水域生境好氧不产氧光合细菌(AAPB)研究进展

好氧不产氧光合细菌(aerobic anoxygenic photosynthesis bacteria,AAPB)是广泛分布于海洋、湖泊及河流等典型水域生境中的异养原核生物,能够以环境中有机物为营养物质来获取细胞生长及代谢所需的能量,同时借助自身独特的菌绿素完成光合作用产能但不合成氧气,在物质循环与能量流动中扮演着重要角色.近年,越来越多的AAPB种属被陆续报道,基于光合基因,例如光合反应中心M亚基(pufM)的分子系统发育分析显示,大部分AAPB属于α-、β-及γ-变形菌,且丰度及多样性随生境的不同而呈现时空地理格局异质性.本文对AAPB的栖息环境与生长特性、丰度与分布、生态功能以及环境驱动因子等方面的研究进展进行了回顾和综述.目前,针对水库生态系统AAPB的研究鲜见报道,作者建议开展水库生境中AAPB多样性分布、环境驱动因素及生态功能研究,丰富对于水生生态系统中功能微生物种群生态结构与代谢功能的认识.

不产氧光合细菌的分类学进展

不产氧光合细菌(APB)一直是研究生命起源与进化、光合作用和固氮机理的良好模式生物。近年来,APB资源研究发展迅速,不断发现新的物种、模式种及特殊功能物种,不断提出新的分类单元,APB分类系统发生了较大变化,同时引起了一定混乱。本文对不产氧光合细菌定义、分类系统和分类指征最新进展进行了系统述评,对分类系统中存在的问题和发展趋势也进行了评述。

好氧不产氧光合细菌反馈作用下的五里峡水库坝前水体化学特征研究

微生物是水体生物地球化学循环的主要驱动者,也是能量代谢的主要参与者,在水体生态系统多样性与稳定性方面发挥着举足轻重的作用。好氧不产氧光合细菌(AAPB)是水体中一类分布广泛的重要功能类群,它们可利用光能补充自身能量代谢,并影响水体化学组分,其重要性被人们广泛认可并深入研究。为探讨岩溶区AAPB反馈作用下的五里峡水库坝前水体化学特征,本文对坝前不同层位水体进行实地监测,在获得不同层位水体溶解有机碳和颗粒有机碳稳定碳同位素特征的基础上,采用荧光定量PCR技术检测、研究了坝前水体不同层位AAPB分布规律。结果表明:取样期五里峡水库坝前水体为HCO_3^--Ca^(2+)-Mg^(2+)贫-中营养型;通过水体溶解氧、δ^(13)CPOC、δ^(13)CDOC和碳氮比综合分析得出,坝前水体有机碳主要由微型生物产生;AAPB占总浮游细菌的相对丰度范围在1.33%~1.60%,且AAPB在不同层位的丰度变化强度要高于总浮游细菌的丰度变化强度,表明相较于总浮游细菌,AAPB对水化学特征的反馈作用更加敏感;使用典范对应分析可揭示水体理化性质与AAPB的内在联系,结果显示AAPB和总浮游细菌均受浊度的影响较大,故基于颗粒沉降的海洋微生物泵作用也适用于陆地岩溶水库。因而,AAPB反馈作用下的水化学特征对揭示CO_2-水-碳酸盐岩-微生物代谢体系具有重要的启示意义。

不产氧光合细菌抗氧化作用研究进展

不产氧光合细菌本身富含多种营养物质和生理活性物质,并能进行生物固氮、产氢以及降解多种有毒物质等生物功能,近年来受到广泛的关注。本文对不产氧光合细菌的分类、其抗氧化作用机理和应用进行系统的概述,并指出其中有待研究的问题。

海洋中不产氧光合细菌的研究进展

介绍了海洋中需氧的不产氧光养菌 ( aerobic anoxygenic phototrophic bacteria,简称 AAP 细菌 ) 在全球海域的分布和丰度、光合作用能力、系统发生、多样性,以及与光合自养生物的关系、在海洋碳循环中的贡献等方面的研究进展,阐述了海洋中不产氧光合细菌在碳、氮、硫、铁等物质循环过程中的重要性和一些新种的发现及其应用,指出了目前海洋中不产氧光合细菌研究中存在的问题。

台湾海峡南部海域好氧不产氧光合异养细菌对上升流的响应

国内外关于好氧不产氧光合异养细菌(AAPB)和上升流之间关系的研究甚少。本文采用“基于蓝细菌校正的时序红外显微技术”研究了台湾海峡南部近岸上升流中心区AAPB对上升流变化的响应。研究结果发现,在上升流涌升的初始阶段,AAPB和总异养细菌丰度较低;随着上升流的发展,两者丰度均增加并在上升流的成熟期达到最高值;而当上升流衰退时,AAPB和总异养细菌丰度开始下降。在上升流发展过程中,AAPB丰度与叶绿素a浓度在一定范围内呈显著正相关,但同时受环境低磷浓度的限制,总异养细菌丰度与氮、磷、硅营养盐均有显著正相关,表明叶绿素a指示的浮游植物所释放的溶解有机碳和环境中的磷限制可能对AAPB起着更为直接和重要的作用,而营养盐则可能在总异养细菌对上升流的响应中起着重要作用。本研究有助于我们理解AAPB在碳及其他生源要素循环中的作用及其调控机制。

基于bchY的内蒙古2个盐碱湖中不产氧光合细菌多样性的分析

为进一步了解和认识APB及其在盐碱湖中的生态功能及其作用机制,通过构建和分析不产氧光合细菌bchY基因克隆文库,揭示其中不产氧光合细菌的多样性、群落结构及其与生存环境的关系。样品采自内蒙古浑善达克沙地盐碱度较高的扎格斯台和达格淖2个湖的水样,提取了样品总DNA。以bchY作为检测APB的通用标记,用PCR扩增方法构建了其bchY文库,并对扩增产物进行了测序与系统发育分析。结果表明,达格淖湖和扎各斯台湖均为富营养化盐碱湖,且两湖盐度相差很大。利用bchY文库中核酸序列对应的氨基酸序列进行分析,两文库覆盖度均达93.0%以上,代表性较强,共得到108条bchY编码的氨基酸序列,以cutoff=0.03和0.12分别在种和属水平进行同源性和系统发育分析,在cutoff=0.03分为17个OTUs。两湖的多样性指数(Shannon-Weaver和Simpson)和均匀度指数(Evenness)较接近,其种群多样性程度和均匀程度比较相似,但二者的Chao1都不太高,说明两湖APB的多样性较低,种群不丰富。达格淖湖的Margalef指数较高,说明前者物种数目比后者多。两湖的不产氧光合细菌均属Alphaproteobacteria纲,最优势菌群均为Roseibacterium elongatum。同源性及系统发育性分析表明,达格淖湖和扎各斯台湖中不产氧光合细菌的主要类型为AAPB-like类群、多样性低。

三种碳源对乌梁素海好氧不产氧光合细菌群落结构的影响

好氧不产氧光合细菌（AAPB）营光合异养,在水体碳循环中起着重要作用.但是,碳源对AAPB群落结构的影响尚不明确.本文基于16S rDNA和光合反应中心合成中的关键基因——pufM基因,运用变性梯度凝胶电泳（DGGE）技术,比较分析了在微生物分离培养中常用的3种碳源（葡萄糖、丙酮酸钠、酵母提取物）对乌梁素海水体总细菌及AAPB群落结构的影响.结果表明,不同碳源诱导7~21 d后,水体总细菌群落丰富度及多样性指数均有不同程度的提升,AAPB群落则呈现先升后降的趋势.3种碳源中,丙酮酸钠添加后对总细菌及AAPB菌群的丰富度和多样性的提升效果最好.测序及系统发育结果表明,乌梁素海水体经诱导后新检测到了一些原环境中未发现的菌属,一些具有特殊碳代谢能力的菌属丰度得到了提升.本研究为充分认识和理解AAPB的生态学作用和意义,及其富集、分离和培养提供了基础依据.

不产氧光合细菌分离鉴定及其产氢菌株的快速筛选

为建立产氢不产氧光合菌株的快速筛选方法,从采自陕西、河南、安徽3个省8份不同水样中分离出的不产氧光合细菌,通过菌落形态、革兰氏染色、细菌特征峰及16SrDNA鉴定等方法进行初步鉴定获得不产氧光合细菌,同时利用自制的产氢菌株快速筛选系统对其产氢能力进行检测,并分析菌液终点氧化还原电位与细胞产氢的关系。结果表明:共分离得到31株光合细菌,其中18株沼泽红假单胞菌(Rhodopseudomonas palustris)、5株荚膜红细菌(Rhodobacter capsulatus)、4株球形红细菌(Rhodobacter sphaeroides)和2株固氮红细菌(Rhodobacter azotoformans),此外还有2株菌与Rhodobacter sp.TCRI 14相似。这些光合细菌的产氢能力存在显著差异,其中3株产氢性能较高,2株为沼泽红假单胞菌,1株为球形红细菌。通过菌液终点氧化还原电位与细胞产氢能力对比,发现产氢较高的菌株其菌液的终点氧化还原电位也明显较低。

不产氧光合细菌在养殖水体生态系统恢复领域的研究进展

不产氧光合细菌(Anoxygenic photosynthetic bacteria,APB)是一类具有原始光能合成体系的原核生物总称,因其多样化的代谢途径而在不同环境中具有固碳、固氮、硫化物氧化、生物产氢等多种功能,目前被广泛应用于环境修复和生物质能源开发领域。本文重点论述了不产氧光合细菌(APB)及其复合微生态制剂在水产养殖水体水质净化、养殖动物促生长及水体生态环境恢复领域的研究进展及广阔的开发前景。

环境因子对好氧不产氧光合细菌脂肪酸组成的影响

对赤杆菌属(Erythrobacter)、柠檬酸微菌属(Citromicrobium)和玫瑰杆菌(Roseobacter)分支的9株好氧不产氧光合细菌(AAPB)的脂肪酸组成进行分析,并以10株非AAPB菌为参照,从脂肪酸角度考察光照、温度、营养等重要环境因子对AAPB的影响。结果显示,AAPB的脂肪酸以C18:1 w7c为主,该成分在Roseobacter分支中含量最高,不同种脂肪酸对环境因子的响应不同,低温和寡营养条件主要作用于不饱和脂肪酸(UFA);二羟基脂肪酸在寡营养和光照双重作用下有较明显的升高。此外,结合非AAPB的比较也为AAPB脂肪酸研究提供了新的视角,如温度实验显示,由于不饱和脂肪酸的比例较高,AAPB可能在寒冷海域有更好的竞争优势,而从饥饿培养试验来看,AAPB的异养能力似乎比非AAPB更弱。

舟山海域好氧不产氧光合异养细菌群落结构分析

好氧不产氧光合异养细菌(aerobic anoxygenic phototrophic bacteria,AAPB)是广泛分布在各种海洋环境中并在微生物生态学、海洋碳汇和海洋生态系统的生物地球化学循环的过程中具有潜在的重要作用的一类光合异养微生物。于2016年4月份在舟山群岛不同海洋功能区海域的八个站点采集表层海水,基于编码光合反应复合中心小亚基的puf M基因进行高通量测序,对测序结果进行分析,结果发现:除了岱山的样品测序失败以外,其它七个站点共得到192633条序列,我们进行了OTU聚类分析,相似性设为97%,可以看到,所有的数据最后一共分成4051个OTU。属于Proteobacteria的AAPB占明确分类的各细菌门的97%。Rhodobacteraceae科的Loktanella和Roseobacter两个属的AAPB在所有的采样站点中都处于优势地位。Desulfocapsa属在朱家尖站位(ZJJ)的发现非常具有研究价值,在以往的研究中还没有出现过。研究结果表明,在舟山群岛不同功能海域AAPB的群落结构和分布情况也是有差别的,而且与很多环境因素有关,这可以解释为什么目前很难准确预测水生环境总AAPB分布的问题。

不产氧光合细菌在环境生物修复中的应用

环境生物修复是利用生物体及其产物进行污染治理的技术方法,具有着多种优点。不产氧光合细菌的多样化的代谢及类群特点,可处理工业及农业活动的污染。未来环保领域中,生物修复技术必将引起深入的研究和关注。

光合细菌产氢的初步研究

1 前言近年来,关于光合细菌(Photosynthetic Bacteria简称PSB)的研究,在国外,已开展了大量和深入的工作,并取得了较大进展,光合细菌的研究,越来越成为热门课题。我国也开展了一些应用性研究。很多成果已投入了实际应用:在环境保护方面,作为高效的水处理方法之一的PSB法已投入工业化运转;

厌氧与光合微生物联合制氢工艺实验研究

利用厌氧细菌暗发酵产氢和光合细菌光发酵产氢的优势和互补协同作用而联合起来的两步法制氢,探讨不同底物浓度对厌氧发酵阶段产氢的影响、厌氧发酵时间对产氢发酵过程的影响;光合微生物发酵随发酵时间的产氢情况。结果表明,葡萄糖浓度对厌氧生物产氢有很大的影响,15 g/L的葡萄糖浓度有较好的产氢量。葡萄糖利用率和挥发性脂肪酸的总量随厌氧发酵时间的变化情况表明,在厌氧发酵阶段,以葡萄糖为底物,最佳的葡萄糖浓度为15 g/L。在37 h的葡萄糖利用率达到72.08%,挥发性脂肪酸总量达到9 326.3 mg/L,每克葡萄糖累计产氢量为182 mL。在厌氧发酵时间37 h时把厌氧发酵的产物移到光合发酵反应器,接种位于生长对数期的光合细菌群,调节培养液的pH值和加入光源进行光合产氢,88 h时每克葡萄糖累计产氢达到352 mL,两步联合制氢每克葡萄糖累计产氢量共可达到534 mL。

黄河滩地和稻田土中铁还原菌、不产氧光合细菌分布机制

【目的】探讨沿黄流域土壤中铁还原菌(ferric reducing bacteria,Fe RB)、不产氧光合细菌(anoxygenic phototrophic bacteria,An PB)的分布机制。【方法】以沿黄流域(原阳段)为研究对象,采集黄河滩地和稻田土样,利用16Sr RNA基因高通量测序和实时荧光定量分析技术,结合统计学分析,揭示Fe RB、An PB菌群结构、丰度和主要环境影响因子。【结果】二者中的优势Fe RB在科(属)水平为Hydrogenophilaceae(Thiobacillus)、Bacillaceae(Bacillus)、Clostridiaceae、Rhodobactereace(Rhodobacter)、Geobacteraceae(Geobacter),优势An PB为Rhodobactereace(Rhodobacter)、Chloroflexaceae(Chloronema)、Acetobacteraceae(Roseomonas)。An PB中Rhodobacteraceae与Fe RB中Bacillaceae、Clostridiaceae的相对丰度负相关;An PB中Sphingomonadaceae与Hydrogenophilaceae、Clostridiaceae的相对丰度亦负相关。土壤硝酸盐氮(NO_(3)^(-)-N)与Rhodobactereace相对丰度负相关,与Geobacteraceae相对丰度正相关。二价铁(Fe2+)对Fe RB、An PB菌群组成的差异分别可解释13.5%、41.8%,p H对Fe RB、An PB菌群组成的差异分别可解释65.7%、42.8%。黄河滩地总细菌(total bacteria,BAC)、地(热)杆菌[Geo(thermo)bacter,GEO]、光合紫细菌(phototrophicpurplebacteria,PPB)的拷贝数分别为2.52(±3.43)×109、5.21(±7.58)×10^(7)、2.9(±3.70)×10^(7)copies/g干土。稻田土中BAC、GEO、PPB拷贝数依次为3.82(±1.29)×10^(10)、3.05(±2.44)×10^(8)、4.31(±0.90)×10^(8)copies/g干土。0-1 cm土层中PPB拷贝数显著高于1-2 cm、2-3cm土层。Fe2+对BAC、GEO、PPB数量分布变异的解释度为81.5%。【结论】土壤类型不同,潜在Fe RB、An PB物种组成不同,GEO、PPB丰度也不同。Fe2+对Fe RB、An PB分布起关键驱动作用。

不产氧光合细菌光合色素的光氧调控机制

【目的】为不产氧光合细菌光合色素研究提供可行的较系统规范的研究方法和数据,揭示固氮红细菌(Rhodobacter azotoformans134K20)光合色素光氧适应性机制。【方法】采用光谱法和色谱法对光和氧调控下的类胡萝卜素和细菌叶绿素合成代谢进行了研究。【结果】134K20菌株光照好氧时细胞得率最高。光照厌氧时主要合成3黄、1红、1紫、2绿、2蓝9种色素,黄色素大量表达。有氧时红色素大量表达,且启动2种新的红色素和1种新的紫色素表达,而黄色和蓝绿色素则受氧抑制。黑暗好氧主要合成2黄、3红、2紫、1绿、1蓝9种色素,但不同于光照厌氧。光照好氧时黄色素减少到1种,紫色素含量增加,其余同黑暗好氧。【结论】固氮红细菌(Rhodobacter azotoformans134K20)是通过PpsR调节途径来调节光合基因表达的。黄色和红色素属于类胡萝卜素。黄色素1属于球形烯系列,其余两种黄色素是新的类胡萝卜素组分。红色素为新的球形烯酮组分,3种红色素极性、峰形和峰位差别显著,正己烷能显示其精细结构。紫色为极性较大的细菌脱镁叶绿素,绿色和蓝色为4种极性不同的细菌叶绿素a中间产物。乙醚甲醇法适合类胡萝卜素的提取,丙酮甲醇冰冻研磨法能快速有效完全提取光合色素。溶剂效应可有效鉴别细菌叶绿素a中间产物。

基于pufM基因的乌梁素海富营养化湖区好氧不产氧光合细菌系统发育多样性分析

好氧不产氧光合细菌(AAPB)的多样性在海洋中已经广泛研究,但在富营养化湖泊中却研究甚少。通过构建和分析AAPB光合中心合成中的关键基因pufM克隆文库,以期揭示乌梁素海富营养化湖区AAPB分布及其系统发育多样性,探讨其在富营养化湖泊中的功能和作用。对乌梁素海红圪卜湖区水体文库中的52个克隆子进行分析,产生了28个OTU,文库覆盖度达到71.4%,反映出文库有较好的代表性。同源性和系统发育分析结果表明,乌梁素海红圪卜湖区AAPB有较高的多样性,与我们之前所发现的同一湖区总细菌多样性较低形成鲜明对比。所获得的序列分属7个亚群,即γ-Proteobacteria(44.2%,含Group-1,-2和-3共3个亚群)、β-Proteobacteria(21.2%)、Rhodobacter-like(7.69%)及2个未知亚群unknown Group-1(21.2%)和Group-2(5.77%)。其中γ-Proteobacteria占到总克隆的44.2%,在低盐的乌梁素海环境中出现高比例的γ-Proteobacteria之前并未见类似报道,并且乌梁素海中存在一些可能是富营养化湖泊特有的AAPB。这表明AAPB可能在富营养化湖泊生态系统的维持和稳定中有重要作用。

好氧不产氧光合异养细菌及其在海洋生态系统中的作用

海洋生态系统中好氧不产氧光合异养细菌(AAPB)有着独特的生理特征和生态功能. AAPB具有罕见的3裂方式, 形成Y形细胞, 并常集合成自由漂浮的群体. 绝大多数AAPB是专性好氧的. AAPB以细菌叶绿素(BChl a)为惟一的光合色素, 且细胞BChl a含量(分子数)明显比典型的厌氧光合菌低, 但其胡萝卜素含量很高且种类繁多. 除了普遍存在的含Mg的BChl a外, 有的AAPB 还有含Zn的BChl a. AAPB具光捕获系统Ⅰ, 但常缺少光捕获系统Ⅱ. 尽管AAPB可利用光进行光合作用, 但其生长对光无依赖性, 它们具有控制自身光合作用的机制. AAPB分布广泛, 在海洋特别是贫营养的大洋环境的生物量中占有重要份额, 在碳及其他生源要素生物地球化学循环中扮演着独特的角色. 同时AAPB对重金属的矿化作用、解毒以及在生物除污方面有着巨大潜力. AAPB研究对于光合作用的起源与进化、环境调控, 以及海洋生态系统的结构与功能的深入认识具有重要意义.

渤黄海夏季表层海水中好氧不产氧光合细菌多样性分析

于2011年8月采集渤黄海表层海水样品,利用编码光合反应复合中心小亚基的puf M基因构建克隆文库,比较分析了不同生境类型海区夏季表层海水中好氧不产氧光合细菌(aerobic anoxygenic phototrophic bacteria,AAPB)的多样性。结果发现,属于α-3变形菌门(Proteobacteria)的红杆菌科(Rhodobacteraceae)在研究海区普遍存在,而且丰度较高,是研究海区AAPB的优势类群。其中渤海站位的AAPB群落结构相对较丰富,含有α-3、α-4、α-6 Proteobacteria 3个细菌类群;而渤海海峡站位和北黄海站位的AAPB群落结构相对单一,只有α-3 Proteobacteria一个类群。另外,研究表明温度最高,盐度最低的渤海站位更有利于AAPB群落的生长及组成状态。测序结果显示所占比例最大的细菌类群为未知类群,表明本文所研究的海区中可能存在着大量未知的AAPB种类,因此有进一步研究开发的价值。