环境微生物资源信息库的构建及应用

【目的】开发一个收集环境微生物信息并能快速合成环境治理微生物群体的网站。【方法】在"中国科学院战略生物资源服务网络计划"的支持下,依托资源丰富的环境微生物实体保藏库,完善菌株功能、环境适应及生理生化相关信息,建立了环境微生物资源信息库(网址:http://www.envimicrobe.com)。【结果】该信息库主要包含"资源库"、"群体合成系统"两个模块,其中资源库收集整合了环境微生物实体库中菌株的功能特性、环境适应性、生理生化特性等信息;群体合成系统则将这些功能菌特征信息与目标污染治理对象的污染物信息、环境条件参数信息相匹配,快速合成针对性强的环境治理微生物群体,研制环境微生物复合菌剂产品。【结论】该信息库的应用,不仅可以帮助研究者快速获取相关微生物资源信息,高效快速地开展环境微生物相关研究,而且也将会促进环境微生物资源的产业化推广应用。     

天然生物质材料作为固定化载体的研究应用进展

微生物在实际应用中表现出巨大的功能潜力，但游离的微生物生产成本较高、作用效率较低、环境耐受性较差及可回收率较低，而固定化技术可以提高微生物上述性质且已在多个领域得到应用。固定化方法有多种，以吸附为基础的联合固定取得较显著成果，提高载体材料对微生物的吸附量及吸附力具有重要意义，开发高效、耐用、低廉的载体材料是微生物固定化技术得以推广应用的关键。综述了天然生物质材料固定微生物并用于环境治理的应用现状。对基于生物质材料的载体改性优化及菌丝球替代载体的相关研究进行了总结及展望，强调未来通过化学工程与基因工程相结合的策略调控微生物固定化应用效率。     

FISH技术在微生物生态学中的研究及进展*

分子生物学技术在微生物生态学研究中具有灵敏、精确和快速的优势,但不能提供微生物的形态学、数量性状、空间分布等信息。荧光原位杂交技术结合了分子生物学的精确性和显微镜的可视性信息,可以在自然生境中监测和鉴定不同的微生物个体,尤其是对难培养和未被培养的微生物进行检测。荧光原位杂交技术被广泛用于微生物群落结构诊断和评价,现已成为微生物分子生态学研究中的热点技术。对荧光原位杂交技术的发展和在微生物分子生态学中的应用进行了综述,探讨了该技术应用中存在的问题和发展前景。     

微生物固定化及其在环境污染治理中的应用研究进展

微生物固定化技术广泛应用于食品、轻化以及环保领域,其具有微生物密度高、生物活性好、环境适应性强、可反复利用等优点。本文对微生物固定化技术进行了概述,并通过典型案例重点阐释了其在水、土和大气等环境污染治理领域的应用进展。在水环境中,固定化载体可为不同类型微生物提供生存微环境和各自所需的生态位,提高了系统负荷和处理效能;在土壤环境中,其重要作用在于提高土壤中污染物的生物有效性,从而提升微生物修复效果;空气污染治理领域则更注重载体的机械强度及气液传质能力的提高。本文比较总结了微生物固定化技术在不同环境治理领域中的应用特点和优势,以期为今后的环境污染治理提供一定的参考。     

元蛋白质组学在微生物功能研究中的应用

后基因组时代,仅依靠基因组方法来研究原位微生物群落的功能已远远不够,在这种背景下元蛋白质组学研究逐渐兴起。应用元蛋白质组学技术可大规模研究原位微生物群落的蛋白质表达,分析生态系统中微生物的功能,寻找新的功能基因和代谢通路,为微生物群体的基因和功能多样性研究提供数据。同时,还可鉴定与微生物功能相关的蛋白质,这些蛋白质未来可以作为生物标记物为环境可持续发展铺路。综述了元蛋白质组学的发展概况及其在微生物功能研究中的重大作用,强调了元蛋白质组学方法在分析新功能基因及其相关基因,揭示微生物多样性与微生物群体功能之间的关系等方面起到的作用,并对其应用前景进行了展望。     

FISH技术在微生物生态学中的研究及进展

分子生物学技术在微生物生态学研究中具有灵敏、精确和快速的优势,但不能提供微生物的形态学、数量性状、空间分布等信息。荧光原位杂交技术结合了分子生物学的精确性和显微镜的可视性信息,可以在自然生境中监测和鉴定不同的微生物个体,尤其是对难培养和未被培养的微生物进行检测。荧光原位杂交技术被广泛用于微生物群落结构诊断和评价,现已成为微生物分子生态学研究中的热点技术。对荧光原位杂交技术的发展和在微生物分子生态学中的应用进行了综述,探讨了该技术应用中存在的问题和发展前景。     

异养微生物在金属生物淋滤技术中的应用

生物淋滤技术主要应用于低品位矿石金属选矿、煤气脱硫、废弃物中金属回收和污染介质中金属离子毒性的去除等方面。作为生物淋滤技术中的主体微生物之一,异养微生物可通过其产生的酸性代谢物还原、酸化及络合,提取或者溶解非硫化矿、固体废弃物、污水污泥及土壤中的金属,有助于解决目前的资源短缺问题,还可对污染环境治理提供技术支持,具有重要的理论意义和实践价值。应用于异养微生物淋滤技术中的常见微生物包括细菌(以假单胞菌为主)和真菌(以曲霉菌和青霉菌应用最为广泛)。淋滤过程涉及酸解、络合、还原及碱化等。目前,异养微生物淋滤技术主要应用于生物冶金、固体废弃物处理、污水处理和污染土壤修复等。本文分析了异养微生物金属淋滤过程中的问题,并提出了未来研究的发展方向。     

废水处理中群体感应调控行为研究进展

群体感应是微生物在繁殖过程中分泌一些特定的信号分子,当信号分子浓度达到一定阈值后,可以调控某些基因表达,从而实现信息交流的现象.群体感应调控着生物膜形成、公共物质合成、基因水平转移等一系列社会性行为,广泛存在于各类微生物信息交流中.活性污泥、生物膜和颗粒污泥等生物聚集体广泛存在群体感应现象,了解和认识群体感应与微生物之间的调控行为,对于废水处理具有重要意义.本文综述了感应信号分子的分类、群体感应调控机制,群体感应在活性污泥、生物膜、好氧颗粒污泥和厌氧颗粒污泥等废水处理中的调控行为的研究进展,并对废水处理中群体感应的研究进行了展望,以期为深入理解废水处理中群体感应调控行为提供参考.     

微生物展示技术在重金属污染生物修复中的研究进展

自然界对环境金属污染物的迁移和转化具有微妙而复杂的选择控制机理,生物修复技术以其投资少、效率高、可以原位处理低浓度有害污染物的特性而在环境治理中具有极大潜力。考虑传统的生物修复技术常常不能满足重金属治理的要求,基于重金属离子高效结合肽的微生物展示技术,有望在重金属生物修复中发挥重要作用。     

流式细胞术揭示出枯草芽孢杆菌多态异质性

新近的研究发现,微生物群体异质性现象普遍存在,与微生物群体许多关键功能密切相关.微生物群体中的多种异质性状态需要单细胞水平的分析技术才能被揭示,流式细胞术是获取异质性状态精确分布的重要工具.但微生物细胞尺寸微小、生物分子含量少、常常缺乏特异性试剂等都限制着传统流式细胞技术在微生物研究领域的应用.本论文采用新型的低背景、高灵敏度和高分辨率流式细胞仪,以增强的前向散射光、侧向散射光以及紫外光激发的细菌自发荧光水平这三个无需任何荧光标记就可以检测的信号为参数,首次揭示出不同生长状态的枯草芽孢杆菌具有复杂、动态的异质性状态分布.这一方法鉴定出的枯草芽孢杆菌多种状态及其与生理功能相关的、高度关联的变化,可能对该菌的生理变化规律及其分子机理的认识提供新的机遇.本论文也讨论了这一采用新型高灵敏度、高分辨率流式细胞仪测量非标记细胞参数的方法对于广泛开展各种微生物多态性研究具有巨大潜力.     

微生物组学及其应用研究进展

随着高通量测序技术和生物信息学的发展,尤其是宏基因组在人类肠道微生物鉴定方面的应用,微生物组学应运而生。概述了微生物组的多样性及其在人体健康、农作物生长、畜牧业发展、环境治理、工业生物技术产品生产等方面的应用,并对微生物组学的研究方向和应用前景作了展望。     

微生物分子生态学技术在污水处理系统中的应用

微生物分子生态学作为分子生物学与微生物生态学交叉而形成的学科,在污水处理方面广泛应用。本文从分子生态学实验技术角度,综述了目前污水处理系统中微生物群体结构、多样性及其与功能相关性的研究进展,探讨了分子生态学技术的发展与应用前景,并指出研究该体系微生物对于认识微生物系统发育地位具有重要意义。     

群体感应(QS)在牙菌斑形成中的研究进展

形成牙菌斑的生物膜中存在大量微生物,各种微生物通过高丝氨酸内酯(AHL)或寡肽等不同的信号分子产生群体感应(QS),形成的群体感应使各种微生物建立了区系平衡,对龋齿及牙周炎等口腔疾病的治疗产生严重影响。因组成生物膜的各种微生物对抗生素的敏感性和耐受性有显著差异,因此在治疗中增加了对宿主免疫的相应要求。为进一步探讨QS系统在牙菌斑形成中的作用特点,本文就牙菌斑的形成与抗药机制、群体感应系统及其信号分子、群体感应系统的抑制因子和研究展望进行综述。     

微生物燃料电池中产电微生物的研究进展

微生物燃料电池(Microbial fuel cell,MFC)作为一种新型的环境治理和能源技术,目前已得到研究者们的广泛关注。微生物燃料电池是一种利用微生物将有机物中的化学能转化成电能的装置,产电微生物作为生物催化剂,对微生物燃料电池的发展至关重要。不同种类的产电微生物,其电子转移机制与能力有所差异,直接影响MFC的产电性能,从而决定MFC在工程实践中的性能与应用。任何含有大量微生物的废水、污泥、沉积物都可以作为产电微生物的筛选来源,尝试从不同环境条件下分离筛选高效产电微生物有望促进MFC的进一步完善,从而加速其在环境中的应用。通过对微生物燃料电池的发展、产电微生物种类及其电子传递机制等进行总结分析,综述了MFC中产电微生物的最新研究进展,包括产电微生物的筛选方法、种类以及技术研究等,最后展望了今后在产电微生物方面的主要研究方向及MFC的发展前景,以期为产电微生物的的筛选和应用奠定相应的理论基础及提供思路。     

生物酶和微生物技术改善烟叶香气的研究进展

生物酶和微生物在烟叶醇化发酵过程中发挥着重要作用。目前,利用生物酶和微生物技术提高烟叶品质、改善烟叶香气,已成为烟草行业关注的热点。利用酶制剂处理烟叶可以降解烟叶的蛋白质、果胶、纤维素等生物大分子,以达到提高烟叶品质和改善烟叶香气的作用。利用微生物对烟叶进行发酵可以有效调整和改善烟叶内部化学组分的比例,增加烟叶中的香气物质。综述了生物酶和微生物技术在烟叶产香发酵中的研究进展及其在烟叶发酵机理及增香技术中的应用,重点阐述了微生物和生物酶提高烟叶香气、改善烟叶品质以及降解烟叶中蛋白质、淀粉、果胶、纤维素等大分子物质的研究现状,分析了目前微生物和生物酶在实际应用中存在的问题,以期为今后使用生物酶和微生物技术改善烟叶香气提供理论依据。     

微生物展示技术在重金属污染生物修复中的研究进展

自然界对环境金属污染物的迁移和转化具有微秒而复杂的选择控制机理,生物修复技术以其投资少,效率高,可以原位处理低浓度有害污染物的特性而在环境治理中具有极大潜力。考虑传统的生物修复技术常常不能满足重金属治理的要求,基于重金属离子高效结合肽的微生物展示技术,有望在重金属生物修复中发挥重要作用。     

微生物生态学理论框架

微生物是生态系统的重要组成部分,直接或间接地参与所有的生态过程。微生物生态学是基于微生物群体的科学,利用微生物群体DNA/RNA等标志物,重点研究微生物群落构建、组成演变、多样性及其与环境的关系,在生态学理论的指导和反复模型拟合下由统计分析得出具有普遍意义的结论。其研究范围从基因尺度到全球尺度。分子生物学技术的发展,使人们可以直接从基因水平上考查其多样性,从而使得对微生物空间分布格局及其成因的深入研究成为可能。进而可以从方法学探讨微生物生物多样性、分布格局、影响机制及其对全球变化的响应等。在微生物生态学研究中,群落构建与演化、分布特征(含植物-微生物相互关系)、执行群体功能的机理(生物地球化学循环等)、对环境变化的响应与反馈机理是今后需要关注的重点领域。概述了微生物生态学的概念,并初步提出其理论框架,在对比宏观生态学基础理论和模型的基础上,分析微生物多样性的研究内容、研究方法和群落构建的理论机制,展望了今后研究的重点领域。     

促进我国环境微生物学的发展—“第十次全国环境微生物学术研讨会”专刊序言

我国是世界上环境污染最为严重的国家之一, 环境治理工作日趋重要。随着分子生物学技术的发展, 在环境微生物学领域的科研工作者的不懈努力下, 我国在环境微生物学方面取得了许多重要成果, 使微生物在环境保护中发挥着越来越重要的作用。为了展现国内环境微生物科研工作者取得的最新进展,《微生物学通报》针对“第十次全国环境微生物学术研讨会” 组织出版了这期“环境微生物专刊”, 期望该专刊的出版有助于我国环境微生物学相关领域的交流和发展。     

论分子生物学技术在环境微生物研究中的应用

随着分子生物学技术在新时期的高速发展,越来越多的新方法、新技术被应用于环境微生物研究,本文简要介绍了荧光原位杂交、变性梯度凝胶电泳、末端限制性酶切片段长度多态性分析、基因芯片技术等在环境微生物研究中的应用,不仅可以在环境微生物研究中最大限度的获取微生物遗传信息,并可以对环境中微生物的多样性进行全面分析。     

微生物醌指纹法在环境微生物群体组成研究中的应用*

微生物醌是能量代谢过程的电子传递体,不同的微生物含有不同种类和分子结构的醌。因此,环境样品中微生物醌的组成,即醌指纹可在一定程度上反映微生物的群体结构。本文简要介绍了微生物醌的分析方法,并利用醌指纹对活性污泥中的微生物群体组成进行了解析。