红树林沉积物中微生物驱动硫循环研究进展

红树林滨海湿地是在周期性咸水、淡水作用下形成的特殊生态系统,其沉积物中有机质含量丰富,微生物驱动的营养物质循环活跃。由于红树林沉积物中硫酸盐含量高、硫化物种类多,因此红树林是研究硫元素生物地球化学循环过程和机制的理想系统。本文综述了红树林生态系统中主要的硫元素循环过程,重点总结了硫氧化和硫酸盐还原过程及其功能微生物,分析了影响硫氧化和硫酸盐还原的主要环境因素,并对红树林沉积物中微生物驱动硫循环的重点研究方向进行了展望。鉴于微生物驱动的硫循环过程耦合碳、氮和金属元素循环,本文可为深入探究微生物驱动的生物地球化学元素循环耦合机制提供参考。     

红树林生态系统微生物驱动的氮素循环过程研究进展

微生物驱动的氮循环过程在红树林生态系统物质循环、净化外来污染物、维持生态系统平衡等方面起重要作用。相较于其他自然生态系统,因红树林处于沿海陆地交界地带,其氮循环过程及其相关微生物的种类丰富,受交错复杂的环境因素影响与调控。本文梳理了红树林土壤性质及特性,综述了红树林生态系统中由微生物驱动的固氮、氮素矿化、硝化、厌氧氨氧化、反硝化、异化硝酸盐还原为铵等主要的氮循环过程,并讨论了氮循环与其他循环的耦合过程。最后讨论pH、盐度、季节、螃蟹活动、红树林树种等环境因素对氮循环过程及其相关微生物丰度、多样性的影响。本综述以期为红树林湿地生态系统的保护和修复提供理论参考。     

微生物硫循环网络的研究进展

硫元素是所有生物的基本组成成分,是生物体必需的营养元素之一.硫氧化还原微生物的数量多、分布广、代谢途径多样化,硫化合物之间的平衡依赖于微生物代谢网络中的各种硫转化反应与代谢过程.此外,硫循环与碳、氮循环紧密相关,对地球生态循环起到了至关重要的作用.本文综述了近期微生物硫循环网络的研究进展,包括所涉及的主要微生物、硫循环...     

红树林湿地硫酸盐还原菌的多样性及其参与驱动的元素耦合机制

红树林生态系统是热带和亚热带地区重要的滨海湿地,具有营养物质形态多样化和高效动态变化的特征,是驱动碳、氮、硫等元素循环的热区。硫酸盐还原菌(sulfate-reducing prokaryotes,SRPs)是地球最古老的微生物生命形式之一,在推动早期地球地质演化以及现代生物地球化学循环中发挥关键作用,但其在红树林湿地还缺乏全面深入研究。本文基于Genome Taxonomy Database中原核生物基因组的挖掘,系统总结了硫酸盐还原菌的类群,梳理了近年来国内外红树林中硫酸盐还原菌的分布情况及影响其分布的因素,分析了硫酸盐还原菌在红树林生态系统的碳、氮、硫及铁等元素地球化学循环中的作用,并对硫酸盐还原菌未来的研究方向进行了展望,以期为深入研究硫酸盐还原菌参与驱动的元素生物地球化学循环及其耦合机制提供参考。     

湖泊硫循环微生物研究进展

湖泊是响应气候和环境变化的关键生态系统,是研究元素(如碳、氮和硫等)生物地球化学循环的热点环境。湖泊(尤其咸盐湖)具有硫酸盐含量高且含硫化合物种类丰富的特点,因而湖泊中硫元素生物地球化学循环过程非常活跃。微生物是驱动湖泊硫循环的重要推手。因此,研究湖泊中微生物参与的硫元素生物地球化学循环过程以及相关微生物类群构成,对于深入探索微生物在湖泊生态系统中的作用具有重要意义。本文综述了湖泊中驱动硫循环的微生物(硫氧化菌和硫酸盐还原菌)种群多样性、功能基因、代谢途径、硫氧化/硫酸盐还原速率及其对环境条件变化响应等方面的研究现状,并对未来湖泊微生物驱动的硫循环研究方向进行了展望。     

海岸盐沼湿地土壤硫循环中的微生物及其作用

硫及硫化合物的动态循环是海岸盐沼湿地的重要组成部分,硫酸盐还原菌(SRB)和硫氧化菌(SOB)是推动硫循环的重要微生物。硫酸盐还原菌把硫酸盐还原为硫化物,同时消耗土壤中的有机物质;硫氧化菌把还原性硫化合物氧化为硫酸盐,缓解土壤中硫化物的积累,它们共同维持硫循环的动态平衡。本文综述了海岸盐沼湿地土壤中硫的存在形式、硫的地球化学循环以及在硫循环过程中扮演重要角色的硫酸盐还原菌和硫氧化菌的生物多样性、活性测定方法及其生态学意义等的最新研究进展,并提出了存在的问题及研究展望。     

北部湾红树林沉积物中微生物群落结构的时空变化分析

微生物群落结构对海洋红树林湿地生态系统中的物质循环非常关键。本研究从中国亚热带北部湾典型海洋红树林湿地生态系统中采集沉积物样品,利用宏基因组学技术手段,完成了沉积物样品16S rDNA基因的扩增子的高通量测序,分析了不同时空条件下红树林沉积物的微生物群落结构分布和变化规律。研究结果表明,不管在干季还是湿季,在门分类水平上变形菌门(Proteobacteria)是最丰富的类别。此外,变形菌门(Proteobacteria)与绿弯菌门(Chloroflexi)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、酸杆菌门(Acidobacteria)、硝化螺旋菌门(Nitrospirae)和放线菌门(Actinobacteria)一共占据总丰度的80%左右。干季时期的微生物α多样性显著高于湿季,主坐标分析(principal co-ordinates analysis, PCoA)显示干、湿两季的微生物群落结构具有明显差异。干季时期的细菌的相对丰度显著高于湿季,而古菌则相反。不同时空期(干季和湿季)的变形菌门(Proteobacteria)的相对丰度没有显著差异。冗余分析(redundancy analysis, RDA)和相关性分析表明温度和盐度对微生物群落结构具有显著影响。本研究对揭示亚热带海洋红树林湿地生态系统沉积物中的微生物多样性及其群落结构演替规律具有重要的实践意义。     

红树林放线菌及其天然产物研究进展北大核心CSCD

红树林是热带亚热带潮间带的木本植物群落。为从海洋环境寻找新的天然产物,红树林已经成为放线菌资源收集、天然产物分离鉴定及其生物合成机制研究的热点。从巴哈马红树林分离的盐孢菌所产生的盐孢菌素(Salinosporamide A)已经进入临床研究。从红树林分离的放线菌类群已经达到8个亚目11科24属,并发现新属3个,新种31个。从红树林放线菌分离的新天然产物包括生物碱、喹啉等芳香类、阿扎霉素等大环类脂及吲哚衍生物等,大多数天然产物来源于红树林链霉菌。新型吲哚咔唑、吲哚倍半萜及厦霉素等以新颖的结构备受关注,相关生物合成途径已被揭示。     

河流沉积物氮循环主要微生物的生态特征

微生物驱动的氮循环过程是全球生物地球化学循环的重要组成部分,由于人类活动的影响,氮循环负荷加剧,氮素的生态平衡和微生物的功能特征也相应地受到干扰。河流生态系统是陆地与海洋联系的纽带,因人类活动过量活性氮的输入导致水体富营养化,明显影响着河流的生态功能以及河口沿岸海洋生态系统的平衡。富含微生物的沉积物对氮素的转化和去除起着至关重要的作用。本文主要介绍河流沉积物氮循环主要功能微生物,包括氨氧化细菌、氨氧化古菌、亚硝酸盐氧化菌、反硝化细菌和厌氧氨氧化细菌的群落特征和生态功能,总结氮相关营养盐、溶氧和季节变化等环境因子,以及河道控制管理措施和污水处理厂扰动等条件下氮循环过程主要功能类群的生态特征和响应关系。指出还需深入全面地研究河流沉积物生态系统氮循环过程的驱动机制和微生物的贡献效率,加强城市河流沉积物微生物功能作用的研究及河道生物修复技术的开发。     

原核微生物的硫功能菌

总结迄今已经发现鉴定的原核微生物中磂菌48属150多种,绿硫菌6属20余种,紫硫菌33属近百种,硫菌23属56种,脱硫化功能菌50属210多种,脱硫和脱硫化物功能菌20多属50多种,硫歧化菌1属3种,共计170余属600余种。这些硫菌根据功能分类,大致上可以分成硫氧化、硫还原和硫歧化菌,对于自然界硫循环起着至关重要的作用。     

微生物法去除二氧化硫的研究进展*

二氧化硫是大气污染中的主要污染物之一,传统的处理方法由于其成本相对较高,使其在工业生产上的应用受到限制。近年来国外一些学开始了微生物法去除二氧化硫的实验室研究,并进行了工业化试验,去除效果非常显,成本也大幅度降低,还可回收副产品元素硫和高质量的单细胞蛋白。这一简单、高效、低成本的方法能够满足工业应用的需要,兼顾环境、经济和社会效益,必将具有广阔和良好的应用前景。     

红树林人工修复区根际微生物群落结构分析

目的:通过比较不同年份红树林修复区的根际微生物结构,建立微生物区系与修复质量的相关性,为红树林修复提供理论借鉴。方法:采集4年、8年、10年红树林修复区以及原生红树林的根际微生物,利用末端限制性片段长度多态性技术(Terminal Restriction Fragment Length Polymorphism,T-RFLP)、聚类分析(Cluster Analysis,CA)、主成分分析法(Principal Component Analysis,PCA)、α多样性分析法、文氏图、稀释性曲线等分析方法,研究不同样本间根际微生物的群落组成并进行差异性对比。结果:通过分析不同修复年限间根际微生物的短片段重复序列(Short Tandem Repeat,STR)测序结果,发现三个不同修复时间的红树林修复区和原生红树林根际微生物间均存在差异,10年修复区更加接近原生红树林,4年和8年修复区享有更加相似的微生物群落,且同原生红树林间存在较大差异。结论:修复区红树林的根际微生物群落结构会逐步向着原生红树林根际微生物群落结构演替,但这一过程并非简单的加和式线性变化,而是存在复杂性和年份突变性的可能。     

嗜酸硫杆菌属硫氧化系统研究进展

硫化矿的酸溶解和化学氧化过程中(H 和Fe3 作用下,金属硫化矿中分解),伴随着硫元素转变成多聚硫S8或硫代硫酸盐的过程。对嗜酸硫杆菌属硫氧化过程的研究表明,胞外环状多聚硫S8可能通过细胞外膜蛋白巯基活化成线状-SnH后,被转运到细胞周质区域,进而被硫加双氧酶氧化成SO32-,活化过程中同时生成少量H2S;这些酶促反应不需要辅助因子参与,不释放电子。胞外硫代硫酸盐通过未知途径进入细胞周质。细胞周质中的SO32-主要经由亚硫酸-受体氧化还原酶氧化成SO42-,S2O32-可能经由硫代硫酸盐-辅酶Q氧化还原酶、硫代硫酸盐脱氢酶、连四硫酸盐水解酶等氧化为硫酸,少量H2S则经由硫化物-辅酶Q氧化还原酶氧化为多聚硫,后者再经由SO32-和S2O32-氧化生成最后产物SO42-。这些生物氧化过程释放的电子进入呼吸链参与产生细菌生长代谢所需的能量。然而,关于A.ferrooxidans硫氧化系统中各种硫化合物的酶催化氧化机制的研究仍很缺乏,胞内外硫化合物的转运机制、是否存在胞外酶催化氧化等仍然有待解决。另外,硫的型态和价态、酶催化反应的细胞微区域以及硫氧化系统中一些关键酶的分离及其表达基因的鉴定等问题都还有待进一步研究。基于对这些事实的分析,提出了一个嗜酸硫杆菌属硫氧化系统的模型。     

红树林湿地多环芳烃的微生物降解

红树林(mangrove)是海陆交汇带重要的湿地生态系统,也是环境污染物蓄积与转化的热区.多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)因其环境蓄积特点在红树林生境中广泛分布,威胁生态系统健康,其降解转化是近年的研究重点.本文聚焦红树林湿地多环芳烃的微生物降解研究现状,从红树林生...     

基于PCR-DGGE技术的红树林区微生物群落结构

【目的】为了解红树林沉积物中细菌的群落结构特征。【方法】应用PCR-DGGE技术对福建浮宫红树林的16个采样站位样品细菌的群落结构进行了研究。根据DGGE指纹图谱,对它们的遗传多样性进行了分析。【结果】各站位样品细菌多样性指数(H)、丰度(S)和均匀度(EH)均有所不同,这些差异与它们所处站位的不同有关,红树林区细菌多样性高于非红树林区细菌多样性。对不同站位细菌群落相似性分析,它们的相似性系数也存在一定的规律,同一断面的细菌群落结构相近性较高。对DGGE的优势条带序列分析,同源性最高的微生物分别属于变形菌门(Proteobacteria)、酸菌门(Acidobacteria)和绿菌门(Chlorobi),它们均为未培养微生物,分别来自于河口海岸沉积物。【结论】应用PCR-DGGE技术更能客观地反映红树林沉积物中真实的细菌群落结构信息。另外,研究也表明红树林区微生物多样性丰富,在红树林区研究开发未知微生物资源具有巨大的潜力。     

海南东寨港红树林沉积物中重金属的分布及其生物有效性

对东寨港红树林湿地沉积物中7种典型重金属元素(Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd 和Pb)的有效态含量和全量进行测定,并讨论了红树林湿地沉积物中重金属元素的分布特征及其生物有效性.结果表明： 7种重金属在东寨港红树林湿地的含量大于亚龙湾和三亚湾的红树林湿地,但与中国南方和世界各地的典型红树林湿地相比仍处于中等偏低水平.东寨港红树林湿地光滩、林缘、林内表层沉积物的重金属含量存在差异;在柱状沉积物中重金属伴随沉积明显,表现出较强的同源性.经EDTA萃取出的有效态金属在表层沉积物中含量依次为Cu＞Cr＞Zn＞Ni＞As＞Pb＞Cd;垂直梯度重金属有效态含量占总量的比例的最大值(除Ni外)均出现在表层或中上层;目标重金属元素有效态和总量在空间分布上具有明显正相关性,元素总量指标能较好地评估该元素的生物有效性     

湿地土壤硫氧化-还原过程及其与其他元素的耦合作用研究进展

湿地土壤硫(S)的氧化-还原过程是硫循环的重要环节,其对于维持湿地系统的稳定与健康具有重要意义.本文综述了湿地土壤S的氧化-还原过程及影响因素,并分析了其与其他元素耦合机制的研究进展.湿地土壤S氧化-还原过程的影响因素主要涉及生物因子(植物、微生物、底栖动物及人类活动等)和非生物因子(温度、水分和粒度等物理因素及pH、...     

包埋法固定化对硫氧化微生物菌群结构和功能的影响

【目的】为探讨包埋法固定化过程对硫氧化菌群硫化物去除能力及菌群微生物群落结构的影响,【方法】以聚乙烯醇-海藻酸钠-活性炭为载体,对硫氧化菌群进行了固定化,并采用富含硫化物的无机盐培养基,对比固定化与非固定化硫氧化菌群对硫化物的氧化去除能力。同时,利用PCR-DGGE技术,探讨硫氧化菌群在固定化前后以及在硫化物氧化去除过程中微生物群落结构变化。【结果】在对硫氧化菌群进行固定化之后,12 h之内对硫化物的最大去除能力从1000 mg/L下降为600 mg/L。硫氧化菌群的微生物群落结构发生了明显变化,但菌群中的硫氧化菌Catenococcus thiocycli未受影响,硫氧化菌Thioclava pacifica在菌群中的地位反而得到了强化。【结论】受制于底物在载体材料中的扩散迁移效率,硫氧化菌群对硫化物的氧化去除能力在固定化之后有所下降。由于不同微生物对固定化形成的微环境的适应能力以及对载体附着能力的不同,固定化对硫氧化菌群的微生物群落结构产生较大影响。     

微生物硫代谢与抗逆性

硫代谢是微生物重要的生命代谢活动。微生物对外源硫酸盐的转运、同化、代谢调控以及重要含硫化合物的生物合成,不但与微生物生长代谢相关,而且影响微生物在胁迫环境下的抗逆性和鲁棒性。目前,大部分研究都聚焦在微生物硫酸盐同化过程和H₂S产生,对于微生物硫代谢与抗逆性相关的研究较少。本文总结了近年来微生物硫代谢过程中的硫酸盐转运、同化路径以及调控方式;并结合微生物在不同胁迫条件下的氧化应激反应,探讨了含硫化合物如硫化氢、谷胱甘肽和半胱氨酸等提高微生物抗逆性的机制。硫代谢与微生物抗逆性相关机制的解析不仅为理解微生物硫代谢与抗逆性提供理论基础,也为设计与构建抗逆性强的高产稳产工业菌株提供分子靶点。     

泉州湾红树林湿地沉积物中汞分布及形态特征

采集了泉州湾红树林湿地表层沉积物样品,测定了沉积物中不同形态汞的含量,研究了汞的分布特征、赋存形态及其生物有效性.泉州湾红树林湿地表层沉积物中总汞含量范围0.03～0.22 mg·kg-1,除14#采样点外,其余各采样点均符合海洋沉积物质量(GB 18668-2002) Ⅰ类标准;沉积物中不同形态汞占总汞的比例为可氧化态(84.0%)＞残渣态(14.0%)＞可还原态(1.8%)＞弱酸溶态(0.2%);沉积物中汞的生物有效性较高,对红树林生态系统存在一定的潜在危害.