一株假单胞菌MBR对亚碲酸盐的好氧还原特征

本实验室前期获得了一株假单胞菌MBR(Pseudomonas sp.MBR),能够在好氧环境以有机碳源为电子供体,将可溶性强、毒性高的亚碲酸盐还原为无毒的不溶性碲单质.本文主要报道对该菌好氧还原亚碲酸盐为碲单质的特性研究,结果表明,该菌对高浓度的亚碲酸钠具有抗性并还原为单质,由于碳源提供的电子供体不同,该菌对亚碲酸盐的最小抑制浓度(MIC)有较大差异,其中以丙酮酸为碳源的MIC最高,达到2 mmol/L.扫描电子显微镜和透射电子显微镜观察显示亚碲酸钠的毒性使细胞的形态发生了严重变形,细胞膜有裂解的迹象,还原的Te单质大量积累在细胞质内.     

一株嗜酸硫单质还原菌的分离鉴定及其在酸性重金属废水处理中的作用

采用Hungate厌氧滚管法,从酸性重金属废水中筛选了1株嗜酸性的硫单质还原菌NAU-16.经形态学和16S r DNA基因序列分析鉴定为脱硫菌属硫磺细菌种Desulfurella amilsii.研究了其在不同温度(20—60℃)、p H(1.0—7.0)和碳源(乙酸、丙醇、乳酸、葡萄糖、丙三醇、丙酮酸)条件下的生长特性,并通过序批式厌氧瓶培养考察了该菌株对污泥生物沥浸酸液中Zn~(~(2+))、Cu~(~(2+))、Ni~(~(2+))的去除效果.结果表明,菌株NAU-16最适生长温度为35—45℃,可在p H值3.0—7.0范围内较好生长,能利用乙酸、葡萄糖作为电子供体和碳源.同时,Desulfurella amilsii NAU-16介导的生物硫单质还原可有效处理含Zn~(~(2+))、Cu~(~(2+))、Ni~(~(2+))的污泥生物沥浸酸液.对于初始p H 3.0—4.0的沥浸液,处理12 d,Zn~(~(2+))、Cu~(~(2+))的去除率达99%以上,Ni~(~(2+))的去除率90%—99%.上述研究结果为酸性重金属废水生物处理提供了一种新途径.     

硫自养高氯酸盐还原菌和反硝化菌的培养和驯化

为了提高硫自养高氯酸盐和硝酸盐的还原效率,进行了以单质硫(S0)和好氧污泥分别作为电子供体和接种污泥培养驯化硫自养高氯酸盐还原菌和反硝化菌的过程研究.结果显示,在厌氧条件下采用间歇周期运行的培养方式,高氯酸盐和硝酸盐的初始浓度分别从80 mg/L和40 mg/L逐渐增加到240 mg/L和120 mg/L时,去除率达到99%以上的周期随培养驯化时间的增加而逐渐缩短,从最初的7 d稳定在4 d,高氯酸盐和硝酸盐最终分别被还原为Cl-和N2.由于S0的歧化反应,SO42-的实际产生量高于理论产生量.培养驯化过程中pH在6.5-7.3范围内变化,适合硫自养高氯酸盐还原菌和反硝化菌生长、发育和繁殖的条件.PCR-DGGE图谱分析表明随着培养和驯化时间的增加微生物种群数量逐渐减少,污泥微生物群落能够迅速进行优胜劣汰,达到适应环境的目的.培养驯化末期的污泥中β变形杆菌纲处于优势地位,是硫自养高氯酸盐还原菌和反硝化菌的主要组成部分.因此,经培养驯化的微生物菌群具有较高的高氯酸盐和硝酸盐还原能力,本研究可为水中高氯酸盐和硝酸盐净化技术提供一定的理论依据和技术支持.     

基于铁还原菌的微生物燃料电池研究进展

微生物燃料电池(Microbial fuel cell, MFC)是未来理想的发电装置,而铁还原菌是目前MFC研究中重要的产电微生物.自然界中并无微生物产电的直接进化压力,而MFC电极与自然界中Fe(III)氧化物同为难溶性胞外电子受体,研究表明,铁还原菌对二者的还原有相似机制.基于铁还原菌的MFC具有无需外加介体,可利用多种有机电子供体作为燃料,能量转化率高等优点.本文分析了铁还原菌还原电极和还原Fe(III)氧化物机制的相似性,对近年来基于各种铁还原菌的MFC研究进展进行分述和总结,提出了铁还原菌MFC的发展趋势和研究方向.     

胞外呼吸菌Exiguobacterium sp. PY14的分离鉴定及其异化铁还原特性

胞外呼吸菌广泛分布于自然生境中,是驱动铁等元素地球化学循环的重要因素,已成为各种有机污染物降解和重金属污染去除的研究热点.为了挖掘具有环境修复应用前景的胞外呼吸菌,从鄱阳湖湿地土壤中筛选具有胞外异化铁还原能力的菌株,通过形态、生理生化和遗传分析进行菌种鉴定,并对其最优生长条件、异化铁还原特性及胞外电子传递机制进行研究.结果显示,分离得到的菌株PY14具有较高的异化铁还原能力,细菌形态、生理生化特征及16S rRNA基因系统发育分析鉴定其为革兰氏阳性的微小杆菌属（Exiguobacterium）;具有嗜碱耐盐生长特性,最适生长pH值为8.0,在NaCl浓度高达50g/L条件下生长良好;能够利用葡萄糖、丙酮酸、乙酸和乳酸等多种小分子碳源（电子供体）进行厌氧呼吸,5 d内5 mmol/L水铁矿的还原率高达80%,添加电子穿梭（蒽醌-2,6-二磺酸盐）可显著增强其异化还原水铁矿、针铁矿和赤铁矿的速率;可通过自身分泌腐殖酸类电子穿梭体实现介导异化铁还原过程.本研究获得了一株有望在盐碱土壤或水体等环境中高效驱动铁还原的胞外呼吸菌,为进一步认识革兰氏阳性细菌胞外电子传递机制提供新依据.（图8表1参4...     

铁氨氧化污水脱氮的应用研究进展

铁氨氧化(Feammox)是一种以廉价、易得的铁作为微生物电子供体的新型自养生物脱氮技术，即Fe(Ⅲ)还原与厌氧氨氧化的结合工艺，拥有成本低廉、无需有机碳源、污泥产量小、无温室气体产生等优势，是污水处理的一种潜在脱氮途径.本文对铁氨氧化反应的机理、功能菌种的种类和特性及电子穿梭体对其的影响进行了介绍，总结了铁氨氧化在污水环境中的脱氮效果及其与厌氧氨氧化、硝酸盐依赖型亚铁氧化和生物电化学系统的耦合技术，并指出目前铁氨氧化的应用问题及该技术未来的研究方向和重点可能是菌分离纯化、工艺参数控制.     

产甲烷生化代谢途径研究进展

微生物产甲烷过程产生的甲烷约占全球甲烷产量的74%.产甲烷过程对生物燃气生产和全球气候变暖等都有着重要的意义.本文综述了产甲烷菌的具体生化代谢途径,其本质是产甲烷菌利用细胞内一系列特殊的酶和辅酶将CO2或甲基化合物中的甲基通过一系列的生物化学反应还原成甲烷.在这一过程中,产甲烷菌细胞能够形成钠离子或质子跨膜梯度,驱动细胞膜上的ATP合成酶将ADP转化成ATP以获得能量.根据底物类型的不同,可以将该过程分为3类:还原CO2途径、乙酸途径和甲基营养途径.还原CO2途径是以H2或甲酸作为主要的电子供体还原CO2产生甲烷,其中涉及到一个最新的发现——电子歧化途径;乙酸途径是乙酸被裂解产生甲基基团和羧基基团,随后,羧基基团被氧化产生电子供体H2用于还原甲基基团;甲基营养途径是以简单甲基化合物作为底物,以外界提供的H2或氧化甲基化合物自身产生的还原当量作为电子供体还原甲基化合物中的甲基基团.通过这3种途径产甲烷的过程中,每消耗1mol底物所产生AT P的顺序为还原CO2途径>甲基营养途径>乙酸途径.由于产甲烷菌自身难以分离培养,未来将主要通过现代的生物技术和计算机技术,包括基因工程和代谢模型构建等最新技术来研究产甲烷菌的生化代谢过程以及其与其它菌群之间的相互作用机制,以便将其应用于生产实践.     

河道底泥中四氯双酚A的厌氧降解及硫酸盐还原菌对其降解效率的影响

本文采用血清瓶实验研究了贵屿镇练江底泥TCBPA的厌氧降解特性以及该过程中硫酸盐还原菌的变化情况.结果表明,在不同还原条件下,TCBPA降解效率顺序为:产甲烷环境硫酸盐还原环境接种控制,对应降解速率常数分别为:0.0844 d-1、0.0694 d-1、0.0561 d-1,半衰期分别为:8.2 d、10.0 d、12.4 d.与接种控制组相比,加入电子供体可加速TCBPA降解,降解速率常数可达0.0722 d-1,半衰期为9.6 d.加入邻苯二甲酸丁酯后,TCBPA降解受到抑制,降解速率常数为0.0491 d-1,半衰期为14.1 d.使用Comparative Ct法进行荧光定量PCR实验,结果表明硫酸盐还原菌在TCBPA降解过程中起到了积极的作用.     

营养物质对细菌质粒pEA9∷Km在土壤中接合转移频率的影响

用成团肠杆菌(Enterobacter agglomerans) T7(pEA9∷Km)为供体菌,以E.a.339(pEA9-)为受体菌在天然土壤中进行接合实验,测定各种营养物质对重组质粒pEA9∷Km同源接合转移频率的影响.实验发现,如果在土壤中只加入生理盐水或无机盐培养基,就观察不到细菌数量的增加和质粒的转移;只有加入碳源物质后才检测到细菌数量的增加和质粒的接合转移,接合转移频率的大小位于1.2×10-4～4.4×10-4之间,与所加碳源物质的种类关系不大.图2 表1 参13     

多氯联苯微生物厌氧脱氯研究进展

多氯联苯是一种典型的持久性有机污染物,其在环境中的转化归趋备受关注.在厌氧条件下,多氯联苯可以通过微生物脱氯进行降解,该降解方式虽然广泛存在于自然界中,但是受生物地球化学因素的影响较大,调控较为复杂.本文对多氯联苯的厌氧微生物脱氯降解进行综述,讨论了脱氯路径和自然界中8种主要脱氯历程;脱氯微生物及相关的微生物还原脱卤酶;影响脱氯速率、程度和历程的主要物理和地球化学因素(温度、pH和氧化还原水平、碳源、电子受体、电子供体及抑制物).最后分析了多氯联苯厌氧脱氯研究中存在的问题并对其前景进行展望.     

钛掺杂氧化铋紫外光催化降解水中全氟辛酸(PFOA)

通过水热法制备了Ti(Ⅳ)掺杂Bi_2O_3(BTO),采用扫描电镜(SEM)、X射线粉末衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)等技术对其形貌和结构进行表征,并考察了钛掺杂氧化铋光催化降解水中PFOA的降解效果,发现PFOA的降解符合一级反应动力学,其降解速率常数为-0.2 h~(-1),比商业用纳米二氧化钛P25提高了6.8倍.表征结果证明,BTO存在多孔结构,能够增加反应活性位点,提高光催化活性面积.同时,自由基捕获实验和中间产物分析表明,光生空穴对PFOA的断链分解起决定性作用;同时Bi—O—Ti表面基团吸附PFOA并弱化了C—F键,导致光生电子可自由移至C—F键上并实现还原脱氟;光生电子和空穴在功能上相互配合,实现了对PFOA的协同降解;PFOA的降解过程受还原性物质主导,通过C—C键的断裂生成短链全氟羧酸类物质.     

水稻土中铁的厌氧生物氧化还原循环对砷的影响（The Effect of Anaerobic Redox Cycling of Iron on Arsenic Mobility in Paddy）

应用砷污染水稻土的厌氧富集培养,探讨水稻土中潜在存在铁厌氧生物循环及其对氮和砷的耦合作用.富集培养直接证明了水稻土中铁的厌氧生物循环:三价铁(人工合成针铁矿)在厌氧条件下被逐渐还原成二价铁;铁还原过程结束并外源添加硝酸根时,培养基中新生的二价铁在依赖于硝酸根的铁氧化菌的作用下被氧化;当提供新的电子供体乙酸时,生物合成的铁矿重新被还原.在铁氧化还原循环过程中,随着铁的还原,培养基中砷的浓度不断增加,反之,当铁逐渐氧化的同时不断地吸附固定培养基中的砷.在铁的厌氧氧化阶段,铁氧化的同时硝酸根被还原,培养基中积累了NH4+和NO2-.因此,厌氧水稻土中可以进行完整的铁氧化还原循环,同时这个循环过程耦合了氮和砷的迁移转化.     

一株氰氟草酯降解新菌株Sphingopyxis sp.WP9的分离鉴定及降解特性

氰氟草酯是应用于稻田的一种除草剂,其广泛使用给水生生态带来了一定威胁.利用连续富集培养的方法,从农药厂活性污泥中筛选出一株氰氟草酯高效降解菌WP9.采用16S rRNA基因序列分析并结合菌落菌体形态和生理生化特性,将菌株WP9鉴定为鞘氨醇盒菌(Sphingopyxis).在以100 mg/L氰氟草酯为唯一碳源的无机盐培养基中,菌株WP9在120 h内可将其降解97.03%.菌株WP9降解炔草酯的最适温度和pH分别为30℃和7.0;当菌株WP9的接种量≥5%时,其对100 mg/L氰氟草酯的降解效果较好;当氰氟草酯浓度≤100 mg/L时,菌株WP9对氰氟草酯的平均降解速率随着底物浓度的增加而呈指数增长.通过超高效液相色谱-质谱联用技术(UPLC-MS)鉴定降解产物为氰氟草酸和氰氟草酚,推测氰氟草酯首先通过酯键水解生成氰氟草酸,然后氰氟草酸通过醚键水解生成氰氟草酚.本研究关于鞘氨醇盒菌对氰氟草酯降解的报道结果,可为开展氰氟草酯污染环境的生物修复提供新菌种和理论基础.(图8参30)     

溶氧浓度调控嗜水气单胞菌的砷还原：效应与机制

砷是一种强致癌有毒类金属元素,广泛存在于自然水体环境之中。微生物还原As(Ⅴ)产生As(Ⅲ),可致使砷移动性增强,毒性升高,环境风险增加。前期有氧条件下的报道中,研究者更多关注微生物砷氧化,但对于溶氧浓度如何影响砷抗性微生物的砷还原缺乏定量研究。嗜水气单胞菌HS01(Aeromonas hydrophila HS01)为该文研究团队分离得到的一株具有系列环境功能的菌种,前期已证明其包含厌氧铁还原、硝酸盐还原、偶氮染料还原脱色、DDT生物转化等能力。选取其为研究对象,通过基因组测序分析,确定了该菌具有arsB砷载体蛋白基因和arsC胞内砷还原基因,明确了它的砷还原功能;通过构建砷还原微宇宙反应体系,解析了不同电子供体、不同氧气浓度条件下嗜水气单胞菌HS01的砷还原动力学,发现其砷还原能力受氧气调控显著。在该研究使用的多种电子供体条件下,嗜水气单胞菌HS01均不能在厌氧环境中还原产生As(Ⅲ)。而微氧(297μg·L^-1)条件下,砷还原速率常数达到0.09/d,反应速率约25.3μmol·L^-1·d^-1;随溶氧浓度增加,砷还...     

厌氧除磷同步脱氮及影响因素研究

采用鸡粪污泥为种泥,在厌氧混合连续流反应装置内进行厌氧还原磷产生磷化氧功能菌的富集,进行硝酸盐、硫酸盐、不同碳源和氮源条件下厌氧除磷效率的研究,并考察磷化氧的生成与硝酸、总磷、氨氮去除的关系.结果表明,(1)SO_4~(2-)-S适宜的投加量为26 mg·L~(-1),不投加NO_3~--N.水中含有氧化态的无机物在厌氧条件下与磷争夺[H]导致厌氧除磷的效率下降.(2)合适的碳源为葡萄糖1 000 mg·L~(-1),纤维素不适合作为碳源,合适的氮源为蛋白胨500 mg·L~(-1),水中含有的还原糖和有机氮源促进磷化氧的生成.(3)pH值控制在6.5～7.0的范围,最适宜的生长温度在35℃左右.(4)氨氮的去除率随着总磷的去除率而增加,在厌氧条件下可达到同时脱氮除磷的效果.磷的去除由厌氧除磷菌还原磷生成磷化氧完成,氨氮由生成氮气或生成蛋白质来去除.     

一株铬还原菌的分离鉴定及铬还原特性研究

铬污染是目前最为普遍的重金属污染物之一,一定浓度的Cr(Ⅵ)会威胁动植物健康。用微生物修复技术降解高毒性的Cr(Ⅵ)可为环保高效的铬污染治理开辟新途径。针对从湖南某铬盐厂污染区土壤中分离筛选出的铬还原菌G12进行菌种鉴定及铬还原特性研究,明确该菌株的最适生长条件,考察其在不同环境条件下的铬还原效果,为原位微生物修复技术实际工程应用提供理论依据。通过菌株形态特征和16S r RNA基因序列分析,确定该菌株为革兰氏阳性芽孢杆菌,鉴定为短小芽孢杆菌(Bacillus pumilus)。研究发现B.pumilus G12的最佳生长温度和p H分别为30℃和9.0;且菌株铬还原能力随着初始Cr(Ⅵ)浓度的升高而下降;在50、100、200、400和600 mg·L~(-1)初始Cr(Ⅵ)浓度条件下其铬还原率分别为66.2%,35.7%,26.1%,16.0%和6.0%。在改变环境过程中,该菌株以甘油为外加碳源电子供体时对Cr(Ⅵ)的还原率可达100%,在60 h可将50mg·L~(-1)Cr(Ⅵ)还原为零;菌株G12培养可耐受较高盐浓度,在10 g·L~(-1) Na Cl盐浓度下菌株的还原能力最佳,Cr(Ⅵ)的去除率为70%;将菌株分别培养在含不同重金属离子的培养液中,菌株G12还原能力均受到抑制。对菌株G12的铬还原能力的初步研究结果表明,菌株G12在铬污染修复中具有良好的应用潜力。     

硝基苯降解菌的分离鉴定及降解特性

从化工厂污水处理池污泥中分离到一株能高效降解硝基苯的菌株XY-1,通过形态观察、生理生化特征和16SrDNA序列同源性分析,将该菌株鉴定为假单胞菌属(Pseudomonas sp.).该菌株能以硝基苯为唯一碳源、氮源和能源生长,硝基苯初始浓度为200 mg/L时,20 h降解率可达97%.该菌在温度25～35℃、pH 7.0～9.0范围内均能高效降解硝基苯,并且对对氯硝基苯、对氯苯胺也有良好的降解效果.测序分析表明,克隆到了该菌中的硝基苯还原酶基因,推测该菌的降解途径是硝基苯部分还原途径.图6参19     

阻燃剂四溴双酚A的厌氧-好氧生物降解

采用清远电子垃圾拆解区附近河流底泥作为菌源,研究了四溴双酚A(TBBPA)在不同厌氧条件下的还原脱溴,并用驯化微生物好氧降解双酚A(BPA).实验发现,添加电子供体和产甲烷条件下,TBBPA分别在117 d和42 d实现100%去除.硫酸盐条件下,TBBPA在观察期内(160 d)的去除率为63%.驯化微生物可以将BPA矿化,并在pH 8、34℃、接种量10%条件下,40 mg·L~(-1)BPA在6 d内可被完全降解,具有最优的降解效果.BPA经对羟基苯乙酮、乳酸而最终转化为CO_2和水.厌氧-好氧微生物作用可实现TBBPA的彻底降解,为受TBBPA污染区域的原位修复提供了科学基础.     

混合菌群生物燃料电池的产电机理与特性

利用厌氧污泥为接种源构建双室微生物燃料电池(Microbial fuel cell,MFC),研究其电子传递机制,并考察其底物利用谱及阴极电子受体对产电性能的影响.结果表明:该MFC主要通过生物膜机制实现电子从有机物到固体电极的传递过程.该混合菌MFC的底物利用谱范围广泛,单糖、二糖、小分子有机酸等有机物均可作为电子供体产电,其中以蔗糖和乳糖为底物产电效果较好,最大功率密度分别为69.69 mW/m2和60.75 mW/m2;而以乙醇为底物时,COD负荷最高,达123.55 mg L-1d-1.阴极不同电子受体对混合菌群MFC的产电性能也有显著影响,其中以KMnO4为电子受体电池性能最好,最大功率密度达1 396.74 mW/m2.     

苯甲酰脲类杀虫剂降解菌的分离鉴定及其降解特性

从农药厂活性污泥中分离筛选到一株可降解灭幼脲、除虫脲、氟铃脲的菌株,命名为M6.经生理生化特征和16S rRNA基因序列分析,将其鉴定为无色杆菌属(Achromobacter sp.).菌株M6可在48 h内降解91%以上初始浓度为100mg/L的灭幼脲、除虫脲、氟铃脲;且可在不添加其他碳源的情况下,以这3种杀虫剂为唯一碳源生长.选取菌株降解效果较好的灭幼脲为底物,研究其降解特性.菌株M6降解灭幼脲时,对温度、pH值等培养条件适应范围较宽,降解灭幼脲的最适温度为30℃,最适pH为7.0;可耐受400 mg/L的灭幼脲.通过对乙酰氨基酚变色和芳基酰胺酶基因克隆试验,初步确定菌株M6通过水解酰胺键降解灭幼脲、除虫脲、氟铃脲.本研究得到了苯甲酰脲类杀虫剂的高效降解菌,可为其污染修复的开展提供资源和理论基础.