微生物代谢尼古丁的研究及其应用

尼古丁是烟叶中最主要的生物碱,也是影响烟叶品质的重要因素,其含量过高不但影响吸食的安全性,而且对环境也会造成危害.有些微生物能在烟叶醇化过程中代谢尼古丁,降低尼古丁的含量,而不影响烟叶原有的品质,并降低其对人类健康的危害.因此,尼古丁降解微生物有着非常好的应用潜力.本文综述了国内外尼古丁代谢微生物的种类、代谢途径、酶学研究、遗传研究以及相关应用研究的进展情况,展示了微生物方法和技术在处理烤烟尼古丁中的应用前景.     

尼古丁降解菌SCUEC1菌株的分离及其降解基因

【目的】分离并鉴定1株具有尼古丁降解能力的细菌,研究其尼古丁降解特性并对其降解基因进行分析,为尼古丁微生物降解提供基础。【方法】从烟草种植地土壤中分离1株具有尼古丁降解能力的细菌,通过16S r RNA基因和生理生化特性对该菌株进行鉴定,检测该菌株尼古丁降解率与生长量的关系,并进一步对该菌株进行尼古丁浓度耐受性测定,采用高通量测序技术对菌株进行全基因组测序,BLAST比对分析尼古丁降解相关基因。【结果】筛选到1株具有尼古丁降解能力的细菌,经鉴定命名为根癌土壤杆菌(Agrobacterium tumerficience)SCUEC1菌株,根癌土壤杆菌SCUEC1菌株尼古丁降解率可达到94.81%,该菌株在尼古丁浓度为0.50–5.00 g/L范围内生长良好且有较高的尼古丁降解能力。对根癌土壤杆菌SCUEC1菌株全基因组序列进行BLAST比对分析,推测该菌株的尼古丁降解代谢途径与中间苍白杆菌SYJ1菌株的尼古丁降解途径相似。【结论】本研究揭示了Agrobacterium tumerficienceSCUEC1菌株具备尼古丁降解特性,初步推测出尼古丁降解相关基因和降解代谢途径,为尼古丁微生物降解提供基础。     

一株尼古丁降解菌株Arthrobacter sp.D4的分离鉴定及其降解代谢途径

【背景】烟草在生产和加工中会产生高浓度的尼古丁废弃物,对环境造成较大的污染。【目的】筛选降解尼古丁的微生物菌种并解析其降解尼古丁的代谢途径,理解微生物如何降解尼古丁。【方法】用常规分离筛选方法、结合形态学观察和分子鉴定手段分离和鉴定菌株类别,进而利用单因素试验方法,通过设置不同的尼古丁浓度、温度和pH确定菌株降解尼古丁的最适发酵条件和降解率,利用气相色谱-质谱联用技术检测菌株在尼古丁降解过程中的主要代谢产物。【结果】获得一株以尼古丁为唯一碳源和氮源的节杆菌属(Arthrobacter)菌株,编号为D4;该菌株降解尼古丁的最适温度和pH分别为30.0℃和7.0;在1 g/L的尼古丁浓度下具备较快的尼古丁降解速率,培养18 h时尼古丁降解率可达到90%以上;尼古丁浓度≥4 g/L时菌株生长受到明显抑制;与目前报道的节杆菌属降解途径不同,该菌株降解尼古丁过程中产生了新的终产物N-甲基吡咯烷酮、可替宁及中间产物麦斯明。【结论】本研究分离鉴定到一株具有较快尼古丁降解速率的节杆菌,该菌株很可能存在新的尼古丁降解途径。     

烟草对常见口腔微生物生长影响的初步研究

初步研究吸烟对人口腔内常见微生物的影响。制备并分别取不同浓度的尼古丁、烟草浸出液、烟雾提取物,选择几种口腔中常见的微生物作为指示菌,混合培养后,观察并比较其对指示菌生长的影响;并通过采集男性吸烟与不吸烟志愿者漱口水,培养后观察比较2组间细菌种类和数量的差异。高浓度的尼古丁对多数指示菌有不同程度的抑制,低浓度对细菌有一定促进作用;不同浓度的烟草浸出液对指示菌生长的影响表现也不同;各浓度的烟雾提取物对实验菌均有明显抑制作用;对志愿者漱口液中微生物的研究结果表明,吸烟一定程度上改变了口腔微生物的种类和数量。吸烟对口腔微生物生长的影响因微生物种类不同各异。     

烟草废弃物中的难降解有机物的微生物降解研究进展

烟草废弃物的资源化利用及无害处理过程,需要利用微生物高效降解其中的难降解物质,如木质素与尼古丁。本文主要综述烟草废弃物中难降解物质的生物降解研究进展。迄今,已经发现了不少木质素和尼古丁的微生物降解菌株,对其降解机理及应用已有不少研究报道,但其在烟草废弃物处理中的应用方面报道较少。木质素和尼古丁降解菌可以用于废次烟叶（烟梗）木质素的消减和尼古丁去除,但同时也需要考察菌株的降解能力和应用环境的适用性。具备降解木质素和尼古丁双重功能的菌株更有应用前景,但迄今发现较少。基于全基因组分析和微生物组学技术的复合菌群的研究也是重要的研究方向,将推动含木质素和尼古丁等多种难降解物质的废次烟叶的处置技术发展和实际应用。     

无致病力青枯雷尔氏菌对烟草根系土壤微生物脂肪酸生态学特性的影响

为了探讨无致病力青枯雷尔氏菌对烟草根系土壤微生物群落结构的影响,测定了接种无致病力青枯雷尔氏菌RS-1403和清水对照的烟草根系土壤的磷脂脂肪酸(Phospholipid Fatty Acids,PLFAs),比较分析两种处理下的烟草根系土壤微生物PLFAs组成、含量、微生物群落结构及多样性的差异,以期从微生物群落水平解析RS-1403菌株胁迫对烟草青枯病的免疫抗病机制。结果表明,与对照相比,RS-1403菌株胁迫下烟草根系土壤微生物PLFAs的组成及含量发生了变化,分为5种变化类型,分别为下降型、无变化型、增加50%以下类型、增加50%—100%类型,增加100%以上类型,其中指示放线菌的10Me16∶0含量降低,为下降型,增加100%以上类型的PLFAs均指示革兰氏阴性菌。进一步分析表明,接种RS-1403菌株能改变烟草根系土壤微生物群落结构,促进细菌和真菌的生长,抑制放线菌的生长。接种RS-1403菌株能提高烟草根系土壤的群落优势度Simpson指数、群落丰富度Shannon指数和均匀度Pielou指数,增加土壤的微生物群落多样性。对RS-1403菌株胁迫下烟草根系土壤微生物亚群落分化的比较分析,显示RS-1403菌株处理组与对照组亚群落分化不同,当兰氏距离为2.56时,可将处理组和对照组均分为4个亚群落,但它们的各亚群落组成及特征不同。聚类分析表明,基本上可将取样期内的RS-1403菌株胁迫处理和清水对照的烟草根系土壤分别聚在两个不同的类群中,说明RS-1403菌株能明显改变烟草根系土壤微生物群落结构。     

外来种湿地松凋落物对土壤微生物群落结构和功能的影响

外来种湿地松是我国亚热带地区大面积造林树种,研究其凋落物影响下土壤微生物群落结构和功能的变化,对于全面科学的评价湿地松的生态影响具有重要的理论与实践意义。通过凋落物袋 小盆模拟试验研究,分两个时期(分解5个月和18个月)比较了外来种湿地松与本地种马尾松的凋落物对土壤微生物群落结构(磷脂脂肪酸)和功能(碳代谢)的影响,结果表明：(1)外来种湿地松凋落物的C:N高于本地种马尾松;(2)两个时期,湿地松凋落物处理土壤细菌和放线菌的磷脂脂肪酸含量均低于马尾松,18个月时湿地松凋落物处理土壤真菌含量和群落真菌/细菌显著高于马尾松处理;(3)湿地松凋落物影响下土壤微生物群落功能多样性显著低于马尾松;(4)土壤微生物群落的结构显著影响微生物的活性和功能多样性：土壤微生物群落碳源代谢的强度、多样性及丰富度与细菌磷脂脂肪酸含量呈极显著正相关,细菌特征脂肪酸14:0、15:0、a15:0、i16:0、16:1ω7c、a17:0和cy19:0的含量显著影响土壤微生物群落碳代谢功能。上述结果表明：与本地种马尾松相比,引进种湿地松的凋落物显著改变了土壤微生物群落结构,降低了微生物群落的功能。     

利用甲烷细菌处理废物

利用甲烷细菌处理废物日本贺岛公司最近研制成功了一种可有效地处理办公楼、餐旅馆和商业大厦等处的有机废物的处理系统。这种新的废物处理系统利用了可降解有机废物且耐高温的甲烷细菌。处理后产生的甲烷气体则可用作燃料，就地提供热水。汪开治编译（根据：（ＪａｐａＨ...     

烟草废弃物的综合利用

烟草(Ｎｉｃｏｔｉａｎａｔｏｂａｃｕｍ)为茄科烟草属植物,一年生或多年生,单叶互生,常有粘质柔毛。产于南美洲,我国引种烟草很早,产量颇大。目前国内外种植的烟草主要用作卷烟,我国是烟草生产大国,每年有450～500万吨出产,其中90～150万吨烟草废物不能应用于卷烟行业,造...     

不同减害材料对烟草薄片的减害效果研究

烟草薄片是一种新型的烟草制品,将之回用于卷烟生产过程,既实现了废烟料的综合利用,又提高了卷烟的内在品质。通过采用不同种类的减害材料处理薄片,经过检测分析主流烟气中有害成分含量的变化,筛选出柠檬酸钠、酒石酸钾钠、纳米TiO2-VK-TG01、纳米TiO2-VK-TG02、沸石分子筛这5种合适的材料,作为今后薄片减害的有效添加物。     

废烟叶提取液源尼古丁降解菌分离鉴定和特性

【目的】目前造纸法再造烟叶工艺已经成为我国重要的废烟叶处理和利用方式,该工艺中尼古丁的调控是很重要的待解决问题。从废烟叶提取液(Tobacco waste extract,TWE)中筛选高耐受高活性降解尼古丁微生物用来直接处理烟梗或烟末提取液中的尼古丁,可实现对尼古丁指标的调控。【方法】以尼古丁为唯一碳氮源的基本培养基为筛选平板,从废烟叶提取液中筛选降解尼古丁菌株;对分离获得的菌株进行形态、生理生化和16S r RNA基因序列分析比对,鉴定其种属;获得的菌株分别在基本培养基和废烟叶提取液中考察其生长和尼古丁降解效果。【结果】从废烟叶提取液中获得了一株尼古丁降解活性和耐受力较好的降解菌株Pseudomonas sp.JY-Q,且在TWE中也有较强的降解能力。【结论】Pseudomonas sp.JY-Q可用于水体和TWE环境尼古丁的降解,但共存的葡萄糖对其有抑制作用,有待深入研究。     

烟草生产废弃物提取烟碱的研究

从烟草生产废弃物中提取的烟碱是重要的医药和化工原料,本研究分析了不同烟草类型的废弃物烟碱含量,论述了烟碱在医药、农药和卷烟添加剂方面的用途,作为废物利用,开发天然产物具有十分重要的经济价值。     

Biodegradation of nicotine by a newly isolated Agrobacterium sp. strain S33

Aims: To isolate and characterize bacteria capable of degrading nicotine from the rhizospheric soil of a tobacco plant and to use them to degrade the nicotine in tobacco solid waste. Methods and Results: A bacterium, strain S33, was newly isolated from the rhizospheric soil of a tobacco plant, and identified as Agrobacterium sp. based on morphology, physiological tests, Biolog MicroLog3 4·20 system and 16S rRNA gene sequence. Using nicotine as the sole source of carbon and nitrogen in the medium, it grew optimally with 1·0 g l^?1 of nicotine at 30°C and pH 7·0, and nicotine was completely degraded within 6 h. The resting cells prepared from the glucose‐ammonium medium or LB medium could not degrade nicotine within 10 h, while those prepared from the nicotine medium could completely degrade 3 g l^?1 of nicotine in 1·5 h at a maximal rate of 1·23 g nicotine h^?1 g^?1 dry cell. Using the medium containing nicotine, glucose and ammonium simultaneously to cultivate strain S33, the resting cells could degrade 98·87% of nicotine in tobacco solid waste with the concentration as 30 mg nicotine g^?1 dry weight tobacco solid waste within 7 h at a maximal rate of 0·46 g nicotine h^?1 g^?1 dry cell. Conclusions: This is the first report that Agrobacterium sp. has the ability to degrade nicotine. Agrobacterium sp. S33 could use nicotine as the sole source of carbon and nitrogen. The use of resting cells of the strain S33 prepared from the nicotine–glucose–ammonium medium was an effective method to degrade nicotine and detoxify tobacco solid waste. Significance and Impact of the Study: Nicotine in tobacco wastes is both toxic and harmful to human health and the environment. This study showed that Agrobacterium sp. S33 may be suitable for the disposal of tobacco wastes and reducing the nicotine content in tobacco leaves.     

两株芽胞菌对烟草废料烟碱与绿原酸降解的研究

为综合利用烟草废料,筛选得到能有效降解烟碱与绿原酸的两株芽胞菌,考察了所选菌株对烟碱与绿原酸的降解特性。实验结果表明,菌株Bacillus sp．X6表现出较高降解烟碱能力,培养36h可将含烟碱6．04mg／g烟草物料中的烟碱降解60．3％,72h降解率可达87．6％;对绿原酸降解效果最好的是菌株Bacillus sp．Xy,培养48h将含绿原酸10．57mg／g烟草物料中的绿原酸降解了50．5％,72h可将绿原酸降解62．2％,     

Biodegradation of nicotine from tobacco waste extract by <Emphasis Type="Italic">Ochrobactrum intermedium</Emphasis> DN2

Ochrobactrum intermedium DN2 was used to degrade nicotine in tobacco waste extracts. The optimal temperature and pH of nicotine degradation by strain DN2 was 30–37 °C and 7.0, respectively. Under these optimal conditions, the average degradation rate of nicotine in a 30L fed-batch culture was 140.5 mg l⁻¹ h⁻¹. The results of this study indicate that strain DN2 may be useful for reducing the nicotine content of reconstituted tobacco.     

DN2菌降解烟碱的动力学及其应用研究

研究了菌株DN2降解烟碱的特性和对烟草废弃物中烟碱的降解情况。结果表明,该菌降解烟碱的最适条件为接种量为5 %,温度30 ℃,初始pH值为6.5。在该条件下,对初始烟碱浓度为500 mg/L的降解过程进行考察。结果表明,未经烟碱诱导的降解曲线呈倒S曲线,半衰期为17.43 h;经烟碱诱导的降解曲线符合Eckenfelder动力学模型,半衰期为4.10 h。添加0.1 %(质量分数)葡萄糖,可提高菌株DN2的烟碱耐受浓度,达5000 mg/L。菌株DN2能够降解烟草废弃物水提液中的烟碱（烟碱含量约为2220 mg/L）,60 h时烟碱的降解率为95.22 %,表明该菌在治理烟碱污染环境方面具有应用价值。     

Elimination of volatile compounds of leaf tobacco from air emissions using biofiltration

The composition of the volatile organic compounds (VOCs) of various leaf tobacco brands and their blends has been studied. The differences in the content of nicotine, solanone, tetramethyl hexadecenol, megastigmatrienones, and other compounds, determining the specific tobacco smell, have been revealed. A microbial consortium, which is able to deodorize simulated tobacco emissions and decompose nicotine, has been formed by long-term adaptation to the VOCs of tobacco leaves in a laboratory reactor, functioning as a trickle-bed biofilter. Such a biofilter eliminates 90% of the basic toxic compound (nicotine) and odor-active compounds; the filtration efficiency does not change for tobacco brands with different VOC concentrations or in the presence of foreign substances. The main strains, isolated from the formed consortium and participating in the nicotine decomposition process, belong to the genera Pseudomonas, Bacillus, and Rhodococcus. An examination of the biofilter trickling fluid has shown full decomposition of nicotine and odor-active VOCs. The compounds, revealed in the trickling fluid, did not have any odor and were nontoxic. The obtained results make it possible to conduct scaling of the biofiltration process to eliminate odor from air emissions in the tobacco industry.     

The kinetics of nicotine degradation,enzyme activities and genotoxic potential in the characterization of tobacco waste composting

This study aimed to determine nicotine biodegradation and the genotoxic potential of nicotine and its degradation products during the process of tobacco waste composting. Composting was carried out using two methods, i.e. the addition of 20% (bioreactor A) or 40% tobacco wastes to sewage sludge (bioreactor B) and control – sewage sludge (bioreactor C). Wheat straw was used as a structure-forming material. As a result of composting the contents of C and N in the bioreactors changed, the C:N ratio in bioreactor A changed from 22.8 to 13.00, and that in bioreactor B changed from 23.5 to 12.00. After composting, the biodegradation rate of nicotine was 78% in bioreactor A and 80% in bioreactor B, respectively. Using the Ames test it was shown that the composts produced did not exhibit mutagenicity.     

外源植物生长调节物质对烟叶中腐胺和烟碱含量的影响

水培的烟草打顶和打顶后喷施腐胺（Put）,烟叶中Put和烟碱含量均增加,钾含量下降,Put含量与烟碱含量之间呈显著正相关;打顶喷施吲哚乙酸（IAA）和赤霉素（GA3）的烟叶中Put和烟碱含量下降,钾含量上升;喷施茉莉酸（JA）的烟碱含量提高,而Put含量变化不大;喷施脱落酸（ABA）和6-BA的叶中Put含量下降。