产氢细菌FSC-15对稻草秸秆厌氧发酵产甲烷的影响

产氢细菌是厌氧发酵过程中重要的功能微生物.将分离自纤维素降解产甲烷复合菌系FSC的产氢细菌FSC-15回补至复合菌系,通过监测氢气产量、甲烷产量、脂肪酸浓度及秸秆降解效率,探究产氢细菌对水稻秸秆水解产甲烷代谢及微生物群落结构的影响.结果显示:添加菌株FSC-15使FSC中纤维素、半纤维素和木质素降解率分别提高了17.33%、28.61%和47.21%,对复合菌系FSC中秸秆降解效率有一定促进作用.培养第3天,氢气产量相比复合菌系FSC提高了41.18%,为产甲烷菌提供更充足的底物,使甲烷产量提高1倍.高通量测序结果显示,Ruminococcaceae和Methanobacteriaceae分别是水稻秸秆厌氧发酵产甲烷体系中水解纤维素和产甲烷的主要类群,Methanobacteriaceae是厌氧发酵体系挥发酸含量较高时产甲烷的主要物种,补加产氢细菌FSC-15对厌氧降解纤维素产甲烷菌系中的细菌群落结构无明显影响,但可以改变古菌的物种多样性及丰度.本研究证明向水稻秸秆厌氧发酵体系补加功能微生物能有效提高体系甲烷产量,可为调控水稻秸秆厌氧消化技术提供理论支撑.     

间隙灌溉和控释肥施用耦合措施对稻麦轮作系统土壤微生物群落丰度的影响

间隙灌溉模式下控释肥施用可减缓稻麦轮作系统CH_4和N_2O排放交互排放效应,从而降低综合温室效应,然而有关间隙灌溉和控释肥施用耦合措施对稻麦轮作系统土壤微生物的影响鲜有研究。通过采集稻麦轮作系统田间原位试验新鲜土样,采用核酸定量技术研究间隙灌溉和控释肥施用耦合措施下稻麦轮作系统土壤微生物群落丰度的变化,以探讨此耦合措施降低稻麦轮作系统降低CH_4和N_2O排放的微生物机理。结果发现,除古菌外,稻季土壤细菌、产甲烷菌、甲烷氧化菌、氨氧化菌和反硝化菌群落丰度均高于麦季;间隙灌溉显著影响稻田产甲烷菌、甲烷氧化菌、氨氧化菌和反硝化菌数量的季节变化;与尿素相比,施用控释肥增加了稻麦轮作系统细菌、古菌和产甲烷菌数量,降低了甲烷氧化菌、氨氧化菌、反硝化菌数量。稻季CH_4和N_2O的排放量与土壤微生物丰度之间存在显著相关性:CH_4排放量与古菌、产甲烷菌和甲烷氧化菌数量均呈极显著正相关关系(P0.01),而与氨氧化菌数量呈显著负相关关系(P0.05);N_2O排放量与氨氧化菌、甲烷氧化菌、nirK型和nosZ型反硝化菌数量均呈显著正相关关系(P0.05),而与nir S型反硝化菌无显著相关性。研究表明,间隙灌溉和控释肥施用耦合措施通过影响稻麦轮作系统相关功能微生物的群落丰度进而减缓CH_4和N_2O气体的交互排放效应。     

微生物互营产甲烷研究进展

甲烷是仅次于二氧化碳的第二大温室气体,也是典型的可再生资源.目前大气中的甲烷约有74%来自微生物互营产甲烷过程.研究微生物互营产甲烷对于控制全球气候变暖和发展清洁能源都具有重要意义.本文主要对产甲烷菌的类型、互营产甲烷的过程、电子传递等方面进行综述.典型的有机物厌氧互营氧化要经历3个步骤,主要由3种不同的菌群完成,即发酵菌、互营菌和产甲烷菌.互营产甲烷过程释放的能量很低.在互营产甲烷过程中存在互营菌的种内电子传递和互营菌与产甲烷菌的种间电子传递.反向电子传递是互营菌种内电子传递的一种方式,表现为电子歧化和电子聚合,都需要消耗能量使得热力学上不利的氧化还原反应得以发生.种间电子传递包括种间氢气转移、种间甲酸转移和种间直接电子传递3种方式.未来人们可以利用基因敲除、高通量测序、计算生物学等方法研究互营微生物间底物和电子的传递,以及互营菌群对环境变化的响应机制,以便将互营产甲烷过程应用于实际生产.     

缺氧嗜甲烷古菌研究进展

综述了缺氧嗜甲烷古菌的分布、生态位、形态与代谢特征的新发现,并讨论了其与产甲烷菌的关系.在无氧条件下,缺氧嗜甲烷古菌与硫酸盐还原菌互养,氧化甲烷气体以阻止其进入大气.缺氧嗜甲烷古菌主要分布于深海甲烷渗漏区和冷泉区域,在其他多种缺氧环境中也能发现,由于还未获得纯培养,对这类微生物的生态位知之甚少.其细胞呈球状、杆状,有时聚集成球状集合体或连接形成丝状体.缺氧甲烷氧化可能经过"反甲烷合成"、"甲基合成"等路径.嗜甲烷古菌与产甲烷菌有着较近的亲缘关系,并且存在许多相似点.图1表1参37     

森林土壤氧化（吸收）甲烷研究进展

甲烷是一种重要的温室气体,对全球气候变暖的贡献仅次于CO2,约为25%。大气甲烷可以被土壤中甲烷氧化细菌在有氧条件下吸收利用,陆地生态系统森林土壤氧化吸收甲烷的研究已有大量报道。甲烷氧化菌是以甲烷作为唯一的碳源和能源的一类细菌的总称。但森林土壤在全球甲烷核算中具有一定的不确定性,取决于产甲烷菌和甲烷氧化菌的相对活性。甲烷氧化菌的研究集中在环境对氧化能力的影响和自身氧化能力上。大气甲烷氧化过程为高氧化能力低亲力氧化,受到一些因子,如土壤温度、土壤通气状况、pH、氮肥等的影响,具体机理的研究还有待进一步深入。土壤通气状况受土壤质地与土壤水分影响,土地利用类型可能改变土壤容重、土壤结构和土壤水分,进而影响土壤甲烷氧化。植物可以通过自身对生境的作用或化感作用影响土壤甲烷氧化。土壤动物的研究则相对较少,目前排放清单中仅有白蚁是全球甲烷核算所包括的。从甲烷氧化菌的分类出发,对甲烷氧化菌氧化甲烷的机理、菌的生态分布及甲烷氧化的影响因素、时空异质性、观测方法等作出了综述,为正确认识和准确预测森林土壤在一定气候和土地利用类型条件下的甲烷氧化强度提供理论依据。     

氮肥对土壤氧化大气甲烷影响的机制

综合评述了氮素对土壤氧化甲烷的抑制机制。包括 :( 1)竞争甲烷单氧化酶的竞争抑制机制 ,( 2 )代谢产物的毒害抑制机制 ,( 3)外源盐引起的微生物生理缺水抑制机制和 ( 4)氮素周转作用引起的抑制机制。提出了氧化菌竞争利用土壤空气有限O2 的竞争抑制机制 ,即氨氧化菌利用更多的土壤有限氧气→产生优势氨氧化菌→形成优势菌群→限制甲烷氧化菌繁殖和功能发挥的氨长期抑制土壤氧化大气甲烷的机制 ,并认为这种抑制作用是不可逆的     

微生物直接电子传递:甲烷代谢古菌研究进展

甲烷是重要的温室气体,同时也是广泛的可再生能源.深刻认识甲烷代谢过程中的微观机理可为人类实现甲烷的减排及其作为能源的合理利用打下坚实的理论基础.古菌介导的直接电子传递(DET)作为甲烷代谢的重要途径,已成为近年来环境微生物领域的研究热点.本文对互营氧化产甲烷、电能无机自养产甲烷以及厌氧甲烷氧化3个过程中参与DET的微生物进行综述,并着重阐述它们各自的发生机理. DET既存在于甲烷合成代谢,又涉及厌氧甲烷氧化.前者根据电子来源的不同,可分为微生物种间DET产甲烷和电能无机自养产甲烷两种类型.后者则是甲烷氧化古菌将甲烷氧化产生的电子传递至胞外电子受体.在甲烷合成代谢过程中,产甲烷古菌主要通过互营细菌外膜细胞色素蛋白、菌毛或导电性固体3种方式进行电子的直接吸收.相反,甲烷氧化古菌可通过外膜细胞色素蛋白将电子传递至胞外固体或微生物.今后对于古菌介导的DET研究将集中在甲烷代谢电子传递链的各个组成部分及其与细菌之间的相互作用,以便将DET机制用于实际问题的解决.     

水稻土甲烷氧化菌对镉胁迫的响应

重金属污染影响土壤微生物群落结构与活性,间接影响土壤碳（如CO2、CH4）的生物地球化学循环和全球气候变化。甲烷氧化菌氧化消耗CH4,降低大气中CH4含量,在缓解由温室气体导致的全球温暖化方面起着重要作用。本研究通过短期土壤培养实验,比较研究了不同强度重金属镉（Cd）胁迫下,水稻土中甲烷氧化菌的多度、群落组成及其氧化CH4潜势的差异。结果表明,添加Cd含量越大,水稻土氧化CH4潜势越弱,甲烷氧化菌pmoA基因拷贝数显著减少;甲烷氧化菌多度与水稻土氧化CH4潜势之间存在显著正相关关系（P〈0.001）。群落组成分析发现,在相对低含量Cd（1 mg.kg-1）条件下,有新的甲烷氧化菌菌属出现,而添加较高含量Cd（10 mg.kg-1）时甲烷氧化菌种类减少。总之,Cd胁迫降低水稻土中甲烷氧化菌多样性及其氧化CH4潜势,可能导致原位CH4消耗减少,从而增加稻田CH4排放。     

甲烷氧化菌培养基特异性分析

选取4种不同配方的甲烷氧化菌培养基,同时采集中石化江苏油田富安区块油气区和背景区地表土壤样品,利用平板计数法、基因定量和T-RFLP多态性片段分析技术分析和评估其培养效果.实验结果表明,在不同配方培养基培养条件下,油气区土壤样品中甲烷氧化菌数量及扩培后的甲烷氧化菌pmo A基因丰度均高于背景区样品,4种培养基均能区分油气区和背景区甲烷氧化菌数量差异.异常分离指数表明1号培养基在实验检测中对微生物数量异常分离度更高.T-RFLP多态性片段分析表明,4种培养基培养条件下的甲烷氧化菌多样性程度均较高,1号培养基对应的优势油气指示微生物甲基球菌和甲基暖菌相对丰度略高,从甲烷氧化菌群落多样性角度进一步证明了1号甲烷氧化菌培养基的特异性较强.本研究确认了1号培养基在实验检测中的可靠性和准确性,为油气微生物勘探提供了技术支撑.     

氮肥对土壤氧化大气甲烷影响的机制

综合评述了氮氧化甲烷的抑制机制。包括：（1）竞争甲烷单氧化酶的竞争抑制机制，（2）代谢产物的毒害抑制机制，（3）外源盐引起的微生物生理缺水抑制机制和（4）氮素周围作用引起的抑制机制。提出了氧化菌竞争利用土壤空气有限O2的竞争抑制机制，即氨氧化菌利用更多的土壤有限氧气→产生优势氨氧化菌→形成优势菌群→限制甲烷氧化菌繁殖和功能发挥的氨长期抑土壤化大气甲烷的机制，并认为这种抑制作用是不可逆的。     

产甲烷生化代谢途径研究进展

微生物产甲烷过程产生的甲烷约占全球甲烷产量的74%.产甲烷过程对生物燃气生产和全球气候变暖等都有着重要的意义.本文综述了产甲烷菌的具体生化代谢途径,其本质是产甲烷菌利用细胞内一系列特殊的酶和辅酶将CO2或甲基化合物中的甲基通过一系列的生物化学反应还原成甲烷.在这一过程中,产甲烷菌细胞能够形成钠离子或质子跨膜梯度,驱动细胞膜上的ATP合成酶将ADP转化成ATP以获得能量.根据底物类型的不同,可以将该过程分为3类:还原CO2途径、乙酸途径和甲基营养途径.还原CO2途径是以H2或甲酸作为主要的电子供体还原CO2产生甲烷,其中涉及到一个最新的发现——电子歧化途径;乙酸途径是乙酸被裂解产生甲基基团和羧基基团,随后,羧基基团被氧化产生电子供体H2用于还原甲基基团;甲基营养途径是以简单甲基化合物作为底物,以外界提供的H2或氧化甲基化合物自身产生的还原当量作为电子供体还原甲基化合物中的甲基基团.通过这3种途径产甲烷的过程中,每消耗1mol底物所产生AT P的顺序为还原CO2途径>甲基营养途径>乙酸途径.由于产甲烷菌自身难以分离培养,未来将主要通过现代的生物技术和计算机技术,包括基因工程和代谢模型构建等最新技术来研究产甲烷菌的生化代谢过程以及其与其它菌群之间的相互作用机制,以便将其应用于生产实践.     

准好氧填埋场垃圾样品中甲烷氧化菌的群落多样性分析

为了探讨准好氧垃圾填埋场中的甲烷氧化机理,本研究利用RealTime-PCR和PCR-DGGE技术对其中的甲烷氧化菌分别进行了定量分析和群落多样性分析。研究结果表明,PCR-DGGE技术可以用于垃圾样品中甲烷氧化菌的微生物多样性分析;在距导气管0、2.5、5.0、10.0和15.0 m处垃圾样品中甲烷氧化菌的数量分别为1.13×109、2.22×108、2.38×108、2.20×107和5.21×106g-1,呈现逐渐降低的趋势;垃圾样品中甲烷氧化菌的丰富度和香侬多样性指数依次为：0 m〉2.5 m〉5.0 m=10.0m〉15.0 m,此外,垃圾样品中甲烷氧化菌可归为：Methylocaldum（甲基暖菌属）、Methylobacterium（甲基杆菌属）和Methylocystis（甲基孢囊菌属）,且优势菌种为Type I型Methylocaldum。     

湿地生态系统碳汇与碳源过程的控制因子和临界条件

湿地生态系统由于其自身的结构组分特征,已成为地球表层系统中最为重要的碳汇。但是近年来对于湿地系统的不合理开发利用、降水减少等原因使其碳汇功能减弱,湿地的碳蓄积能力下降且有转变为碳源的趋势。文章从湿地生态系统的水份、植物类型、土壤厚度、微生物(底物、pH、温度、氧化还原条件)等方面总结了影响湿地碳汇/源过程的控制因子和临界交替条件。湿地水位的高低决定湿地的氧气环境,与甲烷产生量成正相关,但却与二氧化碳产生量有一定的负相关关系。湿地植物通过通气组织与根系分泌物等影响湿地碳的吸收与排放通量,湿地植株的高度、覆盖率等也是影响湿地作为碳汇与碳源的重要因素。不同深度土层由于其产甲烷菌、甲烷氧化菌等微生物活性不同导致各个土层碳吸收、排放通量的差异,通常浅层土壤中的CO2、CH4的产生率高于深层土壤。微生物的活跃程度直接影响到湿地碳的吸收与排放,影响活跃程度的因素包括湿地底物、pH、温度与氧化还原条件等。湿地底物浓度的增加会在一定程度上提高甲烷的产生率,中性或者是弱碱性环境是产甲烷菌的最适宜条件,在一定范围内温度越高,甲烷产生量越大,而温度对于二氧化碳的影响则是通过改变光合作用来实现。氧化还原电位与甲烷产生量成负相关关系,-...     

污水/城市污泥中抗生素对厌氧消化的影响研究进展

污水处理厂的现有工艺主要针对化学需氧量(COD)和氮/磷的处理,忽视了对抗生素的去除,导致污水厂出水及污泥中抗生素含量较高.厌氧消化是污水及城市污泥资源化的常用手段,但容易受残留抗生素的影响.从抗生素的残留情况、抗生素对生物气/甲烷产量及挥发性脂肪酸代谢过程的影响、抗生素对微生物群落结构的影响以及去除抗生素抑制的方法4个方面,综述污水/城市污泥中抗生素对厌氧消化体系影响的研究进展.研究表明,大多数抗生素会抑制生物气/甲烷产量并造成挥发性脂肪酸累积;水解酸化菌大多对抗生素不敏感,但互营有机酸氧化菌的活性容易受抗生素抑制;与氢营养型产甲烷菌相比,乙酸营养型产甲烷菌更容易受抗生素影响;预处理(热水解、臭氧氧化、碱处理)及添加外源介质(零价铁、活性炭等)等手段可以在一定程度上缓解抗生素对厌氧消化的抑制作用.未来应在属/种水平上深入探讨单一及联合抗生素对微生物群落结构的影响,并进一步开发削减抗生素和抗生素抗性基因的厌氧消化工艺,以加速实现污水/城市污泥的资源化进程并降低抗性传播风险.(表5参77)     

微生物法在油气勘探中的应用研究

石油天然气的微生物勘探法是通过测定土壤中以微渗漏轻烃为食物来源的微生物菌落来圈定烃类渗漏的范围.本文探讨了甲烷氧化菌、厌氧纤维素分解菌和硫酸盐还原菌在油气勘探中的意义,并将其作为指示微生物,以川西孝泉地区已知天然气田为例,对微生物油气勘查技术的试验效果进行研究.结果发现,在气田上方指示微生物存在明显异常现象,即在气田上方甲烷氧化菌、厌氧纤维素分解菌数量较少,硫酸菌还原菌较高;气田外缘甲烷氧化菌、厌氧纤维素分解菌数量较高,而硫酸菌还原菌较低.研究表明,微生物地表油气勘探技术用于油气预测是有效的.图2参12     

湿地生态系统碳汇与碳源过程的控制因子和临界条件

湿地生态系统由于其自身的结构组分特征,已成为地球表层系统中最为重要的碳汇。但是近年来对于湿地系统的不合理开发利用、降水减少等原因使其碳＂汇＂功能减弱,湿地的碳蓄积能力下降且有转变为碳＂源＂的趋势。文章从湿地生态系统的水份、植物类型、土壤厚度、微生物（底物、pH、温度、氧化还原条件）等方面总结了影响湿地碳汇/源过程的控制因子和临界交替条件。湿地水位的高低决定湿地的氧气环境,与甲烷产生量成正相关,但却与二氧化碳产生量有一定的负相关关系。湿地植物通过通气组织与根系分泌物等影响湿地碳的吸收与排放通量,湿地植株的高度、覆盖率等也是影响湿地作为碳汇与碳源的重要因素。不同深度土层由于其产甲烷菌、甲烷氧化菌等微生物活性不同导致各个土层碳吸收、排放通量的差异,通常浅层土壤中的CO2、CH4的产生率高于深层土壤。微生物的活跃程度直接影响到湿地碳的吸收与排放,影响活跃程度的因素包括湿地底物、pH、温度与氧化还原条件等。湿地底物浓度的增加会在一定程度上提高甲烷的产生率,中性或者是弱碱性环境是产甲烷菌的最适宜条件,在一定范围内温度越高,甲烷产生量越大,而温度对于二氧化碳的影响则是通过改变光合作用来实现。氧化还原电位与甲烷产生量成负相关关系,-150 mV是产甲烷菌产生甲烷的最高电位。总体上,由于湿地生态系统的复杂性和碳吸收与排放过程的复杂,以上这些因子相互作用,且在一定条件下会相互转化。最后针对如何充分发挥湿地生态系统的碳＂汇＂功能,控制湿地向碳＂源＂转化的条件措施方面进行了讨论,包括间歇灌溉、种植多年生草本植物或木本植物等来增强湿地的固碳能力。     

温度对厨余垃圾高温厌氧消化及微生物群落的影响

使用全混流反应器(CSTR),研究53℃和60℃条件下厨余垃圾的处理效果,同时利用T-RFLP(末端限制性片段长度多态性)以及16S rRNA基因克隆文库的方法,对微生物群落结构进行跟踪解析.结果表明,在温度为53℃、挥发性总固体(VTS)负荷为4 g L-1 d-1时,处理性能稳定,有机酸积累少,产气率约为900 mL/g VTS;当温度升高至60℃时,TOC和有机酸积累,产气率显著下降.微生物群落分析结果表明,当温度从53℃升高至60℃后,细菌群落从以发酵产酸菌群为主转变为以各类发酵菌和有机酸氧化菌为主,产甲烷菌群落中乙酸营养型产甲烷菌比例下降,而氢营养型产甲烷菌比例升高.运行温度从53℃升高至60℃后厌氧处理能力下降的主要原因是乙酸营养型产甲烷菌比例下降,乙酸的消耗需要通过乙酸氧化菌和氢营养型的产甲烷菌的协同作用,产甲烷速率降低,从而导致处理能力下降.图3表3参50     

产甲烷菌抑制剂对便秘小鼠结肠微生物菌群及代谢产物的影响

为研究产甲烷菌抑制剂(溴氯甲烷)对便秘小鼠的肠道微生物菌群及代谢产物的影响,选取60只5周龄雄性KM小鼠,随机分为3组:对照组、便秘组、甲烷抑制剂干预组.试验结束,采集小鼠结肠内容物通过高通量测序技术分析肠道菌群;气相色谱分析结肠内容物中短链脂肪酸含量;Real-time PCR技术分析肠道总菌及产甲烷菌数量变化.结果表明,溴氯甲烷处理后小鼠粪便颗粒数及粪便含水率显著增加,结肠内容物Lactobacillus及Streptococcus的相对丰度显著增加,Lachnospiraceae NK4a136 group,Lachnospiraceae_uncultured,Bacteroides,Muribaculaceae_norank及Staphylococcus的相对丰度显著降低,结肠菌群结构发生显著变化,产甲烷菌数量显著降低,但对总菌数量无显著影响.溴氯甲烷处理组总短链脂肪酸含量显著降低.本研究表明便秘小鼠在甲烷抑制剂干预后,结肠菌群结构及代谢产物均受到显著影响.(图7表2参22)     

氮肥对旱地土壤甲烷氧化能力的影响

甲烷是重要的温室气体之一，对全球变暖的贡献率是20％。大气中甲烷浓度的迅速增加与甲烷的源和汇的不平衡有关。土壤中存在甲烷氧化菌，在一定条件下可以氧化大气中的甲烷。不过土壤对甲烷的氧化能力受一些农业生产活动的影响。氮肥的施用对土壤甲烷氧化有一定的影响。长期定位施肥实验的结果表明氮肥对土壤甲烷氧化的影响主要来源于铵态氮而不是硝态氮，因为氨对甲烷氧化有着竞争性抑制作用。此外，长期施用氮肥还改变了土壤微生物的区系及其活性，从而降低甲烷的氧化速率。氮肥施用的短期效应则与土壤的耕作管理历史、土壤性质、氮肥施用量等因素有关。有机肥对土壤甲烷氧化的影响比化肥要低得多，其物理化学性质及施用方法的不同都会影响到土壤对甲烷的氧化。     

南极中山站排污口土壤中微生物群落的DGGE分析

以南极中山站排污口土壤为研究对象,提取样品中微生物宏基因组DNA,用变性梯度凝胶电泳(DGGE)对宏基因组DNA中的16S rRNA基因V3可变区进行分析,测定了31个不同条带所代表的序列.比较结果显示,排污口土壤样品与相同生境对照样品中的微生物类群组成均以CFB (Cytophaga-Flexibacteria-Bacteroides)类群和γ-变形菌纲(γ-Proteobacteria)为主,另外还有少量的α-, β-, δ-变形菌纲,和一些原核的藻类和革兰氏阳性细菌(G ). 但在排污口土壤样品中检出了传染性微生物毛球菌属(Trichococcus)和狡诈菌属(Dolosigranulum),以及丰富的小球藻(Chlorella),说明污水的排放已经对该地微生物群落造成明显的影响.