微生物混合发酵的研究及应用

由于不同微生物之间的正相互作用,人们发现应用两种或两种以上微生物混合发酵能更好地解决实践中的许多问题。在过去几年中,对微生物的混合发酵的应用以及其中微生物之间的相互作用机理的研究取得了明显进展,主要有以下4个方面:(1)对生物质的降解利用;(2)对环境污染物的降解;(3)生产特定的代谢产物;(4)混合发酵的工艺。综述了微生物混合发酵的应用及相关机理、涉及的微生物和影响因素。     

“吃”砒霜的细菌--解析微生物的砷代谢

研究发现一些微生物可以利用剧毒的类金属砷(As)为自身生长获取能量甚至用砷代替磷维持生长。本文综合分析了近期的研究进展,从以下6方面解析微生物多重的砷代谢产能机制:(1)化能无机自养As(Ⅲ)氧化供能;(2)有机异养型As(Ⅲ)氧化供能;(3)呼吸性As(Ⅴ)还原供能;(4)As(Ⅲ)氧化偶联的光合作用;(5)As(Ⅲ)氧化、As(Ⅴ)、还原As(Ⅲ)氧化偶联的光合作用之间的关联;(6)As(Ⅴ)代替磷维持细菌生长。阐明微生物利用砷的机理在生命起源、生命多样性、进化、地球化学循环及污染治理等方面都具有重要价值。     

地下水脱卤过程中的微生物种间代谢互作：提高原位氯代烯烃厌氧脱氯效能的有效途径

有机卤呼吸细菌(organohalide-respiring bacteria, OHRB)在氯代烯烃污染地下水的原位生物修复中扮演着关键性的角色,提高其丰度及活性对氯代烯烃的完全去除具有重要意义。在实际环境中,有机卤呼吸细菌往往与多种微生物共存,微生物种间代谢互作现象十分普遍,有机污染物的完全无害化往往需要通过微生物菌群的协同代谢作用来实现。因此,本文围绕微生物种间代谢互作进行综述,对目前获得的脱氯微生物菌种资源及脱氯机理进行了回顾,重点阐述了专性OHRB、非专性OHRB和非OHRB的种间代谢互作行为及机制,并提出以种间代谢互作为指导进行合成微生物群落的构建来有效提高氯代烯烃厌氧生物降解效率,为实现环境氯代烯烃类有机污染物的快速、彻底无害化提供理论指导。     

恩诺沙星对土壤微生物群落功能多样性的影响

为了评价恩诺沙星(enrofloxacin)对土壤微生物群落的影响,借助BIOLOG检测法比较了不同浓度恩诺沙星影响下的土壤微生物的群落特征。结果表明,各添加药物组与空白对照组的土壤微生物群落代谢多样性差异显著(P<0.05),空白对照组土壤微生物在BIOLOG微平板上的平均每孔颜色变化率(AWCD)和微生物代谢多样性指数(丰富度和多样性)显著高于添加药物组;药物显著影响微生物群落对BIOLOG微平板中碳源的利用能力,较低浓度的恩诺沙星(0.01μg/g)就显著影响了土壤微生物群落对α-Ketobutyric Acid、L-Phenylalanine、1-Erythritol、D-Xylose等碳源的利用代谢能力(P<0.05),且土壤微生物群落利用各类碳源的能力随药物浓度加大而降低。由此可见,恩诺沙星在土壤中残留时对土壤微生物的影响不容忽视。     

微生物对环境中难降解有机污染物共代谢作用

对微生物共代谢途径的概念、机理、类型进行了综述,详细介绍了微生物共代谢作用在去除难降解有机污染物过程中所起到的重要作用,并对微生物共代谢作用降解有机污染物的关键因素及其应用价值做出分析。     

Fe(III)的微生物异化还原*

异化Fe(III)还原微生物是厌氧环境中广泛存在的一类主要微生物类群,它们的共同特片是可以利用Fe(III)作为末端电子受体而获能。异化Fe(III)还原微生物具有强大的代谢功能;可还原许多有毒重金属包括一些放射性核素,还可降解利用许多有机污染物,在污酒女环境的生物修复中具有重要的应用价值。本文对异化Fe(III)还原微生物的分布、分类、代谢功能多样性以及异化Fe(III)还原的意义做了评述,旨在加强相关领域的研究人同对此的了解和重视,通过学科和交叉和合作加快我国在这一领域的研究。     

Fe(III)的微生物异化还原

异化Fe(III)还原微生物是厌氧环境中广泛存在的一类主要微生物类群,它们的共同特征是可以利用Fe(III)作为末端电子受体而获能。异化Fe(III)还原微生物具有强大的代谢功能,可还原许多有毒重金属包括一些放射性核素,还可降解利用许多有机污染物,在污染环境的生物修复中具有重要的应用价值。本文对异化Fe(III)还原微生物的分布、分类,代谢功能多样性以及异化Fe(III)还原的意义做了评述,旨在加强相关领域的研究人员对此的了解和重视,通过学科的交叉和合作加快我国在这一领域的研究。     

丛枝菌根对有机污染土壤的修复作用及机理

丛枝菌根(AM)是丛枝菌根真菌(AMF)与植物根系相互作用的互惠共生体,能改良土壤结构,增强植物抗性.自然界中已知的AMF有170多种,分布广泛,且可与大多数植物共生.利用AM修复有机污染土壤正成为一个崭新的研究方向.本文综述了AM对多环芳烃、酞酸脂、石油和农药等一些典型有机污染物污染土壤的修复作用.AM修复有机污染土壤的机理主要包括:AMF代谢有机污染物;AM分泌酶,降解污染物;AM影响根系分泌作用,并促进根际微生物对有机污染物的降解;AMF宿主植物吸收积累污染物.AM修复研究中,高效AMF的筛选、复合菌种效应、土壤老化、AM作用下植物对有机污染物的吸收积累等几方面仍有待于深入研究.     

微生物厌氧呼吸与有机污染水体沉积物修复

水体沉积物有机污染是当前全球关注的重要环境问题。微生物具有呼吸和代谢多样性,能以多种污染物作为厌氧呼吸的电子供体或受体,与周围环境中的生物和非生物因素组成代谢网络耦合有机污染物降解转化,是有机污染水体沉积物修复的重要驱动者。本文重点综述了微生物厌氧呼吸、电子传递网络及其对有机污染水体沉积物的修复机制研究进展,并对有机污染水体沉积物微生物修复理论和技术研究的问题和挑战进行了探讨。     

施氮对不同有机碳水平桉树林土壤微生物群落碳代谢的影响

土壤微生物群落碳代谢功能既受土壤氮素水平的影响,也与土壤有机碳水平密切相关,但二者如何共同影响土壤微生物群落碳代谢功能的研究尚不多见。以我国南方广泛种植的桉树林为对象,采用野外控制实验比较研究了4种施氮处理(对照:0kg/hm2,低氮:84.2 kg/hm2,中氮:166.8 kg/hm2,高氮:333.7 kg/hm2)对有机碳水平差异显著的两桉树林样地土壤微生物群落碳代谢功能的影响,结果表明:(1)两种有机碳水平桉树林土壤微生物群落碳代谢强度和代谢碳源丰富度显著不同,高有机碳水平桉树林土壤微生物群落碳代谢强度和代谢碳源丰富度显著高于低有机碳水平桉树林(P0.01);(2)施氮显著改变了桉树林土壤微生物群落的碳代谢强度和代谢碳源丰富度(P0.05),随着施氮水平的升高,土壤微生物群落碳代谢强度和代谢碳源丰富度均呈现先增加后降低的变化规律,但是高、低有机碳水平桉树林土壤微生物群落碳代谢强度和代谢碳源丰富度对施氮梯度的响应各不相同,高、低有机碳水平桉树林的土壤微生物群落碳代谢指标分别在中氮、低氮处理中达到最高值;(3)施氮影响土壤微生物群落代谢的碳源类型主要是碳水化合物类、氨基酸类和羧酸类,土壤微生物生物量是影响土壤微生物碳代谢强度和代谢碳源丰富度的重要因素。由此可知,施氮对土壤微生物碳代谢功能影响,也与土壤本底中有机碳水平的调节有关,所以在研究土壤微生物群落对施氮等条件的响应时,不能忽略土壤中有机碳水平。     

亚热带森林转换对土壤微生物呼吸及其熵值的影响

土壤微生物呼吸及其熵值是表征土壤质量变化的敏感性指标,不仅能衡量土壤微生物碳利用效率,还能揭示土壤有机碳的变化。通过比较亚热带米槠天然林转换为马尾松人工林和杉木人工林后土壤微生物呼吸速率、土壤微生物生物量碳以及微生物熵、代谢熵的差异,研究亚热带森林转换对土壤微生物碳利用效率的影响。研究结果显示:(1)与天然林相比,马尾松人工林0—10 cm土壤微生物呼吸速率上升32%(P0.05),马尾松人工林和杉木人工林10—20 cm土壤微生物呼吸速率分别下降26%和24%(P0.05);但在20—40 cm土层和40—60 cm土层,天然林土壤微生物呼吸速率比马尾松人工林分别高50%和43%;(2)马尾松人工林和杉木人工林0—10 cm土层土壤微生物生物量碳(MBC)比天然林分别下降19%和40%(P0.05),但马尾松人工林10—20 cm土壤MBC上升29%(P0.05);(3)人工林表层土壤微生物熵与天然林没有显著差异,但与天然林相比,杉木人工林和马尾松人工林20—40 cm土层土壤微生物熵分别下降51%和71%(P0.05),40—60 cm分别下降52%、66%(P0.05)。土壤微生物代谢熵的变化主要发生在0—10 cm土层,马尾松人工林和杉木人工林分别比天然林增加38%和29%(P0.05),在深层土壤,3种林分微生物代谢熵没有显著差异。亚热带森林转换导致表层土壤微生物碳利用效率下降,深层土壤易分解碳在总有机碳库中占比下降,有机碳可利用程度降低。     

湿地松和马尾松人工林土壤甲烷代谢微生物群落的结构特征

土壤甲烷代谢微生物影响甲烷的产生和氧化,然而关于林型对土壤中甲烷代谢微生物群落结构影响的研究较少。采用基因芯片GeoChip 3.0研究了湿地松人工林和马尾松人工林土壤甲烷代谢微生物群落结构特征。结果如下,(1)两种林型的甲烷代谢微生物群落结构存在极显著差异(P=0.008),林型能解释其34.9%的变异;(2)产甲烷菌(包含甲基辅酶M还原α亚基基因mcrA的微生物)的优势菌群发生了变化,湿地松人工林的的优势菌为Methanocorpusculum labreanum Z,马尾松人工林的优势菌群除Methanocorpusculum labreanum Z外,还包括产甲烷古菌和Methanosarcina mazei Gol;(3)甲烷营养菌(包含甲烷单加氧酶基因pmoA基因的微生物)的优势菌为Ⅱ型,有3种不可培养细菌只在湿地松人工林检测到,在马尾松人工林中未检测到;(4)mcrA基因丰度或同源基因数量与土壤容重正相关,与土壤粘粒含量呈显著负相关;pmoA基因信号强度或多样性指数与土壤全碳含量、全磷含量和速效氮含量显著正相关。总之,相比本地种马尾松人工林,引进种湿地松人工林的土壤甲烷代谢微生物群落结构发生了显著变化。     

合成生物学在环境修复中的应用

环境问题是21世纪人类面临的最严重的挑战。随着现代工农业飞速发展,生态环境日益恶化,难降解污染物如新兴污染物逐渐显现,已成为制约社会经济可持续发展的重要因素。微生物具有强大的环境修复能力,但是其进化速度远不及新兴污染物出现的速度,亟需应用合成生物学的技术来解决这一难题。在充分认识难降解有机污染物微生物降解(途径)特性的基础上,利用我国丰富的微生物与基因资源,运用合成生物学的手段,定向设计和改造现有降解菌株,构建能够降解一种或多种污染物的工程菌株;同时针对复合型污染,如废水等,在建立典型有机污染物代谢、调控和抗逆相关基因元件的模块库基础上,引入人工菌群等策略,对生物系统进行理性设计和组装,构建典型环境污染物的高效降解菌群,可有效促进我国新兴污染物微生物分解代谢的研究,为环境修复的工程应用提供技术支持。     

关于微生物修复有机污染土壤的探究

微生物修复是一种利用自然或人工方式培育微生物群落，通过提高其代谢能力来去除毒性污染物或将其转化为无毒物质的一种生物修复技术。有机土壤污染是较为普遍的一种土壤污染，因此应选用恰当的微生物修复方法对其进行修复。故开展微生物修复有机污染土壤的研究很有必要。     

《微生物生态学》

微生物生态学是研究微生物与其周围生物和非生物环境之间相互关系的一门科学。本书的内容包括五个方面：（ｌ）正常自然环境中微生物的分布、分布规律、微生物的代谢及其对环境的影响,环境因素对这些代谢的影响,微生物与微生物之间、微生物与其他生物之间的相互关系。（２）极端环境中微生物的种类和分布,生命机理和这些微生物在工农业生产中的应用。（３）污染环境中的微生物学,其中包括污染物对微生物的毒性,某些微生物对有机和无机污染物的抗性,微生物对污染物的转化和降解作用,污染物转化和降解作用与微生物质粒和染色体基因的相…     

微生物胞外活性氧的产生及其促进有机污染物降解的研究进展

生物法处理是环境中有机污染物去除的主要途径,具有费用低、环境影响小等特点,其不足之处在于所需处理时间长,尤其当有机污染物难降解时,处理时间长达数十年甚至数百年.胞外活性氧(extracellular reactive oxygen species,EROS)是微生物代谢时产生的一类含氧活性基团,对难降解有机物的生物降解...     

芽胞杆菌对鱼池微生物群落代谢功能的影响

利用Biotog平板,以施用与不施用芽胞杆菌的鱼塘为研究对象,研究鱼塘水体与表泥不同空间的微生物群落代谢功能的差异。结果表明：芽胞杆菌提高了水体微生物群落代谢的平均活性,及对氨基酸类、胺类、羧酸类、聚合物及其它类碳源的利用能力,提高了水体微生物群落代谢的多样性（Shannon均度、Simpson指数、McIntosh均度差异显著）;两池表泥微生物群落代谢平均活性差异较小,对同一碳源的利用差异不大,芽胞杆菌显著提高了表泥的Simpson指数,但表泥的McIntosh指数显著低于对照池。总体而言,鱼塘施用芽胞杆菌,水体微生物群落代谢功能所受的影响大过表泥,芽胞杆菌通过提高水体微生物群落代谢活性,提高了水体微生物对有机污染物的降解能力,以此改善池塘的生态环境。     

有机卤呼吸微生物菌群营养交互的作用机制

有机卤呼吸细菌(organohalide-respiringbacteria,OHRB)是污染场地土壤与地下水中厌氧降解及生物修复有机卤代污染物的主力军。微生物种群间的资源竞争、生长抑制、代谢交叉喂养(crossfeeding,即营养的动态交换,包括碳源、氮源、氨基酸、维生素、核苷酸、电子供体、电子受体和其他生长因子等)、水平基因转移及其他交互作用机制是群落结构稳定平衡的基础,有利于促进有机卤代污染物消减效率的最大化。本文围绕OHRB种群及与其他微生物种群间的互作机制(如交叉喂养机制、竞争机制及抑制机制等)进行了概述,并对未来互作机制的研究进行了探讨与展望,旨在为有机卤代物污染场地生物修复效率的提高提供科学理论和技术参考依据。     

微生物菌剂在难降解有机污染治理的研究进展

大量的难降解有机污染物被排放到环境中,因其蓄积性、持久性和生物毒性,对人类健康和生态环境造成严重危害。近年来,利用微生物菌剂治理难降解有机污染物的研究已取得较好的进展。综述微生物菌剂在国内外的发展历程,介绍微生物菌剂制备中常用的固定化技术及载体材料,并分析总结微生物菌剂在酚类物质、多环芳烃和多氯联苯等有机污染物治理中的研究进展。在此基础上,提出治理难降解有机污染物的微生物菌剂研发所存在的主要问题及其展望。     

稳定同位素探针技术在有机污染物生物降解中的应用

稳定同位素探针技术(Stable isotope probing,SIP)是稳定同位素标记技术和各种分子生物学手段相结合的一系列技术总称。将其应用于探查污染物降解的功能微生物,实现了不经过分离培养直接把微生物的代谢功能、微生物间相互作用与微生物种群结合起来,从而克服了传统分离培养的缺陷,扩大了微生物资源的利用空间,具有广阔的发展前景。本文介绍了稳定同位素探针技术的基本原理和技术路线,对常规PLFA-SIP、DNA-SIP、RNA-SIP的特点进行了阐述和对比;综述了SIP在有机污染物——苯系物、多环芳烃、多氯联苯生物降解方面的研究进展,提出SIP应用于根际研究是今后该技术在生物降解研究中的一个发展方向。