微生物降解菲的机理研究进展

针对微生物降解菲的机理研究进展,论述了细菌、真菌在好氧、厌氧条件下代谢菲的产物以及推测的降解途径;在此基础上概括了催化反应的酶系以及编码酶系的基因簇。简要介绍了基因探针的应用,并结合本实验室的初步研究,指出了该领域有待深入探讨的问题。     

接种功能内生细菌Diaphorobacter sp.Phe15减少蔬菜亚细胞菲积累的体外试验研究

[目的]土壤中的多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons, PAHs)可被蔬菜根系吸收并在可食部分积累进而通过食物链威胁人群健康。接种功能内生细菌能有效减低蔬菜中PAHs的积累,而关于其对蔬菜亚细胞组分中PAHs积累的影响却鲜有报道。[方法]采用体外实验,研究了接种具有菲降解功能的菌株Diaphorobacter sp. Phe15对空心菜茎叶亚细胞组分中菲积累的影响及PAHs代谢相关酶活性的响应。[结果]接种Phe15可以可加速空心菜茎叶亚细胞中菲的降解,显著削减空心菜亚细胞组分中菲的含量,接菌后空心菜亚细胞组分中菲降解率达90%以上。此外,接种功能菌Phe15可以影响空心菜亚细胞组分中PAHs代谢相关酶系的活性,空心菜亚细胞水平POD、PPO、C230活性整体得到提高,且酶系活性与空心菜体内菲积累呈负相关关系。[结论]接种具有菲降解功能的菌株Phe15增加了空心菜亚细胞水平PAHs代谢相关酶系活性,进而降低空心菜体内菲的积累,研究结果为利用功能内生细菌削减蔬菜中多环芳烃污染提供了一定的参考和理论依据。     

中度嗜盐菌Martelella sp. AD-3 降解菲过程中水杨酸-5-羟化酶的酶学性质

[目的]研究中度嗜盐菌Martelella sp.AD-3在降解菲过程中水杨酸-5-羟化酶的活性与菲降解效率的关系及其酶学性质.[方法]通过HPLC分析菲的降解效率和AD-3菌粗酶液催化水杨酸的产物,根据NADH在340 nm处的吸光度变化计算水杨酸-5-羟化酶的活性.[结果]水杨酸-5-羟化酶是一种诱导酶,在AD-3菌的对数生长期和稳定初期时活性较高,酶活力大小与该菌对菲的降解速率基本一致.在菲浓度为200 mg/L、生长盐度为3％、pH为9.0的培养条件下,AD-3菌株表达的水杨酸-5-羟化酶的活力最高,为132.8 nmol/(min·mg).水杨酸-5-羟化酶催化水杨酸降解时的最适温度、pH和盐度分别为30℃、7.5和3％,酶的最大反应速率为200 nmol/(min· mg)、米氏常数Km为8.7μmol/L.[结论]AD-3菌在降解菲的过程中表达水杨酸-5-羟化酶,该酶的活性与菲降解速率具有相关性.     

高效木聚糖降解酶系定制的新进展与挑战

木聚糖是植物细胞壁中含量最丰富的非纤维素多糖,大约占陆地生物质资源的20%-35%。不同物种来源的木聚糖结构因取代方式不同而具有广泛的异质性,这对生物质资源向生物燃料和其他高值产品高效转化提出了重大挑战。因此,需要开发由不同类型酶组成的最佳混合物以有效糖化木聚糖类底物。但是针对特定类型的底物设计高效降解酶系十分困难,应考虑底物的类型、底物的组成和物理性质、多糖的聚合度以及不同降解酶组分的生化性质等。本文从不同植物木聚糖的结构异质性与合成复杂性方面展示了其抗降解屏障,同时介绍了木聚糖主链降解酶系及侧链降解酶系的多样性以及协同降解作用,综述了复杂生境中微生物种群产生的混合酶系、降解菌株产生的高效酶系,以及基于特定木聚糖底物改造并定制简化高效的酶系统。随着不同种类木聚糖精细结构和木聚糖降解酶底物特异性的深入研究,针对特定底物类型进行绿色高效木聚糖酶系定制,加速木聚糖类底物的降解,从而实现木质纤维素资源的绿色高值化利用。     

多环芳烃降解菌筛选及其降解特性

通过选择性富集培养,从辽河油田稠油污染土壤4号土样中,获得了能以高浓度菲(2000mg·L^-1)为唯一碳源和能源快速生长的优势菌系和优良菌株ZL5．16S rDNA核苷酸序列分析表明,ZL5菌株归类于鞘氨醇单胞菌属,分得的菌系和菌株有较强的降解菲能力,120h混合菌系降解了投加菲的95．28％,菌株降解了69．24％,但它们对芘的降解能力均较低,外加碳源葡萄糖可提高菌系和菌株的菲、芘降解能力,加量多。提高幅度大,但超过一定量。降解速率开始下降,表现出抑制效应。所以,应用时需控制适宜的浓度。     

乳白耙齿菌F17对共存菲、蒽的降解差异性

【目的】通过对影响乳白耙齿菌F17 (Irpex lacteus)降解共存菲、蒽因素的研究,比较共存的菲和蒽降解性能的不同,并结合降解中间产物的分析,初步探讨其降解途径。【方法】采用GC-MS测定菲和蒽的浓度,并通过质谱图分析降解产物。【结果】共存的菲和蒽在初始浓度均为5 mg/L时生物降解率较高,分别为93%和85%以上。乳白耙齿菌F17在pH 3.0–8.0能较好地降解共存的菲,在pH 4.0–8.0范围内可较好地降解共存的蒽。菲的生物降解过程对低温的适应性比共存的蒽要好,共存体系的最适降解温度是30°C。在酶的作用下,蒽转化成邻苯二甲酸,菲转化为邻苯二甲酸或邻苯二酚。【结论】实验结果表明,当菲和蒽共存时,不同条件下乳白耙齿菌F17对菲的降解效果均比蒽要好,而且菲的总降解速率比蒽要快,作为同分异构体的菲和蒽,由于3个苯环位置的不同而表现出降解性能和降解途径上的差异性。     

石油污染土壤中菲、蒽和正十六烷的微生物降解

在模拟自然条件下,考察了芳香烃(菲、蒽)和脂肪烃(正十六烷)单独存在以及共存于土壤中时,土著微生物对它们降解的影响。结果表明,土著微生物对它们的降解均符合一级反应动力学。菲、蒽或正十六烷单独存在于土壤中时,其微生物降解速率常数分别为0.0226、0.0283和0.0096 d^-1。菲和正十六烷共存时,正十六烷能够作为土著微生物降解菲的共代谢底物,促进菲的降解,使菲的半衰期比其单独存在于土壤中缩短44%;同时,正十六烷的加氧酶被菲诱导,使其活性提高而增强对正十六烷的降解作用,其微生物降解半衰期比其单独存在于土壤中缩短49%。菲和蒽共存促进了土著微生物对菲的降解,却抑制了对蒽的降解。     

生物质多糖的高效降解与降解酶（系）的精确定制

自然界中多糖类生物质资源十分丰富,然而其复杂的抗降解屏障限制了生物转化的进程.近年来,随着生物质多糖结构的快速解析以及大量多糖降解酶的鉴定研究,针对不同底物结构或产物需求,仿制高效微生物多糖代谢途径,精确定制多糖降解酶系,促进生物质高效转化已成为可能.本文分析中性多糖(纤维素和木聚糖)、碱性多糖(几丁质和壳聚糖)以及酸性多糖(褐藻胶)的精细结构组成与基团性质,总结3类多糖主要降解酶的活性架构特征及其底物精确结合模式.文章还阐述蛋白质工程设计与定制策略,针对酶分子不同功能区的分析,可为酶分子的功能快速设计与改造提供靶点,以获得适宜于工业应用的高效酶分子,此外,根据微生物胞外降解酶系的降解次序与协同关系,可基于应用需求精确定制复杂多糖降解酶系,实现生物质的高效与高值降解转化.     

黄孢原毛平革菌木素降解酶系的研究进展

黄孢原毛平革菌木素降解酶系主要由木素过氧化物酶、锰过氧化物酶和乙二醛氧化酶组成。由于该酶系特殊的降解机制,除了木质素,它能降解许多种类的有机污染物,因此在环保方面有巨大的应用前景。本文主要综述了国内外对该酶系的研究进展。     

青霉生产木质纤维素降解酶系的研究进展

木质纤维素降解酶系的高效生产是实现植物生物质大规模生物炼制的重要支撑。就地生产木质纤维素降解酶,有助于降低其使用成本,提高技术经济效益。青霉是自然界常见的木质纤维素降解真菌,可以合成分泌种类多样、组分齐全的木质纤维素降解酶系,已被应用于纤维素酶制剂的工业生产。文中从就地生产降解酶,为木质纤维素生物炼制构建“糖平台”的角度,综述了青霉木质纤维素降解酶系的性质、菌株遗传改造及发酵工艺的研究进展。     

植物细胞壁多糖合成酶系及真菌降解酶系北大核心CSCD

秸秆类植物细胞壁多糖高效降解转化对我国农业经济的绿色可持续发展具有重要意义,然而植物细胞壁在长期进化过程中形成了复杂结构限制了工业化酶解转化的过程。一方面从植物细胞壁多糖合成酶系的多样性、细胞壁多糖成分的复杂性、超分子结构的异质性等方面综述了形成植物细胞壁抗降解屏障的原因;另一方面从真菌降解植物细胞壁酶系的多样性、不同菌株降解酶组成差异性等分析降解转化植物细胞壁时发挥的不同作用,从而为工业转化合理复配真菌降解酶系,提高秸秆生物质的利用效率提供理论支持。     

双加氧酶活力对细菌降解菲的指示作用

在液体培养基中选用两种石油降解细菌进行菲降解实验,研究了菲降解率和双加氧酶活力的变化。结果表明,菲降解率受其浓度的影响,当菲浓度为100mg·L-1时,其降解率为最高。而菲浓度高于100mg·L-1时,其降解率下降。实验发现在菲浓度为50～250mg·L-1条件下,细菌的双加氧酶活力与其菲的降解率存在较好的相关性,对细菌降解菲具有指示作用,可将双加氧酶活力作为菲降解率变化的评价指标。     

降解性细菌对菲诱导的蛋白及酶活性应答反应

测定了3株以菲为唯一碳源的芽孢杆菌属(Bacillus)菌株(BA11、BA19和BA27)的降解能力、多酚氧化酶和过氧化氢酶的活性及蛋白变化．结果表明,当菲浓度在200mg·L^-1以下时,3株菌多酚氧化酶和过氧化氢酶的活性随菲浓度的提高变化不大,其中BA19和BA27菌株表现出较高的稳定性．当菲浓度为200mg·L^-1时,BA27诱导表达了一条分子量为27000道尔顿的新蛋白条带,同时有些蛋白的合成受到抑制．因此可以认为,诱导产生的新蛋白与其污染条件下的细菌降解能力及稳定性有关．     

植物细胞壁多糖合成酶系及真菌降解酶系

秸秆类植物细胞壁多糖高效降解转化对我国农业经济的绿色可持续发展具有重要意义,然而植物细胞壁在长期进化过程中形成了复杂结构限制了工业化酶解转化的过程。一方面从植物细胞壁多糖合成酶系的多样性、细胞壁多糖成分的复杂性、超分子结构的异质性等方面综述了形成植物细胞壁抗降解屏障的原因;另一方面从真菌降解植物细胞壁酶系的多样性、不同菌株降解酶组成差异性等分析降解转化植物细胞壁时发挥的不同作用,从而为工业转化合理复配真菌降解酶系,提高秸秆生物质的利用效率提供理论支持。     

采用酶液活性测定法快速筛选及构建石油烃高效降解菌系

快速筛选复杂有机物降解微生物混合菌系,在污染物治理过程中具有重要的实践意义.本研究首次尝试利用MicroResp^TM技术分析微生物酶液活性的方法,快速标定高效降解菌及混合菌系的石油烃降解能力,并采用传统的摇瓶培养检测法予以验证.通过微生物胞内、胞外及混合酶液的活性分析,考察了不同酶系(胞外、胞内及混合酶液)、菌系对石油烃分子的降解情况.结果表明: 结合MicroResp^TM技术的酶液活性测定法能够快速检测石油烃代谢酶系的降解能力,其灵敏度好、通量高,与传统的菌株摇瓶培养方法的检测结果基本一致.其中,7株菌株的120种全组合菌系活性测定试验在12 h周期内1次完成.筛选周期由传统摇瓶培养所需的7 d缩短10倍以上.以酶活性测定结果为指导设计的复配菌系具有较高的降解效率,最高石油烃降解率达(56.1±1.6)%.表明本筛选方法精度高、通量高,可用于石油烃降解功能菌系的构建.     

木聚糖降解酶系基因代谢调控研究进展

木聚糖是半纤维素的主要组成部分,是一类数量很大的再生生物资源,工业利用前景广阔。木聚糖降解需要多种酶的参与,主要有木聚糖酶、木糖苷酶、α-葡萄糖醛酸酶、乙酰木聚糖酯酶、阿拉伯糖酶、阿魏酸酯酶、p-香豆酸酯酶等。主要综述了木聚糖降解酶系基因代谢调控的研究进展,主要包括转录激活因子XlnR、抑制蛋白CreA、不同诱导物、pH值、HAP-CCAAT复合物等对木聚糖降解酶系基因表达的影响,最后探讨了木聚糖降解酶系基因代谢调控存在的问题,并对今后的研究进行了展望。     

真菌降解木质素研究进展及在好氧堆肥中的研究展望

综述了近十年来真菌降解木质素的研究进展,包括木质素的存在与结构,真菌降解木质素生物学、酶系及作用机理、生理学以及在环境工程中应用方面的研究进展,并对好氧堆肥处理城市垃圾中木质素生物降解的研究作了展望 。     

盐碱土壤PAHs 降解菌的筛选鉴定及其降解特性

采用富集培养的方法,从天津大港油田PAHs污染盐碱化土壤中分离出一株能以菲、芘为唯一碳源和能源的优势菌TJB5。经形态观察和16S rDNA序列分析结果表明,该菌株为成团泛菌(Pantoea agglomerans)。采用液体培养的方法,研究了pH、盐度、菲芘的初始浓度对TJB5菌株降解菲芘效果的影响,确定了最佳降解条件。结果表明,该菌对菲、芘的降解具有较广泛的pH、盐度范围和良好的降解效果。在菲、芘浓度分别为50 mg/L、pH 6.8-9.5、盐度2%-3%、温度30°C条件下,接种15 d后菲降解率在93.3%以上,芘降解率在20%以上。     

阿魏酸酯酶基因克隆表达调控及其应用进展

阿魏酸酯酶作为微生物降解植物多糖的酶系的一部分,其从细胞壁中降解多糖获得芳香酸和单多糖的能力越来越受到重视.主要介绍了阿魏酸酯酶研究进展,包括阿魏酸酯酶的研究现状,酶-底物分子对接模型、阿魏酸酯酶基因克隆表达、重组与调控以及应用.     

多环芳烃降解菌X20的鉴定及降解特性

从多环芳烃降解高效的混合菌群中分离筛选到1株多环芳烃降解菌X20,经形态观察和16SrRNA序列分析,属于假单胞菌(Pseudomonas sp.)。采用室内摇瓶培养的方法,研究了该菌在不同环境条件下对菲和芘的降解。结果表明:弱碱环境有利于菌株X20对菲和芘的降解,最适pH为8.0;葡萄糖对菲芘降解率的影响呈抛物线变化,当葡萄糖浓度为0.2%时,X20对菲和芘的降解达到最高;X20对菲和芘的降解率随其初始浓度的上升而降低,菲和芘在初始浓度为10、20和40mg.L-1时的7d降解率分别为56.3%、39.25%、29.75%和41.8%、29.55%、23.50%,芘对X20降解的抑制强度高于菲。本研究结果将为构建高效的多环芳烃降解菌群,提高多环芳烃原位污染土壤的生物修复效果奠定基础。