Fontibacter sp. SgZ-2厌氧腐殖质/Fe(Ⅲ)还原特性及电子传递机制研究

腐殖质和Fe(Ⅲ)呼吸是重要的微生物胞外呼吸形式,电子传递途径是胞外呼吸研究的核心科学问题.为全面理解1株铁还原新菌的电子转移特性和环境功能,以该菌株Fontibacter sp.SgZ-2为研究对象,考察其厌氧腐殖质和Fe(Ⅲ)还原特性,并探寻不同电子受体条件下的电子传递链组成差异.采用厌氧恒温培养法研究了菌株厌氧还原特性.结果表明,菌株SgZ-2具有还原腐殖质模式物[9,10-蒽醌-2,6-二磺酸(9,10-anthraquinone-2,6-disulfonic acid,AQDS)和9,10-蒽醌-2-磺酸(9,10-anthraquinone-2-sulfonic acid,AQS)]、腐殖酸(humic acids,HA)和可溶性Fe(Ⅲ)(Fe-EDTA和柠檬酸铁)以及铁氧化物[水铁矿(hydrous ferric oxide,HFO)]的能力.发酵性糖类(葡萄糖和蔗糖)是菌株SgZ-2还原腐殖质和Fe(Ⅲ)的最佳电子供体.另外,通过呼吸抑制剂法比较了菌株4种电子受体条件下(O2、AQS、Fe-EDTA和HFO)参与电子传递的电子载体差异.结果表明,O2和Fe-EDTA还原条件下,菌株SgZ-2的电子传递链组分基本相似,均包括脱氢酶、醌泵和细胞色素b-c.AQS和HFO还原条件下,电子传递链组分只包含脱氢酶.因而,菌株SgZ-2可溶性和不溶性Fe(Ⅲ)之间的电子传递链组分存在明显差异,并且可溶性受体之间(O2、Fe-EDTA和AQS)的电子传递链组成也不同.本研究建立了1株铁还原新菌Fontibacter sp.SgZ-2不同电子受体条件下的电子传递链模型,并将电子传递机制的研究拓展到了Fontibacter菌属.此研究将为理解该属的电子转移特性及其环境行为提供理论基础.     

二甲戊乐灵降解细菌的分离及降解特性

分离鉴定了二甲戊乐灵降解细菌 ,并研究了培养条件对二甲戊乐灵降解和细菌生长的影响 .结果表明 ,所分离的29株细菌中有3株在3d内对100mg·L^-1二甲戊乐灵的降解率在80%以上 ,选择HB-1、WB-12株细菌进一步研究 ,此2株细菌经鉴定分别属于假单胞菌(Pseudomonas)和玫瑰色微球菌(Mirococcusluteus) .结果表明 2株细菌在中性培养液中外加碳源浓度为0.2%、二甲戊乐灵浓度不大于100mg·L^-1、30～40℃培养的条件下 ,细菌生长量和二甲戊乐灵的降解率都达到最大.     

二甲戊乐灵降解细菌HB-7的分离及降解特性研究

利用富集培养方法 ,从环境中获得菌株HB 7,初步鉴定属于芽孢杆菌属 (Bacillus) .实验结果表明 ,培养条件会影响HB 7的生长和降解二甲戊乐灵的效率 ,少量的蔗糖能促进菌体生长和降解 ;在pH为 6～ 9的范围内菌体生长量大、降解率高 ;二甲戊乐灵浓度的提高抑制了菌株的生长和降解 ,但在一定浓度范围内提高农药去除量 ;HB 7降解二甲戊乐灵的最佳培养温度是 30℃左右 .研究结果还表明菌株HB 7含有一个质粒 ,该质粒能产生降解二甲戊乐灵的酶系统 .     

一株产电菌Klebsiella oxytoca d7的分离及产电机理

采用厌氧双层平板法从运行稳定的双室型微生物燃料电池(Microbial fuel cell,MFC)阳极生物膜上分离纯化出一株优势产电纯菌Klebsiella oxytoca,并对其产电机理进行了研究.通过对该纯菌的循环伏安扫描分析,表明该菌具有较强的电化学活性,并且在胞外存在电子受体时就会进行胞外产电呼吸.对该菌培养物进行三维荧光扫描和比较,发现该菌主要是利用腐殖质作为胞外电子传递的介体来完成产电呼吸.铁还原性测试的结果表明过量的3价铁没有给菌株带来额外的增长,该菌对3价铁的还原量有限.研究认为,胞外呼吸不是Klebsiella oxytoca在无氧条件下的主要呼吸方式,而是当有外在电子受体存在时细菌进行胞内呼吸的一种辅助方式,即使环境中存在充分的胞外电子受体,也不会带来Klebsiella oxytoca生长量的显著增加,该菌无法从胞外还原中获得足够的生长需要的能量,仍然主要是通过胞内呼吸获得细胞生长所需的能量,有机物氧化所产生的电子只有少部分用于胞外电子受体的还原.     

成团泛菌MFC-3的分离鉴定及其腐殖质/Fe(Ⅲ)呼吸特性研究

从地下古森林沉积物样品中富集分离到1株腐殖质/Fe(Ⅲ)还原菌MFC-3菌株,经16S rDNA基因序列分析,该菌与成团泛菌Pantoea agglomerans WAB1951的相似性为99%,确定为成团泛菌.通过序批式厌氧实验考察了MFC-3的腐殖质呼吸活性、电子利用情况以及对4种铁氧化物的还原活性.结果表明,MFC-3能够以AQDS为唯一电子受体进行厌氧胞外呼吸,可利用的电子供体有:甲酸、乳酸、丙三醇、柠檬酸、葡萄糖和蔗糖,且AQDS还原速率顺序为:蔗糖葡萄糖柠檬酸乳酸丙三醇甲酸;以葡萄糖作为电子供体时,48 h内0.3 mmol.L-1的AQDS被还原,同时4.5 mmol.L-1葡萄糖被消耗,菌数增殖近7倍,证明MFC-3能够进行腐殖质呼吸;MFC-3还能以多种Fe(Ⅲ)氧化物为电子受体进行厌氧呼吸,25 d内分别有2.5 mmol.L-1水铁矿、2.1 mmol.L-1纤铁矿、2.3 mmol.L-1针铁矿及0.8 mmol.L-1赤铁矿被还原溶解.本研究为胞外呼吸研究与应用提供1株适宜的模式菌株.     

硫酸盐还原菌的分离和生理特性研究

从受氯碱化工废水严重污染的湖北鸭儿湖1号氧化塘底泥中分离获得了硫酸盐还原菌,研究了其生理特性以及温度、pH、盐度、Fe2+和硫化物等环境因子对其的影响。结果显示,该硫酸盐还原菌营厌氧生活,革兰氏染色呈阴性,可以乳酸钠为碳源(电子供体),硫酸盐等为硫源(电子受体),该过程中有H2S的产生。该菌在35℃、pH7.0、0.7%的盐度、0.5g/LFe2+和不含硫化物等条件下,达到最佳生长状态。     

厌氧氨氧化污泥中氨氧化的潜在电子受体

通过接种亚硝酸盐型厌氧氨氧化污泥,投加潜在电子受体(亚硝酸盐、Fe~(3+)和硫酸盐)研究了厌氧条件下氨氮氧化的潜在电子受体.结果表明,亚硝酸盐是厌氧氨氧化最适合的电子受体,能够与氨氮在短暂的时间内完全反应;在亚硝酸盐缺乏的情况下,厌氧氨氧化污泥中微生物利用自身细胞有机物将产物硝酸盐转化为亚硝酸盐参与氨氮转化;Fe~(3+)与硫酸盐在氨氮氧化后期出现转化,但是直接还是间接参与还需进一步研究.厌氧氨氧化污泥对氨氮产生过量氧化之前必须以亚硝酸盐为电子受体进行微生物活性激活,并且好氧氨氧化菌和亚硝化菌出现增长,推测微生物产生了H_2O_2.该现象并不可长久持续.虽然其氧化速率较慢,但是过量氧化现象较为明显.因此厌氧氨氧化污泥中肯定存在氨氮过量氧化的现象.厌氧氨氧化污泥对电子的利用顺序是亚硝酸盐、硝酸盐、Fe~(3+)和硫酸盐.     

醌呼吸影响厌氧消化产CO2/CH4及转化有毒物质的研究

利用蒽醌-2,6,-双磺酸(AQDS)为模式物在厌氧消化过程中富集醌呼吸微生物,考察了富集产物厌氧消化同步醌呼吸的产气特性和对有毒物质的转化.结果发现,富集产物具有较强的腐殖质还原能力,CO2:CH4为1.7,高于未富集污泥;不同来源的腐殖质因其具有不同的分子结构和醌功能基团数量,对污泥的醌呼吸的促进作用有所差别,而可从还原性腐殖质接受电子的Fe(III)可显著加强醌呼吸速率;醌呼吸微生物在pH4.5~6条件下获得较高活性,说明此时醌呼吸对厌氧消化贡献较大;富集产物以乙酸为电子供体时可快速转化苯和三氯乙烯, 27h的转化率分为85.9%和82.2%,并可以苯为电子供体以三氯乙烯为电子受体同时降解苯和还原三氯乙烯,30h内的转化率分别为81.7%和68.8%.     

二甲戊乐灵的土壤微生物生态效应

研究了二甲戊乐灵对土壤微生物活性的影响.结果表明:二甲戊乐灵1、5、10μg·g^-113个浓度处理所释放的CO2与对照无明显差异;该药对纤维素在土壤中的降解表现出促进作用,纤维素在5和10μg·g^-12处理中的半衰期分别比CK提高1.32和2.14倍;二甲戊乐灵对脱氢酶的活性有一定的激活作用,其激活强度和作用时间随处理浓度升高而加剧和延长;二甲戊乐灵对土壤脲酶的影响表现出先抑制后激活的现象,抑制和激活的程度及持续的时间与处理浓度成正比.     

ANAMMOX菌利用零价铁转化氨和硝酸盐实验

研究在自养条件下,零价铁促使厌氧氨氧化菌同步转化硝酸盐和氨氮的性能.添加零价铁,温度35℃±0.5℃,进水p H7~8,进水氨氮、硝态氮分别为50~100 mg·L~(-1)、50~100 mg·L~(~(-1))条件下,添加ANAMMOX菌后硝酸盐的还原加快8.2倍,并且出现硝酸盐和氨的同步转化,其转化速率最高达17.2 mg·(L·h)~(-1).改变反应时间及进水n(NH+4):n(NO-3),两者摩尔转化比于1.2~3.5范围内波动,该反应并非基元反应.实验证明,氨与硝酸盐同步转化途径为零价铁作用首先将硝酸盐还原为亚硝酸盐,生成的亚硝酸盐再与氨发生厌氧氨氧化反应.