Mn(Ⅱ)氧化细菌的微生物学研究进展

Mn(Ⅱ)氧化细菌广泛存在于自然界中,对其生理特性、氧化机制和功能等的研究,对于进行含锰水处理过程中生物除锰机理的探究具有重大意义.本文就国内外对Mn(Ⅱ)氧化细菌的氧化机理、酶学研究等进展进行了总结.普遍认为,Mn(Ⅱ)的氧化机理可分为:(1)间接氧化,即微生物通过新陈代谢作用改变自身微环境,如pH、Eh,从而实现Mn(Ⅱ)的化学氧化;(2)直接氧化,即锰氧化酶的直接催化氧化或通过特定的键合作用实现氧化.目前酶学研究中所涉及到的酶有:木质素过氧化酶、锰过氧化物酶、漆酶、木质素降解酶等,所涉及到的微生物有:生盘纤发菌、杆状菌、土微菌属、假单胞菌、真菌等.本文同时也提出了Mn(Ⅱ)氧化细菌的微生物学研究中存在的问题,对进一步的研究作了展望.表1参45     

过氧化物酶催化去除水体中酚类内分泌干扰物的研究进展

内分泌干扰物(EDCs)会干扰生物体的内分泌系统从而对人类、野生动物以及水生生物产生负面影响,这一问题已经引起了人们的广泛关注.广泛分布于自然环境中的辣根过氧化物酶(HRP)和木质素过氧化物酶(LiP),具有较强的催化氧化能力,能够催化去除雌激素、双酚A等多种具有内分泌干扰效应的污染物.本文在介绍辣根过氧化物酶(HRP)和木质素过氧化物酶(LiP)两种过氧化物酶的相关性质和催化氧化机理的基础上,从污染物结构与其催化去除效率关系的角度综述了过氧化物酶去除具有内分泌干扰效应的污染物的研究进展.为污水处理过程中过氧化物酶用于去除内分泌干扰物提供依据,并展望了其未来的发展方向.     

基于木质素生物降解的堆肥化接种剂开发

选取由农林废物堆肥中筛选出的木质素降解优势土著微生物枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)、铜绿假单孢菌(Pseudomonas aeruginosa)、黑曲霉(Aspergillus niger)、简青霉(Penicillium simplicissim)、栗褐链霉菌(Streptomyces badius),依据PLFA-PLS定量分析所得堆肥化2次发酵期有效的木质素降解微生物群落组成比例混合接种至稻草基质发酵瓶中,做1组L9(34)正交试验以优化混合比例,期望开发1种基于木质素降解的高效堆肥化接种剂.试验结果表明:混合菌剂具有较强的木质素降解能力,其对木质素的降解是木质素过氧化物酶、锰过氧化物酶、漆酶、纤维素酶和半纤维素酶共同作用的结果;当按照个数比细菌∶放线菌∶真菌为85∶5∶ 10,枯草芽孢杆菌∶铜绿假单孢菌为55∶25,黑曲霉∶简青霉为2∶1配比时,木质素、纤维素、半纤维素降解率最高,分别达到22.13%,48.97%和55.93%;在不灭菌前提下,按此配比接入菌剂,其木质素、纤维素、半纤维素降解率分别比不接菌剂发酵稻草提高19.16,38.25和46.30百分点.     

一组高效木质素降解复合菌的筛选

木质素的有效降解是秸秆等农业废物减量化及资源化利用的难点.采用连续驯化培养的方法,从农业废物堆肥过程升温、降温和腐熟3个阶段的微生物菌群中分别筛选驯化出3组具有木质素降解能力的复合菌MC1、MC2和MC3.通过初筛和复筛实验,筛选出一组性能稳定并具有高效木质素降解能力的复合菌,并对其继代培养的稳定性进行了验证.结果表明,从堆肥升温阶段筛选出的复合菌MC1的木质素降解能力最强.在37℃静置条件下液态发酵培养14d,d6时复合菌MC1各酶活值均达到最大,其中木质素过氧化物酶酶活为258.37UL-1,锰过氧化物酶酶活486.39UL-1,漆酶酶活为49.25UL-1;d14时木质素降解率达到36.25%.继代培养实验结果表明复合菌MC1具有较好的稳定性.图2表1参19     

黄曲霉A5p1脱色糖蜜酒精废水机理初探

研究自行筛选的一株黄曲霉(Aspergillus flavus)A5p1(保藏号CGMCC.4292)对糖蜜酒精废水(MSW)的脱色机理.在外加蔗糖情况下菌株A5p1对MSW具有较好的脱色效果,脱色率由14%增高至58%;脱色进程与细胞生长基本同步.从培养液中检测出3种木质素过氧化物酶——漆酶(Lac)及两种胞外过氧化物酶即锰过氧化物酶(MnP)和不依赖锰的过氧化物酶(MiP)的酶活,但是水平不高,认为此3种酶不是主要的脱色机制.发现由各种代谢过程产生的总H2O2生成速率与脱色率基本同步,同时在第4天达到最大值,随后下降;还原糖总消耗也在初期阶段较快.外加蔗糖后总H2O2生成速率增加10倍,达到0.0027 mmol·min-1·mL-1.认为体系中脱色机制可能与产H2O2的酶相关.紫外可见光谱分析和凝胶色谱分析表明脱色过程中有大分子物质降解.综上所述初步认为,黄曲霉A5p1脱色糖蜜酒精废水是一个受产H2O2酶影响、复杂的生物降解过程.     

消落带土壤黑碳降解过程中真菌群落结构及酶活特征

黑碳是生物质或化石燃料不完全燃烧或岩石风化形成的一种富含芳香族基团的产物,普遍存在于环境中,在全球碳循环中占有重要的位置。早期黑碳被认为是不可降解的,近年来许多证据表明黑碳是可降解的。腐生真菌降解是其降解的重要途径,该过程需要木质素降解酶的参与。然而,目前对降解黑碳的真菌群落结构和酶的种类和活性认识十分有限。选取消落带的典型土壤为研究对象,采用18S r DNA基因测序法,解析了消落带土壤黑碳降解过程中真菌群落结构,测定了木质素降解酶活性。结果表明,(1)该区土壤真菌以子囊菌(Ascomycota)和担子菌(Basidiomycota)为主。其中子囊菌以粪壳菌纲(Sordariomycetes)为优势类群,其次为散囊菌纲(Eurotiomycetes)、座囊菌纲(Dothideomycetes);担子菌以伞菌纲(Agaricomycetes)为优势类群。(2)木质素过氧化物酶(Li P)、锰过氧化物酶(Mn P)和漆酶(Lac)在该区土壤中均有不同程度检出,与Li P和Lac相比,Mn P活性相对较低。同时明确了研究消落带土壤黑碳降解应从水分对降解过程的影响和机制入手,并重视环境效应。该研究可为深入研究黑碳的生物地球化学循环提供重要依据。     

苯丙氨酸解氨酶的分子生物学研究进展

苯丙氨酸解氨酶 (Ｐｈｅｎｙｌａｌａｎｉｎｅａｍｍｏｎｉａｌｙａｓｅ ,ＰＡＬＥ .Ｃ .4.3 .1.5 )是一种只存在于植物及微生物细胞内的酶 ,主要分布于高等植物如小麦、大豆、玉米、土豆及酵母[1] 、真菌[2 ] 、链霉菌[3]中 .在 ｐＨ 8.8时 ,ＰＡＬ催化苯丙氨酸脱氨生成肉桂酸和氨 ,当过量的氨存在 ,如 ｐＨ 10时 ,ＰＡＬ催化肉桂酸和氨 ,氨化加成生成Ｌ 苯丙氨酸 (Ｌ ｐｈｅｎｙｌａｌａｎｉｎｅ) .利用ＰＡＬ这种逆向催化特性转化肉桂酸生产Ｌ Ｐｈｅ ,已在国内外投入商业规模开发 ,成为当前生物化工领域研究与开发的热点 .Ｌ Ｐｈｅ是人…     

木质素降解真菌的筛选及产酶特性

通过定性、定量系列实验从土壤中筛选到5株有木质素降解能力的低等真菌，经鉴定属于青霉属、镰刀霉属、曲霉属和木霉属，其中青霉属和镰刀霉属是土壤中木质素转化的主要作用者．降解能力最强的简青霉Penicillium simflitcissimum H5培养13d可降解Kraft木质素40．26％，产酶研究发现，该菌分泌胞外木质素过氧化物酶和漆酶，其中前者主要在培养前期产生，后者在整个培养过程中均有较好的活性．图4表1参14.     

油菜素内酯诱导黄瓜幼苗抗灰霉病研究

采用根际注射结合叶面喷施的方法,研究了油菜素内酯(Brassinolide,BR)对黄瓜灰霉病的诱抗作用及其生理机制.结果表明,BR降低了黄瓜幼苗的病情指数,最高幅度达28.4%,提高了苯丙氨酸解氨酶(PAL)、过氧化物酶(POD)和多酚氧化酶(PPO)活性,增加了木质素和类黄酮含量,促进了灰霉病菌侵染下黄瓜幼苗的生长发育,壮苗指数最高增加了23.4%.说明BR能诱导黄瓜幼苗对灰霉病的抗性,且最佳处理浓度为0.05mg/L.图3表1参28     

一株槭射脉革菌MY51的分离鉴定及对染料的脱色能力

通过对兔眼蓝莓叶片组织中分离得到的内生真菌MY51进行鉴定和产木质素降解酶活性检测,探讨该菌株对染料的脱色能力.通过形态学和分子生物学分类法对菌株MY51进行鉴定;对菌株MY51所产3种木质素降解酶酶活曲线进行测定;利用菌株MY51对固体条件下8种染料进行脱色能力的检测,筛选出较易脱色的染料后,以脱色效果较好的染料模拟污水染料,研究菌株MY51在静态条件下对不同浓度固体染料的脱色能力.结果表明,菌株MY51为白腐真菌——槭射脉革菌(Phlebia acerina),该菌株可以产木质素过氧化物酶、漆酶和锰过氧化物酶等木质素降解酶;且木质素过氧化物酶和锰过氧化物酶活性均在培养第8天达到最大值,分别为11.05、1.21 U/L;漆酶活性在第10天达到最大值18.52U/L;菌株MY51对不同的染料均有脱色效果,对活性红和活性黑的脱色效果最显著;但染料浓度较高时会对菌株MY51的脱色产生一定抑制作用,脱色15 d后,MY51对质量浓度为10、50、100、250和500 mg/L活性红脱色率分别为98.2%、94.5%、87.8%、88.3%和85.6%;对质量浓度为10、50、100、250和500mg/L的活性黑脱色率分别为98%、93%、83.3%、74.5%和65.5%.本研究表明菌株MY51对活性染料具有较好脱色能力,在染料废水处理领域具有一定的应用前景.(图10参31)     

Size exclusion chromatography for the removal of pigments from extracellular ligninolytic enzyme extracts from decayed wheat straw

Solid-state fermentation of wheat straw was carried out by a native white rot basidiomycete Daedaleopsis flavida strain 5A. Extract prepared from the 12-day decayed wheat straw contained extracellular ligninolytic enzymes like manganese peroxidase (MnP), manganese-independent peroxidase (MIP), lignin peroxidase (LiP) and laccase along with straw-degraded products and pigments. Sephacryl S-200 size exclusion chromatography in 16/100 column was used for the separation of these ligninolytic enzymes and straw-degraded products and pigments. Recovery of pigment-free ligninolytic enzyme activities as protein was 40% of the total proteins loaded and specific LiP activity increased 34 fold after size exclusion chromatography. Thus accurate estimation of LiP by veratryl alcohol oxidation assay was possible only after the removal of interfering pigments. The reproducibility of size exclusion chromatography is adjudged satisfactory from the consistent results obtained after seven repetitive uses of matrices.     

嗜碱细菌降解木质素的复合碳源共代谢研究Ⅱ—营养条件调控机制的研究

文章研究了在蔗糖（第一碳源）＋麦草木质素（第二碳源）的复合碳源组合方式培养条件下，嗜碱木质素降解菌降解木质素的降解率及营养条件调控机制对其的影响。结果表明，蔗糖初始浓度为1g/L，添加0．3％的T－80和0.5mmol/L的ABTS并静置培养对菌株的产酶及降解能力有较大的促进作用。     

Influence of glucose feeding on the ligninolytic enzyme production of the white-rot fungus Phanerochaete chrysosporium

The present work studied the influence of glucose feeding on the ligninolytic enzyme production of Phanerochaete chrysosporium in a nitrogen-limited (C/N ratio is 56/8.8 mmol/L) medium. Several sets of shaking flask experiments were conducted. The results showed that 2 g/L glucose feeding on the first day of the culture (24 h after the inoculation) simulated both fungal biomass growth and enzyme production. The manganese peroxidase (MnP) activity was 2.5 times greater than that produced in cultures without glucose feeding. Furthermore, the glucose feeding mode in fed-batch culture was also investigated. Compared to cultures with glucose feeding every 48 h, cultures with glucose feeding of 1.5 g/L (final concentration) every 24 h produced more enzymes. The peak and total yield of MnP activity were 2.7 and 3 times greater compared to the contrast culture, respectively, and the enzyme was kept stable for 4 days with an activity of over 200 U/L.     

深黄伞形霉(Umbelopsis isabellina)华2-1产油发酵培养条件优化

为开发微生物油脂资源,从富含油脂的土样中分离获得一株产油脂微生物——深黄伞形霉(Umbelopsisisabellina)华2-1,油脂含量达48.60%.采用单因素和正交实验方法,对深黄伞形霉华2-1的发酵培养条件进行优化研究.优化的培养条件为:葡萄糖100 g/L,酵母粉3 g/L,接种量为20%,初始pH值为5.0～6.0,MgSO4.7H2O和KH2PO4的添加浓度分别为0.5 g/L和2 g/L,培养温度为31℃,最佳发酵培养时间为168 h.华2-1在优化发酵条件下可获得菌体生物量、油脂产量和油脂含量分别为45.86 g/L、24.47 g/L和59.53%,较优化前分别提高了21.48%、33.42%和22.49%.因此,深黄伞形霉华2-1作为微生物油脂生产的新资源具有广阔的应用前景.     

Noncovalent immobilization of manganese peroxidases from P. chrysosporium on carbon nanotubes

Manganese peroxidases (MnP) from Phanerochaete chrysosporium were adsorbed onto multi-walled carbon nanotubes (MWNT). Four different loadings of MnP on MWNTs were investigated, and the maximum enzyme loading of 47.5 μg/mg of MWNTs was obtained in 12 h. The adsorbed MnP showed a catalytic activity of up to 0.1 U/mg of the weight of the system of MnP/MWNTs, with 23% of its original activity retained. The AFM image of the adsorbed enzymes indicated that a layer of MnP covered the surface of the MWNTs and retained its original three-dimensional shape. Amino-based nonspecific interactions may play the dominant role in the adsorption of MnP on MWNTs.     

基于动力学分析提高黑木耳多糖产量的pH控制策略

为了实现黑木耳(Auriculariaauricula)深层发酵生产胞外多糖的高产量和高生产强度的统一,在7L发酵罐中研究不同pH对A.auricula分批发酵生产黑木耳多糖的影响.A.auricula细胞生长的最适pH为5.0,而黑木耳胞外多糖合成的最适pH为5.5.恒定pH有利于合成黑木耳多糖,但降低了黑木耳多糖的生产强度.发酵液中较高的pH不利于葡萄糖的消耗,使得发酵结束时的残余葡萄糖含量随pH的升高而升高.分析不同pH条件下A.auricula发酵生产黑木耳多糖动力学参数,发现较低pH有利于加快底物消耗,而较高的细胞生长速率则出现在pH5.0,pH5.5时细胞则具有较高的胞外多糖合成速率和对葡萄糖的得率.在此基础上提出了A.auricula发酵生产黑木耳多糖的两阶段pH控制策略:0~48h控制发酵液pH5.0,48h后控制pH5.5.实验结果表明,采用两阶段pH控制策略,A.auricula胞外多糖产量比控制pH5.5时提高了8.1%,残留葡萄糖含量降低了15.2%,产生最大胞外多糖的时间缩短至96h,且黑木耳多糖的生产强度比pH5.5时提高了35.1%.图4表1参21     

嗜碱细菌降解木质素的复合碳源共代谢研究Ⅰ——复合碳源组合方式及氮源的选择

研究在碱性液体培养条件 (pH =1 0 .5)下 ,不同碳源组合方式对嗜碱木质素降解菌产酶及降解麦草木质素的降解率的影响。研究结果表明 ,在蔗糖 (第一碳源 ) +麦草木质素 (第二碳源 )的组合方式下 ,并将硝酸铵作为氮源且碳氮比为 1 :1 .2时 ,该菌株的产酶及降解能力效果理想。     

三相鼓泡塔生物反应器培养黄孢原毛平革菌合成木素过氧化物酶系

利用三相鼓泡塔反应器固定化培养黄孢原毛平革菌，可以高效地合成木素过氧化物酶系，固定化载体为聚氨酯泡沫塑料．实验表明，合成木素过氧化物酶和锰过氧化物酶的最佳通气量均是1．0vvm。在此通气量下，最大木素过氧化物酶的酶活达367U/L，最大锰过氧化物酶的酶活达4．72U／mL。在使用相同的培养基和固定化载体单位体积用量条件下，与摇瓶培养相比，酶活分别增大1倍和1．2倍．一定条件下，在三相鼓泡塔中可以进行重复间歇培养生产木素过氧化物酶，连续进行了5批培养，每批最大木素过氧化物酶的活力均在250U／L以上，最高酶活出现在第二批为480U／L，总培养时间达22d．图9参15     

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)     

温度两阶段控制策略发酵生产重组角质酶

为进一步提高重组Bacillus subtilis WSHB06-07发酵生产角质酶的产量和生产强度,在pH两阶段控制策略的基础上,考察了温度(27～40℃)对菌体生长和产酶的影响.研究发现,37℃适于菌体生长而30℃适于菌体产酶.通过分析发酵过程中菌体比生长速率及产物比合成速率的变化,确定了温度两阶段控制策略,即0～4 h时控制温度37℃,4 h后将温度调至30℃.通过采用这一优化策略,角质酶酶活和生产强度分别可达312.5 U/mL和13.02 kU L-1 h-1,相比恒定温度37℃控制模式下分别提高了83.4%和10.9%.图6表2参13