新型产甲烷古菌研究进展

产甲烷古菌是一类能利用简单化合物产生甲烷气体的厌氧菌。近年来,随着测序技术的不断发展,科学家结合宏基因组学和其他技术先后发现了众多之前未被报道的新型产甲烷古菌。基因组分析等研究发现这几类新型产甲烷古菌具有独特的甲烷代谢通路以及广泛的生态分布,科学家推测它们在全球生态调节以及碳循环中可能起到了不可忽视的作用。然而,这些新型产甲烷古菌大部分尚未通过传统培养方法获得纯培养菌株,其确切的生理代谢机制和生态功能还有待深入研究。为了更加系统地了解这些新型产甲烷古菌,本文从它们的分类、系统发育地位、代谢机制、生态分布以及分离培养等方面进行了综述,并对新型产甲烷古菌未来的研究方向进行了展望。     

我国产甲烷古菌研究进展与展望

产甲烷古菌广泛分布在湿地、水稻田、动物瘤胃、油藏、海洋和热液等缺氧环境,在全球碳素循环、气候变化和清洁能源生产等领域发挥着重要作用,一直是国内外的研究热点。本文简要回顾了我国产甲烷古菌的研究进展,重点阐述了产甲烷古菌的资源与分类、生理生化、分子生物学、生态学功能和应用等方面的研究进展,并展望了产甲烷古菌的未来研究趋势。     

低温湿地甲烷古菌及其介导的甲烷产生途径

甲烷是重要的温室气体,低温湿地是大气甲烷的重要来源,因为湿地土壤中生活着大量的微生物包括甲烷古菌,它们将有机物降解转化为甲烷.本文总结了近年来低温湿地甲烷古菌群落组成、甲烷产生途径及其与环境的关系.研究显示,乙酸是低温湿地中主要的产甲烷物质,氢产甲烷过程主要发生在中温地区或酸性泥炭土中,而在盐碱水域中甲醇、甲胺是甲烷的重要底物.位于我国青藏高原的若尔盖湿地具有高海拔但低纬度的地理特征,我们的前期研究却显示甲醇在该湿地的甲烷排放中具有重要贡献.相应地,低温湿地中的甲烷古菌主要是利用甲基类化合物/乙酸的甲烷八叠球菌目和氢营养型的甲烷微球菌目.然而不同类型湿地甲烷排放途径及甲烷古菌的差异主要与环境的土壤类型、pH及植被类型相关,如刚毛荸荠生长的若尔盖湿地土壤中来源于甲醇的甲烷占全部甲烷的l7％;而木里苔草土壤中乙酸是产甲烷的主要前体物质.尽管已知冷适应的甲烷古菌在低温湿地的甲烷排放中发挥重要作用,但目前获得培养的嗜冷甲烷古菌却很少.冷响应的组学研究显示甲烷古菌的冷适应涉及到全局性生物学过程.     

甲烷氧化菌研究进展

甲烷氧化菌以甲烷为其唯一的碳源和能源 ,在全球大气甲烷平衡中起着重要的作用 ,它还可以降解卤代化合物 ,在污染治理方面具有潜在价值。本文从甲烷氧化菌的分类出发 ,对甲烷氧化菌氧化甲烷的机理及影响因素、甲烷氧化菌的生理、生态分布及检测方法、甲烷氧化菌降解有机污染物的潜在应用等作一综述 ,分析目前研究中存在的问题 ,并指出今后应加强研究的方面。     

甲烷厌氧氧化机理及其应用研究进展

甲烷是一种重要的温室气体, 研究证明甲烷厌氧氧化(AOM)对于降低全球甲烷的排放有着重要意义。参与AOM 反应的最终电子受体可分为三类, 即SO2– 4、NO₂^– /NO₃^–以及以Fe³⁺、Cr⁵⁺等为代表的金属离子。本文基于甲烷厌氧氧化过程所利用的电子受体的差别, 结合不同类型AOM 反应微生物的基因型分析, 阐述了AOM 过程的反应机理、相关的微生物种类及其代谢途径。其中对AAA(AOM-associated archaea, 属于ANME-2d)的分离培养, 以及其利用硝酸盐、Fe³⁺、Cr⁵⁺等离子氧化甲烷的研究对认识AOM 反应机理和AOM 的实际应用有很大推动作用。本文还介绍了AOM 过程在环境污染控制领域实际应用中的最新研究进展, 对AOM 的实际应用及其在节能减排上的价值进行展望。AOM 过程的进一步研究对拓宽该过程的工程应用以及对正确认识全球碳、氮、硫循环均有着重要意义。     

甲烷氧化菌的研究进展

甲烷氧化菌在全球大气甲烷平衡中起着重要的作用。本文从甲烷氧化菌的分类出发,对甲烷氧化菌氧化菌的生理、生态分布及最新研究进展作一综述。     

产甲烷古菌研究进展

产甲烷古菌是一类严格厌氧的古菌,只能利用简单的化合物进行产甲烷生长。产甲烷古菌在地球生命起源和进化、全球气候变化、碳生物地球化学循环和农业废弃物资源化利用等领域,都起着至关重要的作用。系统了解产甲烷古菌的生物学特征,将有助于在这些基础和应用领域的研究工作。本文主要从生理生化特征、代谢途径、能量储存和系统分类等方面介绍产甲烷古菌的研究进展。     

一株甲烷氧化菌的分离鉴定与特性

甲烷氧化菌是一类能以甲烷作为唯一碳源和能源进行同化和异化代谢的微生物。从若尔盖高原不同地点采集的样品中筛选得到一株名为XN1的甲烷氧化菌,根据此菌株的形态与16SrRNA序列同源性分析,证实该菌株属于Methylomonas属。对该菌株的培养条件进行研究的结果表明,以甲烷与甲醇共同作为碳源,硝酸钾和氯化铵共同为氮源时菌生长最好,最适生长温度为25℃,最适生长pH为6.5,培养基中CuSO4·5H2O和FeSO4·7H2O的浓度以0.03mg/L和0.4mg/L为宜。     

亚硝酸盐型甲烷厌氧氧化及其功能微生物研究进展

亚硝酸盐型甲烷厌氧氧化（nitrite-dependent anaerobic methane oxidation,N-DAMO）是耦合氮循环和碳循环的关键环节,主要是由亚硝酸盐型甲烷厌氧氧化菌（Candidatus Methylomirabilis oxyfera）介导完成,对于研究全球氮和碳元素的生物地球化学循环具有重要意义。本文首先总结了国内外N-DAMO的影响因素和在不同自然生态系统中的分布;然后阐述了N-DAMO菌的生理生化特性及其富集培养优化实验和检测技术,最后探讨了N-DAMO技术的应用现状。本综述不仅有助于揭示全球碳氮循环的耦合作用机制,也为N-DAMO反应耦合其他厌氧生物处理过程应用到污水的除碳脱氮上提供了理论依据。     

古丸菌Archaeoglobi的代谢特征

古丸菌纲(Archaeoglobi)是广古菌门下的纲级分类单元,包含古丸菌(Archaeoglobus)、地丸菌(Geoglobus)和铁丸菌(Ferroglobus)三个属,所属菌株均是严格嗜热厌氧菌,主要分布于海洋、陆地热液系统和油田环境中。Archaeoglobus属下的微生物是一类以硫酸盐、亚硫酸盐或硫代硫酸盐为电子受体代谢生成硫化氢(H2S)的化能自养或氢营养型微生物;而Geoglobus和Ferroglobus的成员则主要还原硝酸盐和铁离子。Archaeoglobi地理分布广泛,在元素生物地球化学循环过程中发挥着重要作用,是目前微生物生态学研究的一个热点。在进化方面,Archaeoglobi菌和产甲烷古菌具有较高的亲缘关系;同时,Archaeoglobi基因组中保留着部分产甲烷途径上的功能基因,最新研究表明部分未培养的Archaeoglobi基因组中含有完整的产甲烷通路。这些证据都表明Archaeoglobi菌的基因组特征可能是产甲烷古菌向硫酸盐还原菌进化的活化石。本文梳理了目前发现的11株Archaeoglobi菌株的生理生化特征和基因组分析结果,从化能自养、化能异养、硫化物呼吸、产乙酸、产甲烷等方面综述了已分离的Archaeoglobi菌的代谢特征,并基于宏基因组信息分析了未培养的Archaeoglobi菌基因组中的潜在代谢功能,为进一步分离培养此类未培养厌氧微生物提供理论指导。     

瘤胃甲烷菌第七目的研究进展

随着测序技术和体外培养技术的进步,越来越多的未知甲烷菌被发现。近年来,第七个甲烷菌目"Methanomassiliicoccales"(简称Mmc)被发现并建立。这一目甲烷菌在进化关系上与热原体古菌相近,但又存在较远距离,独立成簇。Mmc分布广泛,遍布哺乳动物和昆虫的消化道以及稻田、湿地等环境,但不同来源菌株表现出生境偏好性。Mmc缺少将CO2还原为甲基辅酶M的完整代谢途径,导致它们严格利用氢气还原甲基底物生成甲烷。全面深入地了解Mmc在反刍动物瘤胃中发挥的功能,将有助于新型高效反刍动物甲烷减排策略的提出。因此,本文主要综述了Mmc菌株的分离培养、生理生化和基因组特性及其在瘤胃甲烷生成中的作用。     

厌氧消化器中的甲烷氧化菌

自产沼气的厌氧消化器中分离到两株甲烷氧化菌。对这类菌在厌氧消化器中的数量变化及其对产甲烷菌生成甲烷活性的影响作了初步探讨。     

厌氧消化器中的甲烷氧化菌

自产沼气的厌氧消化器中分离到两株甲烷氧化菌。对这类菌在厌氧消化器中的数量变化及其对产甲烷菌生成甲烷活性的影响作了初步探讨。     

甲烷菌对厌氧真菌不同碳源代谢的影响

【目的】探讨碳源和甲烷菌对厌氧真菌碳代谢的影响。【方法】利用体外批次厌氧发酵法,比较厌氧真菌纯培养(Orpinomyces sp.和Neocallimastix sp.)及其与甲烷菌共培养(F1:Orpinomyces sp.+Methanobrevibacter sp.和N3:Neocallimastix sp.+Methanobrevibacter sp.)发酵不同类型碳水化合物代谢产物的差异。【结果】对厌氧真菌和甲烷菌共培养F1和N3的研究显示,F1发酵木薯粉[(26.44±0.22)mmol/L]的乳酸产量是发酵玉米芯[(1.31±0.04)mmol/L]的20.18倍,是N3发酵木薯粉[(1.59±0.03)mmol/L]的16.63倍,玉米芯[(0.79±0.08)mmol/L]的33.47倍。当F1和N3中的厌氧真菌纯培养时,各组乳酸产量均1.90 mmol/L。对F1进一步研究,结果显示发酵体系中木薯粉添加量在0.8%–2.0%之间时,乳酸产量随木薯粉添加量增加而增加。当含量在1.0%–2.4%之间时,随木薯粉添加量增加,甲烷和乙酸产量逐渐降低。比较F1发酵大米粉、木薯粉、玉米粉、小麦粉和土豆粉的发酵结果,发现乳酸产量与底物中支链淀粉的含量成正相关(R2=0.9554)。当F1发酵葡萄糖和麦芽糖时,乳酸产量5.00 mmol/L。当以麦芽糊精为底物时,乳酸产量高达(28.00±0.95)mmol/L。【结论】本文首次报道碳源和甲烷菌能够增强厌氧真菌的乳酸代谢途径并且这种增强存在种属特异性。     

基于甲烷氧化菌的脱氮技术研究进展

甲烷氧化菌利用甲烷作为唯一碳源和能源,在氧化甲烷的过程中能有效地实现脱氮,该过程分为好氧甲烷氧化耦合反硝化(aerobic methane oxidation coupled to denitrification,AME-D)和厌氧甲烷氧化耦合反硝化(anaerobic methane oxidation coupled to denitrification,ANME-D),在碳循环和氮循环的研究中具有重要意义。本文通过总结近年来有关甲烷氧化菌的分类与分布,阐述AME-D和ANME-D的基本原理、影响因素和应用情况,提出相应的研究方向,以期为甲烷氧化菌在污水脱氮中的应用提供参考。     

冻土甲烷循环微生物群落及其对全球变化的响应

冻土是陆地生态系统中最容易受到全球气候变化影响的碳库,既发挥着碳源又起着碳汇的作用。人们非常关注贮存于冻土中有机碳的最终归宿,是因为全球气候变暖会加快冻土的解冻,释放更多的温室气体（二氧化碳和甲烷）到大气中,从而进一步加剧温室效应。据估计每年从北半球冻原陆地生态系统释放进入大气的甲烷约占全球自然界释放甲烷总量的25%。研究证实冻土生物源甲烷的产生和消耗分别由耐(嗜)低温的产甲烷菌(methanogens)和甲烷氧化菌(methanotrophs)介导。鉴于冻土甲烷循环对全球甲烷平衡的显著作用以及在冻土生物地球化学循环中的重要功能,对介导冻土甲烷循环的产甲烷菌和甲烷氧化菌的研究将有助于更好地评估冻土生态系统对全球气候变化的响应和影响,本文就冻土甲烷循环过程、产甲烷菌、甲烷氧化菌的群落结构、活动、生态功能及其对气候和环境变化的响应机制的最新研究进行综述,以期为我国开展冻土甲烷循环机理研究提供支持。     

水生生态系统中金属依赖型甲烷厌氧氧化过程的研究进展

甲烷是一种比CO_2更活跃的温室气体,微生物驱动的甲烷厌氧氧化(anaerobicoxidationof methane,AOM)过程对于降低全球甲烷的排放有着重要意义。参与AOM反应的最终电子受体主要分为三类,即硫酸盐、亚硝酸盐/硝酸盐以及以Fe(III)、Mn(IV)等为代表的金属离子。可溶性金属物质和不溶性金属矿物都可以被用作AOM的电子受体,这大大提高了参与金属依赖型甲烷厌氧氧化(metal-dependent anaerobic oxidation of methane,Metal-AOM)微生物的生态价值。目前研究聚焦在功能菌群、生态分布等方面。部分甲烷厌氧氧化古菌(anaerobic methanotrophic archaea,ANME)具有直接或间接参与Metal-AOM过程的能力。但由于功能菌群纯化富集和分离具有一定难度,有关其生理生化和生态学等特征的研究受到限制。同时,随着Metal-AOM被发现存在于不同水生生境中,其在污染治理领域的应用也被广泛讨论,但是河口生境尚缺乏深入研究。本文从Metal-AOM的发现入手,阐述了参与该过程的主要微生物及其在水域环境下的生态分布,并介绍了Metal-AOM的反应机制和在实际应用中的机遇与挑战。最后,根据现有研究结果,提出对功能菌群、机制及环保应用的研究展望,包括微生物分离纯化和影响因素、菌群代谢活性和作用机制的解析以及新型生产工艺的设计和发展应用,以期为今后的环境污染治理和工业应用提供借鉴意义。     

甲烷氧化菌及甲烷单加氧酶的研究进展

甲烷氧化菌是以甲烷作为唯一碳源和能源进行同化和异化代谢的微生物,其关键酶之一是甲烷单加氧酶(MMOs),可以在氧气的作用下催化甲烷等低碳烷烃或烯烃羟基化或环氧化,甲烷氧化菌在自然界碳循环和工业生物技术中具有重要的应用价值.因此,近20年来对于甲烷氧化菌和MMOs的研究一直倍受生物学家的关注.以下从现代生物技术的角度,对近年来国内外在甲烷氧化菌的分类与分布,MMOs的结构与功能、甲烷氧化菌与MMOs的基因工程等方面取得的研究成果进行了总结,全面综述了甲烷氧化菌及MMOs的应用基础研究现状,并对其今后的研究和应用方向提出了展望.     

乙酸型甲烷八叠球菌细胞工厂的设计与构建研究进展

在整个地球演化历史过程中,产甲烷古菌在生物地球碳循环中一直扮演着重要角色。据报道,约三分之二的地球生物甲烷通量来自乙酸型产甲烷途径,乙酸型甲烷八叠球菌(Methanosarcina acetivorans)是目前发现为数不多的可以进行乙酸型产甲烷途径的模式产甲烷古菌,对M.acetivorans代谢途径的解析、改造和应用可为温室气体甲烷的减排与其作为能源的合理利用提供新思路。本文综述了M.acetivorans的产甲烷代谢途径、遗传改造策略、细胞工厂构建3个方面的研究进展,分析了M.acetivorans与其他进行乙酸型产甲烷代谢的产甲烷古菌在以上三方面的异同,并对进一步设计和构建其作为微生物细胞工厂所面临的问题与挑战进行了展望。     

厌氧甲烷氧化微生物物质代谢与能量代谢研究进展

甲烷既是一种温室气体,也是一种潜在的能源物质,其源与汇的平衡对地球化学循环及工程应用均有重要意义。厌氧甲烷氧化(anaerobic oxidation of methane,AOM)过程是深海、湿地和农田等自然生境中重要的甲烷汇,在缓解温室气体排放方面发挥了巨大作用。AOM微生物的中枢代谢机制及其能量转化途径则是介导厌氧甲烷氧化耦合其他物质还原的关键所在。因此,本文从电子受体多样性的视角,主要分析了硫酸盐型,硝酸盐/亚硝酸盐型,金属还原型厌氧甲烷氧化微生物的生理生化过程及环境分布,并对近些年发现的新型厌氧甲烷氧化进行了梳理;重点总结了厌氧甲烷氧化微生物细胞内电子传递路径以及胞外电子传递方式;根据厌氧甲烷氧化微生物环境分布及反应特征,就其生态学意义及在污染治理与能源回收方面的潜在应用价值进行了展望。本综述以期深化对厌氧甲烷氧化过程的微生物学认知,并为其潜在的工程应用方向提供新的思路。