甲烷细菌与沼气发酵

甲烷细菌与沼气发酵周大石（辽宁大学生物系沈阳１１００３６）在自然界中的湖泊、池塘、河流、沼泽地,常常看到有许多气泡从底部淤泥中冒出水面,如果把这些气体收集起来可以点燃,这种气体称沼气（ｍａｒｓｈｇａｓ）。因为沼气最早从沼泽地发现而得名。沼气是宝贵的生...     

好氧甲烷氧化菌生理生态特征及其在自然湿地中的群落多样性研究进展

甲烷氧化菌是一类可以利用甲烷作为唯一碳源和能源的细菌,在全球变化和整个生态系统碳循环过程中起着重要的作用。近年来,对甲烷氧化菌的生理生态特征及其在自然湿地中的群落多样性研究取得了较大进展。在分类方面,疣微菌门、NC10门及两个丝状菌属甲烷氧化菌的发现使其分类体系得到了进一步的完善;在单加氧酶方面,发现甲烷氧化菌可以利用pM MO和sM MO两种酶进行氧化甲烷的第一步反应,Ⅱ型甲烷氧化菌中pM MO2的发现证实甲烷氧化菌可以利用这种酶氧化低浓度的甲烷;在底物利用方面,已经发现了越来越多的兼性营养型甲烷氧化菌,证实它们可以利用的底物比之前认为的更广泛,其中包括乙酸等含有碳碳键的化合物;在生存环境方面,能在不同温度、酸度和盐度的环境中生存的甲烷氧化菌不断被分离出来。全球自然湿地甲烷氧化菌群落多样性的研究目前主要集中在北半球高纬度的酸性泥炭湿地,Ⅱ型甲烷氧化菌Methylocystis、Methylocella和Methylocapsa是这类湿地主要的甲烷氧化菌类群,尤其以Methylocystis类群最为广泛,而Ⅰ型甲烷氧化菌尤其是Methylobacter在北极寒冷湿地中占优势。随着高通量测序时代的到来和新的分离技术的发展,对甲烷氧化菌的现有认识将面临更多的挑战和发展。     

甲烷氧化过程中铜的作用研究进展

甲烷生物氧化在全球甲烷平衡和温室效应控制中扮演着重要的角色,而铜是甲烷生物氧化过程中的重要影响因子.一方面,铜是调控不同类型甲烷单加氧酶表达的主要影响因子,是组成颗粒性甲烷单加氧酶的必需金属元素;另一方面,在自然环境体系中,铜含量及其形态的变化对甲烷氧化菌的分布、代谢甲烷和非甲烷类有机化合物的能力以及甲烷氧化菌的特异性铜捕获系统也会产生较大影响.准确把握铜在甲烷生物氧化过程中发挥的作用将有助于全面了解甲烷生物氧化过程,进而更好地指导甲烷氧化微生物在温室气体减排及非甲烷有机物污染修复中的应用.本文主要从铜的角度,概述了铜对甲烷氧化菌的分布和活性的影响,介绍了铜在调控甲烷单加氧酶的表达和活性以及调节甲烷氧化菌铜捕获系统方面的作用,并展望了其研究方向.     

盐分对湿地甲烷排放影响的研究进展

当前在全球气候变化和人类活动双重作用下,湿地正在或者将要面临着显著的盐分变化形势,尤其是内陆和滨海咸化湿地。湿地是大气甲烷的重要排放源。甲烷排放是甲烷产生、氧化和传输过程综合作用的结果。盐分变化将影响湿地水-土环境,降低植物群落初级生产力和有机物积累速率,改变微生物主导的有机物矿化速率和途径等,进而改变湿地生态系统的结构和功能,影响湿地甲烷产生、氧化、传输和排放系列过程。本文综述了盐分(浓度与组成)对湿地甲烷产生与排放的影响结果,从底物供给、微生物(产甲烷菌和甲烷氧化菌等)数量、活性与群落组成、酶活性、植物、电子受体、p H和氧化还原电位等几个关键方面分析了盐分影响湿地甲烷排放过程的内在机制。在此基础上提出了今后需重点关注的5个方面:1)加强盐分浓度与组成对湿地甲烷产生、氧化、传输与排放影响的系统性、框架性研究;2)深入探讨盐分背景、变化幅度与速率的耦合如何影响湿地甲烷系列过程;3)不同离子组成及其交互效应如何影响湿地甲烷动态过程;4)结合生物学、基因组学及同位素技术等,加强湿地产甲烷菌与甲烷氧化菌与盐分的关系及其响应研究;5)湿地甲烷对盐分变化响应的时空分异规律。     

甲烷单加氧酶的研究进展

甲烷氧化细菌在转化甲烷制造新型燃料、单细胞蛋白和新功能酶生产、污水处理等方面有着潜在的应用前景,因此,甲烷单加氧酶作为其代谢过程中重要的酶系也受到人们的广泛关注。我们简要综述了近年来对甲烷单加氧酶的性质、结构、催化机理等方面的研究,特别是对颗粒性甲皖单加氧酶的相关性质进行了详细的阐述。     

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。     

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.     

甲烷甲基单胞菌的一个新变种

对甲烷氧化细菌761M菌株做了进一步鉴定。结果表明,该菌株为甲烷甲基单胞菌的一个新变种,命名为甲烷甲基单胞菌成都变种(Methylomonas methanica vas.chengduensis)。     

生物分子机器——甲烷单加氧酶的研究进展

甲烷氧化菌中的甲烷单加氧酶能够在生理条件下选择性地以甲烷和氧气为底物生成甲醇,麻省理工学院的Lippard教授称它为"神奇的生物分子机器"。本文重点对生物分子机器甲烷单加氧酶的结构、编码基因及调控机制、催化反应机理等进行了综述,此外也简要介绍了甲烷单加氧酶的产生菌甲烷氧化菌的研究历史及分类。生物分子机器甲烷单加氧酶可催化甲烷氧化成甲醇,不仅为甲醇的生产提供了一种新颖的生产方法,而且对生物分子机器的设计也有借鉴意义。     

九株嗜热产甲烷菌的特性

从处理生活废水的厌氧污泥床的4个样品中,分离、纯化了9株嗜热的、利用H_2/CO_2和甲酸盐产甲烷的细菌。它们在细胞形态和生理特性上基本一致。细胞为直或略弯的杆状,两端钝圆,0.3～0.4×1～3μm;单个、成对,或多个相联,可达10μm以上。革兰氏阳性,不运动。细胞和菌落在荧光显微镜下呈现产甲烷菌所特有的绿色荧光。化能自养。生长温度30～75℃以下,最适为55～65℃。生长pH5.8～9.0,最适为6.9～7.6。菌株602B_3DNA中G+C含量为44.6mol％。将该菌株鉴定为嗜热甲酸甲烷杆菌的不同菌株:Methanobacterium thermoformicicum 602B_3     

嗜树木甲烷短杆菌和甲酸甲烷杆菌的分离和特性

从我国沼气池污泥样品中,采用改良的亨氏操作技术,分离出TC713和TC708两株不运动、革兰氏染色阴性、不形成芽孢的杆菌。TC713菌株呈短杆状,往往两个相连成双杆菌,个别呈链杆状,菌落圆形透明。TC708菌株培养后期呈长杆状,弯曲,菌落圆形,周边呈现丝状。 两菌株均只能利用H2／CO2作为碳源和能源,不能利用CH,COONa、CH,NH。、CH,OH。利用甲酸较慢,且利用率不高。在培养液中分别加入酵母膏、瘤胃液或酪素水解物均能刺激1c713菌株的生长,但该菌株不需要外源辅酶M。Tc713和Tc708菌株生长最适温度分别为35℃和35—40℃在45℃生长不良。适宜生长的pH值分别为6．5—8．5和6．8—9．20在含有o．I％酵母膏的培养液中,以H,／∞,为碳源和能源,37℃下振荡培养,其菌数倍增时间分别为6—7小时和8—10．5小时。Tc713菌株经荧光免疫测定,仅对甲酸甲烷杆菌抗体有微弱的反应。DNA中G+c克分子含量为27．83士0．26％。根据Tc713和Tc708两菌株的性状,分别确定为嗜树木甲烷短杆菌(Methanobrevibacter arboriphilus)和甲酸甲烷杆菌(Methano-bacterium formicicum)。     

猪粪与沼气渣对双季稻田甲烷排放的影响

随着环境温度的升高,稻田甲烷排放通量增加。早稻期间甲烷排放通量随着水稻生育期的增加而逐步加快,而晚稻甲烷排放主要集中在水稻生长的前中期,而且排放量很高。一天中甲烷排放具有很强的周期性,在6：00～8：00时,甲烷排放通量进入谷底,14：00时甲烷排放通量达到峰值。稻田甲烷排放通量与土壤5cm处的温度及土壤水溶解甲烷含量具有较高的相关性。猪粪和沼气渣的施用分别提高稻田甲烷排放量22．14％和4．40％。在早稻期间,施用猪粪和沼气渣分别提高土壤水溶解甲烷含量40．3％和11．9％,而晚稻期间仅分别提高23．9％和5．04％。     

甲烷氧化细菌Methylosinus trichosporium 3011甲醇累积条件的研究

本文考察了甲烷氧化细菌Methylosi nus trichosporium 3011的生理特性及反应条件对甲烷单加氧酶和甲醇累积的影响。M.3011菌株在4℃保存30～40天内,菌株的细胞生长量和甲烷单加氧酶活性均不受影响。在生长对数期收获细胞,其甲烷单加氧酶活力最高可达125nmol甲醇/mg(细胞干重)·min。在M.3011菌株的生长对数期后期收集细胞,将反应菌悬液浓度控制在0.15—0.3mg(细胞干重/ml,pH为6.7,反应温度为35℃,甲醇累积量可达3.1μmol甲醇/mg(细胞干重)·h。反应液的磷酸缓冲液的最适浓度为60mmol/L。     

土壤CH_4氧化与土壤甲烷营养菌及主要研究方法

甲烷营养菌(methanotrophs)是一类以CH_4为唯一碳源和能源的细菌,广泛分布在水稻土、森林土、苔原土、泥炭地、海洋与湖泊底泥、堆肥、垃圾填埋场及地下水等环境中,并作为大气甲烷(CH_4)唯一的生物汇(库),在全球温室效应研究中备受关注.目前,关于土壤甲烷营养菌的研究主要包括菌株的多样性、生态分布以及环境因素对微生物氧化CH_4过程的影响.本文从甲烷营养菌的分类入手,概述稻田土壤CH_4的氧化与释放、旱地土壤CH_4的氧化以及影响土壤CH_4氧化的因素等方面的研究进展,同时介绍了土壤甲烷营养菌研究领域的几种主要的分子研究技术,以期为甲烷营养菌相关的研究提供参考.     

低氧生境中好氧甲烷氧化菌的缺氧耐受机理及种群结构研究进展

甲烷生物氧化在全球大气甲烷平衡和温室气体的控制中起着重要作用.氧气是甲烷生物氧化过程中的重要影响因素之一.生境中氧浓度不仅影响好氧甲烷氧化菌的种群结构、活性及甲烷碳的分配,而且好氧甲烷氧化菌在不同氧浓度下具有不同的代谢途径.理解低氧生境中好氧甲烷氧化菌的缺氧耐受机理和甲烷生物氧化过程,对甲烷驱动型生态系统的碳循环和生物多样性有着重要意义.本文以好氧甲烷氧化菌为对象,综述了低氧生境中好氧甲烷氧化菌的活性及其种群结构、好氧甲烷氧化菌的缺氧耐受机理以及低氧生境中甲烷氧化菌与非甲烷氧化菌的关系,并对今后的研究方向进行了展望.     

一株可利用甲烷的克雷伯氏菌的分离及其在甲烷检测中的应用

从山西太原水稻田土壤中,分离得到一株能以甲烷为唯一碳源和能源生长的菌株C611。通过生理生化特征及16SrDNA序列分析,该菌株初步鉴定为克雷伯氏菌(Klebsiella sp.)。采用响应面法优化了该菌株利用甲烷的培养条件,得到最佳培养条件为:温度24.4oC、接种量为6.7%、甲烷含量25%。以C611固定化细菌和溶氧响应仪为体系,采用电化学法研究了不同含量甲烷的响应时间以及溶氧变化与甲烷含量的关系。结果表明,菌株C611能利用甲烷,该反应体系对0～10%甲烷气体测定的响应时间小于100s;溶氧消耗量与通入甲烷气体含量呈线性关系,拟合系数(R2)为0.9994。以3%甲烷气体样品进行8次测量,测定平均值为3.09%,RSD为3.48%,相对误差为3%。表明该反应体系重现性良好,为该菌株进一步研究甲烷传感器奠定基础。     

人肠道产甲烷菌与肠道健康

摘要:肠道中甲烷菌可以在严格厌氧的条件下利用H2和碳源生成甲烷,约1/3的正常人体内都可以检测到甲烷。近年来,很多研究发现甲烷菌在维持肠道微生态稳定方面起积极作用,越来越多的研究关注甲烷菌发酵产物(甲烷)在肠道中的代谢,主要集中于甲烷菌与肠道功能失调之间的关系。IBS患者肠道甲烷菌数量常比正常人群少,并且肠道甲烷菌与肥胖症的发生有一定关系。本文对甲烷菌的产甲烷作用在肠道功能稳定方面的作用、甲烷与肠道疾病(肠易激综合症、结肠癌)以及甲烷菌和甲烷与肥胖症的关系进行概述,并从上述几个方面综述肠道产甲烷菌、甲烷与肠道健康的关系。     

大气甲烷的源和汇与土壤氧化 (吸收)甲烷研究进展

甲烷是主要的温室气体之一,对温室效应的贡献仅次于CO₂,而每分子甲烷温室增温潜力是CO₂的21倍.因此确定全球大气甲烷的源与汇,并对其进行估算、预测已成为目前全球环境变化及温室效应研究的一个热点.本文概述了国内外大气甲烷源与汇研究的进展情况,详述了土壤氧化(吸收)大气与内源甲烷机理及其影响因子(如土地利用情况、环境甲烷浓度、土壤温度、湿度、pH值、孔隙状况等).最后指出,通过在长白山森林垂直分布带开展地带性土壤甲烷氧化(吸收)研究,对估算我国温带至寒带、高山苔原带土壤吸收甲烷总量,乃至全球甲烷汇具有重要意义.