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微生物学报

  • 2024年第6期文章目次
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    • >封面
    • 封面

      2024, 64(6):0-0.

      摘要 (49) HTML (55) PDF 652.71 K (134) 评论 (0) 收藏

      摘要:

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      2024, 64(6):0-0.

      摘要 (52) HTML (51) PDF 209.70 K (139) 评论 (0) 收藏

      摘要:

    • >序言
    • 2024年地质微生物学专刊序言

      2024, 64(6):Ⅰ-II.

      摘要 (66) HTML (66) PDF 308.48 K (105) 评论 (0) 收藏

      摘要:

    • >海洋微生物与元素循环
    • 一株太平洋表层海水来源阿拉伯海假交替单胞菌N1230-9的全基因组测序及比较基因组学分析

      2024, 64(6):1691-1703. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20230669

      摘要 (169) HTML (114) PDF 923.99 K (212) 评论 (0) 收藏

      摘要:【目的】阐述阿拉伯海假交替单胞菌(Pseudoalteromonas arabiensis)的分子进化与生态适应策略。【方法】借助Illumina HiSeq X Ten和Oxford Nanopore PromethION测序平台对一株分离自太平洋表层海水的菌株Pseudoalteromonas arabiensis N1230-9进行全基因组测序,利用相关生物信息学分析软件对原始数据进行组装和基因组注释,并与一株分离自深海沉积物环境的模式菌株Pseudoalteromonas arabiensis JCM 17292进行比较基因组分析。【结果】菌株N1230-9基因组由2条染色体组成,基因组大小为4 627 470 bp,G+C含量为40.85%,共编码4 202个蛋白。功能基因注释结果显示,菌株N1230-9具有适应海洋环境的多种类型功能基因,包括重金属抗性基因、多种铁离子摄取系统编码基因、多种噬菌体防御系统编码基因、种类丰富的水解酶编码基因、多种碳水化合物代谢相关基因,以及数量众多的二元信号传导系统编码基因。通过比较基因组分析发现,菌株N1230-9和菌株JCM 17292拥有适应不同生态位的特有基因,这些基因主要涉及血红素摄取、重金属抗性、噬菌体防御、二元信号系统传导和横向基因水平转移。【结论】来自表层海水的菌株P. arabiensis N1230-9已演化出了适应其生态位的特有基因。

    • 东海北部滨海湿地铁氧化细菌的分布及其对不同氧气穿透深度的响应

      2024, 64(6):1704-1720. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20240021

      摘要 (82) HTML (76) PDF 1.64 M (180) 评论 (0) 收藏

      摘要:【目的】滨海湿地生态系统位于淡水与海水交互地带,含有高浓度Fe2+的地下水渗透到沉积物表层形成的湿地径流和周期性潮汐淹水形成的含氧-缺氧界面有利于铁氧化细菌介导的Fe2+的生物氧化过程发生。然而,目前缺乏对滨海湿地生态系统中铁氧化细菌类群的全面评估。【方法】以上海崇明西沙湿地公园及浙江舟山市朱家尖岛东沙沙滩两地共5处滨海湿地沉积物为研究对象,分析沉积物的氧气穿透深度等环境参数,并基于16S rRNA基因扩增子测序技术,全面解析不同滨海湿地生态系统中细菌与铁氧化细菌的群落组成与分布特征。【结果】与崇明西沙湿地相比,朱家尖岛东沙沙滩有更深的氧气穿透深度,达到10 mm以上。非度量多尺度分析(non-metric multidimensional scaling, NMDS)统计结果表明,细菌群落结构主要受到区域位置不同导致的环境条件差异的影响,而铁氧化细菌的群落结构则受到采样的区域位置和沉积物氧气穿透深度的共同影响。崇明西沙湿地和朱家尖岛东沙沙滩的优势细菌为蓝细菌门(Cyanobacteria)、γ-变形菌纲(Gammaproteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、α-变形菌纲(Alphaproteobacteria)和放线菌门(Actinobacteria);优势铁氧化细菌为嘉利翁氏菌属(Gallionella)、红细菌属(Rhodobacter)、LepthothrixSideroxydans。【结论】通过对崇明西沙湿地和朱家尖岛东沙沙滩沉积物中栖息的铁氧化菌的调查发现,铁氧化细菌的群落组成与湿地沉积物类型导致的氧气穿透深度差异具有密切联系。

    • >土壤微生物与元素循环
    • 单细胞水平解析土壤固氮鱼腥藻的碳氮固存过程研究进展

      2024, 64(6):1721-1734. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20230620

      摘要 (81) HTML (66) PDF 735.59 K (191) 评论 (0) 收藏

      摘要:固氮鱼腥藻作为光能自养型微生物,具备良好的碳氮固存能力。施加固氮鱼腥藻能够提升土壤肥力并减少化肥施用量。然而,解析固氮鱼腥藻在土壤中的碳氮固存机制以及不同菌株固存效率差异仍有待深入研究。因此,从单细胞水平对土壤固氮鱼腥藻菌株进行筛选和碳氮固存过程的研究至关重要。针对固氮鱼腥藻在单细胞水平上发生的复杂而动态的元素变化过程,本研究综述了土壤固氮鱼腥藻碳氮固存过程,并探讨了利用纳米二次离子质谱法与稳定同位素标记结合(nano-secondary ion mass spectrometry-stable isotopic probing, NanoSIMS-SIP)技术和拉曼光谱成像与稳定同位素标记结合(Raman spectroscopy imaging-stable isotopic probing, Raman-SIP)技术解析单细胞水平上的碳氮元素的时空分布的原理、进展与难点。重点关注了单细胞稳定同位素技术定量可视化固氮鱼腥藻碳氮固存的最新技术发展与应用。同时,对该类可视化技术的未来研究进行了展望。本研究对于理解固氮鱼腥藻在土壤中的碳氮固存机制和固氮效率差异具有重要的科学意义,为农业生产中减少化肥使用、提高土壤肥力提供理论依据。

    • 红壤地下水厌氧氨氧化菌分布特征及环境响应

      2024, 64(6):1735-1746. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20230788

      摘要 (41) HTML (78) PDF 762.72 K (123) 评论 (0) 收藏

      摘要:【目的】进一步了解红壤区地下水中厌氧氨氧化菌群落结构分布规律及其生态功能差异化机制。【方法】以酸性红壤地下水为研究对象,结合理化指标和微生物高通量测序技术,研究吉安市地下水中微生物群落结构和厌氧氨氧化菌的分布规律及其影响因子。【结果】11个地下水研究点中,氮含量超标点位有3个,超标率达27.3%;仅有2个站点的水质符合《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2022)要求,超标率达81.8%。地下水中厌氧氨氧化菌广泛存在,11个样品的厌氧氨氧化细菌hzsB基因拷贝数在3.67×104-6.62×108 copies/g,与其他生态系统相比,红壤地下水厌氧氨氧化菌功能基因拷贝数更高,说明地下水环境特性更适合厌氧氨氧化细菌生长代谢。每个点位均检测出厌氧氨氧化菌的4个属:CandidatusBrocadia为优势菌属,平均丰度值为62.47%,Candidatus Scalindua平均丰度值为17.44%,Candidatus Jettenia平均丰度值为14.41%,Candidatus Kuenenia平均丰度值为5.67%。相关性分析表明,厌氧氨氧化菌基因丰度与氨氮、锰、氯化物相关性显著,可见地下水中氨氮、锰、氯化物含量的升高可能会增强厌氧氨氧化菌的活性及丰度。【结论】本研究结果突出了厌氧氨氧化菌对红壤地下水元素地球化学生物循环的重要价值,可为我国红壤区地下水污染的生物防治技术的研究提供基础资料。

    • 内蒙古砒砂岩地区沙棘根际和非根际土壤理化性质及真菌群落特征

      2024, 64(6):1747-1765. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20230810

      摘要 (53) HTML (54) PDF 1.18 M (140) 评论 (0) 收藏

      摘要:【目的】以内蒙古砒砂岩区沙棘林为研究对象,探究不同年限沙棘林根际土壤与非根际土壤的理化性质差异,同时分析真菌群落结构差异,并进一步探究两者之间的相互关系。【方法】在内蒙古鄂尔多斯砒砂岩区采集了不同年限沙棘林根际与非根际共计12个土壤样品,采用传统土壤环境指标测定方法测定土壤理化性质,利用高通量测序方法分析土壤真菌群落结构特征,同时分析两者之间的相互关系。【结果】根际土壤全氮、碱解氮、速效钾、有机质和电导率显著高于非根际土壤(P<0.05),随着种植年限的增长,土壤含水率显著增加(P<0.05)。根际土壤群落丰富度和多样性整体高于非根际。子囊菌门(Ascomycota)、被孢霉门(Mortierellomycota)为共有优势菌门;被孢霉属(Mortierella)、青霉菌属(Penicillium)、曲霉菌属(Aspergillus)为共有优势菌属。非根际真菌群落的关键类群是被孢霉属(Mortierella),根际真菌群落的关键类群是赤霉菌属(Gibberella)。冗余分析表明,土壤有机质是影响土壤真菌群落分布的关键因素。被孢霉属(Mortierella)与有机质、碱解氮和全钾之间具有显著相关性(P<0.05);赤霉菌属(Gibberella)与碱解氮、有机质和电导率之间具有显著相关性(P<0.05)。【结论】内蒙古砒砂岩沙棘林种植提高了根际土壤养分和真菌群落的丰富度,促进了土壤生态环境的稳定性。沙棘的种植也提高了该种植地的土壤含水率,促进水土保持,有助于该地区的生态恢复和建设。本研究不仅为该地区的生物多样性保护提供理论依据,更为促进沙棘林生态恢复效果和可持续管理提供科学依据和数据支持。

    • 水热条件变化对黑土细菌群落结构的影响及其演替特征

      2024, 64(6):1766-1778. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20240050

      摘要 (36) HTML (44) PDF 768.76 K (89) 评论 (0) 收藏

      摘要:全球气候变化导致的水热条件变化,对土壤微生物群落结构及功能产生重要影响。深入理解这些变化如何影响微生物群落的结构及其随时间的演替,对于有效预测和适应未来的气候变化至关重要。【目的】在气候变化背景下,本研究旨在探索黑土细菌群落的多样性、组成和结构,以及群落演替特征的变化情况。【方法】利用中国科学院海伦、封丘、鹰潭农田生态系统国家野外科学观测研究站长期土壤置换实验平台,选择寒温带地区(中国海伦)的黑土作为研究对象,并将其移置于暖温带地区(封丘)和中亚热带地区(鹰潭)以模拟水热条件增加。通过采集2005年至2011年的63个黑土样本(包括原位、移置封丘县和移置鹰潭市),利用16S rRNA基因高通量测序技术,研究了水热条件变化对黑土细菌群落多样性、组成和结构的影响;同时结合土壤理化性质,分析环境因素与微生物群落特征间的关系,并计算物种周转率(w)。【结果】经过6年的移置,将寒温带黑土移至暖温带和中亚热带后,土壤的理化性质发生了显著改变。土壤有机质和全氮含量显著降低,地上部生物量显著减少。土壤细菌群落的多样性下降,群落组成和结构发生了显著变化。主要细菌类群包括疣微菌门(Verrucomicrobia)、变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)和放线菌门(Actinobacteria)等,其中疣微菌门在移置鹰潭地区后的相对丰度显著增加。此外,气候因子与微生物群落特征高度相关。非度量多维尺度分析显示,群落结构随水热条件和时间的变化而演替,这与微生物时间周转率的增加相关。在不同水热条件下,细菌群落的时间周转率差异显著,依次为0.030 (海伦)<0.033 (封丘)<0.045 (鹰潭)。【结论】6年的水热条件增加显著降低了细菌群落的多样性,显著改变了其组成和结构,并加快了细菌群落时间周转率的响应。

    • 云南纳帕海高原湿地水体酵母菌多样性及其与理化因子的相关性

      2024, 64(6):1779-1799. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20230708

      摘要 (34) HTML (47) PDF 1.08 M (116) 评论 (0) 收藏

      摘要:【目的】研究纳帕海水体酵母菌的种群多样性、空间分布特征及其与理化因子的相关性。【方法】采用醋酸纤维素滤膜过滤平置培养方法,分离纳帕海水体酵母菌;利用26S rRNA D1/D2区域序列分析和形态特征对分离得到的酵母菌进行分类鉴定;运用R 4.2.2和Canoco 5软件分析纳帕海水体酵母菌的多样性及其与理化因子的相关性。【结果】从纳帕海高原湿地水体中共分离获得565株酵母菌,鉴定为21个属,36个种。优势种为胶红酵母(Rhodotorula mucilaginosa)、季也蒙迈耶氏酵母(Meyerozyma guilliermondii)以及禾本红酵母(Rhodotorula graminis)。总氮是影响纳帕海高原湿地水体酵母菌种群数量的主要理化因子,与酵母菌种群数量呈显著性负相关。【结论】纳帕海水体酵母菌资源比较丰富且存在明显的空间异质性,人类活动和总氮对纳帕海水体酵母菌数量分布影响较大。纳帕海高原湿地水体酵母菌的群落组成与其他高原淡水湖泊具有较大差异,与其他高原水环境相比,纳帕海高原湿地具有独特的酵母菌资源,有待进一步研究。

    • 黄土-古土壤原核生物群落对古气候变化的响应

      2024, 64(6):1800-1823. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20230795

      摘要 (44) HTML (33) PDF 2.09 M (103) 评论 (0) 收藏

      摘要:【目的】黄土-古土壤序列是记录第四纪气候环境变化的良好载体,其内部的土壤微生物特征是蕴含土壤环境变化的重要信息。由于黄土与古土壤成壤环境的气候差异,微生物群落结构特征可能会有不同的响应,但针对该问题的研究还十分有限。【方法】选择任家坡(R)和九州台(J)两地黄土(RL和JL)-古土壤(RS和JS)序列,运用高通量测序技术和线性判别分析效应大小(linear discriminant analysis effect size, LEfSe)识别土壤原核生物群落结构和类群差异,基于原核生物分类单元功能注释(functional annotation of prokaryotic taxa, FAPROTAX)数据库进行群落功能预测,以及利用Mantel test探讨影响土壤原核生物群落稳定的环境因子。【结果】土壤中碳氮营养物质与气候变化的代用指标磁化率、Rb/Sr变化趋势一致,含量整体表现为古土壤(RS和JS)高,对应的黄土(RL和JL)低,这一特征在任家坡古土壤(RS)中尤为显著;在同一气候时期,九州台较任家坡更为干冷,并且九州台古土壤沉积阶段也受到较强冬季风的影响,使其气候冷干与暖湿转变呈渐变型。原核生物群落结构中酸杆菌门(Acidobacteria)、泉古菌门(Crenarchaeota)、绿弯菌门(Chloroflexi)等具有嗜热嗜温性质的细菌和古菌在任家坡黄土-古土壤(RL和RS)中丰度较高,芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)、放线菌门(Actinobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)、广古菌门(Euryarchaeota)、异常球菌-栖热菌门(Deinococcus-Thermus)等耐旱、适宜极端环境中生存的细菌和古菌在九州台黄土-古土壤中(JL和JS)丰度较高。同时,生命产能、氮、锰、铁、氯元素循环相关功能基因在任家坡古土壤(RS)中表达量最高,而碳、氢、硫元素循环相关功能基因在任家坡黄土(RL)中表达量最高。与任家坡相比,九州台原核生物群落具有物种多样性高、功能种类少的特点。Mantel test分析进一步表明,有机碳(soil organic carbon, SOC)、含水率(soil water content, SWC)、总氮(total nitrogen, TN)和硝态氮(nitrate nitrogen, NO3--N)是影响任家坡原核生物群落和功能稳定的关键环境因子,而TN、SOC、pH值和铵态氮(NH4+-N)是影响九州台原核生物群落和功能稳定的关键环境因子。【结论】在暖湿期,微生物群落分化出更多的功能种类,具有更旺盛的生命活动;在冷干期,微生物群落通过提高物种多样性来完成主要的生命活动功能,通过协同共生维持群落生存和稳定来适应环境胁迫。研究成果对认识气候变化对土壤微生物多样性和功能的影响具有重要意义。

    • 土壤病毒之奥秘:研究进展、挑战及未来展望

      2024, 64(6):1824-1847. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20230551

      摘要 (64) HTML (59) PDF 1.17 M (116) 评论 (0) 收藏

      摘要:土壤病毒是土壤生物多样性的重要组成部分,数量繁多,在调控微生物多样性、群落组成和养分循环等方面具有重要的生态功能。然而,由于土壤自身的复杂性及其动态变化特征,病毒在土壤生态系统中发挥的功能及其作用机理,一直是该研究领域的薄弱环节,也是当前土壤生物学、微生态学和环境科学等领域的研究热点和前沿。近年来,分子生物学技术的突破及生态学理论的广泛应用极大地推动了土壤病毒研究领域的发展。为客观全面地分析土壤病毒研究领域的动态和热点,本研究借助文献计量分析方法,对土壤病毒研究现状及热点进行了综述,展示了土壤病毒研究的发展态势,并结合土壤环境特征,对土壤病毒研究领域未来发展方向进行了展望,主要包括土壤病毒多样性、生物学特征、环境影响因素、作用机制及其在农业上的应用。随着多学科交叉融合及研究技术手段的进步,土壤病毒研究迎来了一个高速发展阶段,而土壤病毒研究在养分循环、生态系统服务及生物调控等方面所取得的重要成果,可以更好地服务于土壤健康以及碳中和计划。

    • >极端环境微生物
    • 西北印度洋卡尔斯伯格脊卧蚕热液羽流影响区古菌群落动态变化特征

      2024, 64(6):1848-1863. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20240072

      摘要 (42) HTML (41) PDF 1.17 M (106) 评论 (0) 收藏

      摘要:【目的】热液羽流在浮力上升和非浮力侧向迁移过程中与背景海水不断进行物质和能量的交换。因海底热液活动和洋流的流速流向均存在动态变化性,热液羽流的高度、物理化学参数和微生物群落也随时空发生演化。然而,由于缺乏热液羽流的长期监测和时序取样,微生物群落(尤其是古菌)的多样性及其时空演化尚不清楚。【方法】2018年7月-2019年6月,在卧蚕1号热液喷口东南300 m处放置了一套带有2个沉积物捕获器(分别距海底300 m和40 m)和一个浊度仪(距海底150 m)的锚系潜标,对热液羽流和热液羽流下方颗粒物沉降区的近底水样进行了为期18个月的观测和时序采样。本研究采用16S rRNA基因高通量测序技术研究了水样中古菌群落的多样性,以了解羽流层和近底沉降层古菌群落结构的特征与时空演化。【结果】热原体纲(Thermoplasmata)、甲烷八叠球菌纲(Methanosarcinia)和甲烷杆菌纲(Methanobacteria)等热液来源古菌,当浊度异常值较高时,它们的丰度也增加。从空间上看,热液羽流区和近底沉降区古菌群落结构在门和纲水平上具有相似性,但在目水平上表现出差异性,而且各主要类群的相对丰度也存在差异,其中热原体纲在羽流层中的丰度普遍高于近底沉降层,而氨氧化古菌和甲烷八叠球菌纲在沉降层的丰度较高。【结论】卧蚕热液区东南300 m热液羽流层和近底沉降层均受到了热液的影响,羽流层受热液影响的程度相对更显著,而近底沉降层除了受到一定程度的热液影响外,还可能受到了再悬浮沉积物的影响。热液贡献大小的动态变化和底层沉积物再悬浮可能是造成热液区近端水体古菌群落时空异质性的主要因素。本研究深化了对热液影响区古生菌群落结构及其月际尺度时空分布特征的认识。

    • 东南极达尔克冰川-183m深处冰层融水细菌多样性研究

      2024, 64(6):1864-1875. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20240192

      摘要 (54) HTML (57) PDF 822.32 K (101) 评论 (0) 收藏

      摘要:【目的】目前对于南极冰层微生物研究较少,而且研究手段多为纯培养和高通量测序,对于其中的微生物群落多样性仍知之甚少。本研究拟研究东南极达尔克冰川冰层中微生物群落组成。【方法】采用纯培养法、单细胞分选和高通量测序3种方法对东南极达尔克冰川冰层微生物进行研究,探究该生境中微生物的群落组成。【结果】从达尔克冰川中分离出10门19纲94属。其中,变形菌门(Proteobacteria)为优势菌门,α-变形菌纲(Alphaproteobacteria)为优势纲,鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)为优势属,结果显示冰层中存在较为丰富的微生物多样性。其中,纯培养法分离出25株细菌。单细胞分选方法分离得到24株细菌。高通量测序共得到55 183条序列,聚类出116个操作分类单元(operational taxonomic unit, OTU)。3种研究方法得出的优势种群不尽相同。通过单细胞分选和纯培养法共获得7株细菌,它们与数据库最近源16S rRNA基因序列的相似度小于98.65%,其中有2株菌株与最近源16S rRNA基因序列的相似度小于95.00%,推测可能有2个潜在新属,5个潜在新种。【结论】本研究通过纯培养法、单细胞分选以及高通量测序3种方法对东南极达尔克冰川冰层微生物多样性进行研究发现,该生境中细菌多样性复杂。对比3种方法,其各有优势和局限性。这意味着结合使用多种研究方法研究微生物多样性,可获得更加全面的微生物群落组成。研究结果可为挖掘南极微生物资源提供数据基础。

    • 青藏高原多年冻土区解磷菌筛选及抗逆能力评价

      2024, 64(6):1876-1890. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20230677

      摘要 (60) HTML (65) PDF 851.07 K (138) 评论 (0) 收藏

      摘要:【目的】本研究旨在从青藏高原多年冻土区土壤中分离筛选高效解磷菌,为青藏高原土壤中难利用性磷的活化提供菌株资源。【方法】以青藏高原唐古拉山口附近的多年冻土区土壤为研究对象,利用有机磷和无机磷选择性培养基通过平板划线法分离解磷菌,通过16S rRNA基因系统发育分析对菌株进行鉴定,并对解磷菌的解磷能力和抗逆能力进行评价。【结果】分离筛选的5株解磷菌应归于假单胞菌属(Pseudomonas),包括3株解无机磷菌(i5、i6、i9L)和2株解有机磷菌(Qb和Qo);30 ℃培养条件下,Qb和Qo上清液有效磷含量分别为534.8 mg/L和723.7 mg/L,显著高于i5、i6、i9L上清液有效磷含量(166.9–210.5 mg/L);利用不同浓度的聚乙二醇(PEG6000)对菌株进行模拟干旱培养,5株解磷菌在PEG6000处理下均可正常生长,而且Qo上清液有效磷含量最高(519.7–683.0 mg/L);不同培养温度下,Qb和Qo在5 ℃和10 ℃培养下解磷能力要强于其他菌株的解磷能力。【结论】菌株Qo的耐低温和干旱能力强于其他4株菌,是青藏高原等高寒地区菌肥开发和植被恢复研究重要菌种资源。

    • 山西运城盐湖土壤沉积物细菌多样性及影响因素分析

      2024, 64(6):1891-1905. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20230763

      摘要 (40) HTML (47) PDF 1.56 M (111) 评论 (0) 收藏

      摘要:地处山西省西南部的运城盐湖历史悠久,气候特征与地理环境独特,蕴藏着丰富的微生物资源,研究其土壤沉积物生态系统对了解盐碱地土壤细菌多样性及其功能具有重要意义。【目的】探究运城盐湖土壤与沉积物中细菌的多样性,分析其影响因素,为盐碱地土壤生态系统的可持续管理和纯培养物挖掘提供科学依据与参考。【方法】对运城盐湖6个采样点的18个样品进行土壤理化分析,结合16S rRNA基因的扩增子高通量测序,分析环境因素对细菌多样性的影响。【结果】假单胞菌门(Pseudomonadota)、拟杆菌门(Bacteroidota)和芽孢杆菌门(Bacillota)为运城盐湖土壤微生物的优势类群,多样性和群落组成分析显示不同采样点间的微生物存在明显差异。典型相关分析(canonical correlation analysis, CCA)表明,总溶解固体(total dissolved solids, TDS)、总氮(total nitrogen, TN)、总碳(total carbon, TC)和SO42-对土壤微生物多样性的影响最大,其次为Na+、Ca2+、Cl-、土壤有效磷(available phosphorous, A-P)和pH,HCO3-、硝态氮(nitrate nitrogen, NO3--N)、氨态氮(ammonia nitrogen, NH4+-N)、K+和Mg2+的影响较小。【结论】运城盐湖土壤微生物拥有较高的多样性,与环境因子关系密切。本研究完善了运城盐湖土壤细菌资源的生物信息,为盐湖细菌资源的挖掘和研究提供了理论依据。

    • 运城盐湖细菌群落结构及生态多样性分析

      2024, 64(6):1906-1921. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20230636

      摘要 (59) HTML (39) PDF 1.59 M (104) 评论 (0) 收藏

      摘要:运城盐湖作为一个人类活动深入参与的高盐环境,其中的细菌群落结构及生态多样性既有盐湖环境的共性,又有自身的特殊性。【目的】运城盐湖湖水颜色丰富,蕴含着大量嗜盐及耐盐微生物资源。为了深入探究运城盐湖细菌资源分布规律,对不同水域中细菌多样性和群落结构进行研究,探讨运城盐湖不同水域中细菌群落结构的变化规律。【方法】基于16S rRNA基因的扩增子高通量测序,对运城盐湖不同水域的细菌群落结构进行分析,同时对微生物的潜在代谢功能进行预测。【结果】运城盐湖不同水域中的优势细菌类群有所差异,在盐湖中部,假单胞菌门(Pseudomonadota)、放线菌门(Actinobacteriota)和拟杆菌门(Bacteroidota)是优势类群;而在运城盐湖东部,芽孢杆菌门(Bacillota)则是主要类群;在运城盐湖西部,髌骨菌门(Patescibacteria)类群较为丰富。对运城盐湖不同区域的细菌多样性进行分析,数据显示盐湖中部浅黄色湖水中微生物多样性显著高于盐湖东部和西部区域,但盐湖中部红色湖水区域的微生物多样性较低。另外,在盐湖中部,湖水颜色不同的区域细菌物种分布也具有较大的差异。对运城盐湖细菌代谢功能进行预测分析发现,在盐湖不同区域的微生物参与的代谢通路活性各不相同,表现出较强的区域分布性,盐湖东部和西部的微生物代谢比盐湖中部更具有活性。【结论】运城盐湖微生物多样性丰富,不同水域的细菌多样性具有显著差异,盐湖不同水域的环境对细菌群落结构具有一定影响。本研究为运城盐湖细菌资源多样性的保育及开发利用提供了重要的理论基础。

    • 地球熔岩管道微生物研究对天体生物学的启示

      2024, 64(6):1922-1935. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20240287

      摘要 (29) HTML (54) PDF 780.37 K (81) 评论 (0) 收藏

      摘要:天体生物学作为与深空探测相结合的交叉学科,旨在从地球极端环境类比、古代生命载体信息发掘和模拟等方面揭示地外行星体是否适合生命生存和繁衍,其中适宜的环境条件是评价所有天体是否宜居的重要条件。近年来在月球和火星等行星表面发现了大量由火山熔岩流形成的熔岩管道,这些巨型管状地下空间具有稳定的温度和防辐射等环境条件,为生物在地外星体上的生存提供了潜在的庇护场所。基于地球熔岩管道的天体生物学的类比研究可以为探索地外生命痕迹提供重要线索,本文综述了现阶段地球熔岩管道内微生物的研究进展、微生物痕量气体代谢在天体生物学研究中的潜力及天体生物学的研究进展,旨在为后续开展地球及地外熔岩管道的天体生物学研究提供思路。

    • >地质微生物应用
    • 石油降解酶的筛选、固定化及添加表面活性剂强化其对石油的降解

      2024, 64(6):1936-1947. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20230652

      摘要 (47) HTML (51) PDF 965.79 K (103) 评论 (0) 收藏

      摘要:在石油开采和加工过程中产生的含油污泥是石油化工行业中主要的污染源,会对周边生态环境造成持续性的危害。生物法降解被认为是一种有效且可持续的技术而备受关注。目前的研究多聚焦在微生物法降解石油,而酶法降解鲜有报道。【目的】本研究旨在优选石油高效降解酶,并深入分析其降解特性,以期构建一套酶法降解石油的体系。【方法】基于分子对接模拟技术,分析酶与石油类常见底物的结合可能性及结合模式,通过石油降解实验优选降解酶;通过添加表面活性剂及酶固定化进一步提高酶对石油的降解效果。【结果】利用分子对接模拟及实验验证获得5种具有石油降解能力的生物酶,其中枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)来源的漆酶BsLac对石油的降解率最高,72 h可降解34.1%的石油;进一步研究发现,表面活性剂的添加均可促进BsLac对石油的降解,其中槐糖脂的促进作用尤为显著。当槐糖脂终浓度为1 000 mg/L时,石油的降解率最高,为46.3%;然而,2,2'-联氮-双(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)二铵盐的添加对BsLac降解石油的促进作用并不明显;固定化结果表明,以花生壳为吸附载体固定化的BsLac对石油的降解率最高,为56.3%。【结论】本研究基于分子对接模拟和实验筛选获得了石油降解酶BsLac,固定化的BsLac可实现石油的高效降解,为生物酶法降解石油的进一步探索奠定了实验和理论基础。

    • 贝莱斯芽孢杆菌B6强化驱油机制分析及在高矿化度油藏中的应用

      2024, 64(6):1948-1959. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20230560

      摘要 (35) HTML (53) PDF 926.76 K (86) 评论 (0) 收藏

      摘要:【目的】筛选油藏内源功能微生物并探究其驱油机理,现场试验以确定油藏内源微生物提高原油采收技术应用的工艺和技术可行性。【方法】采集英东油田样品,利用原油平板筛选驱油功能菌,评价其环境适应性并优化培养条件,通过乳化性能、降黏防蜡和烃转化能力等评估其驱油性能并探索其潜在机制,并在油田现场进行微生物强化驱油试验。【结果】从油水样品中分离到的贝莱斯芽孢杆菌(Bacillus velezensis) B6,其乳化活性指数(emulsifying activity index, EI24)值为100.00%,降黏率为97.20%,防蜡率为86.90%,表明菌株B6具有良好的乳化降黏性能,具有提高原油采收的潜力,并且能够减少原油中的重质组分而增加轻质烃类,改善原油物性,提升原油品质。进一步在英东油田、跃进油田和花土沟油田进行微生物单井吞吐和清防蜡作业,共进行62井次现场试验,累计增油1 460.36 t,平均延长洗井周期47 d,经济效益为342.50万元,投入产出比为1:4。【结论】通过室内研究和现场试验,证实内源微生物Bacillus velezensisB6具有显著提高原油采收和油井清防蜡的效果,应用潜力巨大。

    • H2O2预处理胜利褐煤镜质组的生物产气研究

      2024, 64(6):1960-1971. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20240137

      摘要 (34) HTML (44) PDF 619.59 K (76) 评论 (0) 收藏

      摘要:【目的】研究H2O2处理对煤中镜质组生物产气的影响。【方法】选择内蒙古胜利褐煤作为研究对象,以实验室前期富集保存的产甲烷微生物作为出发菌群,首先通过浮选对煤炭进行显微组分分离(高镜质组GJ、中镜质组ZJ和低镜质组DJ),并对煤的物化性质进行表征,然后在固液比1:15、H2O2浓度10%、预处理时间30 d条件下用H2O2处理不同镜质组含量的样品,再以处理前后的原煤及残煤进行生物产气实验。采用气相色谱、X射线衍射和傅里叶变换红外光谱等方法分析H2O2处理前后产气及煤的物化性质变化。【结果】经过H2O2预处理后,煤中镜质组的含量有所下降,挥发成分增加,固定碳减少,H2O2与高镜质组煤样反应更剧烈,氧含量增加,碳含量减少。未经过处理的煤在100 d时产甲烷量为GJ>ZJ>DJ,分别为174.24、164.31、135.52 μmol/g煤,而经过H2O2预处理的煤在20 d后停止产气,最终产甲烷量分别为39.63、39.61、41.55μmol/g煤,比原煤产气减少了77.26%、75.89%和69.34%。随着镜质组含量的增加,经过H2O2处理后的煤样芳香环层片的层间距d002、单层层片的延展度La和层片的堆叠度Lc减小,而芳香层数N增加,表明晶核结构变小。经过H2O2处理后煤芳烃碳、芳香族、C=O基团和C=C基团所占比例增加,芳环缩合度增大,含氧官能团变多。【结论】利用H2O2长时间处理使煤基质中较易被微生物利用的有机质结构减少,从而降低了产气能力。

    • 过氧化氢预处理对褐煤物化性质及生物产气的影响

      2024, 64(6):1972-1991. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20240217

      摘要 (44) HTML (52) PDF 1.49 M (72) 评论 (0) 收藏

      摘要:【目的】研究过氧化氢预处理对褐煤物化性质及生物产气的影响。【方法】以胜利5号褐煤为研究对象,利用正交试验对过氧化氢预处理褐煤条件进行优化,在最优条件下处理褐煤得到处理后的残煤和处理液,通过X射线衍射分析(X-ray diffraction, XRD)、扫描电镜分析(scanning electron microscopy, SEM)、比表面积分析及孔隙分析(brunauer-emmett-teller, BET)、气相色谱-质谱分析(GC-MS)、高效液相色谱分析(HPLC)等方法对原煤、残煤和处理液的物化性质进行比较分析。【结果】经过氧化氢预处理,褐煤的最优条件为过氧化氢浓度5.0%、预处理时间20 d、液固比30:1,处理液中总有机碳含量为105 mg/L。在最优条件下,过氧化氢处理后残煤表面裂痕、凹陷增多,表面结构变得松散;煤的芳香面网间距增加,芳环结构更加疏松,晶核结构变小;孔隙度和比表面积均增大。处理后残煤中的固定碳、C元素和镜质组的相对含量降低,而灰分、挥发分、O和H元素及惰质组含量增加,残煤中O=C-O、C=C、C=O官能团含量增加,而N-H、C-H官能团含量则减少。生物产气结果表明反应液和残煤产气量均低于原煤,分别减少了39.13%和94.46%。过氧化氢预处理主要作用于煤中镜质组,使其有机碳溶解,煤中大分子结构的官能团发生变化,改变煤的芳环结构,在氧化作用下煤结构中的小分子溶解进入处理液。处理液中有机物以短链脂肪酸为主。经生物产气后,反应液中小分子酸以及有机物种类减少,被微生物利用产气。而各产气试验组中优势菌门及优势菌属的菌群丰度呈现出显著差异,古菌中原煤产气组盐杆菌门(Halobacteriota)为优势菌门,甲烷八叠球菌属(Methanosarcina)为优势菌属;反应液产气组热变形菌(Thermoprotei)为优势菌门,深古菌属(Bathyarchaeia)为优势菌属;细菌中原煤产气组放线菌门(Actinomycetota)为优势菌门,Gaiellales为优势菌属;反应液产气试验组假单胞菌门(Pseudomonadota)为优势菌门,代尔夫特菌属(Delftia)为优势菌属。【结论】煤溶解有机碳可以被微生物利用产气,但是煤中有机组分的过氧化脱除导致生物产气量减少。

    • 典型油气藏区域环境因素差异对甲烷氧化菌丰度与群落结构分布的影响

      2024, 64(6):1992-2007. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20230800

      摘要 (26) HTML (61) PDF 989.73 K (94) 评论 (0) 收藏

      摘要:【目的】甲烷氧化菌(methane-oxidizing bacteria, MOB)是油气微生物勘探中重要的指标微生物,其丰度与群落结构分布受到地理位置和多种环境因素的影响。本研究以采集的7个典型油气藏区域的土壤样品为研究对象,探究油气藏区域环境因素差异对甲烷氧化菌丰度与群落结构分布的影响。【方法】对采集自7个典型油气藏区域土壤样品进行pmoA基因实时荧光定量PCR (real-time fluorescence quantitative PCR, qPCR)、细菌16S rRNA基因测序和甲烷氧化菌功能基因pmoA测序,结合环境因子,比较甲烷氧化菌丰度差异,分析环境因子对甲烷氧化菌分布的影响。【结果】土壤样品的理化性质测定发现江汉盆地样品的含水量最高,约22.8%,硝态氮平均含量最高位于玉北油田,达到31.96 μg/g干重土壤,春光油田出现最高的SO42- (6 425.0 mg/g干重土壤)及Cl- (1 617.0 mg/g干重土壤)浓度。qPCR分析发现pmoA基因丰度仅为土壤样本总细菌丰度的0.77%,表明甲烷氧化菌绝对数量较少。16S rRNA基因测序发现type I型甲基八叠球菌属(Methylosarcina)、甲基嗜热菌属(Methylocaldum)、甲基球菌属(Methylococcus)与type II型的甲基胞囊菌属(Methylocystis) 4种主要的甲烷氧化菌,甲烷氧化菌中的优势菌属的相对丰度极低,最高仅为0.124%。甲烷氧化菌功能基因pmoA测序发现type II型的甲基胞囊菌属、甲基弯曲菌属(Methylosinus)为主要优势pmoA基因型。环境因子与甲烷氧化菌丰度相关性分析表明甲烷氧化菌绝对丰度与铵态氮、pH、颗粒大小、硫酸根和氯离子显著相关,而环境因子与甲烷氧化菌的相对丰度的相关性分析仅发现与颗粒大小、总氮、总磷、金属离子(Al、Fe、K、Ca、Mg、Mn、Zn和Cu)显著相关。甲烷氧化菌pmoA功能基因组成判别相关分析(discriminant correlation analysis, DCA)表明含水量(土壤湿度)、pH值、<2 μm的土壤颗粒、总氮及钙离子对甲烷氧化菌pmoA功能基因组成影响具有显著性。【结论】本研究通过对来自7个典型油气藏区域的土壤样品的甲烷氧化菌的绝对丰度与相对丰度进行分析,发现基于不同的测量方法,甲烷氧化菌的丰度存在较大差异,16S rRNA基因测序无法较为全面地反映土壤样本中优势甲烷氧化菌的群落结构,不同地理位置的甲烷氧化菌指示群落存在差异,在全国尺度下油气区及背景点均无特有的甲烷氧化菌指示群落。对环境因子与甲烷氧化菌相关性分析发现,基于不同的甲烷氧化菌丰度指标,环境因子的显著影响具有较大差别。

    • 典型气田的指示微生物异常分子诊断:以杭锦旗气田为例

      2024, 64(6):2008-2024. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20230621

      摘要 (27) HTML (42) PDF 1.97 M (68) 评论 (0) 收藏

      摘要:【目的】油气微生物勘探技术因其多解性小、信噪比高、受环境影响小和经济快速的特点,日益受到勘探者的重视。然而,多数微生物勘探应用是基于非原位的实验室培养分析,不能准确而全面反映漫长地质历史过程中油气资源微生物的原位动态变化规律。本研究以杭锦旗气田为例,分析气区上方和背景区的微生物群落结构和发育特征差异,识别地表油气微生物异常。【方法】对采集自杭锦旗的新召和什股壕大营圈闭土壤样本中细菌16S rRNA基因进行测序,结合理化参数,比较微生物多样性差异,分析理化参数对微生物分布的影响,识别微生物异常。通过共生网络分析,探索气藏上方地表土壤中微生物群落构建过程和功能组成。【结果】群落组成分析发现在杭锦旗地区,放线菌门和变形菌门是主要的微生物类群,占菌落总体丰度的72.47%,理化参数相关性分析表明该地区的微生物分布与理化参数无明显相关关系。群落多样性分析显示,气区和背景区的群落结构存在显著差异。共生网络分析发现气区微生物群落呈现出非随机性和连通性,表明确定性因素在微生物群落构建中占主导作用。模块化的共发生网络揭示微生物群落形成了特定的功能模块,不同模块的节点可能具有不同的功能。【结论】通过对杭锦旗气区和背景区的微生物多样性分析发现了新召和什股壕气区的指示菌属。根据对杭锦旗气区的共生网络分析,发现关键指示类群为出芽单胞菌属、土壤红色杆形菌属、假诺卡氏菌属、短芽孢杆菌属、气微菌属和类诺卡氏菌属,主要的功能模块包括碳氮循环和有机物质降解模块,共同参与气田上方土壤中烃类物质的降解。

    • 高寒煤矿渣山植被恢复过程中土壤生物化学性质与真菌多样性变异特征研究

      2024, 64(6):2025-2041. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20230733

      摘要 (25) HTML (54) PDF 1.01 M (86) 评论 (0) 收藏

      摘要:【目的】探究不同恢复年限煤矿渣山土壤真菌多样性的变化规律。【方法】选取江仓矿区渣山不同建植年限(2、4、6年)草地土壤为研究对象,测定土壤化学性质及酶活性,并利用高通量测序方法测定土壤真菌多样性。【结果】随着恢复年限的增长,土壤pH、土壤全钾和有机质含量呈现差异显著性,蔗糖酶、脲酶、过氧化氢酶以及磷酸酶含量逐渐上升,并提高了真菌群落的丰富度与多样性,其中复绿4年的效果最为明显。各样地主要以子囊菌门、担子菌门为主;腐生营养型真菌占43.2%-89.7%。氮素、土壤酶活性是影响江仓煤矿区草地土壤真菌多样性的主要因素。【结论】复绿能够改善土壤化学性质以及土壤真菌群落多样性。

    • 锥栗外生菌根际细菌对难溶性无机磷风化作用及其耦联碳酸盐形成研究

      2024, 64(6):2042-2056. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20240148

      摘要 (30) HTML (42) PDF 1.37 M (62) 评论 (0) 收藏

      摘要:【目的】外生菌根真菌在菌根际塑造特异的细菌群落是从土壤中活化和获取不溶性矿质元素的一个重要途径。本研究旨在探究锥栗外生菌根际解磷细菌的组成及其解磷特性。【方法】通过溶磷圈法从锥栗菌根际分离解磷细菌,并运用16S rRNA基因测序进行菌株鉴定,采用液体发酵方式比较分析解磷菌对磷酸三钙和磷灰石的降解能力,利用扫描电镜和X射线衍射仪对风化降解产物微观形貌和晶体结构进行分析。【结果】分离获得5株高效解磷菌,经16S rRNA基因测序和比对分析,LSCh1、LSCh2和LSCh5菌株被鉴定为拉塔伯克霍尔德菌(Burkholderia lata),LSCh3和LSCh4被鉴定为副伯克霍尔德菌属(Paraburkholderia sp.)。解磷实验结果表明不同菌株对磷酸三钙的降解能力依次为LSCh3 (556.94 mg/L)>LSCh2 (206.91 mg/L)>LSCh1 (170.83 mg/L)>LSCh5 (55.16 mg/L)> LSCh4 (14.21 mg/L),对磷灰石的降解能力依次为LSCh2 (51.33 mg/L)>LSCh1 (43.51 mg/L)>LSCh3 (40.99 mg/L)>LSCh5 (1.11 mg/L)>LSCh4 (1.00 mg/L)。【结论】LSCh3菌株不仅对磷酸三钙和磷灰石都具有较好的降解能力,而且能够诱导碳酸盐的形成。该菌株是一株具有重要潜在应用价值的植物促生菌,可用于促进植物磷营养和改善土壤质量。

    • 喀斯特石漠化治理区钙果种植年限对根内细菌群落的影响

      2024, 64(6):2057-2070. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20240152

      摘要 (34) HTML (51) PDF 995.05 K (82) 评论 (0) 收藏

      摘要:存在于健康植物根中的内生细菌不但能够与宿主植物建立共生关系,而且还具有促进植物生长、提升植物对营养元素摄取能力等功能,从而对维持陆地生态平衡、提升喀斯特石漠化综合治理成效具有重要的意义。【目的】探究宿主植物根中的内生细菌群落结构,为深入认识宿主植物-内生细菌的互作机制提供理论依据。【方法】以被引种到喀斯特断陷盆地石漠化综合治理区不同种植年限钙果根中的内生细菌和根际土为研究对象,分析根内生细菌群落特征和根际土理化性质。【结果】钙果种植年限对研究区土壤质量整体有着直接、显著的影响,并间接影响根内生细菌群落。根内生细菌群落以共生互作为主,通过共网络结构识别出种植第一年和第三年的前三位优势属为链霉菌属(Streptomyces)、卡氏伯克霍尔德菌属(Burkholderia-Caballeronia- Paraburkholderia)和噬几丁质菌属(Chitinophaga),种植第五年的前三位优势属为StreptomycesChitinophaga和海无柄孢囊黏细菌属(Haliangium)。根内生细菌群落的形成主要由随机性过程中的生态漂变所主导。【结论】不同生长阶段钙果根内生细菌群落结构的差异是由于随机性过程赋予了微生物物种多样化。内生细菌群落的共生互作关系以及优势菌具有生防功能,可增强钙果定殖能力和生长,进而提升钙果在喀斯特断陷盆地石漠化综合治理区的生态效益和经济效益。

    • 若尔盖沙化土地治理土壤微生物群落与功能基因比较研究

      2024, 64(6):2071-2090. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20230640

      摘要 (27) HTML (38) PDF 1.76 M (62) 评论 (0) 收藏

      摘要:【目的】在高寒沙地中建立以赖草和沙生苔草等先锋植物为主的人工草方格,探究其土壤微生物群落动态变化以及养分循环过程。【方法】采用宏基因组测序和qPCR方法进行土壤微生物群落结构组成分析、功能基因注释和绝对丰度测定,并结合土壤理化因子数据进行冗余分析。【结果】人工建立草方格后,沙地土壤中全氮、速效磷以及有机碳含量分别提高了20%-68%、10%-247%、19%-56%;细菌和真菌的群落数量分别提高了17%-81%和2%-95%,与植物促生长相关的鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)、慢生根瘤菌属(Bradyrhizobium)、硝化螺旋菌属(Nitrospira)、Solirubrobacter类诺卡氏菌属(Nocardioides)等细菌种类的相对丰度呈上升趋势;氮循环中与氨氧化和亚硝酸盐氧化相关的amoCAB基因簇和nxrAB基因簇显著富集,发现了完全氨氧化的基因标志。【结论】人工建立草方格有效提升了高寒沙地土壤养分和微生物群落数量,促进了养分循环。适度放牧可以增加沙地生态系统的氮汇扩散性,有助于本土先锋植物定植,为今后在同等高海拔地区采取沙地生态修复措施提供理论参考。

    • 磁铁矿对奥奈达希瓦氏菌MR-1厌氧还原甲基橙性能的影响

      2024, 64(6):2091-2103. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20230571

      摘要 (24) HTML (44) PDF 891.04 K (60) 评论 (0) 收藏

      摘要:【目的】在微生物对染料的厌氧还原转化过程中,前人研究发现磁铁矿可以作为胞外电子传递介质提高或降低染料的微生物还原速率,这两种截然不同的作用结果背后的作用机制仍亟待阐明。【方法】利用水热法合成磁铁矿,选择甲基橙作为微生物胞外还原的典型偶氮染料,研究磁铁矿对奥奈达希瓦氏菌MR-1厌氧还原甲基橙(methyl orange, MO)的影响。【结果】研究发现磁铁矿对MO的降解表现出明显的浓度依赖性效应:同只添加细菌组相比,低浓度组(20-50 mg/L) MO的脱色效率提高了4.07%-10.64%,而高浓度组(100-200 mg/L)下降了3.92%-18.35%。进一步研究发现磁铁矿浓度变化对MO微生物还原的影响与染料在矿物表面的分配无关,主要体现在影响细胞表面形态、代谢活性和电子传递效率等方面。低浓度组ATP生成量提高了1.08%-7.65%,生成了0.033-0.051 mg/L Fe2+,而高浓度组ATP生成量降低了38.74%-60.14%,Fe2+浓度增至0.091 mg/L。此外,外源Fe2+的实验结果证明Fe2+对MO的厌氧还原同样表现出低浓度(0.01-0.02 mg/L)促进,高浓度(>0.05 mg/L)抑制的影响趋势。【结论】低浓度磁铁矿未影响细菌细胞形态,提高了细胞代谢活性,体系中少量的溶解态Fe2+有利于MO微生物还原,而高浓度磁铁矿则表现出相反的影响趋势。本研究为全面理解磁铁矿对胞外电子传递的影响及其在有机污染物还原转化中的应用提供了参考。

    • 一株台湾红酵母(Rhodotorula taiwanensis)的鉴定及其除Mn(Ⅱ)性能研究

      2024, 64(6):2104-2114. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20230616

      摘要 (41) HTML (51) PDF 1.07 M (87) 评论 (0) 收藏

      摘要:【目的】探究一株红酵母对Mn(Ⅱ)的去除效率及其作用机制。【方法】从酸性矿山废水中分离出一株耐酸酵母菌,通过形态和26S rRNA基因测序对菌种进行鉴定,研究不同pH和Mn(Ⅱ)浓度对该菌除Mn(Ⅱ)效果的影响。采用扫描电镜、X射线衍射分析和X射线光电子能谱仪进行产物表征。【结果】分离得到的酵母菌经鉴定为台湾红酵母(Rhodotorula taiwanensis),其在pH 2.0、2 000 mg/L Mn(Ⅱ)条件下仍能生长较好。在初始pH 6.0、Mn(Ⅱ) 300 mg/L条件下培养144 h后,对Mn(Ⅱ)的去除率能达到98.52%;然而较高浓度的Mn(Ⅱ) (≥500 mg/L)会对细胞产生毒性,从而降低去除效果。R. taiwanensis MF4在去除Mn(Ⅱ)的过程中可以将Mn(Ⅱ)氧化成锰氧化物(主要为无定型的MnO2、Mn2O3、MnO),形成层状物质在细胞表面积累,而且能产生碱度,提升环境pH值,最高可达8.4 [初始pH 7.0,Mn(II) 100 mg/L,144 h]。【结论】R. taiwanensis MF4具有耐受低pH和高浓度Mn(II)、有效去除Mn(II)以及产碱的作用,研究结果对酸性矿山废水修复与治理的末端工艺设计具有参考价值。

    • 红树林沉积物中多环芳烃降解菌Aquabacter sediminisP-9T的分离、鉴定及降解机制的研究

      2024, 64(6):2115-2132. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20240186

      摘要 (47) HTML (63) PDF 1.32 M (70) 评论 (0) 收藏

      摘要:多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons, PAHs)是一类具有致畸、致癌和致突变特性的高风险有毒污染物,近年来,关于红树林生态系统受到PAHs污染的报道引起广泛关注,微生物降解被认为是处理PAHs污染的有效、经济和多功能替代方法。目前,研究者发现了大量细菌利用PAHs污染作为碳源和能源,然而其普遍存在降解效率偏低、降解谱系窄、对高盐环境适应性差等问题,红树林来源的PAHs降解菌的降解机理尚待充分挖掘。【目的】在红树林沉积物中定向筛选针对PAHs的高效广谱降解菌,并深入探讨其降解效能与作用机制,以期为红树林生态系统中微生物污染修复技术的创新研发提供坚实的科学基础。【方法】从深圳福田红树林沉积物筛选出一株降解PAHs的潜在新种菌株P-9T,通过形态学观察、生理生化特性检测和16S rRNA基因序列分析,对该菌株进行鉴定;基于菌株基因组测序与分析预测该菌株的PAHs代谢潜能;在不同温度(25-40 ℃)、不同pH (5.0-9.0)和不同底物条件下,对菌株P-9T的降解能力进行测定;利用高效液相色谱-质谱联用(HPLC-ESI-MS/MS)技术检测菌株降解PAHs的中间代谢产物,初步揭示P-9T降解PAHs的代谢机制。【结果】菌株P-9T为黄色杆菌科(Xanthobacteraceae)水杆菌属(Aquabacter)的潜在新种,暂命名为Aquabacter sediminis P-9T,也是Aquabacter属中首次发现的PAHs降解菌种;在菌株A. sediminis P-9T的基因组中则发现了一条完整的苯甲酸盐降解通路,以及参与萘和其他PAHs降解的脱氢酶、水杨酸羟化酶和细胞色素P450等关键基因。菌株P-9T可以在25-40 ℃和pH 5.0-8.0的条件下降解菲,并且可分别以萘、菲、芘为唯一碳源生长繁殖。在菲初始浓度为50 mg/L下培养5 d降解率达100%。利用HPLC-ESI-MS/MS技术检测发现,该菌株对萘、菲、芘降解的中间代谢产物包括1-羟基-2-萘甲酸、1,2-萘二酚和儿茶酚和1-羟基-2-萘醛。推断菌株P-9T是采用水杨酸途径降解PAHs。【结论】A. sediminis P-9TAquabacter属的新种,而且是该属中首次发现的PAHs降解菌,最佳降解条件为37 ℃和pH 7.0,可通过水杨酸途径高效降解萘、菲及芘。

    • 生物启发的细菌表面人造矿物壳:通过仿生矿化保护活细胞

      2024, 64(6):2133-2143. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20230492

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      摘要:【目的】生物启发的细菌表面仿生矿化人造矿物壳被用于保护活细胞。【方法】将细菌限制在坚固而完整的矿物壳中,有限的物理空间和物质交换使其暂时进行休眠,降低长期保存期间的活力损失以及提高在各种极端环境中的生存能力,并且能够通过酸去除矿物壳而重新激活细菌。【结果】相较于未仿生矿化的细菌(EcN),矿化细菌(EcN@CaCO3)在32 d的储存实验中活力最高提升262倍;在pH 2.5的强酸环境中存活率提高837倍;在pH 12.0的强碱环境中存活率提高171倍;在80 ℃的高温条件下存活率提高59.1倍;甚至在抗生素溶液中,EcN@CaCO3中细菌的存活率是EcN的729.7倍。【结论】本研究利用仿生矿化提高了细菌的保存稳定性,使其能在酸刺激下去除涂层恢复活性,也能在极端环境下保留细菌的活力,为微生物在环境生态、食品制造和生物医药等领域的应用提供研究基础。

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