同型乙酸菌研究进展及应用前景

同型乙酸菌是一类分布极广、形态差异极大的微生物类群.该类微生物利用厌氧乙酰辅酶A途径合成代谢中间体乙酰辅酶A,即可营自养生活亦可营异养生活;可利用多种物质作电子供体及电子受体,代谢能力强,底物范围广,能够生成多种代谢产物,如乙酸、乳酸、琥珀酸及甲酸;其独具特色的生理代谢特点,具有应用于工业生产的巨大潜力.本文就同型乙酸菌特有的代谢特点及应用前景作一综述.图2表1参18     

有机废弃物降解过程酶作用及其调控机制的研究进展

有机废弃物处置不当造成的环境污染和资源浪费已引起广泛关注,生物降解可以有效地实现有机废弃物资源化利用。微生物分泌的酶能催化生物降解的矿化和腐殖化过程,提高有机物降解率。然而,以往研究主要集中于微生物作用,对有机废弃物降解过程酶作用及其调控机制的总结很少。该文从酶学和生物化学角度出发,论述了生物酶催化降解有机质、促进腐殖质合成和削减污染物毒性等作用过程。基于酶动力学和热力学特征,从微生物、酶的固定化、理化因子和添加剂4个方面阐述酶作用的调控机制。生物酶高效、环保、可控,是有机废弃物资源化利用的重要催化剂之一。未来应加强研究酶降解的途径与分子机制、微生物-酶-有机废弃物系统的新陈代谢、激活剂对酶作用的调控、酶的固定化技术以及降解酶的生产与应用,以推动有机废弃物资源化利用的进程。     

对我国农业废弃物资源化利用的思考

对我国农业废弃物的资源化利用状况进行了综述分析与探讨,指出当前我国在农业废弃物利用方面尚存在诸多问题,包括农业废弃物产生量巨大且总量不清、农业废弃物粗放低效利用且闲置状况严重、农业废弃物利用技术与产业化水平滞后,以及农业废弃物利用相关的政策法规与社会化服务体系不健全等问题,同时,总结指出了我国农业废弃物资源化利用的几个发展方向,即向能源化、肥料化、饲料化、材料化、基质化和生态化发展.在此基础上提出了我国农业废弃物资源化发展的对策措施,包括:(1)建立与健全农业废弃物资源化利用与无害化处理相关的政策法规;(2)结合新农村建设,加大资金扶持力度,加强农业废弃物利用的基础设施建设;(3)加快推动农业废弃物资源化利用的产业化进程,大力发展循环经济;(4)鼓励和推动农业废弃物资源化利用技术的创新研究、示范与推广工作.     

氯化钠对乳酸合成己酸效能及功能微生物群落的影响

探究己酸功能菌群对NaCl的耐受浓度,以及在不同NaCl浓度条件下的己酸合成效能,为评估餐厨垃圾转化为己酸的潜力提供参考.为探究己酸功能菌群对NaCl的耐受浓度,以及在不同NaCl浓度条件下的己酸合成效能,从而为评估餐厨垃圾转化为己酸的潜力提供参考.通过批式试验研究不同浓度的NaCl(0、2、6、10、20和30 g/L)对以梭菌属第四族(Clostridium Ⅳ)为核心的混合菌群发酵乳酸合成己酸的效能以及群落结构的影响.结果表明,随着NaCl浓度从2-10 g/L的升高,己酸合成效能呈下降趋势,而短链脂肪酸(乙酸、丙酸、丁酸和戊酸)的浓度呈上升趋势;当NaCl浓度达到20g/L时,己酸合成停止,丙酸、丁酸和戊酸成为主要产物;当NaCl浓度达到30g/L时,丙酸成为最主要的产物,细胞浓度和总ATP浓度显著下降.对己酸发酵菌群的多样性分析结果表明,当NaCl浓度提高至10 g/L时,在系统分类的属水平上,与产己酸相关的Clostridium Ⅳ在整个菌群中的相对丰度由47.78%(空白)下降至35.06%(10 g/L),而另一种可能与产己酸相关的菌Pseudoramibacter比例则由0.04%上升至0.17%. NaCl浓度达到30 g/L时,与丙酸合成相关的菌Propionibacterium的相对丰度从0.006%(空白)上升至0.09%.本研究表明,对于乳酸合成己酸系统来说,NaCl是一种不利的影响因素,当NaCl浓度在6 g/L及以下时,己酸菌可以保持其功能,即将乳酸主要转化为己酸;当NaCl浓度提高至10 g/L及以上时,己酸合成受到抑制;结果可为羧酸平台技术应用于餐厨垃圾处理的实际工程提供科学依据和理论支撑.(图6表1参53)     

施氮对不同有机碳水平桉树林土壤微生物群落结构和功能的影响

碳、氮是影响土壤微生物群落结构和功能的2种重要生源要素,但研究施氮对人工林土壤微生物群落影响时很少考虑土壤有机碳水平。本研究以我国南方桉树Eucalyptus人工林为对象,研究施氮水平(对照:0 kg·hm-2,常规施氮水平166.8kg·hm-2,施二倍氮素水平333.7 kg·hm-2)对不同有机碳水平桉树林土壤微生物群落结构(磷脂脂肪酸构成)和功能(土壤酶活性及可溶性土壤有机碳含量)的影响,结果表明:施氮显著降低土壤微生物群落磷脂脂肪酸总量以及细菌、真菌、放线菌磷脂脂肪酸量和真菌/细菌比值(P0.05);区分不同处理的土壤微生物磷脂脂肪酸主要是:真菌特征脂肪酸16:1ω5c、18:1ω9c、18:2ω9c及细菌特征脂肪酸16:1ω7c、i17:0和放线菌特征脂肪酸10Me18:0;施氮显著增加了土壤纤维素酶、酚氧化酶活性及土壤可溶性有机碳含量(P0.05);尽管高土壤有机碳水平样地的土壤微生物磷脂脂肪酸量、土壤酶活性以及可溶性有机碳含量显著高于低土壤有机碳水平样地,但低、高土壤有机碳水平样地的土壤微生物群落结构和功能对施氮的响应不一致,土壤细菌、真菌、放线菌磷脂脂肪酸量以及酚氧化酶活性和土壤可溶性有机碳含量在低土壤有机碳水平样地中对施氮的响应更敏感,而这些指标在高土壤有机碳水平样地中只有在施二倍氮素处理中才显著降低或不变化。该研究结果表明不同土壤有机碳水平中的土壤微生物群落对施氮的响应不一致,强调了在全面认识氮肥施用对土壤微生物群落的影响时,需要充分考虑土壤有机碳水平。     

废水生物强化处理技术研究进展

生物强化技术具有高效去除目标污染物、加速系统启动、提高系统抗水力及有机负荷能力以及优化系统菌群结构和增强功能稳定性等功能,在废水生物处理实际应用中潜力巨大.总结了国内外废水生物强化处理技术研究进展,在功能微生物选育方面,通过传统选育手段与基因工程手段并举来实现;在功能菌应用与生物强化处理工艺方面,主要通过所投加的功能菌直接作用或是利用基因水平转移(HGT)来实现生物强化;在分子检测技术方面,随着分子生物学的发展,一些技术如变性梯度凝胶电泳(DGGE)、核糖体间隔基因分析方法(RISA)及荧光原位杂交(FISH)等在与微生物生态学研究中得到了广泛应用.分析认为,应用分子生物学等先进技术手段,探讨废水生物强化处理工程应用过程中的微生物生态学机制,并以此为指导研发高性能菌剂,将是本领域的研究重点与方向之一.     

导电材料强化挥发性脂肪酸互营氧化产甲烷菌群的种间直接电子传递研究进展

挥发性脂肪酸(volatile fatty acid,VFA)降解是厌氧消化的限速步骤,其产甲烷效率取决于微生物的种间电子传递能力.种间直接电子传递(direct interspecies electron transfer,DIET)克服了种间氢/甲酸电子转移的热力学限制,可加速VFA降解产甲烷过程.基于微生物利用自身结构(如纳米导线、细胞色素c及其他蛋白组分等)进行DIET的原理,综述了外源添加导电材料对VFA厌氧消化产甲烷过程中DIET的强化效果及作用机制.碳材料和铁材料均能有效提高厌氧消化体系的甲烷产率,并缩短VFA的降解时间;碳材料通过替代纳米导线或富集具有DIET能力的微生物(如地杆菌)来实现DIET的强化.但不同类型铁材料的DIET强化机制存在着差异:磁铁矿的作用包括替代细胞色素c、诱导与DIET相关蛋白质的表达以及富集DIET微生物等;赤铁矿和针铁矿也可富集DIET微生物,此外赤铁矿还可促进细胞聚集体的形成及稳定,使DIET的进行更加有利.未来应进一步探究地杆菌以外微生物的DIET能力及作用机制,并优化导电材料强化厌氧消化产甲烷的工艺,以加速有机废弃物的高效资源化处理进程.(图2表3参59)     

废弃生物质水热转化技术研究热点与前沿态势分析:基于CiteSpace的大数据知识图谱分析

废弃生物质生态安全利用是废弃物减量化与资源化的重点和难点.水热转化技术是近年来迅速发展的一种特别适合于处理高含水率原料的热转化技术,在废弃生物质无害化和高值化利用方面具有巨大潜力.以收录于CNKI和Web of Science索引库中(2000年1月-2019年12月)关于废弃生物质水热转化的2 960篇文献(CNKI...     

枸杞种植废弃物固态发酵生物饲料条件优化及其微生物群落

枸杞种植废弃物（Lycium barbarum planting waste,LBPW）饲料化是其资源化利用的重要方式之一,也是枸杞种植产业可持续发展的重要环节.发酵是饲料化处理枸杞种植废弃物的核心技术,为提高枸杞种植废弃物的发酵品质和饲用价值,开展固态发酵枸杞种植废弃物为生物饲料的条件优化试验,并探索枸杞种植废弃物发酵产物品质与微生物群落结构之间的联系,以期获得枸杞种植废弃物饲料化技术的关键信息.条件优化试验结果显示,固态发酵枸杞种植废弃物的最佳条件为50%的含水量、25℃的发酵温度、比例为15%的枸杞加工废弃物添加量、80 u/g的纤维素酶添加量,且发酵菌株接种量为3%、酵母菌和乳酸菌的体积比例为3:7,发酵周期为20 d.发酵条件优化后,枸杞种植废弃物发酵产物的品质较未优化前显著提升（P <0.05）.微生物群落分析结果显示,枸杞种植废弃物发酵产物的品质与参与发酵的微生物之间存在密切联系：发酵产物品质好,样品中Lactobacillus丰度高而Devosia丰度低;反之发酵产物品质差,样品中Lactobacillus丰度低而Devosia丰度高.此外,发酵产物的品质越好,发...     

废水生物脱氮中N_2O和NO_x的产生和作用

废水生物脱氮中N2O和NOx来源于硝化、反硝化、厌氧氨氧化和化学反硝化等过程.电子受体和供体浓度、pH、缓冲剂类型、有机负荷、微生物种类及其相互作用等都会影响这些气态中间产物的产生.NO2能够氧化氨和强化好氧和厌氧氨氧化,NO能够阻止C2H2对好氧氨氧化活性的抑制,两者对好氧氨氧化活性的恢复至关重要.所有这些表明,废水生物脱氮的气态中间产物N2O和NOx在氮的生物转化中具有重要的正面作用,甚至必不可少.基于NO2曝气技术和Brocadiaanammoxidans与Nitrosomonas协同作用的废水生物脱氮新技术开发是今后一段时间的重要研究方向.图4参35     

氯霉素对体外模拟人体肠道菌群的影响

研究氯霉素对人体肠道菌群结构及短链脂肪酸的体外影响，可为理解肠道细菌和真菌间的关系提供理论依据，并为肠道微生物的分离提供参考.借助模拟人体肠道发酵技术，通过Illumina HiSeq高通量测序分析氯霉素对发酵液中肠道微生物群落结构的影响，并利用气相色谱法测定菌群代谢产物短链脂肪酸的含量.发酵液中优势真菌为子囊菌门（Ascomycota）和担子菌门（Basidiomycota），优势细菌为变形菌门（Proteobacteria）、厚壁菌门（Firmicutes）、放线菌门（Actinobacteria）和拟杆菌门（Bacteroidetes）.与对照相比，门水平上氯霉素显著降低子囊菌门（P=0.045）的相对丰度，显著增加真菌norank(Eukaryota norank,P=0.017)的相对丰度；属水平上氯霉素显著增加普雷沃氏菌属7(Prevotella 7)和肠球菌属（Enterococcus）等细菌及酵母菌目（Saccharomycetales）和德福里斯孢属（Devriesia）等真菌的相对丰度，显著降低韦荣氏球菌科（Veillonellaceae）和Gloeotinia的相...     

必需脂肪酸及其代谢转化产物的营养生理功能研究进展

为了开发富含n-3多不饱和脂肪酸(n-3PUFA)这一功能性食品,需要我们更深入地认识n-3和n-6脂肪酸.必需脂肪酸α-亚麻酸和亚油酸分别是n-3和n-6多不饱和脂肪酸的母体,两者及其碳链延长产物是不能相互转化的.n-3和n-6脂肪酸的作用也不能相互替代.作为功能性食品成分的n-3和n-6脂肪酸具有预防心血管疾病、治疗高血脂症、轻度老年痴呆症、降低胆固醇血症的危险等作用.本文主要综述n-3和n-6脂肪酸的特殊作用、n-6和n-3脂肪酸之间的相互关系以及在开发富含n-3PUFA动物产品及食品方面的研究进展,并提出了今后尚待解决的问题.     

石墨烯在环境有机污染物分析中的应用进展

石墨烯是一种全部由碳六元环构成的新型二维碳纳米材料.从2004年发现至今,其在能源、电子、复合材料、生物医学等领域中的应用都取得了重大研究进展.近年来,石墨烯在分析化学领域也表现出了巨大的应用潜力,尤其是在环境有机污染物分析方面,涌现了大量相关报道.本文简要回顾了近期石墨烯在环境有机污染物分析中的应用情况,涵盖了样品前处理、色谱、传感器、质谱等不同的技术方向,并对石墨烯在环境分析中的应用前景进行了展望.     

生物电化学系统固定二氧化碳同时产生乙酸和丁酸

生物电化学系统用于微生物电合成,可原位利用污水中的能量将二氧化碳固定,并生产有机物.通过构建生物电化学系统,利用混合菌作电催化剂还原二氧化碳生成乙酸和丁酸.设定阴极电势-0.75 V(vs Ag/AgCl),10 d的反应周期内,乙酸最大积累浓度为251.89 mg/L;丁酸从第3天开始生成,最大积累浓度为89.42 mg/L.系统总电子回收率可达85.04%.电化学分析表明生物阴极具有良好的催化活性.PCR-DGGE分析生物阴极主要菌群为醋酸杆菌属(Acetobacterium)和拟杆菌属(Bacteroides).本研究证明了生物阴极具有以二氧化碳为原始底物合成乙酸,并进一步延伸碳链合成中链脂肪酸的能力,对进一步开发微生物电合成技术具有重要参考价值.     

废水生物脱氮中N2O和NOx的产生和作用

废水生物脱氮中N2O和NOx来源于硝化、反硝化、厌氧氨氧化和化学反硝化等过程．电子受体和供体浓度、pH、缓冲剂类型、有机负荷、微生物种类及其相互作用等都会影响这些气态中间产物的产生．NO2能够氧化氨和强化好氧和厌氧氨氧化，NO能够阻止C2H2对好氧氨氧化活性的抑制，两者对好氧氨氧化活性的恢复至关重要．所有这些表明，废水生物脱氮的气态中问产物N2O和NOx在氮的生物转化中具有重要的正面作用，甚至必不可少．基于NO2曝气技术和Brocadia anammoxidans与Nitrosomonas协同作用的废水生物脱氮新技术开发是今后一段时间的重要研究方向．图4参35     

石墨烯对漆酶/介体系统降解碱木素的影响

漆酶/介体系统(laccase-mediator system,LMS)在木质素生物降解及其资源化利用领域具有巨大的潜在应用价值,但LMS仍存在介体重复利用率低、电子供体不足等问题.电子传递性能优异的碳基材料石墨烯具有解决这些问题的潜力,本文研究了石墨烯对漆酶-ABTS系统降解碱木素的影响.结果表明,石墨烯促进了漆酶-ABTS系统对碱木素的降解,使碱木素的降解率在10 h内提高了28%.石墨烯的添加使得漆酶-ABTS系统对氧的消耗速率加快了4倍.碱木素的FTIR与XPS结果表明,石墨烯的添加强化了漆酶-ABTS系统对碱木素的降解.石墨烯反应前后并没有明显变化,循环伏安结果表明,石墨烯作为"电子导体"提高了ABTS中间体与碱木素之间的电子传递效率,促进了ABTS+·向ABTS2+的转化,提高了ABTS2+氧化碱木素中非酚类结构单元的速率.石墨烯的添加使得ABTS+·稳态浓度处于较高的水平,提高了介体重复利用率.本研究证明了碳基材料石墨烯作为"电子导体"强化了漆酶-ABTS系统对碱木素的催化降解,为木质素生物降解及其资源化利用提供了新的方法和思路.     

产甲烷古菌与电子传递体相互作用机制研究进展

厌氧消化是实现有机废弃物资源化最有效的技术之一，实现形式是产生生物沼气.作为一种清洁能源，生物沼气可以有效减少化石燃料的使用，进而减少温室气体的排放.产甲烷古菌位于厌氧发酵链末端，是生物沼气主要成分甲烷的直接生产者.在厌氧消化系统中，产甲烷古菌与发酵链前端微生物以及各种天然和人工电子传递体存在着活跃的电子互营过程，对于维持厌氧消化系统的稳定性和改善生物沼气的生成效率具有重要作用.本文综述近年来报道的在强化厌氧消化过程中常用的铁基与碳基电子传递体与产甲烷古菌的相互作用机制，着重介绍两类电子传递体通过自身氧化还原反应或物理性质与产甲烷古菌细胞膜上的氢酶和细胞色素c进行电子互营的微观作用机理，分析两类电子传递体通过参与胞外电子传递过程与产甲烷古菌能量代谢可能存在的耦合机制，其中乙酸型产甲烷古菌基于电子歧化传递在进行胞外三价铁呼吸过程中存储能量，从而增强产甲烷代谢，改变了目前对甲烷生成的生化和生态学理解，极大推进了产甲烷古菌与胞外电子传递体相互作用的研究.产甲烷古菌胞外电子传递路径的不清晰和其细胞膜上蛋白功能的不确定是制约产甲烷古菌与电子传递体相互作用机制研究的重要因素.因此提出利用快速发展的...     

纳米材料在放射性废水处理中的吸附应用

随着核能的开发与利用,放射性污染已经成为一个严峻的环境问题,放射性废水的处理日益引起人们的重视.近年来,纳米技术飞速发展,纳米材料已成为一种新型材料.纳米材料具有独特的物理化学性质,如小尺寸效应、巨大比表面积、极高的反应活性等,这些特性使纳米材料在水处理领域展现了巨大的应用潜力.利用新颖高效的纳米材料吸附去除废水中的放射性核素已越来越受到研究者的关注.本文综述了国内外纳米材料吸附处理废水中放射性核素的研究进展,主要总结了碳纳米材料、纳米金属氧化物、钛基纳米材料、零价金属纳米颗粒对放射性废水的处理性能,简要阐述了纳米材料对放射性核素的吸附机理.最后,对纳米材料去除放射性核素污染研究的未来发展方向及待研究问题进行了展望.     

微生物固化曝气技术对养殖废水的深度处理

以微生物固化曝气技术为核心的污水处理系统为研究对象,研究养猪废水中的COD、N、P、总有机碳及抗生素(土霉素、四环素、金霉素、强力霉素、罗红霉素、阿奇霉素、氧氟沙星、恩诺沙星和环丙沙星)在不同处理单元的动态变化.结果表明,微生物固化曝气技术能有效去除常规污染物,除TP外,COD和NH+4-N的出水浓度均能达到《畜禽养殖业污染物排放标准》(GB 18596—2001);该技术对抗生素的去除效果依抗生素的种类而变,对4种四环素类抗生素-的去除率高达85%以上;对大环内酯类中的阿奇霉素的去除率为62.8%;对大环内酯类中的罗红霉素和氟喹诺酮类抗生素则基本无效.微生物固化曝气技术能有效去除总有机碳、COD、NH+4-N和四环素类抗生素,对TP和其它抗生素类,需要进一步优化处理系统的运行条件,或改善固化微生物的组成,以提高这类污染物的处理效果.     

新型己酸菌强化对人工窖泥培养过程中原核微生物群落结构及酸、酯含量的影响

人工窖泥对于浓香型白酒的生产酿造起着至关重要的作用.前期研究中首次分离到能够利用乳酸合成己酸的新型产己酸菌,一种瘤胃梭菌(Clostridium sp. CPC-11,CGMCC No. 9926),该菌属于瘤胃菌科(Ruminococcaceae)中Clostridium cluster Ⅳ的一个新种.在此基础上,通过16S rDNA高通量测序技术(MiSeq)结合有机酸与酯类含量分析研究CPC-11在强化人工窖泥的制作过程中对窖泥微生物群落结构和理化指标的影响.结果显示,经35 d培养,窖泥微生物群落多样性显著降低,表明窖泥中杂菌不断减少,有益菌不断增加.其中,芽孢乳杆菌科(Sporolactobacillaceae)与瘤胃菌科(Ruminococcaceae)成为最主要的优势类群,丰度分别为66.2%和22.8%.窖泥中己酸的含量在前21天不断升高,但在35 d时显著下降(P 0.05);乳酸和乙醇呈不断升高趋势,而乙酸则缓慢下降,丁酸未有显著改变.酯类分析显示,四大酯类(乙酸乙酯、乳酸乙酯、丁酸乙脂和己酸乙酯)积累量均呈不断增加趋势.冗余分析(RDA)结果显示,窖泥中己酸含量与瘤胃梭菌(Clostridium cluster IV)呈正相关,与芽孢乳杆菌呈负相关;乳酸含量与芽孢乳杆菌、乳酸杆菌呈正相关.本研究表明新型己酸菌的强化可以在35 d内使己酸菌的相对丰度保持在22.8%,并显著提高己酸乙酯在窖泥中的累积量,促进窖泥快速成熟;结果可为改进人工窖泥的制作方法和提高人工窖泥的品质提供理论依据.(图5表3参31)