Magnetotactic bacteria: Characteristics and environmental applications

• Magnetotactic bacteria (MTB) synthesize magnetic nanoparticle within magnetosomes. • The morphologic and phylogenetic diversity of MTB were summarized. • Isolation and mass cultivation of MTB deserve extensive research for applications. • MTB can remove heavy metals, radionuclides, and organic pollutants from wastewater. Magnetotactic bacteria (MTB) are a group of Gram-negative prokaryotes that respond to the geomagnetic field. This unique property is attributed to the intracellular magnetosomes, which contains membrane-bound nanocrystals of magnetic iron minerals. This review summarizes the most recent advances in MTB, magnetosomes, and their potential applications especially the environmental pollutant control or remediation. The morphologic and phylogenetic diversity of MTB were first introduced, followed by a critical review of isolation and cultivation methods. Past research has devoted to optimize the factors, such as oxygen, carbon source, nitrogen source, nutrient broth, iron source, and mineral elements for the growth of MTB. Besides the applications of MTB in modern biological and medical fields, little attention was made on the environmental applications of MTB for wastewater treatment, which has been summarized in this review. For example, applications of MTB as adsorbents have resulted in a novel magnetic separation technology for removal of heavy metals or organic pollutants in wastewater. In addition, we summarized the current advance on pathogen removal and detection of endocrine disruptor which can inspire new insights toward sustainable engineering and practices. Finally, the new perspectives and possible directions for future studies are recommended, such as isolation of MTB, genetic modification of MTB for mass production and new environmental applications. The ultimate objective of this review is to promote the applications of MTB and magnetosomes in the environmental fields.     

用于石油污染土壤降解的高效降解菌的筛选及其降解条件优化

经过富集、分离优选出高效石油降解菌L-1,根据形态观察和生理生化特征初步鉴定为琼氏不动杆菌;采用单因素花盆实验模拟微生物原位修复并对其降解条件进行优化。结果表明,将高效石油降解菌应用于修复石油污染土壤,适宜接种量、表面活性剂浓度、CNP比、翻耕频率分别为15%、0.1%、100∶10∶1和1 d 1次;在该降解条件下修复28 d,可达到16.80%的石油降解率,远远高于土著微生物6.92%的降解率。     

渤海排污口邻近海域异养细菌的组成与分布

对渤海4个重点监测排污口（北塘、大蒲河、弥河和虞河）邻近海域异养细菌的组成和分布进行了调查研究。结果表明，分离到的各排污口邻近海域的细菌隶属于变形菌门（Proteobacteria）、厚壁菌门（Firmicutes）、放线菌门（Acti-nobacteria）和拟杆菌门（Bacteroidetes）4个细菌类群，其中变形菌门的细菌最丰富。各排污口的优势菌有所不同，北塘、弥河2个采样点的优势菌分别为Bacillus sp．、Pseudoalteromonas sp．，大蒲河采样点的优势菌为Vibrio sp．和Oceanospirillum sp．，虞河采样点的优势菌为 Shewanella sp．和 Bacillus sp．。多维尺度分析表明，北塘和虞河采样点的细菌种群特征较相近，细菌种群分布特征可能与排污口的海洋环境有一定的相关性。     

油田回注水中优势硫酸盐还原菌的分离鉴定与生理特性研究

从胜利油田回注水中筛选得到一株硫酸盐还原菌，命名为zsz1209。经过16SrDNA序列分析，鉴定zsz1209为梭菌属（Clostridium）。实验研究了zsz109的生理特性，并对通过调节环境pH来抑制菌株zsz1209生长繁殖的可行性进行了探讨。实验结果表明：菌株zsz1209的理想碳源为乙酸钠，在30～60℃之间可较好地生长；SOi浓度低至50mg／L时，生长未受到明显抑制。当培养环境pH高至8．5～9．0或低至3．5～4．0时，检测菌株zsz1209对SO4^2-和碳源（COD）的利用情况，发现zsz1209的生长受到明显抑制，结果表明利用改变环境pH来抑制微生物对油田的腐蚀具有可行性。     

臭氧氧化—包埋菌流化床生物处理组合工艺深度处理煤气化废水

采用臭氧氧化—包埋菌流化床生物处理组合工艺对煤气化废水进行深度处理。实验结果表明：当臭氧的质量浓度20 mg/L、臭氧进气流量1.5 L/min、臭氧通气时间30 min、包埋菌流化床水力停留时间24 h时，臭氧氧化工序的COD去除率达到30.0%~40.0%，总酚去除率达到100.0%；包埋菌流化床工序的COD去除率达到60.0%以上，氨氮的去除率大于95.0%；经组合工艺处理后，出水COD<60 mg/L，ρ（氨氮）<1.0 mg/L，ρ（总酚）未检出，色度小于50倍，达到GB8978—1996《污水综合排放标准》中的一级排放标准。     

膜生物反应器中生物膜的生长特性

实验采用经甲苯培养驯化而成的单一假单胞菌菌种,通过分析平板式生物膜反应器内,不同阶段假单胞细菌生物膜干重、厚度、活性生物量和生物种群分布的变化,研究生物膜特性与降解效率之间的关系。实验结果表明,在挂膜初期生物膜迅速生长,生物量以及生物膜干重增长很快,有利于甲苯及营养物质的传输,降解效率也快速提升。随着生物膜的生长,生物量及干重也逐步增加,厚度逐渐增加使传质阻力不断增大,生物膜上层微生物的有机底物供应不足,使生物膜上层结构稀疏,最终维持一个甲苯的总传输量与生化降解量的平衡,生物量的生长与衰亡也达到动态平衡,形成了一个较高且稳定的降解效率。     

序批式生物膜反应器挂膜启动实现短程硝化

常温条件下(20～25℃),以模拟的人工配水为研究对象,采用序批式生物膜反应器(SBBR),在初期挂膜的基础上,笔者运用两种不同的挂膜方式即重新加入新泥和不加新泥而加大进水COD浓度来实现生物膜的快速启动。实验表明,2种挂膜启动通过14 d的培养与富集,NH4+-N与COD的处理效果都能分别达到85%和75%以上。将剩余污泥排尽后,采用第1种挂膜方式的反应器通过连续间歇曝气,达到了比较好的短程硝化效果。调整溶解氧,并且通过先下降后上升曝气量的方式,能进一步提高亚氮的出水。最终在DO为3.6 mg/L时,亚氮的积累率能达到平均74%左右,达到了比较好的亚硝化效果。而第2种挂膜方式培养的生物膜则以好氧反硝化菌为主,去除的氨氮由同化作用和培养的好氧反硝化菌去除,以后者为主。通过比较可以看出,为了实现短程硝化,第1种挂膜方式比第2种更具有优越性,有利于硝化菌种的生长和亚氮的积累,而第2种方式则有利于培养好氧反硝化菌。     

解磷微生物肥料的研究与进展

磷是植物生长必需的矿物质元素之一，在土壤中易被固定降低其有效性，目前，研究和生产含有解磷功能的微生物有机肥料是转化土壤中无效磷、提高磷肥利用率的有效途径之一。叙述了解磷微生物犯料中微生物的种类、生态分布规律和影响高效解磷微生物选育的外部因素，概述了解磷微生物菌肥的应用和研究进展，探讨了解磷微生物肥料的应用价值。为解磷微生物未来的研究重点提出理论依据。．     

蠡河底泥中反硝化复合菌群富集及菌群结构研究

从无锡市滨湖区蠡河底泥中富集培养反硝化复合菌群,研究其在不同富集培养阶段TN、NO-3-N、NO-2-N、NH+4-N和COD动态变化,分析反硝化过程中气体释放总量、释放速率和成分,通过构建全长16S r DNA克隆文库研究其菌落结构.结果表明,反硝化复合菌群富集在阶段4时脱氮效果最佳,仅在9 h内,330 mg·L-1的TN负荷下,TN去除率达90.9%,NO-3-N去除率达100%,中间产物NO-2-N和NH+4-N积累量最少,分别为3.39 mg·L-1和16.64 mg·L-1,COD去除率达85%;释放气体260m L,气体主要成分为N2,同时还有少量的CH4和CO2等.富集培养反硝化复合菌群细菌属于Pseudomonadaceae科和Rhodocyclaceae科,为Proteobacteria门,OUT丰度分别为57.8%和31.6%,Pseudomonadaceae科是优势类群.     

溴酸盐对水生生物的急性毒性效应

采用标准毒性测试方法,分析了溴酸钾、溴酸钠、溴化钾对水生生态系统中不同营养级生物包括发光菌、绿藻、水蚤、斑马鱼的急性毒性效应.结果表明,3种污染物对发光菌发光强度几乎没有影响,溴酸钾对斜生栅藻的96 h EC50为738.18mg·L-1;对大型蚤和裸腹蚤的48 h EC50分别为154.01 mg·L-1和161.80 mg·L-1,48 h LC50分别为198.52 mg·L-1和175.68mg·L-1;对斑马鱼的96 h LC50为931.4 mg·L-1.溴酸钠对斜生栅藻的96 h EC50为540.26 mg·L-1;对大型蚤和裸腹蚤的48 h EC50分别为127.90 mg·L-1和111.07 mg·L-1,48 h LC50分别为161.80 mg·L-1和123.47 mg·L-1;对斑马鱼的96 h LC50为1 065.6 mg·L-1.而溴化钾对以上几种受试生物的影响远小于溴酸钾和溴酸钠的影响,对比可知引起受试生物产生毒性效应的原因是由溴酸盐引起的.毒性作用规律显示,随着暴露时间的增加,溴酸盐的毒性效应越明显,受试生物对溴酸盐的毒性效应的敏感顺序为:大型蚤、裸腹蚤斜生栅藻斑马鱼普通小球藻、发光菌.