热泉微生物驱动的氮循环研究进展及展望

热泉微生物是驱动热泉氮(N)循环的主导力量,开展热泉生态系统中驱动氮循环微生物种群构成及其与环境响应的研究,对于探索热泉中氮的生物地球化学循环、生命进化、生物修复等方面都具有重要的理论和应用价值。本文综合阐述了热泉生态系统驱动氮循环的功能微生物(如固氮菌、氨氧化菌、厌氧氨氧化菌、反硝化菌、异化硝酸盐还原菌)在系统发育学上的分布、功能基因的相对丰度、活性及其与环境因子(如温度、pH)的相关性等方面的研究现状和亟待解决的问题。并展望了热泉生境中驱动氮循环微生物未来的研究方向。     

稻田土壤关键元素的生物地球化学耦合过程及其微生物调控机制

水稻土是在长期植稻下人为培育的特殊耕作土壤,是我国土壤学的特色,其研究也反映我国土壤学的国际地位。水稻土是研究土壤生物地球化学过程的理想模型。稻田土壤关键元素(碳氮磷硫铁等)的生物地球化学循环过程、耦合机理及其驱动机制研究是土壤生物学研究的核心之一。因此,以国际土壤年为契机,结合中国科学院院士工作局资助的"土壤生物学发展战略研究"项目的部分成果,以稻田关键元素(碳氮磷硫铁等)生物地球化学循环过程及其耦合的微生物驱动机制为核心,重点讨论了稻田土壤基本生物化学特征、稻田土壤碳-氮、碳-氮-磷、碳-氮-铁等多元素耦合过程及其与微生物之间的反馈机制,并由此提出了稻田土壤关键元素生物地球化学循环微生物驱动机制研究的未来重点发展方向为:1)土壤关键元素生物地球化学过程的异质性及其微生物过程的互作机制研究;2)微生物参与机制对土壤关键元素循环过程的响应、反馈机制与调控机制研究;3)土壤关键生物地球化学过程的计量学研究。     

污水脱氮功能微生物的组学研究进展

生物脱氮是污水处理厂的核心,掌握生物脱氮过程相关微生物代谢特性,对于探索微生物资源和提高污水处理厂脱氮性能具有重要意义。近年来,分子生物学方法不断发展和改进,已被广泛应用于揭示脱氮微生物群落多样性、组成结构和潜在功能等方面,大幅提升了研究者们对污水生物脱氮系统中微生物,尤其是不可培养微生物的代谢机理、抑制调控原理及新型生物脱氮工艺途径的认识。本文对流行的分子生物学方法(16S rRNA基因测序、实时荧光定量PCR技术、宏基因组学、宏转录组学、宏蛋白质组学和代谢组学)进行了介绍,综述了其在硝化细菌、反硝化细菌、完全氨氧化细菌、厌氧氨氧化细菌、厌氧铁氨氧化细菌、硫酸盐型厌氧氨氧化细菌及亚硝酸盐/硝酸盐型厌氧甲烷氧化微生物等方面的研究进展,阐明了这些氮素转化微生物在氮循环过程的代谢途径和酶促反应,并从标准测定方法构建、不同方法的联用及跨学科结合和检测方法的简易化这3个方面展望了分子生物学方法的技术突破及其在污水生物处理系统中的应用前景。本综述从系统角度全面认识脱氮微生物群落及其结构,为未来污水处理生物脱氮微生物的研究提供了新方向。     

红树林沉积物中微生物驱动硫循环研究进展北大核心CSCD

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。     

微生物驱动的滨海湿地N2O产生及其机制研究进展

滨海湿地位于海陆交界,具有初级生产力高、生物多样性丰富以及微生物驱动的营养元素循环活跃等特点,同时也是大气中一氧化二氮(N_2O)的重要排放源。N_2O是仅次于二氧化碳(CO2)和甲烷(CH4)的第三大温室气体,而全球90%以上的N_2O排放由微生物主导,并与滨海湿地氮循环的微生物群落多样性及功能密切相关。因此,滨海湿地系统中N_2O的产生与转化逐渐受到关注。本文综述了滨海湿地生态系统中微生物驱动下N_2O的产生过程,以及氮元素及其与碳、硫和金属元素耦合过程中产生N_2O的代谢途径,N_2O排放的时空变化与微生物调控,并对未来相关研究方向进行了展望,旨在揭示微生物驱动的N_2O产生及环境调控机制,为减缓全球变暖提供科学依据。     

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。     

甲烷氧化菌及其在环境治理中的应用

甲烷的生物氧化包括好氧氧化和厌氧氧化两种,分别由好氧甲烷氧化菌和厌氧甲烷氧化菌完成.由于该过程是减少自然环境中温室气体甲烷排放的重要途径,越来越受到各国学者的重视.本文主要对当前甲烷氧化菌的研究现状进行了综述,对好氧甲烷氧化菌的种类、参与氧化甲烷的关键酶,厌氧甲烷氧化菌的种类、参与的微生物菌种以及氧化机理进行了论述,并对这两类微生物在温室气体减排、污染物治理、废水生物脱氮、硫及金属元素回收等方面的应用现状及前景进行了分析.     

微生物厌氧氨氧化耦合铁还原的研究进展及展望

厌氧氨氧化耦合铁还原[ammonium oxidation coupled to Fe(Ⅲ) reduction, Feammox]作为一种连接氮循环和铁循环之间的氮代谢途径,在自然界中氨氮转化过程中起到了重要作用。系统研究Feammox驱动的氮铁的生物地球化学耦合过程及其受控因素,有助于深入理解地球元素循环的微生物机制,也有助于揭示Feammox在缺氧地质历史时期对古海洋氮库演变和含铁矿物形成过程中的作用。本文从Feammox发展历史、相关微生物、影响因素和潜在地质意义等方面综述了Feammox的研究过程和研究内容,并对Feammox的未来研究方向提出展望。     

基于BIOLOG技术分析氮沉降和降水对土壤微生物功能多样性的影响

土壤微生物是有机物分解和养分循环的主要介质,因此在维持土壤的功能多样性和持续性方面发挥着关键作用。气候变化驱动因素会影响土壤微生物的生理活动,引起其群落结构和功能多样性的改变,并对生物地球化学循环和气候―生态系统反馈产生连锁效应,其中氮沉降和降水是全球气候变化的研究热点。土壤氮(N)的有效性有可能通过改变微生物的群落组成以调节微生物对降水变化的响应,但目前关于N沉降和降水及其交互作用对土壤微生物群落功能多样性的影响机制仍不清楚。为了准确预测未来气候条件下生态系统的功能状况,需要更好地了解土壤微生物对环境变化的响应。基于BIOLOG技术综述了氮沉降和降水变化及其交互作用对土壤微生物功能多样性影响的相关研究进展,可以为进一步研究全球气候变化背景下地下生态学的发展提供参考。另外,分析阐述了当前工作中存在的一些主要瓶颈,并对未来的研究热点进行了探讨和展望。     

微生物高盐渗透适应策略及其耐盐强化研究进展

高盐废水因具有硬度高、可生化性差、水质成分复杂等特点,是较难处理的工业废水之一。现有物化处理技术存在运行成本高、处理效率低、二次污染重等诸多瓶颈。耐盐/嗜盐微生物可在高盐环境下进行正常生理代谢,因此,开发经济、高效、可靠的高盐废水生物处理技术有望成为高盐废水处理的主流方向之一。本文系统综述了耐盐/嗜盐微生物盐溶、胞内小分子相容溶质积累、蛋白质稳定和细胞表面稳定等高渗透压适应策略。由于嗜盐微生物存在生长条件苛刻、功能微生物种类稀缺等问题,因此,耐盐微生物在高盐废水处理的未来应用空间更大。最新研究发现强化调控技术(电、光、磁)可提升微生物的高渗透压适应能力,其中电调控技术或是未来高盐废水生物处理的重点研究方向。     

两株高效苯酚降解菌的筛选、鉴定及生物强化-DTRO组合工艺初步验证

【目的】从煤化工废水中分离、筛选苯酚高效降解微生物,初步考察微生物与DTRO技术联用,构建含酚废水生物强化处理工艺的可行性。【方法】采用苯酚浓度梯度培养基对苯酚降解微生物进行分离和筛选;根据菌体形态电子显微镜观察、菌株生理生化特性考察和16S r RNA基因系统发育树构建,对菌株进行初步生物学鉴定;将筛选出的高效苯酚降解菌制备成相应的菌剂与碟管式反渗透(DTRO)技术组合形成"生物强化-DTRO"工艺,并试用于含酚废水的处理。【结果】共获得7株纯化细菌,其中Phe-03和Phe-05为高效苯酚降解菌;该2株菌均可以苯酚为唯一碳源生长。经鉴定Phe-03为壤霉菌属(Agromyces)菌株;Phe-05为棒杆菌属(Corynebacterium)菌株。到目前为止,壤霉菌属(Agromyces)菌株降解苯酚尚未见报道。在初始苯酚浓度达到1 300 mg/L条件下,Phe-03和Phe-05菌株44 h内对苯酚降解率均达到70%以上;76 h后苯酚降解率均超过90%。组合形成的"生物强化-DTRO"工艺不仅可以有效去除废水中的酚类化合物,而且还能减少反渗透膜污染,以及增加膜的通透性。【结论】研究表明微生物技术可与DTRO技术联用,构建含酚废水生物强化处理工艺,可为含酚废水处理技术研究提供一种选择思路。     

Perspective: Microfluidic applications in microbiology

The application of microfluidics technology to microbiology research is an excellent platform for the analysis of microorganisms and their nucleic acids. This technology combines engineering, physics, chemistry, biology and computing to control the devices. In this perspective we discuss how microfluidics can be applied to microbiological research and used in diagnostic applications. We also summarize advantages and limitations of this technology, as well as highlight some recent microbiological applications.     

微生物分子生态学技术及其在环境污染研究中的应用

较为系统地概述了核酸探针检测技术、利用引物的PCR技术、DNA序列分析技术和电泳分离及显示技术在国内外的研究进展,并探讨了这些技术在环境污染研究中的应用及其方向。结果表明,这些被认为是重要的微生物分子生态学技术,在探索微生物与污染环境之间的相互关系中发挥了重要作用。促进了污染环境的微生物遗传适应进化机制的研究,污染物的微生物降解有关基因的定位及微生物工程菌的构建等方面的工作,从而推进了污染环境微生物修复的分子生态学的发展。     

微生物处理高盐工业有机废水工艺研究进展

随着我国工业化进程加快,其所造成的水污染现象也越来越严重。含盐有机废水的排放会导致环境进一步恶化,为了合理循环利用水资源,相关废水的有效处理至关重要。本文从微生物角度出发,通过典型案例阐述了目前基于微生物所运行的生物工艺技术在高含盐有机废水领域中的研究进展,综述了微生物在高盐环境中的生存与耐受机制,以及在处理高盐工业有机废水方面的研究与应用情况,进一步提出了目前存在的问题及未来在本领域研究与应用的展望,为高盐工业有机废水的生物处理发展方向提供一定的参考。     

胰腺癌相关微生物标志物研究进展

在所有消化系统肿瘤中,胰腺癌的恶性程度很高,患者生存率极低,而胰腺癌发病的具体机制尚不明确。随着近年来包括肠道菌群在内的人体微生物研究的迅速发展,微生物在胰腺癌的潜在发病机制也成为研究热点。本文介绍了与胰腺癌相关的微生物标志物,并分析各种微生物标志物对胰腺癌的作用机制以及微生物形成的肿瘤微环境对胰腺癌的影响,为微生物与胰腺癌关系的进一步研究提供参考,有利于学界未来利用微生物相关技术开展胰腺癌的早期检查、早期预防和临床治疗。     

活性污泥抗生素抗性基因研究进展

抗生素抗性在全球范围内的传播扩散严重威胁人类健康。活性污泥是污水处理系统重要的处理工艺,同时也是抗生素抗性及其发生水平基因转移的一个重要储库和热区。目前,随着研究手段和技术的不断更新,活性污泥中抗生素抗性的研究不断增加,但是仍有许多科学问题亟待解决。本文主要针对活性污泥抗生素抗性的5个主要方面进行深入讨论:(1)活性污泥中抗性基因的丰度和分布的影响因素;(2)污泥抗性基因的研究方法;(3)活性污泥抗性基因的传播与扩散;(4)污泥中抗性基因环境风险评估;(5)研究展望。本综述在活性污泥抗生素抗性研究基础上,阐述了驱动抗生素抗性扩散的基本微生物生态过程研究进展,旨在为污水处理工艺的发展和优化及抗性基因控制政策的制定提供科学基础。     

活性污泥微生物菌群研究方法进展

活性污泥是活性污泥法处理污水系统的功能主体。人类对活性污泥微生物菌群的认识随着其研究方法的发展而逐步深入。传统培养方法只能检测到活性污泥中1％～15％的微生物。随着一系列基于免培养的分子生物学技术的出现,活性污泥中菌群的复杂性和多样性以惊人的速度被人们认识,大量依靠传统检测方法未能发现却在活性污泥中起关键作用的微生物逐渐被发现。许多模拟活性污泥菌群生存环境条件的现代培养技术开始发展,且已成功培养了一部分传统培养方法不能培养的细菌类群,这为研究基于免培养方法发现的大量新的微生物菌群的生理特性和作用机制提供了可能,也无疑将把人们对活性污泥菌群的认识推向一个新的层次．主要介绍活性污泥微生物菌群研究的一系列方法,从传统培养方法到基于免培养的现代分子生物学技术,再到现代培养技术,着重论述了现代分子生物学技术及其在活性污泥微生物菌群研究中的进展。     

Microbial decolouration of azo dyes: A review

The textile industry is a substantial consumer of water and produces enormous volumes of contaminated water; the most important contaminants are azo dyes. Microbial processes for the treatment of textile wastewater have the advantage of being cost-effective and environmentally friendly and producing less sludge. The most promising microorganisms for wastewater treatment are those isolated from sites contaminated with dyes or from the sludge of treatment plants because they have adapted to survive in adverse conditions. The mechanism of microbial decolouration occurs from adsorption, enzymatic degradation or a combination of both. Both reductases and oxidases are involved in the microbial degradation process. The goal of microbial treatment is to decolourise and detoxify the dye-contaminated effluents. In this review, we summarise the methodologies used to evaluate the toxicity of azo dyes and their degradation products. Recent studies on the decolouration or degradation of azo dyes using algae, yeast, filamentous fungi and bacteria, genetically modified microorganisms, microbial consortia and microbiological systems combined with Advanced Oxidation Processes (AOPs) and Microbial Fuel Cells (MFCs) are discussed in this review.     

活性污泥中电活性微生物的富集筛选研究进展

活性污泥含有多种微生物,是废水处理系统中污染物降解转化的重要驱动者。电活性微生物(Electroactive microorganisms,EAMs)是活性污泥的重要微生物类群,在废水资源化与能源化中发挥着核心关键作用。本文概括了活性污泥中EAMs的富集和筛选方法,整理总结了目前已从活性污泥中获得的EAMs菌种资源信息,在此基础上分析了从活性污泥中富集和筛选EAMs所存在的问题,并进一步展望了未来的研究方向,以期加速EAMs菌种资源的挖掘,促进以EAMs为主导的废水资源化与能源化技术发展。