土壤宏蛋白质组学蛋白质提取方法及其应用

土壤宏蛋白质组学在揭示土壤微生物功能、代谢与环境相互作用方面具有广阔的应用前景,但由于土壤样品的特殊性,土壤蛋白质提取步骤是限制土壤宏蛋白质组学大规模应用的瓶颈之一.本文从样品制备、提取方法、影响因素等方面综述了土壤蛋白提取方面的研究进展.一般来说,根据实验目的、蛋白种类及后续研究方法设计相应的分组成收集策略才能取得较好的提取效果.土壤总蛋白、胞内蛋白与胞外蛋白分别有不同的提取方法.总蛋白提取一般采用直接提取法;胞外蛋白不需要裂解;胞内蛋白提取方法有直接提取法和间接提取法等.裂解、浓缩、去除腐殖质的方法以及提取液、pH值的选择等也会影响提取效果.此外,简单介绍了土壤宏蛋白质组学的应用,并对今后的研究工作提出展望.表1参36     

动胶菌属系统分类、生理特征及其在活性污泥中的作用

微生物菌群一直是活性污泥研究过程中的关键问题,近年来通过分子生物学等研究手段已经发现动胶菌是活性污泥微生物菌群中的优势细菌.本文以活性污泥微生物菌群为出发点,重点梳理了动胶菌属分类学研究历史和现状,并建议在前期命名过程中出现的垂(悬)丝状动胶菌和生枝动胶菌ATCC 19623株及ATCC 25935株不应再作为动胶菌属细菌对待.同时介绍了动胶菌属细菌的基本特性及其在活性污泥法处理废水中降解有机物、除磷脱氮和吸附重金属离子等方面的应用,以及动胶菌胞外多聚物的组成和动胶菌优良菌株的选育.我们及合作者最近分析了两个喜树脂动胶菌的基因组并鉴定出参与菌胶团形成的一个大型基因簇,也实现了基因定点敲除等遗传操作.今后研究应重点关注动胶菌分子遗传学、功能基因组学及胞外多聚物生物合成和菌胶团形成机理、化学结构和性质.     

活性污泥胞外多聚物的研究进展

本文阐明研究胞外多聚物的重要性入手,从它的性质,来源,在污水和污泥处理中各方面的影响作用,以及胞多聚物的分离提取方法几方面,综述了活性污泥胞外多聚物的研究发展和现状,并提出了一些可供进一步的探索的问题。     

宏蛋白质组学:探索环境微生态系统的功能

宏蛋白质组学是近年来新出现的一种概念和研究技术,虽然现在已经开展的宏蛋白质组学的研究很少,但是在特殊极端环境中功能基因表达、特殊功能蛋白质的开发、生态元素循环等研究领域,宏蛋白质组学已经初步展示了其强大的功能.通过介绍并对比宏蛋白质组学常用研究技术和策略的优劣,发现在进行宏蛋白质组研究时,要根据研究对象和目的选取合适的研究技术和策略,才能达到预期的研究目标.宏蛋白质组学已经在少数生态环境的功能研究中取得了成功,也必将在深入认识环境微生物群落功能、新环境标志物发现和环境微生物相互作用等方面起到更大的作用.     

城市污水厂（A／O工艺）微生物群落结构及其动态变化

为了研究城市污水厂(A/O工艺)活性污泥中微生物群落结构及其动态变化,分别在运行不同时期从曝气池中提取活性污泥,通过细胞裂解直接提取活性污泥中的细菌基因组DNA,以细菌16S rDNA通用引物F357/R518,对活性污泥中提取的细菌基因组进行扩增,长约230 bp的扩增产物经变性梯度凝胶电泳(DGGE)分离,获得微生物群落的DNA特征指纹图谱.结果显示,城市污水厂(A/O工艺)活性污泥中的微生物群落非常丰富,在不同时期存在一些各自的特有种属和共有种属,细菌群落结构的演替与系统负荷存在一定的相关性.整体来说,微生物群落演替不明显,微生物群落相似性较高,群落结构较为稳定.     

Fe~(3+)除磷对缺氧好氧膜生物反应器工艺运行性能及生物除磷的影响

针对膜生物反应器(MBR)较长的污泥龄导致磷的处理效果差的问题,采用铁盐强化除磷,向反应器中投加n(Fe)/n(P)=2.0的Fe Cl3·6H2O,系统考察膜生物反应器对氮、有机物及磷的去除效果,重点考察膜生物反应器投加铁盐前后运行性能、活性污泥菌群及膜污染速率变化情况.结果显示,在氮、有机物去除方面,投加前后没有发生明显的变化,去除率始终保持在90%左右.在磷去除方面,投加前磷的平均去除率为52%,投加后去除率提高了近40%,去除效果显著提升.实验进一步研究了加入三价铁盐前后对活性污泥优势菌群和生物除磷的影响.铁盐的投加降低了活性污泥菌群多样性及部分已知聚磷菌的相对丰度,对生物除磷造成一定的负面影响.在膜污染方面,通过跨膜压差(TMP)记录分析此浓度的铁盐并没有导致膜生物反应器膜组件膜污染的加剧.本研究表明,该浓度(n(Fe)/n(P)=2.0)的铁盐进入膜生物反应器会对体系内活性污泥聚磷菌的相对丰度及生物除磷效率造成一定程度上的降低,但对膜污染没有明显影响,可以使出水各项指标尤其是磷的尾水排放浓度达标.     

生态强化法原位净化村镇污水微生物特性

为揭示生态强化法原位净化村镇污水机制与微生物特性,以常州市武进区前黄镇前桥污水治理示范工程底泥中微生物为研究考察对象,通过倒置显微镜镜检、磷脂脂肪酸(PLFA)分析手段对其进行了系统研究.镜检显示底泥中含有原生动物、轮虫以及菌藻.PLFA分析表明,底泥中饱和脂肪酸含量最为丰富,占76.97%;其次为单不饱和脂肪酸,占19.07%;最少是多不饱和脂肪酸,占3.96%.以脂肪酸生物标记量为指标,表明底泥的生态群落中是以假单胞杆菌、好氧细菌为主导.生态强化法原位净化村镇污水可能主要通过微生物的分解、水生植物的吸收以及藻类-水生动植物-细菌的协同作用实现对污染物的去除.     

土壤微生物污染诱导群落耐性研究进展

污染诱导群落耐性(PICT)是指生物群落为了在污染环境中继续生存,通过生理生化与遗传特征的改变或以耐性类群生物代替敏感类群,从而使整个群落产生耐性.目前人们已将PICT作为一项指标,从群落耐性方面来评价污染生态学的效应.目前PICT研究已涵盖了水生生物、陆地植物、微生物等,其中土壤微生物是PICT研究的重要群落对象.对土壤微生物群落PICT的研究始于上世纪90年代,并已在多方面取得进展,包括在研究方法上的一些突破和改进.在PICT产生和变化机理等方面也有新发现,如发现了土壤微生物群落PICT与污染物浓度存在较好的正相关关系,并且污染物能够引起土壤微生物群落对其他污染物的共耐性等.在PICT影响因素研究方面发现不仅环境因素会影响PICT的形成,而且检测方法也会影响对PICT的判断.论文较为全面地综述了国际上针对土壤微生物群落PICT的研究进展,包括PICT的概念、研究方法、污染物影响PICT的内在机制及影响PICT的关键因素等,最后提出了研究展望.     

小试膜生物反应器(MBR)中活性污泥微生物种群结构的演变

以膜生物反应器中的活性污泥为研究对象,考察接种驯化至膜污染时期的微生物群落结构的特征和演变过程.在试验运行中,定期采集样品提取DNA,并应用PCR-DGGE技术探究微生物菌群的变化.结果表明,在反应器运行接种5 d后,微生物群落结构已发生较大改变,与接种污泥相似性指数下降到47.8%;在运行的整个过程中,微生物种群多样性都要低于接种污泥,随着处理工艺运行,种群间进行逐步有序的演替.在运行后期,跨膜压力增速提高,此时占优势地位的菌种是Enterococcus faecalis、Comamonas sp.、不可培养的Fusobacterium sp.,可能是导致膜污染的主要菌种.     

三维荧光光谱结合化学分析评价胞外多聚物的提取方法

采用高速离心法、EDTA法、阳离子交换树脂法(CER)、甲醛法和甲醛 NaOH法提取普通活性污泥和好氧颗粒污泥的胞外多聚物(EPS),结合三维荧光光谱对五种方法进行评价,并对EPS中的成分进行分析.结果表明,5个EPS的三维荧光光谱峰值中,2个是类蛋白峰,2个是类富里酸峰,1个是类腐殖酸峰.匀浆对好氧颗粒污泥EPS的提取必不可少.甲醛严重干扰核酸的化学测定.透析前后的EPS提取液均应作为分析对象.单纯高速离心法无法有效提取EPS.CER法不容易造成细胞破壁,是一种比较有效的方法.虽然甲醛 NaOH法对EPS的提取量最大,但对细胞的破壁程度也最大.EDTA会导致溶胞,并严重污染EPS.甲醛 NaOH法和EDTA法都会严重干扰胞外蛋白的三维荧光光谱分析.     

序批式活性污泥(SBR)转移工艺的除磷机制

以城市污水为水源,进行了污泥转移SBR工艺的除磷机制研究.实验结果表明,通过污泥转移方式实现在生物选择器中强化对聚磷菌的筛选,从而显著提升了传统SBR工艺的除磷性能.污泥转移量对系统释磷性能影响显著,污泥转移量为30%条件下活性污泥PHB(poly-β-hydroxybutyric acid)含量达到细胞干重的24.3%,生物选择器中厌氧释磷与污泥中PHB合成呈现良好的正相关性.污泥转移量分别为15%、30%和40%下生物选择器中的平均释磷速率分别为7.00、11.17、8.83 mg TP·(g MLSS·h)-1.通过物料衡算表明,系统中传统PAO除磷机制起主要作用,并存在较弱的反硝化除磷过程.在污泥转移量30%、泥龄10 d条件下,传统PAO(Phosphorus accumulating organisms)代谢模式除磷量占76.81%,同化除磷量占15.43%,反硝化除磷量占7.76%.     

A2/O工艺强化反硝化除磷体系中微生物特性分析

为了更直观地认识反硝化除磷体系中生物脱氮除磷机理及运行状态,本文尝试了对A2/O工艺强化反硝化除磷体系在稳定运行期的活性污泥采取直接染色的手段,观察聚-β羟基丁酸(PHB)和聚磷酸盐(Poly-P)的沿程变化状况,同时结合活性污泥的电镜扫描图像,考察该系统的微生物菌群特征.试验结果表明,在厌氧阶段,微生物细胞内PHB的量大幅提高,上清液中磷酸盐的含量上升,聚磷酸盐含量明显下降,粒径为1~1.5μm、呈球状和棒状的菌群构成的葡萄状细胞簇占居优势;在缺氧阶段,微生物细胞内PHB的量下降,上清液中磷酸盐含量下降,聚磷酸盐含量上升,粒径为0.5~1μm的椭球菌与1.0~1.5μm的球杆菌占优势;在好氧阶段,微生物细胞内PHB的量较低或接近零,上清液中磷酸盐的含量接近零,聚磷酸盐含量明显上升,此时粒径1.0~1.5μm的球菌以单个或成对出现,球菌不再饱满,呈现接近消失的状态.相比之下,单纯的脱氮系统则不存在上述微生物特性的变化.图8参12     

土壤甲胺磷抗性细菌种群特征脂肪酸生物标记的分析（Characteristics of PLFA Biomarkers for Acephatemet Resistant Bacteria Isolated from the Soils）

应用高浓度甲胺磷培养基,对农药厂排污口土壤微生物进行分离,鉴定出21株细菌,分属13个细菌属.对甲胺磷抗性细菌脂肪酸的分析,共测定到38个脂肪酸生物标记(PLFA),这些生物标记分为4种类型,即1)高频次分布的生物标记,普遍存在于细菌类群,属于细菌总体类群(Bacteriaingeneral)的生物标记;2)中频次分布的生物标记,在细菌种出现概率中等,可以用于代表细菌属类群(Bacteriumgenus)识别生物标记;3)低频次分布的生物标记,在细菌中的分布概率较小,可以用于指示特定细菌种间差异的生物标记;4)微频次分布的生物标记,这种生物标记仅在一种细菌种类出现,是细菌种特征生物标记.利用脂肪酸生物标记分析同属细菌不同种的差异,可将假单胞杆菌属分为2类,第1类包括了铜绿假单胞菌、荧光假单胞菌、丁香假单胞菌,其特征为17:0CYCLO生物标记含量小于3.60%;第2类包含了伞菌假单胞菌、威隆假单胞菌、恶臭假单胞菌、温哥华假单胞菌,其特征为17:0CYCLO生物标记含量大于5.99%.利用脂肪酸生物标记的差异对甲胺磷抗性细菌种的聚类分析,能有效地将细菌类群分为3类,微生物群落中存在着稳定的生物标记和受环境影响的生物标记,论文提供了一种脂肪酸生物标记的分析方法,结合细菌的生物学特性研究,可以解释微生物在环境中的变化,对于土壤微生物群落的研究具有重要意义.     

蛋白质组学在环境毒理学中的研究进展

蛋白质组学是系统生物学的重要组成部分,它以整体、动态和定量的原则来研究各种蛋白质的功能,系统地分析生物体内蛋白质表达,蛋白-蛋白相互作用和翻译后修饰等特征,已成为后基因组时代不可或缺的分析工具。蛋白质组学技术具有高通量的特征,能实现对蛋白质的高效快捷的定量分析。将蛋白质组学技术应用于环境毒理学研究,可从蛋白水平上研究外源性化合物对机体的毒性作用机制,并从中筛选出具有较高特异型和高灵敏度的蛋白标志物,为污染物的健康风险评估提供新的技术手段。本文综述了蛋白质组学技术的主要研究方法、研究策略和在环境毒理学研究中的应用,重点讨论了蛋白质组学技术在重金属和有机化合物尤其是持久性有机污染物(POPs)毒性评估中的应用。     

活性污泥胞外聚合物的分层组分及溶解性微生物代谢产物的特性

提取了活性污泥胞外聚合物(EPS)和溶解性微生物代谢产物(SMP),并按EPS的紧密程度对松散EPS、紧密EPS的分层组分以及SMP属性进行了分析鉴定.结果表明,以葡萄糖为基质时,松散EPS的主要组成是多糖,紧密EPS的主要组成是蛋白质,而SMP主要由腐殖质类物质构成.SMP、松散EPS、紧密EPS和总样EPS的三维荧光图谱显示其只有类色氨酸峰和类腐殖酸峰,其类腐殖酸峰主要是由生物代谢产生的腐殖质组成.大分子量腐殖质类物质在几种组分中均出现,但是具有腐殖质特性的分子量为8500 Da的组分会在SMP中大量生成,而具有腐殖质特性的分子量为400 Da的组分只存在于EPS的紧密层中,这与微生物对这3种物质的生物可利用性有关.     

废水中苯并噻唑类化合物的污染行为与控制原理分析

苯并噻唑类化合物(BTs)是广泛使用的工业添加剂,具有持久性和生物毒性,属于微量新兴污染物,近年来在环境领域受到了越来越多的关注.本文对已有的BTs污染相关文献进行了较为全面系统的归纳.首先介绍了BTs在橡胶、制革、制药等行业中的应用与排放情况,分析了BTs的化学结构特点、内分泌干扰性与微生物抑制作用,对其相分配与生物富集数据进行了总结.其次介绍了BTs在工业产品、工业废水、市政污水、城市径流和天然水体中的分布情况,及其在环境中的污染迁移行为.再次着重介绍了含BTs废水的各种生物处理技术和高级氧化技术,阐述了BTs对微生物及污水生物处理系统的影响,BTs在活性污泥系统和膜生物反应器中的降解情况,以及生物强化与电化学强化手段;对O_3、H_2O_2、UV、芬顿、光催化、电离辐射等高级氧化体系处理BTs废水的原理、效果、条件参数和动力学等方面进行了较为深入的讨论.通过分析文献中报道的BTs降解产物数据,总结了BTs污染物的生物及化学转化途径.最后,分析了BTs污染控制技术目前存在的问题,并对未来的研究重点和发展方向提出了建议.     

菌剂强化潜流湿地总氮总磷去除及功能菌特性

从活性污泥中筛选的1株具有高效反硝化能力的聚磷菌B8应用于水平潜流人工湿地中进行强化去除总氮和总磷试验,同时分析并对比了菌剂强化潜流湿地系统和未投菌潜流湿地系统的功能菌数量变化规律.采用常绿植物构建2套相同的水平潜流湿地尾水处理模拟生态系统.结果表明,连续投加14 d B8菌液于水平潜流湿地后,在停止投菌后运行89 d内,投菌湿地系统平均脱氮率为70.1%,未投菌湿地系统平均脱氮率为50.2%;在停止投菌后运行19 d内,投菌湿地系统平均除磷率为63.1%,未投菌湿地系统平均除磷率为45.9%.经过4个月的跟踪运行,基于高通量454测序对湿地微生物群落结构及相关生物学信息对比分析,表明投加外菌源B8会引起潜流湿地内部微生物物种数量减少、微生物均匀度下降和湿地基质微生物群落多样性下降.通过湿地进水总氮浓度对投菌湿地系统和未投菌湿地系统脱氮率影响线性拟合分析表明,投菌湿地在不同氮负荷条件下脱氮效果显著优于未投菌湿地,证实投加B8菌可以有效强化水平潜流湿地的脱氮能力.     

肠道微生物与环境健康关系的研究进展与展望

尽管肠道微生物群落在调节宿主多种生理功能的稳态以及抵抗环境污染物的毒性等方面至关重要,但是其在环境健康上的作用直到近几年才引起关注.本综述主要概述了环境污染物对肠道微生物的作用导致的健康效应的最新研究进展.发展迅速的高通量测序平台与合成生态学方法有助于快速确定肠道微生物组成,结合信息化综合分析方法可进一步探明肠道微生物对污染物的调节机制.本综述进一步重点举例,讨论了重金属、有机污染物、纳米颗粒、微塑料与肠道微生物群落相互作用的机制,及其对宿主健康产生的影响.目前对于肠道微生物群落介导环境污染物诱发环境健康效应的研究还不够成熟,存在诸多需要克服的科学技术难点.综述在最后从研究对象、技术方法和应用方面提出了对未来研究内容的展望.     

生物炭对土壤硝化反硝化微生物群落的影响研究进展

生物炭因具有发达的孔隙结构、丰富的表面官能团和无机矿物等特性,在控制农业面源污染和温室气体排放方面有着良好的应用前景.生物炭对氮循环微生物群落特征的影响是生物炭能否有效控制面源污染和改良土壤的核心问题.围绕生物炭对土壤氮循环微生物群落特征的影响,从生物炭的多元性、添加量和环境条件3个方面综述生物炭对土壤硝化和反硝化微生物的影响研究进展.高温热解生物炭对土壤氮循环微生物的积极作用要比低温热解生物炭效果好;生物炭原料来源、添加量对土壤氮循环微生物群落的影响存在较大差异;添加有机肥料要比常规化肥更能提高氮循环微生物碳源的利用能力及其活性;环境中的污染物如多环芳烃(PAHs)、酚类化合物(PHCs)和重金属等的存在不利于氮循环微生物的生存.随着分子生物技术的进步,未来应结合多种分子生态学技术和稳定同位素探针技术等手段研究生物炭对土壤氮循环微生物的影响机制,生物炭热解温度和添加量对土壤氮循环微生物的影响不容忽视,在长期的田间试验中应注意老化生物炭对污染物和氮循环微生物的影响.     

化学-生物絮凝污水处理工艺中微生物群落结构变化分析

利用分子生物学技术，直接从化学-生物絮凝工艺的活性污泥样品中提取DNA，对16S rDNA V3区进行PCR扩增，结合DGGE（变性浓度梯度凝胶电泳），分析了活性污泥中微生物群落结构，并对Shannon多样性指数进行分析讨论，通过研究指出系统中细菌数量的增加或减少．测定了活性污泥中部分菌种的16S rDNA V3区片段序列，通过NCBI（美国国立生物技术信息中心）基因库比对，初步确定细菌的属．结果表明，PCR—DGGE结合测序技术是一种完全可行的快速进行环境样品微生物研究的分析方法．图3表4参13