兼性甲烷氧化菌的发现历程

兼性甲烷氧化菌在新陈代谢上具有独一无二的特性:它们能够利用甲烷或一些含碳碳键的有机物作为唯一碳源和能源.甲基细胞菌属(Methylocella)、甲基孢囊菌属(Methylocystis)和甲基帽菌属(Methylocapsa)的一些菌株已经被确定为兼性甲烷氧化菌.它们都属于a-变形菌纲,能够像利用甲烷一样在大分子有机酸或乙醇里生长.本文全面系统地总结了兼性甲烷氧化菌的研究发展历史,推断出兼性甲烷氧化菌易在酸性环境富集生长;介绍了与之有相近功能的兼性甲烷氧化生物;浅析了其对多碳化合物的代谢机理;最后讨论了兼性甲烷氧化菌研究的现存问题和工程应用前景.     

典型功能层带-填埋场覆盖层中四氯化碳代谢机制及功能微生态响应

垃圾填埋场是四氯化碳(carbon tetrachloride, CT)污染的重要来源,明晰覆盖层功能层带中CT的转化机制对其污染控制尤为重要。本研究通过构建模拟覆盖层系统,开展了CT沿程生物降解及微生态研究。覆盖层理化特性分析表明,长期生物氧化使覆盖层形成了稳定存在的厌氧层(>45 cm)、缺氧层(15–45 cm)和好氧层(0–15 cm)功能层带,各特征层带氧化还原电位、微生物群落结构差异显著,为CT降解提供了生物资源和有利条件。降解结果显示,CT在厌氧层和缺氧层脱氯产生氯仿(chloroform,CF)和二氯甲烷(dichloromethane,DCM)及氯离子(Cl–),副产物在30 cm处浓度最大,好氧层中CF和DCM迅速发生好氧降解;CT降解速率为13.2–103.6μg/(m2·d),随填埋气通量增大而增大。多样性测序结果表明,不同层带功能菌属差异显著,中慢生根瘤菌(Mesorhizobium)为好氧层CT潜在降解菌属,硫杆菌(Thiobacillus)和间孢囊菌(Intrasporangium)为厌氧层和缺氧层潜在功能菌属;覆盖土中6种脱氯菌属和18种甲烷氧化菌...     

专一营养与兼性甲烷氧化菌降解氯代烃的研究现状、动力学分析及展望

生物修复技术被认为是氯代烃类污染物处理处置的最有效途径之一,而甲烷氧化菌在该领域表现出较大的应用潜力。近期研究发现,突破了仅能利用单碳化合物的局限,兼性甲烷氧化菌能够利用多种底物降解氯代烃,这一独特的新陈代谢特性,使其在污染物生物处置领域逐渐受到关注。结合本课题组研究成果,对甲烷氧化菌降解氯代烃进行了全面总结,主要包括:分析了不同菌株(纯菌株和混合菌株)对不同氯代烃的降解效果;比较了不同类型甲烷单加氧酶在不同底物体系中的活性表达和催化特性;总结了模型菌株甲基弯菌Methylosinus trichosporium OB3b降解氯代烃的动力学特性;概述了兼性甲烷氧化菌株降解氯代烃的特性及其应用潜力;最后讨论了甲烷氧化菌降解氯代烃存在的问题及未来发展方向。     

甲烷及三氯乙烯驯化对垃圾填埋场覆盖土细菌群落结构的影响

对典型垃圾填埋覆盖土进行CH₄原位富集和三氯乙烯(TCE)驯化,研究了其生物氧化能力和微生物群落结构变化.覆盖土CH₄氧化速率为0.20～0.87 μmol·g^-1 soil·h^-1,TCE降解速率为0.009～0.013 mg·L^-1·h^-1,其中山东垃圾填埋场覆盖土土样甲烷氧化活性高于广东、上海和重庆地区土样.通过Illumina MiSeq测序技术分析了α多样性和驯化前后微生物菌群结构变化规律.结果表明: 在所有被注释的操作分类单元聚类结果中,细菌OTUs分配为39个门,85个纲,562个属,富集驯化后变形杆菌门、拟杆菌门、绿弯菌门和酸杆菌门仍为各土样的优势菌群,所占比例之和高于77.4%;γ-变形杆菌纲、β--变形杆菌纲、α-变形杆菌纲、放线菌纲和酸杆菌纲所占比例之和高于26.5%.嗜甲基菌属、厌氧绳菌属、节杆菌属和假单胞菌属经TCE驯化后,其相对丰度呈增加趋势.表明在覆盖土氯代烃生物降解过程中,除了被广泛认可的甲烷氧化菌异养共代谢机制以外,还存在非甲烷共代谢机制和氯代烃自养降解机制.     

氯代脂肪烃生物与非生物共促降解机制研究进展

氯代脂肪烃(Chlorinated aliphatic hydrocarbons,CAHs)具有高毒性、高富集性、高环境残留的特点和致癌、致畸、致突变效应,对人体健康和生态环境造成了严重危害。CAHs降解是生物和非生物过程共同作用的结果,存在多种交互作用,明晰CAHs的生物与非生物共促降解机制对于强化CAHs污染场地修复具有重要意义。文中首先对CAHs降解方式进行了分类介绍,按照还原脱氯、好氧共代谢和直接氧化三种方式总结了影响CAHs降解的典型生物与非生物降解因子。从共促降解的角度出发,系统分析并提出了诱导降解机制和协同降解机制,并对基于共促机制强化CAHs降解的工程应用与存在的技术局限进行了综述和分析,最后对未来的发展方向进行了展望。     

铜离子对混合菌群降解三氯乙烯的影响与机制分析

在三氯乙烯(TCE)胁迫条件下,从生活垃圾填埋场覆盖土中富集得到了可高效降解TCE的混合菌群SWA1。考察了铜离子浓度0-15μmol/L范围内混合菌群对TCE的降解,当铜离子浓度为0.03μmol/L时,降解速率最大为29.60 nmol/min,降解率达95.75%。此条件下的pmo A和mmo X表达量均达最大值,pmo A的相对表达量(4.22 E-03)比mmo X(9.30 E-06)和Lmp H(0)高3个数量级。在0-0.75μmol/L和1-15μmol/L两个铜离子浓度区间,分别出现了TCE降解峰值,高通量测序结果表明,甲基孢囊菌科Methylocystaceae的甲烷氧化菌为优势微生物。随着铜离子浓度提高,混合菌群SWA1生物多样性显著降低。铜离子浓度的变化影响了混合菌群的结构和活性,进而影响了TCE降解机制。当铜离子浓度为0.03μmol/L时,降解机制包括TCE直接降解和甲烷氧化菌共代谢降解。当铜离子浓度为5μmol/L时,降解率可达到84.75%。此时,降解机制包括TCE直接降解以及甲烷氧化菌和含苯酚羟化酶菌群的共代谢降解。     

双底物抑制下脂肪酶催化合成乳酸乙酯的研究

从微观体系考察了在双底物抑制下脂肪酶催化合成乳酸乙酯,叔丁醇是最佳溶剂,它可以很好地破坏乳酸分子由缔合而形成的分子簇。在所选的脂肪酶中,Novozym 435(南极假丝酵母脂肪酶B)的催化活性最好。综合产率和酶活两方面因素确定了最佳实验条件:酸醇摩尔比=1∶8、反应温度60℃、酸浓度0.3 mol/L、酶浓度45 g/mol、摇床转速200 r/min。     

典型重金属对氯苯类有机物生物转化影响及分子机制研究进展

重金属和有机物相互作用,形成共污染,是当今面临的重要环境问题之一。明晰重金属作用下氯苯类化合物（chlorobenzenes,CBs）的转化特性以及典型重金属对CBs生物降解的影响机制,对有效修复重金属-有机物共污染有重要意义。本文首先对CBs生物降解的研究现状进行了总结,明晰了当前CBs降解的主要功能菌属类型,包括伯克霍尔德菌（Burkholderia）,假单胞菌（Pseudomonas）,脱卤球菌（Dehalobium）和脱卤拟球菌（Dehalococcoides）等;而后概述了重金属与CBs的共污染现状,发现绝大多数污染中存在重金属与CBs共污染现象;随后系统综述了典型重金属对CBs生物转化的影响,表明好氧或厌氧条件下大多数重金属离子对CBs生物转化存在抑制作用,受金属离子种类、浓度、价态及pH影响显著;另外,对重金属影响下的CBs转化机制进行了分析,基于3方面影响构建了分子机制模型。最后对目前还存在的问题与局限性进行了分析,并对未来发展方向进行了展望,以期为重金属-有机物共污染的修复提供支撑。     

可降解TCE的甲烷氧化菌16S rDNA与pmoCAB基因簇序列分析

甲烷氧化菌可高效催化甲烷和多种氯代烃降解,开展甲烷单加氧酶的基因簇序列分析研究有助于深入了解催化机理,并提升其在污染物生物降解领域中的应用价值。以甲烷为唯一碳源富集分离甲烷氧化菌,取5种氯代烃作为共代谢基质考察其降解情况,利用MEGE5.05软件构建基于16S r DNA的系统发育树对所选菌株进行初步鉴定,用半巢式PCR法分段扩增菌株的颗粒性甲烷单加氧酶(p MMO)基因簇并进行T-A克隆测序,通过Ex PASy计算p MMO三个亚基的理论分子量。筛选到了一株甲基孢囊菌Methylocystis sp.JTC3,在三氯乙烯(TCE)初始浓度为15.64μmol/L条件下,反应5 d后降解率可达93.79%。经扩增、测序、拼接得到了3 227 bp的pmo CAB基因簇序列,包括771 bp的pmo C基因、759 bp的pmo A基因、1 260 bp的pmo B基因和2个非编码中间序列,所对应γ、β、α亚基理论分子量分别为29.1 k Da、28.6 k Da和45.6 k Da。通过Blast比对发现Methylocystis sp.JTC3的pmo CAB基因簇序列与Methylocystis sp.strain M的pmo CAB一致性较高,其中pmo A的序列相对保守。JTC3菌株可高效降解TCE,对pmo CAB基因簇序列的详细分析可为p MMO活性中心特征、氯代烃类底物选择性等方面的深入研究提供信息数据基础。     

极端条件下异养硝化-好氧反硝化菌脱氮的研究进展

异养硝化-好氧反硝化(HN-AD)是对传统自养硝化异养反硝化理论的丰富与突破。HN-AD菌在好氧条件下可快速实现氨氮、硝态氮(NO_3~–-N)、亚硝态氮(NO_2~–-N)三氮同步脱除。它们不仅具有分布范围广、适应能力强、代谢通路特殊等特点,而且还具有世代时间短、脱氮速率快、高活性持久等独特优势,在高盐、低温、高氨氮等极端条件表现出了巨大的脱氮潜力,因此在废水生物脱氮领域受到广泛关注。文中在介绍HN-AD菌属类别及代谢机理的基础上,重点总结了在高盐、低温、高氨氮等极端条件下进行氨氮脱除的HN-AD种属,系统分析了它们在极端条件下的脱氮特性及潜力,并简述了HN-AD菌在极端条件下的工艺应用研究进展,最后展望了HN-AD脱氮技术的应用前景和研究方向。