盐碱湖硫循环及嗜盐嗜碱硫功能菌研究进展

硫循环是地球化学元素循环之一,微生物在其中发挥关键的驱动作用.深入认识微生物驱动的硫循环过程,将有助于探究生物地球化学循环机制.盐碱湖因具有完整的硫循环途径、丰富的硫功能菌种类,已成为研究硫地球化学循环的理想环境.总结近年来有关盐碱湖硫元素循环过程及嗜盐嗜碱性硫功能菌的研究进展.包括基于多种组学的盐碱湖微生物多样性分析以及嗜盐嗜碱性硫功能菌的应用,重点分析已经分离或完成测序的嗜盐嗜碱性硫氧化菌(11个属24个种)和硫还原菌(15个属25个种)的生理生化特点及系统发育关系,并且总结硫代谢基因的分布规律,明确盐碱湖中微生物硫代谢主要途径,其中细胞色素C硫化氢脱氢酶和Sox氧化酶系组成盐碱湖中硫氧化的最主要途径.初步形成了盐碱湖硫循环过程概貌、较完整的嗜盐嗜碱硫功能菌谱系及硫代谢途径,这将对认识地球硫元素循环,尤其是盐碱湖硫循环具有重要意义.建议将来加强开展有关异养硫氧化菌代谢过程、硫碳氮代谢之间关系及相互作用、影响硫循环过程的关键环境因子及调控手段等研究,进一步推进嗜盐嗜碱性硫功能菌的应用.(图7表4参83)     

云南,西藏热泉中主要微生物类群及其金成矿作用的研究

从地质微生物生态学的角度研究和阐述了云南和西藏热泉中主要微生物类群及其金成矿作用．发现了热泉中存在的嗜热好氧菌优势菌属为并孢杆菌（Racillus），放线菌中的优势菌属为链霉菌（Streptomyces），真菌中优势菌属为曲霉（Aspergillus），厌氧菌中优势菌为硫酸盐还原菌的脱硫肠状菌属（Desulfotomaculum）和核状芽孢杆菌属（Clostridium），对吸附聚金、沉淀金的功能菌进行的研究发现．嗜热细菌对溶解金有明显的吸附聚金作用，表明原溶液金大多富集于细胞体；并以芽孢杆菌属K12－1菌株等进行了吸附聚金条件试验．     

三种工业废水颗粒污泥的化学及微生物学组成

对ＵＡＳＢ反应器中处理酒精废醪、木材纤维板热压废水及石灰法造纸黑液颗粒污泥的化学及微生物组成进行了比较研究，结果表明：无机元素在颗粒污泥中的沉积与废水组成及运行条件密切相关；接种污泥中加入少量的颗粒污泥可作为新生颗粒污泥的生长核心；胞外多聚物有利于颗粒污泥的形成与稳定，其产量与颗粒污泥的生物量有关，其分布有一定的区域性；颗粒污泥的微生物组成与废水水质、运行温度及颗粒污泥所处的生理阶段等因素密切相关；丝状细菌，特别是索氏甲烷丝菌类似菌在颗粒污泥中起着重要作用；污泥颗粒化过程中各类生理菌群的增殖次序与其在厌氧消化过程中的功能次序一致。当发酵细菌、产氢产乙酸菌、同型产乙酸菌和产甲烷菌在每ｍＬ颗粒污泥中分别达到１０７－１０、１０５－７、１０６－８和１０５－６个时，可构成一个较稳定的厌氧微生态系统。     

室温条件下油藏采出液微生物群落结构稳定性

获得准确的油藏微生物群落信息是开展油藏微生物工业化应用的重要前提.为了解油藏采出液脱离油藏环境后微生物群落结构的变化以及一个时间点的单次取样的代表性,利用目前最先进的高通量测序技术,对胜利油田油藏采出液室温放置5 d内的微生物群落结构以及连续5 d独立取样的同一油井水样间的微生物群落结构开展研究.结果显示,室内放置0-5 d过程中,细菌和古菌群落结构中的优势菌群没有发生明显改变,细菌的优势菌为热硫还原杆菌属(Thermodesulforhabdus)、无色杆菌属(Achromobacter)、沙雷氏菌(Serratia)以及一些未分类的细菌,古菌的优势菌为古生球菌属(Archaeoglobus)、产甲烷球菌属(Methanococcus)和甲烷鬃毛菌属(Methanosaeta).但是细菌和古菌的多样性存在逐渐降低的趋势,其中古菌多样性的变化比细菌更为明显.同时研究也证实同一口油井连续5 d独立取样的样品间,细菌和古菌群落结构中的优势菌群也没有发生较大的变化,与室内放置样品的优势菌属一致,多样性分析同样发现油藏内不同时间点古菌多样性的波动较细菌的大.本研究说明油藏采出液室温放置短期内优势菌群结构具有稳定性,一次取样的油水井样品具有阶段代表性,这可为高通量测序技术在油藏微生物群落结构解析中的应用提供重要理论支撑.     

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。     

一株中度嗜盐硫酸盐还原菌的分离及生理特性研究

本文从四川自贡盐厂卤水污泥中，分离出一株中度嗜盐硫酸盐还原菌。菌体为短杆状，０．９－１．１×２．０－２．５μｍ，革兰氏染色阴性，形成芽孢，不含脱硫孤菌素。固体培养基上无Ｆｅ２＋时，菌落为半透明状；有Ｆｅ２＋时菌落为黑色，直径为１－３ｍｍ。利用乳酸盐作为碳源，利用乙酸盐时必须添加生长因子。能在５％－２５％（Ｗ／Ｖ）Ｎａｃｌ浓度范围内生长，最适生长浓度为９％－１３％（Ｗ／Ｖ）。最适生长温度为３５℃。最适生长ｐＨ值为７．０．根据形态和生理生化特征，该菌为脱硫肠状菌属，但与该属已报导的硫酸盐还原菌在嗜盐、碳源利用、最适生长温度以及其它一些特征上均有不同，因此可能是个新种。该菌是目前已报道的嗜盐浓度最高的硫酸盐还原菌。     

氯霉素对体外模拟人体肠道菌群的影响

研究氯霉素对人体肠道菌群结构及短链脂肪酸的体外影响，可为理解肠道细菌和真菌间的关系提供理论依据，并为肠道微生物的分离提供参考.借助模拟人体肠道发酵技术，通过Illumina HiSeq高通量测序分析氯霉素对发酵液中肠道微生物群落结构的影响，并利用气相色谱法测定菌群代谢产物短链脂肪酸的含量.发酵液中优势真菌为子囊菌门（Ascomycota）和担子菌门（Basidiomycota），优势细菌为变形菌门（Proteobacteria）、厚壁菌门（Firmicutes）、放线菌门（Actinobacteria）和拟杆菌门（Bacteroidetes）.与对照相比，门水平上氯霉素显著降低子囊菌门（P=0.045）的相对丰度，显著增加真菌norank(Eukaryota norank,P=0.017)的相对丰度；属水平上氯霉素显著增加普雷沃氏菌属7(Prevotella 7)和肠球菌属（Enterococcus）等细菌及酵母菌目（Saccharomycetales）和德福里斯孢属（Devriesia）等真菌的相对丰度，显著降低韦荣氏球菌科（Veillonellaceae）和Gloeotinia的相...     

青海湖嗜盐菌的分离与优势菌株QHL5的特性

采用高盐选择性培养基从20份青海湖水样中筛选分离获得35株青海湖嗜盐微生物.耐盐梯度实验分析表明:水体中以中度嗜盐菌为主,约占65.7%;弱嗜盐菌次之,约占25.7%;非嗜盐菌与耐盐菌相对较少,约占8.5%.其中优势菌QHL5的生长盐度耐受范围为0.04～3.0 mol/L,最适生长范围为0.3～0.9 mol/L,隶属于中度嗜盐菌.菌体形态和生长特性分析表明:QHL5菌落大小为4～6 mm,圆形或椭圆形,边缘整齐厚实,乳白色,中间微隆起,不透明,革兰氏染色阴性.显微形态呈杆状,最适生长pH为8.5～9.5,最适生长温度为35℃.生理生化、16S rRNA的全序列Blast和系统发育分析表明:QHL5菌株分类定位于γ变形菌纲海洋螺菌目盐单胞菌属樊氏盐单胞菌(Halomonas ventosae).通过80%乙醇法抽提胞内相溶物质,采用TLC法检测出该菌积聚四氢嘧啶.     

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     

高温条件下混菌发酵合成气产乙酸及其群落结构

合成气(主要包括CO、H_2和CO_2)通过生物转化生产高附加值的生物燃料和化学品已引起人们广泛关注,微生物菌群作为生物转化的酶催化剂对合成气发酵产物组成和效率十分关键.通过富集得到高温条件下分别稳定转化CO、甲酸钠和合成气的厌氧菌群,探究CO与甲酸钠转化菌混培物和合成气转化菌发酵合成气生成乙酸的能力,并分析其微生物群落结构.结果显示,CO-甲酸钠转化菌混培物与合成气转化菌在合成气发酵前期主要进行CO的产氢反应生成H_2和CO_2以及同型产乙酸反应生成乙酸,CO利用率为100%,CO反应速率分别为6.93和6.34 mmol L~(-1)d~(-1);随后同型产乙酸菌利用H_2和CO_2继续合成乙酸,两者的乙酸最大累积量分别为9.11 mmol/L和8.01 mmol/L.CO-甲酸钠转化菌混培物主要菌群为Thermoanaerobacterium、Romboutsia、Ruminococcus、Clostridium、Eubacterium、Moorella和Desulfotomaculum属,合成气转化混菌则主要含有Romboutsia、Thermoanaerobacterium、Moorella、Eubacterium、Acetonema和Clostridium属,其中同型产乙酸菌广泛分布于Ruminococcus、Clostridium、Eubacterium、Moorella和Acetonema属.本研究表明复配CO和甲酸钠转化菌可用于合成气高温发酵产乙酸,且转化能力优于合成气转化菌,结果可为合成气混菌发酵提供微生物资源和技术参考.     

皇竹草厌氧发酵产沼气特性

在中温(35℃)条件下,采用批量厌氧发酵对生长期为35 d和68 d的皇竹草的发酵特性进行研究.实验结果表明,两组不同生产期的皇竹草C/N均较低,分别为14.75和17.52.经过45 d的厌氧发酵处理,生长期为35 d的皇竹草产气率为243.77ml.g-1VS,在第1天和第15天出现两个产气高峰,第45天的产气结束;生长期为68 d的皇竹草产气率为247.06 ml.g-1VS,出现4次产气高峰,第45天日产气量为512ml.生长期为35 d和68 d的皇竹草发酵液中乙酸、丙酸、丁酸含量分别为48.48%—72.71%、5.64%—22.99%、6.84%—26.71%和42.51%—64.17%、5.83%—34.20%、10.98%—34.41%,丙酸型发酵和丁酸型发酵交替进行.发酵液的pH值均先降低后升高最后保持相对稳定.皇竹草适合作为沼气发酵的原料加以利用.     

温度和溶菌酶敏感菌株的L-谷氨酸合成

用温度敏感型菌株发酵生产L-谷氨酸不存在生物素亚适量问题,因此该方法在国际上被广泛使用.通常采用对出发菌株进行传统诱变的方法获得温度敏感型菌株.以谷氨酸棒杆菌CICC 10226为出发菌株,先克隆其ItsA基因,然后通过基因敲除的方法构建了突变菌株Corynebacterium glutamicum WT ΔL,该菌株同时具有温度敏感性和溶菌酶敏感性.经透射式电子显微镜观察发现,于38℃培养的突变株细胞与在30℃培养的同一种细胞相比,细胞明显增大,而出发菌株无该现象.发酵试验表明,在生物素过量的情况下,在发酵进入细胞产酸期后通过将发酵温度从原来的30℃提高到38℃,温度敏感突变株的产酸量增加近5倍.如果在发酵培养基巾添加适量的琥珀酸和乙酸,该菌株与不添加的在30℃培养的对照相比,产酸量增加近6.5倍.对于野生型出发菌株而言,在生物素过量的情况下,无论是否采用变温发酵方法都几乎不产酸.说明温度敏感突变株即使在生物素过量的情况下也能通过变温发酵诱导其合成并分泌产生L-谷氨酸.图10表1参13     

氨化预处理对生物质秸秆厌氧发酵的影响

为探明氨化预处理对小麦秸秆干式厌氧发酵产气量影响的内在原因,采用傅立叶变换红外光谱（FTIR）、扫描电子显微镜（SEM）、视频光学接触角测定仪（GBX）、热重分析（TGA）等方法,对氨化处理前后小麦秸秆中纤维结构的变化进行了多方面研究。结果表明,氨化预处理使小麦秸秆纤维部分官能团发生断裂,表层的亲水性增加,秸秆的热稳定性提高,并且氨化作用对纤维结构的破坏,有利于厌氧微生物接触到更多的可发酵物质,提高了秸秆的利用率,也表明小麦秸秆纤维结构的变化是厌氧发酵产气量提高的主要原因。     

鲜甘薯发酵生产燃料乙醇中的降粘工艺

鲜甘薯高浓度发酵生产燃料乙醇的瓶颈之一是醪液粘度高,容易堵塞管路,严重影响工业化生产和增加能源消耗,同时也会降低乙醇发酵效率.为解决此问题,进行了添加降粘酶系及其作用条件优化研究,结果如下:1)确定最适降粘酶系为四川禾本生物工程有限公司的纤维素酶,粘度由1.7×104mPa.s降到8.8×102mPa.s,并且降低了生产成本;2)确定降粘酶作用前高温处理条件:110℃,20 min;3)最适降粘酶对不同品种鲜甘薯高浓度发酵的降粘效果表明降粘酶对大部分品种鲜甘薯降粘效果较好,粘度均约为1.0×103mPa.s以下,最低粘度只有2.7×102mPa.s,粘度下降率均在95%以上;4)在确定最适降粘酶系和其作用前高温条件后,将其应用于工业化生产,加入降粘酶2 h后发酵醪液的粘度由1.8×105mPa.s下降到2.7×103mPa.s,发酵后终粘度仅为7.9×102mPa.s,发酵时间仅为23 h,乙醇浓度达到10.56%(V/V),进一步验证了该降粘酶系应用于工业化鲜甘薯燃料乙醇生产的实际意义.表8参19     

Optimization of fermentation process for saccharide-based fuel ethanol production by Saccharomyces cerevisiae北大核心CSCD

低成本、高产量的发酵工艺是实现工业燃料乙醇经济和环境可持续性发展的关键,而不需要重大基础设施改变或投资.为获得酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)利用甘蔗汁生产燃料乙醇的最优发酵工艺,首先对发酵体系的氮源条件进行优化;其次,在单因素试验基础上,以乙醇发酵效率为响应值,通过响应面法优化了燃料乙醇生产的发酵工艺,并通过补料分批发酵技术在5 L发酵罐中进一步扩大发酵.结果表明,以1.0 g/L (NH)SO和1.0 g/L酵母提取物作为发酵氮源,乙醇发酵效率和得率比对照可分别提高4.80%、9.52%.响应面设计获得的最优发酵工艺条件为在总糖浓度150.0 g/L、酵母提取物浓度2.0 g/L、发酵时间24.5 h、pH5.0、外加(NH)SO浓度1.0 g/L时,最高乙醇发酵效率可达到91.10%.在5 L发酵罐中采用补料分批发酵获得的最终乙醇浓度达到98.92 g/L,发酵效率维持在90%左右,乙醇生产力最高达到3.81 g Lh.本研究获得了一种高效生产糖质燃料乙醇的发酵工艺,可在较短时间内获得高浓度乙醇且消耗较少氮源,结果可为进一步利用糖质原料进行高效生物炼制及高浓度乙醇工业化生产提供参考.(图6表6参30)     

CO厌氧发酵制氢过程中的微生物特性及其影响因素

以发酵液中溶解的一氧化碳(CO)为底物,研究高温嗜热菌(Carboxydothermus hydrogenoformans)厌氧发酵制氢的工艺过程.通过C.hydrogenoformans菌的生长规律、絮凝能力和反应特性等实验研究,建立菌株的生长规律模型,得出微生物衰减系数和最大比生长速率.结果表明,C.hydrogenoformans菌产氢率高,絮凝效果好,用于连续CO生物发酵制氢工艺是可行的.对发酵制氢过程的影响因素进行考察,得出最佳食微比及CO对发酵制氢过程的抑制浓度等过程参数,为有效开发CO厌氧生物发酵制氢的工艺路线提供了参考依据.图4表2参17     

Growth and amylase production by Aspergillus oryzae during solid state fermentation using banana waste as substrate

Aspergillus oryzae, isolated from the starch rich litter soil, produced amylase when banana fruit stalk was used as substrate in a solid state fermentation system. The effects of incubation period, pH, temperature and various carbon sources on the production of amylase were studied. A maximum yield of 380U/mg was recorded on 96th hour of incubation. The amylase is tolerant to wide range of initial culture pH values (3 to 8) and temperature (25 to 35 degrees C), with an optimum pH of 5 and temperature of 35 degrees C. In SSF addition of starch (1%) increased the amylase production, when compared with other carbon sources used.     

鼎湖山针阔叶混交林生态系统水文过程研究

以鼎湖山针阔叶混交林（以下简称混交林）生态系统为研究对象，探讨了不同降水特征下森林生态系统水文过程，主要研究结果如下：（1）不同的降雨特征决定了不同的降雨过程和穿透雨过程，混交林生态系统穿透雨累积增加曲线与降水量的累积增加曲线变化是同步的；（2）2002年7月27日-28日特大暴雨最大降水量、最大穿透雨量分别为122．8nn和104．9mm,且穿透雨最大值出现的时间滞后于降水强度最大值出现的时间1h；（3）8月18日-20日特大暴雨，穿透雨量累积增加曲线与大气降水的累积增加曲线非常相似，且穿透雨最大值出现的时间略滞后与大气降水最大值出现的时间；（4）中雨时降水累积量达到最大值（59．6mm）与穿透雨累积量达到最大值（43．6mm）的时间一致；（5）树干流和地表径流量与大气降水量的累积变化曲线并不是完全同步的，在一定的降水量范围内，树干流量和地表径流量随着大气降水量的增加而增加；（6）无论是特大暴雨还是中雨发生时，即使在特大暴雨影响下，树干流（2．3～16．4mm）和地表径流（1．6～8．8mm）量都很小，系统具有很强的保水保墒能力；（7）混交林穿透雨强度变化过程基本取决于大气降水强度变化，树干流强度和地表径流强度数值很小且变化过程不明显。     

Age-structure, recruitment, and adult mortality in populations of the Atlantic surfclam, Spisula solidissima, from 1978 to 1997

The Atlantic surfclam, Spisula solidissima (Dillwyn, 1817), is a dominant member of the benthic community on the continental shelf from Georges Bank to North Carolina, USA. This bivalve has supported a major fishery, primarily off New Jersey and the Delmarva Peninsula, since the 1960s. Early papers documented that these populations were at historical lows in the mid-1970s owing to commercial harvesting and a hypoxic event off New Jersey. It was also shown that major recruitment took place off New Jersey in 1976 and off the Delmarva Peninsula in 1977. Because the size frequencies of surfclams from federal surveys do not show distinct year classes, there has been uncertainty about the number of year classes in these populations throughout the 1980s and 1990s. The present study describes changes in population age- and size-structure from 1978 to 1997 in federal waters (≥5.5 km from shore) of the USA. Given the 30 to 35 year life span of S. solidissima, these populations could be composed of many year classes. Yet, these populations were composed of only two to three year classes in 1978. Through annual recruitment, the number of year classes increased over time, and populations off New Jersey and the Delmarva Peninsula contained at least 19 year classes in 1997. This major change in population structure over time was not evident from examination of available size-frequency data, and could only be inferred from data on age-composition. Throughout the 1980s and 1990s, the surfclam fishery was supported by multiple year classes. The mean and variance of recruitment to the New Jersey region, as indicated by the abundance of 4-year-olds over time, was greater than that off Delmarva, particularly between 1980 and 1986. The instantaneous rate of adult mortality, which includes the effect of harvesting, was approximately 0.26 yr⁻¹ in each region. Received: 11 September 1998 / Accepted: 1 February 1999     

Multi-season climate synchronized forest fires throughout the 20th century, northern Rockies, U.S.A

We inferred climate drivers of 20th-century years with regionally synchronous forest fires in the U.S. northern Rockies. We derived annual fire extent from an existing fire atlas that includes 5038 fire polygons recorded from 12,070,086 ha, or 71% of the forested land in Idaho and Montana west of the Continental Divide. The 11 regional-fire years, those exceeding the 90th percentile in annual fire extent from 1900 to 2003 (>102,314 ha or approximately 1% of the fire atlas recording area), were concentrated early and late in the century (six from 1900 to 1934 and five from 1988 to 2003). During both periods, regional-fire years were ones when warm springs were followed by warm, dry summers and also when the Pacific Decadal Oscillation (PDO) was positive. Spring snowpack was likely reduced during warm springs and when PDO was positive, resulting in longer fire seasons. Regional-fire years did not vary with El Ni?o-Southern Oscillation (ENSO) or with climate in antecedent years. The long mid-20th century period lacking regional-fire years (1935-1987) had generally cool springs, generally negative PDO, and a lack of extremely dry summers; also, this was a period of active fire suppression. The climate drivers of regionally synchronous fire that we inferred are congruent with those of previous centuries in this region, suggesting a strong influence of spring and summer climate on fire activity throughout the 20th century despite major land-use change and fire suppression efforts. The relatively cool, moist climate during the mid-century gap in regional-fire years likely contributed to the success of fire suppression during that period. In every regional-fire year, fires burned across a range of vegetation types. Given our results and the projections for warmer springs and continued warm, dry summers, forests of the U.S. northern Rockies are likely to experience synchronous, large fires in the future.