醋酸梭菌在异养和自养条件下的乙酸生成与代谢特性

【背景】产乙酸菌可以利用一碳气体发酵生产乙酸等高值化学品,是实现碳资源回收利用和绿色生物制造的重要途径之一。绝大部分产乙酸菌还可以利用有机质进行代谢,但二者具有不同的能量代谢模式。【目的】探究一种典型产乙酸菌醋酸梭菌(Clostridium aceticum)在异养/自养条件下的产酸特性,揭示不同培养条件对其代谢模式的影响机理。【方法】分别在以葡萄糖和合成气(H_(2):CO_(2)为6:4)为底物的条件下考察醋酸梭菌产酸和代谢的情况,基于实验结果分析产物分布及乙酸生产比滴度,进一步利用关键酶活性指标揭示异养/自养代谢的差异性机理。【结果】醋酸梭菌在10 g/L葡萄糖存在时进行分步降解,先分解葡萄糖产生乳酸,后续生成6.3 g/L乙醇、13.2 g/L丁酸和5.6 g/L乙酸,而在合成气为底物时只检测到1.96 g/L乙酸。产物分布结果表明自养条件下的乙酸生产比滴度和酸醇比分别最高可达28.6 g/g和17.57,远高于异养的8.23 g/g和1.53。酶代谢指标表明,异养条件下的NADH、ATP产生量及丙酮酸脱氢酶活性均表现出明显优势,但乙酸激酶活性却恰好相反,这揭示出异养条件下丙酮酸代谢的中间产物乙酰辅酶A大部分流向细胞合成和高级产物(乙醇和丁酸),反而在自养条件下流向乙酸生成。【结论】醋酸梭菌在自养条件下可以实现更专注的乙酸生成,为合成气的生物资源化利用及产乙酸菌的代谢通路调控提供一定的参考价值。

碱性微生物浸矿研究现状及发展趋势

嗜酸性微生物(如氧化亚铁硫杆菌)浸出金属硫化矿已在工业上得到应用,但多用于酸性环境,对中性或碱性环境不适应,而嗜碱性微生物使非酸性条件下的金属浸出成为可能。从不同营养代谢方式对碱性浸矿微生物进行归类,探讨了不同菌种浸出不同类型矿物的作用机制,展望了碱性微生物浸矿研究的发展趋势。

环境内分泌干扰物炔雌醇的危害、污水处理厂去除及微生物降解研究进展

综述了炔雌醇(EE2)的主要危害以及国内外城市污水处理厂对其的处理能力,指出现有污水处理厂对EE2的去除效率仍较低,微生物降解是去除EE2等类固醇雌激素的主要途径。总结了EE2微生物降解的代表性研究成果,重点分析了EE2在异养代谢降解、硝化共代谢降解、异养共代谢降解、微生物协同降解和降解功能基因等方面的研究进展,提出共代谢是EE2的主要去除机制,未来可开展微生物学共代谢机制研究,以提升EE2的去除效率,有效控制水生态和健康风险。

有机碳源条件下的厌氧氨氧化研究

通过连续试验和血清瓶批式试验研究了有机碳源条件下的厌氧氨氧化代谢特性。在pH8.0、温度30℃和水力停留时间1 d的条件下,采用含1.16 mmol/L乙酸盐的模拟含氮废水对自养厌氧氨氧化污泥连续驯化145 d,NH4+-N、NO2--N、NO3--N和COD都得到稳定去除,低浓度的乙酸盐对厌氧氨氧化还具有一定的促进作用。厌氧氨氧化的适宜乙酸盐-C/NH4+-N摩尔比为0.73,乙酸盐-C/NH4+-N摩尔比高于1.04时,厌氧氨氧化反应受到明显的抑制。青霉素添加试验表明,厌氧氨氧化菌具有代谢多样性,在低浓度乙酸盐条件下,厌氧氨氧化菌同时具有自养厌氧氨氧化和异养反硝化代谢能力。

马里亚纳海沟表层沉积物中微生物的群落组成和功能特征

深渊是迄今人类认识最少的海洋环境之一。深渊蕴含着丰富的微生物生物量,表现出活跃的有机碳周转特征,是深海有机碳降解的“热点”区域。然而,人类对深渊微生物的物种组成和代谢潜力还知之甚少。本文通过宏基因组技术与生物信息学分析,研究马里亚纳海沟“挑战者深渊”表层沉积物(水深10853 m)中的微生物群落组成和功能特征,揭示深渊表层沉积物中微生物驱动深海生物地球化学循环的潜在机制及其相应的生态效应。研究结果表明:变形菌门(Proteobacteria)、奇古菌门(Thaumarchaeota)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、放线菌门(Actinobacteria)和浮霉菌门(Planctomycetes)是马里亚纳海沟表层沉积物中微生物的优势类群。表层沉积物中微生物的代谢分析表明其主要营异养代谢,可以降解多种有机物,包括一些难降解有机碳化合物(如邻苯二甲酸盐或其他芳香族化合物)。这些结果说明深渊沉积物中的微生物群落具有多样化的有机碳代谢能力,可以支持其开展活跃的有机碳降解过程。除了异养代谢过程,氨氧化等自养代谢过程在本研究的深渊微生物群落中也占据着重要地位,说明自养固碳可能是深渊表层沉积物中有机碳的重要来源。