五株产MnCO3细菌的除锰特性

本研究从湖南省某锌锰矿矿口和天津市西青玛钢厂锰原料仓库土样中富集分离获得5株对锰有去除能力的抗锰细菌, 将其命名为J2-3、J4-3、J12-1、JM3-2和JD。形态学、生理生化分析和16S rRNA基因测序等结果表明它们分别归属为氢噬孢菌属、分枝杆菌属、红球菌属、不动杆菌属和芽孢杆菌属。JD和JM3-2菌的Mn(Ⅱ)抗性最低抑制浓度(MIC)为2 mmol/L, J2-3、J4-3和J12-1菌为12 mmol/L。X射线晶体衍射分析表明这5株抗锰菌随生长生成了MnCO3沉淀而将Mn(Ⅱ) 从溶液中去除。其中JD和JM3-2的锰去除率分别为94.28% ± 0.1%和93.10% ± 3.1%。其他菌的锰去除率也均在85%以上。研究发现培养基的pH由起始的7.0变为最终8.5以上, 推测其除锰原理可能是由于菌体代谢改变了培养基pH而将可溶的MnCl2转化为不溶的MnCO3沉淀。本研究证实了和以往报道的锰氧化细菌不同的新型除锰细菌。     

动物血红素过氧化物酶参与细菌氧化Mn(Ⅱ)的研究进展

锰氧化物是自然环境中一种重要的高活性矿物,在多种元素的生物地球化学循环中起着重要作用。细菌对锰氧化物的形成具有推动作用。截至目前,研究者已从环境中分离出多株锰氧化细菌,并在氧化机理的研究上取得了一定的进展。目前细菌中已知的锰氧化酶包括多铜氧化酶和动物血红素过氧化物酶。与多铜氧化酶相比,动物血红素过氧化物酶在蛋白结构与氧化方式上都具有自己的特点。本文结合国内外最新研究结果,在氧化菌株、氧化酶和基因、氧化方式及影响因素等方面对动物血红素过氧化物酶参与细菌氧化Mn(Ⅱ)的研究进行了总结,对未来研究方向进行了展望。     

一株锰氧化细菌的分离、鉴定及其锰氧化特性

【目的】获得锰氧化细菌,对锰矿周边土壤中生物所参与的锰氧化过程进行初探。【方法】依据细菌是否能氧化Mn(Ⅱ),形成棕褐色锰氧化物进行筛选。利用染料LBB对生成的锰氧化物进行检测。通过考察分离菌株的形态、生理特征和16S r RNA基因、gyr B基因、gyr A基因序列的同源性对分离菌株进行鉴定。分析筛选菌与所在属已知锰氧化菌的亲缘关系。利用LBB显色法检测氧化锰的动态生成,通过扫描电镜-能谱分析和X射线衍射技术分析生物氧化锰的表征。【结果】获得1株锰氧化细菌菌株,命名为CP133,综合形态、生理及分子分析结果,鉴定为蜡样芽孢杆菌(Bacillus cereus),分离菌株与多株分离自海洋及土壤的芽孢类锰氧化菌在进化上具有一定的差异。与其他菌株比较菌株CP133具有较强的锰氧化能力,进入稳定期后可生成紧密结合在菌体周围的无定形态生物氧化锰。【结论】从锰矿周边土壤分离出1株具有较强锰氧化功能的蜡样芽孢杆菌,丰富了土壤芽孢类锰氧化菌的资源,同时也为锰矿周围土壤与锰氧化菌间的生物地球化学循环提供了线索及材料。     

一株抗锰土壤芽胞杆菌的分离鉴定与生物学活性分析

从山东崅屿采集的黄棕壤中分离得到一株具有抗Mn(Ⅱ)和Mn(Ⅱ)氧化双重活性的芽胞杆菌,其最高Mn(Ⅱ)耐受浓度达到130mmol/L,对Mn(Ⅱ)的氧化活性为3.3μmol/(L·d)。通过个体形态与培养特征观测、生理生化反应、G+Cmol%测定和16SrDNA序列比对分析等鉴定,确定该菌株为巨大芽胞杆菌(Bacillus megaterium),命名为MB283。该菌株在添加Mn(Ⅱ)(10mmol/L)条件下比不添加Mn(Ⅱ)表现出相对较快的生长速率。采用高温培养并结合0.01%SDS处理,从MB283菌株筛选到一株发生内生质粒消除的突变株MB287,具有与野生菌株类似的锰耐受活性,且对Mn(Ⅱ)的氧化活性与野生菌株相比无明显改变,表明野生菌株MB283中与锰抗性和锰氧化相关的基因可能是定位于该菌的染色体上。     

锰氧化细菌

锰是人体必需微量元素,但锰过多又可造成中枢神经功能紊乱。在自然环境中,微生物直接或者间接地成为锰循环的主要催化剂。在Mn(Ⅱ)的污染及治理中,微生物也成为人们首先考虑的对象。在当前的微生物治理锰污染的研究中,基础研究和应用已经有了较大进展,主要是利用锰氧化微生物氧化Mn(Ⅱ)至Mn(Ⅳ)     

锰氧化细菌的分离鉴定及其锰氧化特性的分析

利用选择性培养基对锰矿样品进行分离、筛选, 得到一株高效锰氧化细菌(MN1405)。经形态特征、生理生化特征以及16S rRNA 基因序列分析, 将菌株MN1405 鉴定为Arthrobacter echigonensis。在培养条件下, MN1405 对培养基中的锰离子去除率可达93.38%, 且其培养所获得的培养液也具有良好的除锰效果。     

Mn(Ⅱ)氧化细菌Pseudomonas aeruginosa L3的分离、鉴定及氧化特性

【背景】Mn(Ⅱ)氧化细菌是一类可以沉积和氧化Mn(Ⅱ)从而形成固态锰氧化物的细菌,在生物地球化学和环境修复领域中引起了广泛关注,但目前所研究的Mn(Ⅱ)氧化模式菌株中大多来源海洋,土壤源Mn(Ⅱ)氧化细菌涉及较少。【目的】丰富土壤源Mn(Ⅱ)氧化细菌的来源与物种多样性,同时也为方铁锰矿型Mn₂O₃的潜在应用提供新菌种。【方法】从湖南省株洲市已关停的清水塘冶炼工业园区内筛选得到一株具有Mn(Ⅱ)氧化能力的铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa) L3,并就其分离纯化、鉴定、生长曲线、pH变化、Mn(Ⅱ)氧化特性及锰氧化物制备等方面进行系统研究。【结果】Pseudomonas aeruginosa L3的菌液离心后的上清液及提取的绿脓菌素(pyocyanin, PYO)均具有Mn(Ⅱ)氧化能力,与菌液相比,上清液对Mn(Ⅱ)氧化的能力更强。进一步利用X射线衍射(X-ray diffraction, XRD)对Pseudomonas aeruginosa L3产生的锰氧化物进行晶相分析,发现该锰氧化物在2θ为32.951°和5...     

细菌氧化锰的分子机制

摘要: 氧化锰是在生物地球化学循环中起重要作用的一种高反应活性矿物, 而微生物对Mn(Ⅱ)的氧化作用是自然界中氧化锰矿物形成的主要动力。目前从海水、淡水、土壤和矿石等环境中分离到的多种细菌表现出对Mn(Ⅱ)的氧化作用, 对其相关基因与细菌锰氧化分子机制的研究已取得了一定的进展。本文简要总结了几类主要锰氧化细菌的锰氧化基因的结构与功能、基因表达的调控影响因素以及多铜氧化酶的结构和特性, 并对目前在细菌锰氧化作用的分子机制研究中存在的部分悬疑问题及未来研究方向进行了分析。     

锰氧化细菌的生理生态功能与作用机制研究进展

锰的生物地球化学循环过程与全球尺度的营养元素循环紧密联系,是影响全球生态平衡及气候变化的重要因素之一。在自然界中,锰元素主要以氧化锰和含氧酸盐的矿物形式存在,近年来的研究观点普遍认为细菌介导的氧化作用是自然环境中锰氧化物形成的主要原因。锰氧化细菌广泛分布于海洋、锰矿土壤等生态系统,近期在植物微生态系统中也被发现,其生理生态功能未知。细菌的锰氧化过程是一个复杂的过程,多铜氧化酶和过氧化物(氢)酶是参与该过程的主要酶类,但关于其催化机制的认识尚不成熟。本综述系统探讨锰氧化细菌的种类和分布、细菌锰氧化作用的生理生态功能、参与细菌锰氧化作用的功能酶及其分子机制,总结这一研究领域所取得的成果和仍未解决的科学问题,并对今后的发展方向进行展望。     

一株高锰氧化活性大肠杆菌的分离鉴定和多铜氧化酶基因的克隆与结构特性

锰氧化物是Mn(Ⅱ)经生物和化学氧化后形成的矿物成分,在元素生物地球化学循环过程中起着重要作用,而不同种类的细菌对Mn(Ⅱ)的氧化作用是自然界中氧化锰矿物形成的主要成因.从山东崅峪采集的铁锰结核棕壤中分离得到一株具有高锰氧化活性的土壤杆菌,其对Mn(Ⅱ)的氧化作用活性明显高于其它分离菌株,达到65 μmol/L.通过个...     

N端缺失的锰过氧化氢酶生理生化特性

【目的】在红球菌(Rhodococcus sp.)R04中发现了一种高表达,N端缺失的锰过氧化氢酶(Mn-CAT),为了明确其在活性氧(Reactive oxygen species,ROS)清除与多氯联苯(Polychlorinated biphenyls,PCBs)代谢中所起的作用,本文对其生理生化特性进行了研究。【方法】利用DNAMAN对Rhodococcus sp.R04与Rhodococcus sp.R1101Mn-CAT的核酸和蛋白序列进行比对。化学合成和PCR搭桥法获取Mn-CAT全长基因。分别构建了原核表达载体p ETm3c-Mn-CAT,p ETm3c-Mn CAT-C,转入大肠杆菌(Escherichia coli)BL21,得到重组菌p ETm3c-Mn-CAT/BL21,p ETm3c-Mn CAT-C/BL21。工程菌诱导表达后,粗酶液经Q-sepharose和硫铵沉淀进行纯化。构建了锰过氧化氢酶C端(Mn CAT-C)基因的敲除载体p K18mobsac B-ΔMn CAT-C,电击法转入Rhodococcus sp.R04。荧光极化测定ROS的含量,HPLC分析多氯联苯的降解率。【结果】与Rhodococcus sp.R1101Mn-CAT基因序列相比,Rhodococcus sp.R04Mn-CAT缺少N端(R1101的Mn-CAT序列长度为915bp,R04的Mn CAT-C序列长度为468bp)。获得了纯度较高的Mn CAT-C,SDS-PAGE分析表明分子量约为23 k Da。以H2O2为底物时,Mn CAT-CKm比Mn-CATKm大,约为0.02357mol/L。通过基因同源重组的方式,得到菌株R04的Mn CAT-C敲除菌株,与野生菌株相比,敲除菌株体内ROS浓度显著增高,生长速率和多氯联苯降解速率明显下降。【结论】发现了一种N端缺失的锰过氧化氢酶,该酶具有原酶的大部分活性,且可以清除体内的ROS。Mn CAT-C基因的缺失影响了菌株的生长速率和多氯联苯的降解速率。     

锰胁迫对商陆(Phytolacca acinosa)保护酶的影响

对室内栽培的商陆(Phytolacca acinosa)幼苗分别经4、12、36mmol/L的锰(Mn2 )溶液处理30d后,用聚丙烯酰胺凝胶电泳(PAGE)分离了根和叶片过氧化物酶(POD)同工酶和超氧化物歧化酶(SOD)同工酶,并测定了其酶活性.结果表明:(1)经不同浓度的Mn2 溶液处理,根POD同工酶(RP1)消失,而12、36mmoL/L Mn2 溶液处理根新的POD同工酶(RP5,RP8)出现,根POD酶活性出现先降低后升高的变化趋势;叶片POD同工酶(LP)有3种,与对照的相同,但其酶活性随Mn2 浓度增加而随之升高.(2)12、36mmol/L Mn2 溶液处理,根新的SOD同工酶(RS5-RS7)出现,SOD酶活性上升;36mmol/L Mn2 溶液处理,叶片SOD同工酶(LS2-LS5)消失,叶片SOD酶活性下降.推断,商陆根和叶片同工酶的表达调控的机制不同.认为,商陆在Mn2 胁迫中,POD发挥更重要的作用.     

fliY基因失活减弱沙福芽孢杆菌ST7菌株的锰氧化能力

【背景】沙福芽孢杆菌ST7菌株具有较强的锰氧化能力,但其分子机制不清楚。【目的】着重研究鞭毛马达开关蛋白基因(fliY)对沙福芽孢杆菌锰氧化能力的影响。【方法】根据同源重组原理,以沙福芽孢杆菌ST7菌株为起始菌株,构建fliY基因敲除的突变株ΔfliY,测定菌落迁徙、细菌生物膜和锰氧化率等,研究fliY基因突变后菌株的运动能力、生物膜生成和锰氧化能力是否发生变化。【结果】经克隆测序,证实突变株ΔfliY中fliY基因的后半段被卡纳霉素抗性基因取代,fliY基因失活;与野生型菌株ST7相比,突变株ΔfliY在全营养的LB培养基中生长变化不大,但在含锰的PYCM培养基中,突变株的生长速度减慢、菌落较小、生物膜生成量显著下降,运动性和锰氧化能力分别下降65%和20%。【结论】fliY基因不仅影响菌株的生长和运动,而且参与细菌的趋化和锰氧化等生物学过程。     

一株台湾红酵母(Rhodotorula taiwanensis)的鉴定及其除Mn(Ⅱ)性能研究

【目的】探究一株红酵母对Mn(Ⅱ)的去除效率及其作用机制。【方法】从酸性矿山废水中分离出一株耐酸酵母菌,通过形态和26S rRNA基因测序对菌种进行鉴定,研究不同pH和Mn(Ⅱ)浓度对该菌除Mn(Ⅱ)效果的影响。采用扫描电镜、X射线衍射分析和X射线光电子能谱仪进行产物表征。【结果】分离得到的酵母菌经鉴定为台湾红酵母(Rhodotorula taiwanensis),其在pH 2.0、2 000 mg/L Mn(Ⅱ)条件下仍能生长较好。在初始pH 6.0、Mn(Ⅱ) 300 mg/L条件下培养144 h后,对Mn(Ⅱ)的去除率能达到98.52%;然而较高浓度的Mn(Ⅱ) (≥500 mg/L)会对细胞产生毒性,从而降低去除效果。R. taiwanensis MF4在去除Mn(Ⅱ)的过程中可以将Mn(Ⅱ)氧化成锰氧化物(主要为无定型的MnO₂、Mn₂O₃、MnO),形成层状物质在细胞表面积累,而且能产生碱度,提升环境pH值,最高可达8.4 [初始pH 7.0,Mn(II) 100 mg/L,144 h]。【结论】R. taiwanensis MF4具有耐受低pH和高浓度Mn(II)、有效去除Mn(II)以及产碱的作用,研究结果对酸性矿山废水修复与治理的末端工艺设计具有参考价值。     

一个氨氧化菌群的筛选及除氮特性

摘要:【目的】筛选耐受低C/N比、高氨氮环境的高效氨氧化菌群,为开发新型氨氮去除菌剂奠定基础。【方法】采用多点取样、低C/N比、高浓度氨氮废水强行驯化、驯化液连续梯度稀释等步骤,筛选具有高效去除铵氮能力的氨氧化菌群,并考察不同C/N比、摇床转速和铵氮浓度下目的菌群去除铵氮的特性;分离培养目的菌群中的优势菌株,经形态学观察、生理生化特性测定和16S rRNA序列分析对菌株进行鉴定。【结果】筛选到了3个具有较强去除铵氮能力的氨氧化菌群,其中以JQ8活性最好,对初始NH4+ -N 17.86 mmol/L、C/N比为4的合成废水处理6 d后,NH4+-N去除率达到97.01%;在C/N≥4、NH4+-N≤28.57 mmol/L环境下,菌群JQ8对溶液中NH4+-N的6 d去除率均可达95%,净除氮率接近80%。实验室模拟好氧活性污泥处理系统处理线路板工业废水,用菌群JQ8对系统强化处理7 d后NH4+-N和TN去除率分别达到87.8%和67.9%。分析菌群JQ8组成发现,Defluvibacter sp.、Paracoccus sp．和Aquamicrobium sp．细菌为其主要优势菌株。【结论】从垃圾渗滤液中筛选到一个具有较强铵氮去除能力的氨氧化菌群JQ8,可耐受较低C/N比和高氨氮环境,在强化污水处理系统对工业废水氨氮处理中,表现出良好的效果。     

溶磷菌对铅胁迫下杏鲍菇氧化应激反应的影响

选择使用杏鲍菇菌丝富集重金属Pb2+,从本实验室菌种库中筛选出了8株能抗800 mg/L Pb2+的菌株。通过对其溶磷能力的检测,从中筛选到了2株溶磷能力较强的菌株CG8、FFT1以及2株溶磷能力较弱的菌株FFC6、FFC11,经16S r DNA序列分析鉴定,CG8为克雷伯菌(Klebsiella sp.),FFT1为假单胞菌(Pseudomonas sp.),FFC6和FFC11为芽孢杆菌(Bacillus sp.),其序列相似度均达99%。随后,研究了4株溶磷菌株对液体培养(Pb)条件下杏鲍菇(Pleurotus eryngii)菌丝的生物量、Pb富集量、脂质过氧化、巯基蛋白含量和抗氧化酶的影响。结果显示,在Pb胁迫条件下,具溶磷能力的菌株能在一定程度上增加菌丝生物量,促进菌丝对重金属的富集,同时,使菌丝的丙二醛(MDA)含量降低,菌丝抗氧化酶(SOD)和氧化物酶(POD)活性显著降低,菌丝巯基蛋白含量升高。实验证明,微生物溶磷能力可有效减轻重金属对杏鲍菇菌丝的毒害和重金属诱导的氧化胁迫。并且溶磷能力较强的菌株(CG8)对杏鲍菇菌丝富集与抵抗重金属诱导的氧化胁迫有更为明显的作用,重金属富集量增加96.1%,巯基蛋白增加量为91.3%。     

锰在培养大鼠心肌细胞上抗氧化损伤作用

本文以心肌细胞动作电位与自发性搏动为指标看到,向培养基中加入0.1ppm MnCl_2对抗0.42mMOL/L黄嘌呤与5.3nMOL/L黄嘌呤氧化酶(X-XOD)对培养的心肌细胞的损伤作用。这可能是锰通过含锰超氧化物歧化酶(Mn-SOD)清除X-XOD诱发的超氧阴离子自由基(O_2)所致。     

锰作用下PC12细胞的氧化应激机制研究

目的:以鼠嗜铬神经瘤细胞(PC12)为模型,筛选锰对神经细胞增殖抑制作用的时间及剂量,观察锰作用下PC12细胞的氧化应激反应与细胞形态学、生化指标改变和丝裂原活化蛋白激酶pp38(p38MAPKs)的活化表达。方法:用200,400,600,800μmol/LMnCl2的培养液,分别作用对数生长期PC12细胞1,2,3,4d后,用MTT筛选锰的细胞毒性剂量;测定200-600μmol/L MnCl2作用4d后,PC12细胞还原型谷胱甘肽和丙二醛含量;透射电镜观察细胞形态学变化;琼脂糖凝胶电泳检测MnCl2对PC12细胞基因组DNA的影响。western-blot法检测p-p38。结果:MTT实验显示200~800μmol/LMnCl2作用1,2,3,4d对PC12有显著的抑制作用,呈剂量和时间依赖趋势,600μmol/LMnCl2作用4d对PC12的抑制率可达50%以上。200-600μmol/LMnCl2作用于细胞4d后,随着浓度的升高,还原型GSH逐渐降低,MDA的含量逐渐升高;600μmol/LMnCl2作用4d电镜可见细胞凋亡,同样条件下细胞DNA碎片化。Western-blot实验显示600μmol/LMnCl2作用1,2,3,4dp-p38逐渐升高,3d时较对照组增加6.6倍(n=3,p<0.05),200,400,600μmol/L MnCl2作用4d时,磷酸化蛋白38(p-p38)也逐渐升高,400μmol/L MnCl2作用4d时较对照组升高了4.7倍(n=3,p<0.05)。结论:PC12细胞在锰作用下发生氧化应激反应,上调p-p38,诱导细胞凋亡,细胞增殖抑制。     

微生物除Mn(Ⅱ)机制及影响因素研究进展

锰是生物所必需的一种微量元素,但工业技术发展以及矿产资源的开发导致大量的Mn(Ⅱ)排放进入环境中对人体健康产生严重威胁.微生物修复技术可快速高效去除环境中的Mn(Ⅱ),且无二次污染,成为近年研究的热点.本文综述了除Mn(Ⅱ)微生物的种类与分布及其除Mn(Ⅱ)的机制,总结了影响微生物除Mn(Ⅱ)的因素,并展望了除锰微生物...     

锰对PC12 细胞的增殖抑制与凋亡研究

目的:研究锰作用下PC12细胞的增殖抑制作用与凋亡相关的形态学、生化指标改变。方法:用200,400,600,800μmol/LMnCl2的培养液,分别作用对数生长期PC12细胞1,2,3,4d后,用MTT筛选锰的细胞毒性剂量;透射电镜观察细胞形态学变化;琼脂糖凝胶电泳检测MnCl2对PC12细胞基因组DNA的影响。结果:MTT实验显示200-800μmol/L MnCl2作用4天对PC12有显著的抑制作用,呈剂量和时间依赖趋势,600μmol/L MnCl2作用4d对PC12的抑制率可达50%以上。600μmol/L MnCl2作用4d电镜可见细胞凋亡,同样条件下细胞DNA碎片化。结论:PC12细胞在锰作用下发生增殖抑制,原因是锰诱导PC12细胞凋亡。