Thioredoxins in bacteria: functions in oxidative stress response and regulation of thioredoxin genes

Thioredoxins fulfill a number of different important cellular functions in all living organisms. In bacteria, thioredoxin genes are often regulated by external factors. In turn, thioredoxins influence the expression of many other genes. The multiple and important functions of thioredoxins in cells necessitate to appropriately adjust their level. This review outlines different strategies that have evolved for the regulation of bacterial thioredoxin genes. It also summarizes effects of thioredoxins on gene regulation and presents a recent model for a redox-dependent gene regulation that is mediated by thioredoxins.     

产甲烷菌的生理生化特性

目前已经分离鉴定的产甲烷菌已有200多种,Fe、Co、Ni、Mo、Se,维生素B2,维生素B12等微量元素对其活性有促进作用;然而,无机毒性物质(重金属离子、Na+、K+、pH、氧化还原电位等)、有机毒性物质(硝化物、抗生素、氰化物和氯仿、芳香族化合物等)、氨氮,氮氧化物等对产甲烷菌活性有抑制作用。已建立了产甲烷微生物利用H2/CO2、甲醇和醋酸为基质的产甲烷生化代谢模型,产甲烷菌含有氢化酶、辅酶F420、辅酶M、甲基呋喃、四氢甲基喋呤等独特的酶。     

玉米秸秆厌氧降解复合菌系的微生物群落结构

以不同来源具有木质纤维素降解能力的环境样品为接种物,以玉米秸秆为唯一碳源,进行了秸秆厌氧降解微生物的驯化培养,构建了8组复合菌系.复合菌系的产气周期为30～50 d,玉米秸秆的总固体(TS)去除率在30%～40%之间.其中6组的甲烷产量(以TS计)为62.1～118.4 mL.g-1,发酵液中挥发性有机酸主要为乙酸、丙酸及丁酸(100～500 mg.L-1),发酵终产物pH为6.5～6.7;而另外2组的甲烷产量较低,在8.5～9.7 mL.g-1之间,但乙酸浓度较高(1 200 mg.L-1左右),发酵终产物pH为5.6～5.9.通过16S rRNA基因克隆文库方法对复合菌系中细菌及古菌的群落结构进行了多样性解析,结果表明细菌主要分为8个不同的类群,其中厚壁菌门(Firmicutes)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、互养菌门(Synergistetes)及热袍菌门(Thermotogae)为优势菌群,分别占细菌克隆总数的37.8%、34.3%、11.6%和6.4%;古菌属于甲烷微菌纲(Methanomicrobia)和甲烷杆菌纲(Methanobacteria),分别占古菌克隆总数的61.1%和38.9%.对主要功能菌群在秸秆厌氧降解产甲烷过程中发挥的作用进行了探讨.     

产甲烷改良UASB启动试验及最优水力条件研究

在中温两相厌氧工艺处理玉米酒精废水的基础上,进行产甲烷改良UASB的启动试验和颗粒污泥的培养,考察水力条件对反应器处理效果的影响。试验采用低负荷启动方式,通过增大处理量和提高进水COD浓度逐级提高容积负荷,通过强制内回流控制反应器中水力条件,使产甲烷改良UASB在最佳条件下运行。63 d后反应器中形成的污泥床颗粒化程度高,粒径>0.7 mm的颗粒污泥占82%以上,产气速率和COD去除率分别达到539 L/d和90%,产甲烷改良UASB启动顺利完成;改良UASB作为两相厌氧工艺的产甲烷相可以自行调节其进水pH,启动时pH的人工调节可以在反应器进入颗粒污泥成熟期时停止;反应器的最佳水力条件为:上升流速为0.62 m/h、回流比300%;最优操作条件下产甲烷改良UASB具有良好的抗冲击负荷能力。     

高效厌氧产甲烷颗粒污泥中微生物多样性及定量化研究

以小试高效厌氧反应器不同运行阶段的颗粒污泥为对象,利用变性梯度凝胶电泳(DGGE)、荧光原位杂交(FISH)和实时定量链式聚合酶反应(RTQ-PCR)等技术研究了其中微生物种群的多样性、特征微生物的空间分布和定量关系,结果表明:随着反应器有机负荷逐渐提高,颗粒污泥中古菌的群落结构的变化较细菌更为明显;细菌多分布在颗粒外层,而古菌则主要分布在颗粒内层;古菌含量略少于细菌,但有逐渐增多的趋势;产甲烷丝菌在古菌中的含量增加明显.     

海洋油气田沉积物产甲烷活性及微生物生态

海洋产甲烷古菌是与海洋中甲烷的产生、释放及天然气水合物的形成等密切相关的微生物类群.以产甲烷菌可能利用的底物为碳源,评价了海洋油气田沉积物的产甲烷活性.结果表明,海洋油气田沉积物对于H2/CO2、甲醇、一甲胺、三甲胺,在25℃和37℃两种温度条件下都具有较高的产甲烷活性,少数样品只在37℃对乙酸有产甲烷活性,说明在海洋油气田环境下,主要有氢营养型及甲基营养型发酵途径产生天然气甲烷.利用厌氧培养法对产甲烷菌进行了多样性解析,16S rRNA基因测序显示,优势产甲烷菌主要属于Methanosarcinales目的 Methanosarcinaceae科及Methanomicrobiales目的 Methanomicrobiaceae科,其中Methanococcoides、Methanogenium和Methanosarcina为油气田沉积物的主要菌属.     

甲烷化出水循环量对固体废物厌氧水解的影响

在蔬菜花卉类废物的两相厌氧消化过程中,利用甲烷化出水循环至水解反应器凋控厌氧水解过程,以加速固相有机物的水解.比较甲烷化出水循环量分别为0.1、0.5、1.0、2.0 m3/(m3·d)时,水解环境(pH、碱度、ORP、氨氮浓度、还原糖浓度)、水解微生物量和水解效率(SCOD和还原糖的累计溶出量、水解速率常数)的变化,探讨了循环量对水解过程的影响.结果表明,甲烷化出水循环增强了水解环境的缓冲能力和稳定性,高循环量有利于微生物的合成代谢和生物量的增加,水解效率随循环量的增加而升高.该工艺运行9 d后,循环量为0.1、0.5、1.0、2.0 m3/(m3·d)时,水解液的SCOD(以VS计)累计溶出量分别达到334、407、413、581 mg/g,相应的一级动力学水解速率常数分别为0.065、0.083、0.089、0.105 d-1.     

耐盐碱水稻土壤产甲烷菌群落特征及产甲烷途径

产甲烷菌在土壤碳循环过程中发挥着关键性作用,而种植耐盐碱水稻土壤中产甲烷菌群落特征及环境影响因素尚不明确.本研究采用实时荧光定量PCR和Illumina高通量测序技术,对青岛市稻作改良智慧农业产业示范基地中耐盐碱水稻(YC1703)、普通水稻(临稻10号)及荒地土壤中产甲烷菌的丰度特征、群落组成及与环境因子的关系进...     

温度分化对APBR反应器性能及产甲烷菌群落的影响

为了研究温度分化对固定床厌氧反应器(anaerobic packed bed reactor,APBR)牛粪发酵处理效果及产甲烷菌群落的影响,反应器发酵温度从室温(22℃±1℃)阶梯式分化到低温(15℃±1℃)、中温(37℃±1℃)和高温(55℃±1℃).温度变化的过程中,温度越高COD(chemical oxygen demand)去除率和日总产气量越高,分化后COD去除率分别为25%、45%、60%,相应的日产气量为2.3、4.0、8.5 L·d-1,但是甲烷含量基本保持不变(~60%);温度突然变化造成挥发性脂肪酸含量骤然增加,并处于波动状态.16S r RNA基因克隆文库法分析表明,室温时包含广古菌门中的常见重要产甲烷菌MBT(甲烷杆菌目)、Mst(甲烷鬃菌科)、Msc(甲烷八叠球菌科)和MMB(甲烷微菌目),以及嗜热菌,也有少部分泉古生菌门,发酵温度分化后,产甲烷菌多样性减少,中温条件下产甲烷菌种类相对较少.定量PCR表明Mst、MMB和Msc总基因浓度都有所减少,并且温度越高减少越多,各菌数量相对比例变化较大,但Mst仍为优势产甲烷菌.     

Methanogenic community dynamics in anaerobic co-digestion of fruit and vegetable waste and food waste

A lab-scale continuously-stirred tank reactor (CSTR), used for anaerobic co-digestion of fruit and vegetable waste (FVW) and food waste (FW) at different mixture ratios, was operated for 178 days at the organic loading rate of 3 kg VS (volatile solids)/(m³.day). The dynamics of the Archaeal community and the correlations between environmental variables and methanogenic community structure were analyzed by polymerase chain reactions - denaturing gradient gel electrophoresis (PCR-DGGE) and redundancy analysis (RDA), respectively. PCR-DGGE results demonstrated that the mixture ratio of FVW to FW altered the community composition of Archaea. As the FVW/FW ratio increased, Methanoculleus, Methanosaeta and Methanosarcina became the predominant methanogens in the community. Redundancy analysis results indicated that the shift of the methanogenic community was significantly correlated with the composition of acidogenic products and methane production yield. Different mixture ratios of substrates led to different compositions of intermediate metabolites, which may affect the methanogenic community. These results suggested that the analysis of microbial communities could be used to diagnose anaerobic processes.     

不同稻作系统土壤的CH4产生潜力与产生途径

不同稻作系统土壤的CH₄产生潜力,特别是CH₄产生途径（主要为乙酸发酵和CO₂/H₂还原）间的差异尚不明确.通过添加与不添加氟甲烷（CH₃F）抑制剂（添加比例分别为2%和0%）的土壤厌氧培养试验,并采用稳定性碳同位素等方法,对我国3类典型稻田生态系统（稻-麦轮作,RW;稻-休闲,RF;双季稻,DR）土壤CH₄产生累积浓度、 CH₄产生潜力、溶解性有机碳（DOC）含量、乙酸含量和乙酸产CH₄的相对贡献率(f_ac值)进行了对比研究.结果表明,RF的CH₄产生潜力为7.18μg·（g·d）^-1,显著低于RW[10.33μg·（g·d）^-1]和DR[13.42μg·（g·d）^-1]（P<0.05）;相关分析表明,CH₄产生潜力与土壤阳离子交换量及pH呈显著负相关（P<0.01）;...     

稻秸添加对两种水稻土产甲烷古菌及细菌的影响

稻秸还田对水稻土CH4排放有重要影响.本研究通过微宇宙厌氧培养,研究了两种水稻土[江西(JX)和广东雷州半岛(GD)]在稻秸(RS)添加条件下经相对较长时间的厌氧培养后产甲烷古菌及细菌菌群的响应.结果表明,不同RS添加量对JX水稻土产甲烷古菌群落结构有一定的影响,而对GD水稻土产甲烷古菌群落的影响不大. RS添加量与mcr A基因拷贝数之间存在显著正相关关系,JX水稻土的mcr A基因拷贝数变化对RS添加量的响应更敏感.相同RS添加条件下,JX水稻土mcr A基因拷贝数大于GD水稻土.相同稻秸量添加条件下两种水稻土的产甲烷古菌群落结构也有差异. JX水稻土共检测到的产甲烷古菌有Methanosarcinaceae、Methanocellaceae、Methanomicrobiaceae、Methanobacteriaceae以及未知菌群(494 bp). GD水稻土中仅有3大类产甲烷古菌,分别为Methanobacteriaceae、Methanosarcinaceae和Methanocellaceae.对2%RS处理培养第270 d的细菌菌群进行了测序,发现两种水稻土的细菌菌群明显不同,GD水稻土的细菌多样性高于JX水稻土,而其优势细菌数量(共有Longilinea、Acidobacteria/Gp6、Bellilinea及Thermosporothrix)低于JX水稻土(共有Bacillus、Desulfovirgula、Thermosporothrix、Acidobacteria/Gp1、Acidobacteria/Gp3及Ktedonobacter). RS作为底物促进产甲烷古菌的生长.不同类型的水稻土经相对较长时间的厌氧培养后其产甲烷古菌及细菌菌群结构也不同.     

基于mcrA基因的厌氧颗粒污泥产甲烷菌群分析

基于mcrA基因对阿维菌素废水处理工业化UASB厌氧颗粒污泥中产甲烷菌群进行分析,并与基于16S rRNA基因的产甲烷菌群分析结果进行比较.结果表明,基于2种目标基因PCR产物的DGGE图谱存在差异,但根据图谱计算所得产甲烷菌群Shannon多样性指数、Margalef丰富度指数和Berger-Parker优势度指数没有差异,表明基于2种目标基因的产甲烷菌群多样性分析基本一致.基于不同目标基因的优势产甲烷菌群系统发育种属的分析结果大体相似,产甲烷杆菌目和产甲烷八叠球菌目是厌氧颗粒污泥样品中的优势产甲烷种群;同时,分析结果的差异表明2种目标基因的检测特异性不完全相同.基于2种目标基因的产甲烷菌群FISH杂交区域具有很高的一致性,但杂交区域面积有所差异.基于mcrA基因FISH检测的产甲烷菌群平均相对丰度为24.25%±6.47%,低于基于16S rRNA基因FISH检测结果(33.42%±2.34%).以上结果表明,基于mcrA基因与基于16S rRNA基因的的产甲污泥菌群分析结果具有较高的相似度,mcrA基因可以作为16S rRNA基因的替代目标基因.     

pH6.0酸性条件下产甲烷EGSB反应器的运行研究

采用中性颗粒污泥接种,运行一个3.1L的EGSB反应器共345d,通过逐步降低pH值,获得了耐酸的产甲烷颗粒污泥并实现厌氧反应器在低pH、低碱度条件下的稳定运行.在pH 6.0,进水COD 3000mg/L,COD容积负荷5kg/(m³·d)时,反应器的COD平均去除率为95.0%,出水总碱度(以CaCO₃计)仅为328.5mg/L,每g去除COD的沼气产量为372.2mL,沼气中甲烷含量约为57.6%;在进水COD 4 000mg/L,COD容积负荷7.5kg/(m³·d)时,COD平均去除率为90.9%,出水总碱度仅为404.8mg/L,每g去除COD的沼气产量为446.3mL,甲烷含量约为55.9%.EGSB反应器在pH6.0～6.1的范围内共运行112d,表明在低pH、低碱度下实现稳定的产甲烷过程是可行的.     

阿维菌素废水工业化UASB颗粒污泥产甲烷菌群分析

产甲烷菌群是厌氧颗粒污泥的重要功能菌群,采用荧光原位杂交(fluorescencein situhybridization,FISH)技术对阿维菌素废水处理工业化UASB颗粒污泥产甲烷菌群进行分析.结果表明,不同形成阶段(不同粒径)颗粒污泥表面和内部剖面,一般产甲烷菌(methanogens)、产甲烷杆菌(Methanobacteriales)和产甲烷八叠球菌(Methanosarcinales)的分布形态相同,但相对丰度存在差异.颗粒污泥内部剖面产甲烷菌群相对丰度大于表面;产甲烷杆菌相对丰度大于产甲烷八叠球菌;颗粒污泥表面和内部剖面产甲烷菌群相对丰度范围为(25.50±8.63)%~(48.67±8.87)%;1.0~2.0 mm粒径颗粒污泥产甲烷菌群相对丰度最大,内部剖面和表面一般产甲烷菌的相对丰度分别为(47.08±8.26)%和(48.67±8.87)%.废水阿维菌素残留可能对产甲烷菌群具有抑制作用.不同粒径颗粒污泥最大比产甲烷活性范围为1.311~1.562 g/(g.d),变化趋势与COD去除率变化趋势相同,而且与产甲烷菌群相对丰度变化趋势一致,表明颗粒污泥生物活性与产甲烷菌群密切相关.     

厌氧氨氧化菌与其他细菌之间的协同竞争关系

随着污水脱氮行业的蓬勃发展,各种新工艺、新理论层出不穷.厌氧氨氧化(Anammox)工艺以其独特的优点脱颖而出,成为最具应用前景的新工艺.厌氧氨氧化菌作为该过程的执行者目前已发现5属17种,本文主要对5属17种的厌氧氨氧化菌进行总结,并对厌氧氨氧化菌种内关系中的群体感应系统进行详细介绍,此外还介绍了厌氧氨氧化菌与硝化菌、反硝化菌以及厌氧甲烷氧化菌之间的协同与竞争关系.最后给出常见竞争因素对厌氧氨氧化种群结构的影响,通过控制竞争因素来实现对厌氧氨氧化种群结构的调节.本文将厌氧氨氧化菌微生物生态学与厌氧氨氧化污水处理工艺相结合,为厌氧氨氧化工艺在污水生物处理中的应用提供理论依据.     

甲烷13C同位素比值表征温度对甲烷生成途径的影响

采用测试气相碳同位素比值的方法比较了中温厌氧降解和高温厌氧降解过程中甲烷(CH4)生成途径的差异,表征了生活垃圾厌氧消化过程CH4生成途径的演变,并结合气液相化学组分和产甲烷菌荧光原位杂交(FISH)分析对同位素表征结果进行了验证.中温(35℃)条件下,垃圾降解初期甲烷13C同位素比值(δ13CH4)下降至-69.5‰,表明此阶段CH4主要产生自CO2还原途径;随着垃圾降解进入快速产CH4阶段,δ13CH,值相应迅速上升至一23.8%o,说明乙酸发酵逐渐成为CH4生成的主要途径,FISH实验结果也发现此阶段以乙酸发酵型产甲烷菌Methanosarcinaceac为主;当产CH4速率逐渐减小进入稳定期时,δ13CH,值迅速降低至-55‰后相对稳定,说明乙酸发酵途径的比例减小,并且维持在较稳定的水平.高温(55℃)条件下,δ13CH4值始终维持在约-70‰,表明甲烷主要由CO2还原作用生成,在快速产CH4,阶段,乙酸氧化和CO2还原作用是CH4生成的重要途径.     

反硝化细菌对硫酸盐还原菌的竞争抑制研究

以从大庆油田采出水中筛选到的硫酸盐还原菌SRB-2和反硝化细菌DNB-1为目的菌,考察两者之间的竞争抑制关系,以及添加营养物质的种类和浓度对SRB-2数量及产H2S活性的影响。结果表明,当体系中硝酸盐浓度为0.5 g/L或亚硝酸盐浓度为0.1-0.5 g/L时,DNB-1就能够有效降低SRB-2活性,抑制H2S的产生,抑制时间10 d以上,H2S产生可以减少85%以上;当体系中硝酸盐浓度为0.1-0.25 g/L时,在10 d内DNB-1对SRB-2活性和产H2S活性也有较好的抑制效果,H2S产生减少65%左右;亚硝酸盐对SRB-2生长的抑制作用好于硝酸盐。     

以玉米秸秆为底物的纤维素降解菌与产电菌联合产电的可行性

利用单室空气阴极微生物燃料电池（MFC）反应器,以玉米秸秆为底物,以本实验室筛选和保存的纤维素降解菌Chaetomium sp.和Bacillus sp.,以及纤维素降解混合菌PCS-S和H-C为秸秆降解的生物催化剂,探讨了以汽爆秸秆固体为底物进行微生物产电的可行性.结果表明,在MFC系统内,纤维素降解纯菌和混合菌均能使纤维素降解,但产生的电压很低（<90mV,1000Ω）,升高温度（30～38.5℃）对电压输出无明显影响.单独以生活污水作为菌源不能直接降解秸秆产电.只有将H-C和生活污水（产电菌源）混合作为接种体,MFC才能获得较高的电压输出.此时得到的以汽爆秸秆固体作为底物时的最大功率密度为406mW·m-2,仅比葡萄糖作为底物时所得到的最大功率密度510 mW·m-2低20%.     

Manganese-oxidizing fungi and bacteria

The Science of Nature -