基于宏基因组技术获得的对厌氧氨氧化菌代谢的新理解

厌氧氨氧化菌(Anaerobic ammonium oxidation bacteria,AAOB)是化能自养菌,由于其生理代谢的奇异性、细胞结构的特殊性以及对氮素循环的重要性,已成为环境工程、微生物以及海洋生物学等领域的研究热点.然而,AAOB未能实现纯培养的现状已成为AAOB代谢途径研究的巨大障碍.近年来兴起的宏基因组技术(Metagenomics)为AAOB代谢途径的研究提供了新手段.采用宏基因组技术,可直接研究微生物群体中某特定微生物基因组的结构与功能,摆脱了传统微生物学研究对纯培养的依赖,使未培养微生物的认识和开发成为可能.本文首先简述获取AAOB宏基因组信息的过程,然后通过比较由传统代谢研究方法和宏基因组技术获得的AAOB代谢途径的研究成果,论述基于宏基因组技术获得的对AAOB代谢的新理解,得出以下结果和结论:1)AAOB的碳素固定途径为乙酰辅酶A途径,碳素固定的还原力来自NADH或者QH2;2)AAOB氮素转化的重要中间产物是NO,而非NH2OH,并提出了以NO为核心的AAOB代谢的改进模型;3)AAOB的ATP合成途径为氧化磷酸化,推测的电子传递途径为N2H4—QH2—细胞色素bc1复合体;细胞色素bc1复合体再将电子用于NO2-还原和N2H4合成.AAOB的宏基因组技术使AAOB代谢途径的研究更具方向性.随着分子生物学理论和技术的不断发展,宏基因组学的升级技术(如宏转录组学、宏蛋白质组学)将为AAOB代谢途径的研究提供新的方法与平台.图3表1参51     

一株中度嗜盐菌的分离及生物学特性

从我国内蒙古吉兰泰盐湖的样品中分离得到一株中度嗜盐细菌菌株JLT-01,研究了其形态和特性.结果显示:该菌株为杆状,革兰氏阴性,无芽孢,无荚膜,无鞭毛;最适培养温度为30℃,最适生长pH值7.5,最适生长盐度10%~12%(m/V),最适生长Mg2+浓度3.0%(m/V);能利用葡萄糖、蔗糖、半乳糖作为唯一碳源生长.脂肪酸成分分析表明在JLT-01中主要脂肪酸为C16:0与C18:1ω9c,含量分别为26.39%和20.30%.Tm法测定该菌的(G+C)含量(摩尔分数)为52.3%.以该菌的16S rRNA基因序列为基础构建了系统发育树;16S rRNA基因序列的序列同源性比对表明该菌与海杆菌属Marinobacter lipolyticus SM19T的同源性为98.0%,与Marinobacter属内其它菌株的同源性在96.0%~99.0%之间.DNA-DNA杂交实验分析显示:JLT-01与M.lipolyticus DSM15157的杂交率小于70%.结果表明,菌株JLT-01是海杆菌属的一个新菌株.     

CO厌氧发酵制氢过程中的微生物特性及其影响因素

以发酵液中溶解的一氧化碳(CO)为底物,研究高温嗜热菌(Carboxydothermus hydrogenoformans)厌氧发酵制氢的工艺过程.通过C.hydrogenoformans菌的生长规律、絮凝能力和反应特性等实验研究,建立菌株的生长规律模型,得出微生物衰减系数和最大比生长速率.结果表明,C.hydrogenoformans菌产氢率高,絮凝效果好,用于连续CO生物发酵制氢工艺是可行的.对发酵制氢过程的影响因素进行考察,得出最佳食微比及CO对发酵制氢过程的抑制浓度等过程参数,为有效开发CO厌氧生物发酵制氢的工艺路线提供了参考依据.图4表2参17     

高氯酸盐降解菌的分离鉴定及特性研究

研究降解高氯酸盐环境污染物微生物的形态特征、分子系统特征、生长特性和降解活性。利用PCA选择性培养基富集分离高氯酸根降解菌,观察其形态,进行生理生化测定,用分子克隆技术获得菌株的16SrDNA基因并测序,并对菌株的16S rDNA基因序列进行比对和系统发育分析,并用培养技术和离子色谱法检测菌株对底物的利用和降解情况。从镇江江滨和镇江新区污水处理厂的活性污泥中分别分离到一株能降解高氯酸根的菌株JD14和JD125。此菌株在24～30℃条件下较快地降解底物高氯酸盐,其中在24℃下,15d内可以将初始质量浓度为1600mg·kg-1的高氯酸根降解（86±6.5）%。对两菌株的16S rDNA基因进行了克隆和测序,并进行系统发育分析,结果表明菌株JD14和Dechloromonas sp.SIUL相似度高达100%,JD125和Dechlorospirillum相似度达97%,最后鉴定JD14和JD125属于高氯酸盐降解菌。此前国内并无降解高氯酸根微生物的报道,对今后在环境污染防治中开发利用此类细菌具有指导意义。     

新型堆肥生物反应器人粪便堆肥功效的评价

利用以锯末为载体的Bio-Lux S15型生态卫生设备,对人粪便进行了连续性堆肥实验,考察了BOD5、粪大肠菌和蛔虫卵的灭活以及最终产品N、P和K等肥料成分的含量。实验结果表明,最初30 d,BOD5的累积去除率由27%快速增加到50%,之后的30 d维持在50%左右,随后下降至40%左右。生态卫生设备中维持50-60℃的温度是杀灭粪便病原微生物的适宜条件,可保证粪便投入后在24 h内,粪大肠菌的灭活率达到99.99%,蛔虫卵的灭活率在2 h内达100%。对反应周期内载体的N、P和K等肥料成分的分析结果表明,反应过程中3种肥分都持续积累,在反应末期,按TN、P2O5和K2O计算的3种肥分最终分别达到25.1、123.4和2.0 g/kg,基本上达到了农用肥料的国家标准,表明以锯末为载体的反应器具有良好的堆肥效果。     

一株新反硝化菌的鉴定及在废水处理中的应用

在厌氧污泥中分离得到一株自养厌氧反硝化细菌,它可以利用还原铁粉脱去污水中的硝氮,同时,废水中的磷也同时得到了脱除。大量试验发现,整个生物反应过程中没有NO2-和NH4+的积累,说明反硝化的产物是N2。通过对该菌株的16S rDNA序列同源性比较以及鉴定,在Genbank中BLAST后,初步判定它为假单胞菌属,该菌种与Pseudomonas sp.HPC502的同源性达到了99%。     

对一株海洋发光细菌保存方法的探究

从乌贼体表及内脏中提取一株海洋发光细菌,进行分离、纯化。通过四种不同保存方法对该株发光菌进行保存,测定了发光菌在存活期内的相对发光强度,探讨了最佳保存方法,比较发现:低温甘油法可在短期内替代条件苛刻的冷冻干燥法,可保存至少一年,沙土管保存法发光菌复苏效果差,不适宜保存发光菌,常温石蜡保存在实验室条件下可短期保存半年。     

微生物源槐糖脂对水果致腐真菌的抑制作用

致腐真菌是诱发水果采后病害,造成水果在运输、货架期间和贮藏过程腐败变质的主要原因.从腐烂水果上分离得到17株菌,其中9株为致腐真菌,研究了由拟威克酵母发酵产生的槐糖脂对该9株菌的作用,包括抑菌圈直径、抑菌率和对菌丝蔓延的影响.发现槐糖脂对9株致腐真菌有很好的抑制作用,浓度达到2.0 g L-1时,致腐菌(孢子)抑制率达...     

建筑小区内致病微生物暴露风险评价

利用数值模拟确定致病微生物浓度的时空分布,建立了基于瞬时浓度判据和积累浓度判据的污染物暴露评价模型,得到了建筑群内瞬时风险区域和人们在污染区域的最大停留时间。结果显示:瞬时风险区域面积基本与微生物生长曲线一致,即在2000s时达到最大,然后逐渐减小,至6000s后基本不变;最大停留时间与微生物的增长率有关,增长率大,最大停留时间变小。     

土霉素降解菌TJ-1在猪粪无害化处理中的作用

利用普通理化分析结合Biolog微平板技术研究了土霉素高效降解菌Staphylococcus sp.TJ-1在新鲜猪粪无害化处理中的作用.结果表明,土霉素高效降解菌的接种能显著提高猪粪中土霉素的降解效率(p＜0.05),21d堆肥结束时可将土霉素降解率从62.7％提升至82.0％.堆肥结束后,不接种降解菌的普通堆肥工艺和接种降解菌的高效堆肥工艺中NH+4-N含量分别为189.34、42.36 mg·kg-1,NO-3-N含量分别为439.38、238.06 mg·kg-1.Biolog结果显示,土霉素降解菌TJ-1对土霉素中碳源的代谢有利于堆体中氨基酸类及芳香族化合物等氮源的降解,缓解了堆体中有毒有害物质对其他微生物的损伤,保证了微生物群落的多样性和活性,对维护堆体生态系统的稳定性具有良好作用.因此,接种高效降解菌进行堆肥是一种良好的消除抗生素残留的猪粪无害化工艺.