光贴壁能力很强。【目的】阐明海洋着色菌(Marichromatium gracile) YL28的生物膜形成特性和规律,以期为海水养殖水体生物膜反应系统的开发和应用提供参考。【方法】以生物膜和游离菌体生物量、脱氢酶活性、生物膜多糖含量和蛋白含量、无机三态氮去除活性为测定指标,在光照厌氧环境中研究海洋着色菌YL28菌株的生物膜形成规律、生物活性和脱氮效果。【结果】随着时间延长,4 000 lx光照时游离菌体生物量逐渐升高,但在稳定期前快速降低,而成膜生物量经过延滞期后逐渐升高并趋于稳定,表明培养过程中游离菌体能趋光贴壁生长并形成生物膜。在0-5 000 lx光照范围内培养4 d,低光照强度(500 lx)时成膜率(71.21%)最高,1 000-4 000 lx光照强度下成膜率虽然不是最高(54.64%-68.66%),但适宜菌体成膜,膜生物量干重达到0.60-0.80 mg/cm2。除了5 000 lx光照对成膜菌体脱氢酶活性有不利影响外,成膜菌体和游离菌体脱氢酶活性随光照强度升高而升高,而且没有明显差异。生物膜的形成会导致光反应器内部光照受限,但反应器内部游离菌体的脱氢酶活性并没有降低,由此表明,培养液中的菌体主要在生物膜及其界面生长并游离扩散至培养液中。随光照强度(1 000-5 000 lx)和培养时间(4-10 d)的变化,胞外复合物(Extracellularpolymericsubstances,EPS)中蛋白含量变异较大,多糖含量变化较小;随时间延长,蛋白含量升高,其中3 000 lx时蛋白含量最高;4 000 lx时生物膜菌体与游离菌体脱氮活性相比,单位质量菌体的氨氮和亚硝氮去除活性未受到明显影响,而硝氮去除活性有所降低。【结论】海洋着色菌YL28具有良好的生物膜形成能力,其成膜过程主要是菌体趋光贴壁生长成膜,成膜菌体具有良好的脱氮活性,这为利用生物膜系统消除海水养殖水体氮污染奠定了基础。