烷基酚聚氧乙烯醚的微生物降解研究进展

烷基酚聚氧乙烯醚(APEOs)是一种重要的非离子表面活性剂,广泛应用于日常生活和工业生产中,其具有环境雌激素效应和生物累积性,进入环境后对人类和生态系统具有潜在危害。微生物降解APEOs与其他处理方法相比,具有低成本、可持续以及无二次污染等优点。重点从APEOs降解菌株的选育、降解特性、降解机理及其处理工艺和影响因素展开综述,提出未来可从APEOs完全降解菌株筛选、功能基因鉴定与验证、APEOs废水生物强化处理实际应用以及其在污泥中的积累等方面开展相关研究。

尿液微生物燃料电池研究

尿液是市政污水中氮、磷与COD的主要来源,将尿液从污水系统中分离单独处理可以缓解城市污水处理厂有机物、营养素的超负荷难题.以源分离的尿液为底物,研究微生物燃料电池的产电特征及其污染物去除效果,并进一步考察影响系统产电性能的因素.结果显示:在超过6个月的试验过程中,伴随有机物和总氮的减少,系统可保持长期稳定的功率输出.COD和总氮的最高去除率为92.9%和65.6%,系统最大输出功率为388.2 m W/m2,这也是迄今尿液微生物燃料电池所获得的最高功率.阳极碳毡表面菌群分析显示具有电化学活性的Arcobacter和具有发酵功能的Bacteroides为优势菌群.氨氮积累、微生物淤积以及尿液中的物质沉淀等是影响尿液微生物燃料电池性能的主要因素.研究结果表明,尿液微生物燃料电池高效地实现了在污染物去除的同时获得高输出功率,体系中Arcobacter是一种新型的胞外产电菌,其强电化学作用可利用在生物电能的获得过程中.

少根紫萍(Landoltia punctata)高比例燃料丁醇发酵方法研究

以少根紫萍(Landoltia punctata)为原料,以丙酮丁醇梭菌(Clostridium acetobutylicum)CICC 8012为菌种发酵生产燃料丁醇的研究。筛选出高淀粉含量的少根紫萍,HPLC分析其酸水解液表明,单糖组成有葡萄糖、木糖和半乳糖。糊化后的少根紫萍培养基可以直接发酵,47.50g/L的初总糖发酵可生成9.31g/L的丁醇、13.60g/L的丙酮丁醇乙醇,发酵得率为0.35,其中丁醇占总溶剂的比例为68.46%,比玉米发酵的高14.11%。少根紫萍培养基经降黏后发酵,丁醇和总溶剂分别提高到9.61g/L和14.80g/L,比没降黏的提高了3.22%和8.82%。HPLC分析表明发酵残糖含有以木糖和半乳糖为单糖组成的寡糖和少量的葡萄糖。该研究首次开发了一种新型非粮原料少根紫萍发酵生产燃料丁醇,工艺简单,并且还具有目标产物丁醇在总溶剂的比例高的优点。

聚氧乙烯(23)月桂醚低温降解菌的筛选及降解动力学研究

非离子表面活性剂随废水中进入环境具有降低水体溶解氧,危胁水生动植物等危害。生物降解法常用于非离子表面活性剂的处理,但低温对微生物的生长与代谢活性产生明显抑制作用。为提高污染物的低温降解效果,本研究通过长期低温驯化分离到一株能以聚氧乙烯(23)月桂醚(Brij-35)为唯一碳源生长的低温(10℃)降解菌株YX3,经16S rDNA鉴定属于不动杆菌属(Acinetobacter sp.)YX3。不同pH、底物浓度下,菌株YX3对Brij-35的降解均符合一级动力学方程降解,半衰期为7.43~45.55 h。其中,YX3的最适生长条件为pH 8.0、Brij-35浓度250 mg/L,10℃下,24 h时Brij-35的去除率/达到95.80%,底物降解半衰期(t 1/2)为6.1h。此外,该株菌对同类非离子表面活性剂聚氧乙烯(4)月桂醚(Brij-30)同样具有降解效果。

甘薯淀粉加工废渣生产蛋白饲料的工艺

以甘薯淀粉加工废渣为原料,研究了以酿酒酵母、产朊假丝酵母以及双菌混合培养生产菌体蛋白的工艺。结果表明:以酿酒酵母为菌种,其最佳培养条件为自然pH值、薯渣含水率75%、培养温度32℃、接种量10%、尿素1.5%、纤维素酶0.5%、异淀粉酶0.5%,薯渣中真蛋白质量分数达12.01%;以产朊假丝酵母为菌种,除尿素添加量为1%外,其利用甘薯渣生产菌体蛋白的最适培养条件与酿酒酵母一致,薯渣中真蛋白质量分数达16.36%;以酿酒酵母和产朊假丝酵母进行混合接种培养时,其最佳接种配比为1∶1,此时薯渣中真蛋白质量分数达18.08%。

紫薯加工废水中花青素的快速分离方法

如何简单高效地分离回收紫薯加工废水中具有高附加值的花青素,避免资源浪费,是紫薯加工生产中亟待解决的问题.通过调节紫薯加工废水溶液的pH值,考察其中花青素在不同pH水溶液中与蛋白、多糖等产生共沉淀的效率.结果显示,在pH为3-5时,离心3 000r/min,5min,废水溶液中的花青素均能很好地沉淀,尤其是在pH为4时,离心沉淀效果最佳,沉淀效率达90%以上,浓缩倍数大于9.在pH为4,5时,废水中的花青素经12h过夜自然沉淀,沉淀效率为80%左右,但沉淀疏松,水分含量大.盐酸、醋酸和柠檬酸对花青素的沉淀回收无显著差别.此外,考察该方法对苋菜红标准品、紫甘蓝和紫葡萄花青素水溶液在不同pH下的沉淀效果,结果均不能获得沉淀.因此,本方法仅适用于紫薯加工废水中花青素的快速沉淀分离.

硫酸粘菌素生产废水的硝化反硝化生物脱氮

硫酸粘菌素生产废水中含有高浓度有机物、硫酸根、残余抗生素等,处理难度较大.为解决硫酸粘菌素生产废水脱氮速率低的问题,通过在生物膜反应器中添加氨氧化菌的方法,考察了硫酸粘菌素生产废水的硝化反硝化脱氮效果.结果显示,硝化反应器启动迅速,氨氮去除负荷(NRR,以N计)最高可达到350 mg L-1d-1.在反硝化反应器中,当进水以硝态氮为主或亚硝态氮为主时,总氮去除速率分别为500 mg L-1 d-1和680 mg L-1 d-1.通过小球藻作为模式生物的毒性试验发现,硝化处理前的废水对小球藻具有明显的抑制,而经硝化处理后的废水则无明显抑制作用.此外,变性梯度凝胶电泳(DGGE)分析显示,处理硫酸粘菌素生产废水的微生物菌群与人工配制废水有明显的差异.研究表明该处理工艺不仅能显著提高硫酸粘菌素生产废水的脱氮速率,还能有效降低其生物毒性,具有工业化应用的潜力.

高效反硝化菌的筛选及其在生活污水深度脱氮中的应用

高效的反硝化菌可实现对水体NO3^--N、NO2^--N的有效去除,将其应用在深度脱氮中可达到快速脱氮的目的。通过将环境筛选得到的DM13菌株固定在巴比伦、火山石、沸石、生物球4种生物填料上,形成反硝化菌固定化生物填料,考察它们对模拟生活污水的深度脱氮能力。结果表明,填料填充量为10%的条件下,空白组、巴比伦组、火山石组、沸石组、生物球组COD去除率最高分别达到64.8%、68.4%、55.3%、70.0%、82.3%,TN去除率最高分别为0.0%、62.8%、59.5%、72.3%、56.8%。生物球组COD去除率较高,巴比伦组、火山石组能迅速还原NO3^--N,沸石组有利于降低TN。DM13菌株进行16SrDNA测序,并构建系统发育树,确定其为芽孢杆菌。该研究为菌株深度脱氮提供了应用基础。

漆酶/介体系统研究进展

漆酶是一种多酚氧化酶,可以催化氧化多种酚类和非酚类底物,在木质纤维素降解、环境污染物生物降解或转化等领域具有潜在的应用价值,被认为是一种绿色环保、经济安全的酶催化剂.然而,氧化还原电势低等因素限制了漆酶的应用.小分子介体的发现,能有效提高漆酶的反应效率,扩大其作用范围,因而漆酶/介体系统(Laccasemediator system,LMS)的研究和应用日益受到关注.本文详细论述了介体的性质和分类、LMS的氧化机制和工业应用以及LMS与漆酶稳定性等内容.目前常用的介体分为3类,包括人工合成介体、酚酸类天然介体以及多金属氧酸盐等其它介体.相比于其他两类介体,天然介体的来源更广,价格低廉,低毒,辅助漆酶催化效率更高.在LMS中,介体参与反应的机制可分为3类:1)氢原子转移机制(Hydrogen atom transfer,HAT);2)电子转移机制(Electron transfer,ET);3)化学离子机制(Ionic mechanism type,IM).本文从3个方面探讨了漆酶/介体系统的应用:在纸浆漂白方面,漆酶/介体系统能提高木材及非木材的纸浆漂白率,提高漆酶对木质素的降解能力,并可优化纸浆性能及有效去除胶黏物;在染料脱色方面,LMS能有效去除顽固性染料;在污染物去除方面,LMS能高效降解顽固性污染物及羟基多氯联苯(Hydroxy polychlorinated biphenyls)污染物.本文还讨论了LMS中漆酶的稳定性问题,相比于合成介体,天然介体应用于LMS中更有利于漆酶的稳定.然而,漆酶/介体系统仍存在介体重复利用低、介体与底物摩尔比值偏高等问题.希望未来进一步研究的重心集中于LMS中的漆酶介体再生及漆酶稳定性.

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.

中国白酒酿造物料中分离的酵母菌株在不对称羰基还原中的应用

中国白酒窖的酿造物料中含有大量的细菌、酵母及霉菌菌株.为了研究其中的代表性酵母菌株在不对称羰基还原中的应用,利用5种不同的羰基化合物为底物,对保存于中国科学院成都生物研究所中国白酒酿造微生物菌种库中的部分酵母菌株进行了筛选.结果表明大多数菌株都具有羰基还原酶活力,绝大多数符合Prelog规则,其中部分菌株还具有优秀的立体选择性,在药物手性中间体合成应用中具有一定的应用潜力:例如其中拟威尔酵母属Williopsis sp.2.045在转化底物3,5-双三氟甲基苯乙酮时的转化率以及S构型产物光学纯度均高于99%;红酵母属Rhodotorula sp.2.154在转化底物N-甲基-3-羰基-3-(2-噻吩)丙酰胺时的转化率及S构型产物光学纯度达到了95%和99%.这些发现也表明白酒酿造物料中含有大量具有羰基还原酶活力的生物资源,因此中国白酒酿造微生物菌种库可作为不对称羰基还原研究中的储备酶库,直接对目标库中的菌种进行筛选能够大幅度提高菌株选择的效率.

环境及化工产品中的微塑料及其防治策略

微塑料是直径<5 mm的塑料物质,是环境中广泛分布的持久性污染物,对人类和其他生物的健康造成威胁.综述微塑料的危害、污染现状及组成来源、在食品和化工产品中的赋存现状,并着重探讨化工产品及环境中微塑料的防控.微塑料对生物体具有直接危害,同时在环境中释放塑料添加剂,并吸附环境中的其他污染物形成复合污染.微塑料在水、大气及土壤中普遍存在,在海洋、河流及大气中的迁移作用较强.微塑料按照来源可分为初生微塑料和次生微塑料.化工产品是初生微塑料的重要来源,根据具体情况可以对其含有的微塑料采用禁用、使用替代物质、调整添加量等方式控制,也可以通过产品替代控制使用.根据环境中微塑料的污染情况,可组合使用物理、化学和生物的治理技术,重点使用包含酶、微生物或二者组合的生物修复技术对散布于水和土壤中的微塑料进行治理.目前,角质酶和Ideonella sakaiensis 201-F6菌可以有效降解聚酯类塑料,而对于聚烯烃类及其他塑料,现有微生物及酶的降解效率低,降解机制尚不清楚.检测方法、分布特征、使用情况及防控方案将是应对化工产品中微塑料问题的研究重点;实现常温下有效降解芳香族聚酯类塑料,发掘能有效降解聚烯烃类塑料的微生物和酶,解析相关的分子机制,将是生物修复微塑料的研究方向;保证生物修复技术的安全性是其应用的前提.

异戊二烯合成酶研究进展

异戊二烯(Isoprene)的排放具有特殊的生物学功能,对大气环境具有重要影响,另外,异戊二烯也是一种具有广泛用途的化合物。在生物体内,异戊二烯是由异戊二烯合成酶(Isoprene synthase,Isps)催化烯丙基二磷酸(Dimethylallyl diphosphate,DMAPP)脱去焦磷酸(Pyrophosphate)而生成的。因此,作为异戊二烯合成过程中的关键酶,Isps在异戊二烯的自然排放和生物合成过程都发挥着重要的作用,对Isps的研究具有非常重要的意义。到目前为止,已经在多种植物中发现了该酶,研究表明,来源于不同生物的异戊二烯合成酶具有保守的结构特征和相似的生化性质。文中就Isps的最新研究进展进行综述,包括比较分析不同生物来源Isps的生化特征和结构特征,探讨催化机制,并对该酶在生物工程领域的应用进行展望。

壳聚糖酶结构与功能的研究进展

壳聚糖酶是一类对壳聚糖具有较高催化活性而几乎不水解几丁质的糖苷水解酶,其可将高分子量的壳聚糖转化为低分子量的功能性壳寡糖。近年来,对壳聚糖酶的相关研究取得了显著进展,因此,本文对其生化性质、晶体结构、催化机制和蛋白质工程改造进行总结和探讨,并对酶法制备壳寡糖纯品进行展望,这将加深研究者对壳聚糖酶作用机制的认识,推动壳聚糖酶的工业应用。

重金属镉超富集浮萍品种筛选及其对水体中镉的去除效果

为筛选出能高效去除水体重金属镉,并能快速积累生物量的浮萍品种,对实验室保存的12个能耐受30 mg/L镉浓度的浮萍品种在0.5 mg/L和10 mg/L的镉浓度下进行复筛,获得最优品种少根紫萍(Landoltia punctata)ZH0049,并研究其在不同镉浓度胁迫下的生长状况和镉富集能力,同时分析其叶绿素含量变化与镉胁迫浓度的关系.结果显示:ZH0049在0-0.5 mg/L的镉浓度范围内能正常生长,干物质积累率最高可达到6.44 g m-2 d-1.在0-3 mg/L的镉浓度范围内,ZH0049对镉的吸收率、去除率以及富集系数在0.5 mg/L时出现波谷,而在3 mg/L时达到最高,分别为66.74%、72.43%和770.叶绿素相对含量实验结果显示,当镉浓度大于0.5 mg/L,浮萍生长受到抑制,叶绿素a、b含量开始下降,相对于初始值最高下降了61.79%和32.08%.当镉浓度从0.5 mg/L至3 mg/L,叶绿素相对含量(Chl a/Chl b)相对于初始值分别下降了3.49%、7.28%、19.32%、31.33%和42.59%,表明叶绿素a降幅大于叶绿素b.综上,ZH0049能将水体中的镉富集在体内的同时,保持较高的干物质积累量,从而达到较好的重金属去除效果,为水体中镉的去除建立了一种新途径.

贡嘎山海拔梯度上不同植被类型土壤甲烷氧化菌群落结构及多样性

甲烷是仅次于CO_2的第二大温室气体.森林表层土壤中甲烷好氧氧化作用是大气甲烷重要的汇,在碳循环和减缓全球变暖方面起着重要作用.研究不同植被类型土壤中甲烷氧化菌的群落结构及多样性,有助于更好地理解植被演替、人为干扰和不同土地利用背景下甲烷氧化菌群落组成和多样性变化与地上植被之间的相互关系.本研究在贡嘎山东坡海拔梯度上的4种不同植被类型中采集了92个土壤样品,利用Miseq测序技术和生物信息学方法评估了甲烷氧化菌群落组成及多样性在4种不同植被类型间的变化,并探讨了其变异的潜在原因.结果表明:常绿阔叶林和针阔叶混交林土壤中甲烷氧化菌的群落结构较为相似,暗针叶林和灌丛草甸土壤甲烷氧化菌的群落结构较为相似.4种不同植被生态系统中,针阔叶混交林土壤中的甲烷氧化菌α多样性显著高于其他3种植被生态系统(P<0.001),且暗针叶林和灌丛草甸土壤中甲烷氧化菌β多样性显著高于常绿阔叶林和针阔叶混交林(P<0.001).Spearman相关分析表明,不同类型甲烷氧化菌的相对丰度对环境变化的响应模式不同.造成α多样性差异的主要因子可能是土壤总氮、电导率和土壤温度.偏Mantel检验分析和冗余分析(RDA)表明,常绿阔叶林和针阔叶混交林土壤甲烷氧化菌多样性受环境因子的影响较大,而暗针叶林和灌丛草甸土壤中甲烷氧化细菌多样性变化可能存在其他潜在的影响因素或者机制.降水可能是造成低海拔常绿阔叶林和针阔叶混交林与高海拔暗针叶林和灌丛草甸土壤甲烷氧化细菌群落结构差异的主要原因.贡嘎山海拔梯度上不同植被类型土壤中甲烷氧化菌的群落结构和多样性变化可能主要是由于土壤理化性质和气候变化综合作用的结果.

四环素降解菌的筛选及其降解特性

四环素类抗生素在畜禽养殖业中的大量使用给生态环境带来了严重危害. 从活性污泥中筛选到一株对四环素具有良好降解能力的高效降解菌株，命名为TTC-1. 形态观察、革兰氏染色及16S rRNA序列分析表明该菌株为革兰氏阴性菌，并鉴定为克雷伯氏菌（Klebsiella pneumoniae）. 采用单因素试验分别研究温度、初始pH、接种量、金属盐种类等因素对该菌株四环素降解效率的影响. 基于单因素试验结果，通过响应面优化该菌的四环素降解条件，拟合得到二次多项回归模型，确定了降解四环素的最佳条件为温度34.4 ℃，pH 7.22，MnSO4浓度0.32 g/L. 在最优条件下，预测四环素降解率为93.77%，验证值为94.26%，说明建立的模型具有较高的精度. 本研究表明TTC-1对四环素具有良好降解效果，有望为该菌在含四环素的实际废水生物强化处理过程中提供理论参考. （图4 表3 参24）

浮萍(Lemna aequinoctialis)干粉对Pb^(2+)的吸附

为开发高效去除重金属铅(Pb2+)污染的生物吸附剂,以浮萍(Lemna aequinoctialis)干粉为吸附剂原料,通过单因素实验研究了该吸附剂吸附Pb2+的主要影响因素;利用吸附动力学方程和等温吸附方程对实验数据进行拟合;并采用红外光谱分析仪研究了吸附前后吸附剂表面的化学基团变化.结果表明,对吸附效果影响显著的因素有溶液初始pH值、吸附剂颗粒大小和Pb2+初始浓度;参与吸附Pb2+的基团可能是吸附剂所含糖类中的羟基及酰胺中的氨基;其吸附行为符合准二级动力学方程,相关系数R2为0.999 95,k2为3.65 g min-1 mg-1;等温吸附曲线符合Freundlich方程,浮萍对Pb2+的吸附量在高达56.79 mg/g时仍未达到吸附饱和点.本研究表明L.aequinoctialis干粉作为一种新型生物吸附剂,对Pb2+的吸附条件要求不严格,吸附速率快,吸附容量大,在较宽的条件范围内都可达到较高的去除率.

解淀粉芽孢杆菌MY001菌株对几丁质的降解及对芦笋茎枯病菌的拮抗作用

几丁质每年自然总产量高达100亿吨,目前由于工业上缺乏清洁高效的几丁质降解工艺,几丁质资源的利用受到严重制约.以壳聚糖为唯一碳源从土壤中分离筛选出一株具有产壳聚糖酶能力的菌株MY001,发酵上清酶活力约为2.7 U/mg,利用16S rDNA、gyrA及gyrB基因测序的方法将该菌株鉴定为解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens).通过分析MY001菌株在不同培养基中的生长曲线特点,结合MY001菌株降解后的几丁质的扫描电镜观察结果,发现该菌株可以直接利用几丁质.另外,发现该菌株对芦笋茎枯病菌[Phomopsis asparagi (Sacc.) Bubak]具有拮抗作用.当胶体几丁质和MY001菌株同时存在时,对芦笋茎枯病菌的抑制更加明显.上述结果表明,解淀粉芽孢杆菌MY001菌株具有降解几丁质和拮抗芦笋茎枯病菌的功能,而且添加几丁质具有拮抗增效作用,因此该菌株有望用于几丁质资源清洁利用和农作物真菌病害生物防治.

结核分枝杆菌DNA复制解旋酶与引物酶的相互作用

在细菌DNA复制过程中,DnaB解旋酶解开双链DNA为DNA聚合酶提供单链模板,DnaG引物酶合成引物支持后随链的合成,DnaB和DnaG紧密协调保证了DNA复制得以精确完成.目前对结核分枝杆菌(Mycobacterium tuberculosis,Mtb)染色体复制机制仍然知之甚少,有关结核分枝杆菌DnaB和DnaG相互作用的研究还非常有限.重组表达了Mtb解旋酶DnaB和引物酶C端结构域(MtbP16),经过亲和层析、离子交换层析和凝胶过滤层析制备得到高纯度目的蛋白.孔雀石绿定磷法检测MtbDnaB ATP水解活性表明,MtbDnaB六聚体状态下ATP水解活性较单体时提高5.4倍;当加入MtbP16,可以使MtbDnaB的ATP水解活性提高15%.利用凝胶迁移实验(Electrophoretic mobility shift assays,EMSA)分别检测MtbDnaB与ssDNA、MtbDnaB与MtbP1相互作用,发现可以形成稳定的MtbDnaB/ssDNA和MtbDnaB/MtbP16复合物.进一步研究发现,当将MtbP16蛋白加入到MtbDnaB/ssDNA中,随着MtbP16的增加,并未检测到MtbDnaB/ssDNA/MtbP16三元复合条带,反而导致游离ssDNA逐渐增多.上述结果表明,MtbDnaB可以与MtbP16形成稳定的二元复合物,MtbP16的结合可以增强MtbDnaB的ATPase活性,未来可进一步以MtbDnaB/MtbP16复合物为靶标,通过定磷法测定MtbDnaB/MtbP16复合物ATPase酶活进行抑制剂筛选.(图6表2参23)