浸矿微生物与矿物相互作用的研究方法与技术

深入研究和理解浸矿微生物与矿物之间的相互作用机制对于提高金属浸出效率及控制酸性矿坑水的形成是必须的.研究浸矿微生物与矿物之间的相互作用过程中,各种理论方法和检测探测技术起到了决定性的作用.为了使各种方法技术更加深入地应用于研究中,文中概述了研究浸矿微生物-矿物相互作用的物理化学方法,表面成分检测方法以及微观形貌探测技术,并指出各种研究方法技术的结合是更好地探测浸矿微生物-矿物相互作用的发展方向.

黏土矿物-微生物相互作用机理以及在环境领域中的应用

黏土矿物与微生物在自然环境中广泛共存。二者之间的相互作用影响着环境中的能量流动与元素循环。黏土矿物能够给微生物提供物理或化学保护,提高微生物对外界胁迫和干扰的抵抗能力。黏土矿物同时还能给微生物提供营养元素,促进其新陈代谢过程。黏土矿物中的结构铁是微生物铁氧化还原循环的重要电子供/受体。在氧化还原的环境中,多种铁还原/铁氧化细菌可以通过还原氧化黏土矿物中的结构Fe(Ⅲ)/Fe(Ⅱ),进而获得能量进行生长。在氧化还原过程中,微生物也可以通过溶解、转化、沉淀等作用改变黏土矿物的晶格结构及物相,或是产生新的次生矿物。黏土矿物-微生物相互作用在碳、氮、硅、磷等重要生命元素的地球化学循环中扮演着重要角色。黏土矿物可以通过吸附有机碳,降低有机碳的生物可利用性,减缓其矿化速率。在氧化还原波动的环境中,黏土矿物还可以通过活化分子氧,产生强氧化性自由基氧化降解有机质,提高其生物可利用性。黏土矿物还会吸附生物胞外酶,影响胞外酶降解有机质的效率。微生物通过耦合黏土矿物中铁氧化与硝酸盐还原,铁还原与氨氧化等过程影响氮循环。黏土矿物对磷的吸附以及风化过程中硅的释放影响着微生物的代谢活性。黏土矿物-微生物相互作用在重金属固化稳定、有机污染物降解、杀死病原菌等方面也有广泛的应用。

微生物-矿物相互作用:机制与重金属固定效应

微生物-矿物相互作用是地表中最基本的地球化学过程,影响着重金属的迁移转化与生态效应.重金属胁迫下,微生物演化出了一系列适应机制,改变着矿物的表面反应活性,而矿物反过来刺激着微生物的分泌活动.在两者的协同作用下实现了对重金属的钝化.本文综述了微生物-矿物相互作用机制,并重点总结了微生物-硅酸盐矿物、微生物-铁矿物体系中微生物和矿物的协同作用对重金属的固定机制.微生物与矿物之间的作用机制主要包括生物力学和生物化学作用.一些真菌、放线菌能利用菌丝沿着矿物晶面、解理、裂缝和晶界,在纳米尺度上对矿物进行穿插、挤压、剥蚀等生物力学作用,甚至形成矿物隧道化.而大多数微生物主要通过分泌铁载体、有机酸以及氧化还原作用改造矿物.两者相互作用改变着矿物表面及微生物活性,影响着重金属的形态.微生物-硅酸盐矿物体系主要通过提高固有活性位点利用率,增加额外吸附位点,改变与重金属的作用方式,影响矿物或微生物内部分散性,破坏矿物的结构,改变微生物的分泌活动等方式实现重金属的钝化.而微生物-铁矿物体系则主要通过加速电子转移的方式促进变价金属向低毒或无毒形态转变.期望本综述能为微生物-矿物联合修复重金属污染提供理论支持.

非酿酒酵母在酒类酿造过程中的微生物相互作用及功能特性研究进展

不同于酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae),非酿酒酵母(non-Saccharomyces yeasts)发酵能力弱,乙醇耐受性低,难以充当酒精发酵的主要菌株,但其代谢产物及分泌的酶类能促进酿酒酵母降解葡萄糖等发酵底物,产生醛、酯、酸等芳香化合物,对最终酒产品的风味产生积极影响。非酿酒酵母与酿造环境中其他微生物间的不同相互作用,如有利于双方共同生长的协同作用,或是两者相互抑制的营养竞争等,都可改变体系中的发酵环境和微生物稳定性,增加风味复杂性,对酿酒酵母的生存和酒产品的质量产生重要影响。该文综述了酿造酒中非酿酒酵母与其他微生物的相互作用及其对酒产品质量的影响,分析了目前研究的局限性,在此基础上,对如何利用非酿酒酵母及提高利用效率进行展望,以期为优质酒产品的研发提供参考。

不同比例黄铁矿对嗜酸微生物-辉锑矿相互作用的影响研究

针对辉锑矿(Sb_2S_3)的嗜酸微生物溶解过程,研究不同比例黄铁矿(FeS_2)对嗜酸微生物-辉锑矿相互作用的影响。结果表明,微生物群落门水平丰度最高的为变形菌门(Proteobacteria),是主要的锑耐受菌;属水平丰度最高的为嗜酸硫杆菌属(Acidithiobacillus),是酸性矿山环境的代表性优势属。SEM-EDS结果表明,微生物作用体系中,Sb_2S_3∶FeS_2为1∶1和1∶2时,矿物残渣表面发现较多腐蚀坑及细微颗粒,且Sb_2S_3∶FeS_2为1∶1时矿物界面反应更强。XRD和XPS结果表明,FeS_2促进了嗜酸微生物对Sb_2S_3的氧化分解及硫的氧化。Tafel极化曲线和交流阻抗结果表明,Sb_2S_3∶FeS_2为1∶1时微生物作用体系腐蚀电流密度最大,电荷转移阻抗最小。结果对理解锑矿区锑的迁移转化和环境归趋,进一步促进锑污染治理技术的发展具有重要意义。

微生物对食用菌生长的影响及其相互作用研究进展

综述微生物对食用菌栽培产生的影响,益生菌与食用菌间的相互作用,以期为制备微生物菌剂、拓宽食用菌栽培基质、驯化野生食用菌提供新思路。

肠道寄生虫与肠道微生物相互作用研究进展

在脊椎动物的肠道内,存在着数量庞大、结构多样、动态变化的微生物群,它们对肠道的生理、代谢、免疫等具有重要的作用。在自然条件下,这些微生物和真核生物(如蠕虫、原生动物、真菌等)共同存在于脊椎动物肠道内。寄生虫与微生物群均可显著改变机体肠道生理与免疫环境,为它们之间的相互作用创造了机会。肠道微生物与寄生虫之间的相互作用会极大地影响感染的结果,进而对宿主的健康产生重要影响。如寄生虫感染会影响宿主与微生物的相互作用关系,从而促使或保护宿主免受细菌的侵害。另一方面,菌群又会影响寄生虫的定植、繁殖和毒性,使其沿着与宿主寄生性-互惠共生性的生存模式发展。这些相互作用的机理与结果是微生物学与寄生虫学之间交叉研究的前沿课题。笔者对近年来有关肠道寄生虫与肠道微生物间相互作用的最新研究成果进行了总结,并对其可能未考虑到的因素提出了自己的观点,旨在为肠道寄生虫病防控及肠道菌群研究提供参考。

炎症性肠病中肠道微生物与细胞因子的相互作用研究进展

肠道微生物和宿主免疫系统之间相互作用的紊乱会引发慢性炎症,例如炎症性肠病(IBD),包括克罗恩病(CD)和溃疡性结肠炎(UC)。研究表明IBD宿主肠道微生物可以直接或间接地影响免疫系统稳态,而促炎和抗炎细胞因子之间的平衡又能参与维持健康的微生物群落并加强肠上皮屏障功能。IBD中肠道微生物与白细胞介素10(IL-10)、IL-17、IL-18、肿瘤坏死因子α(TNF-α)的相互作用对于了解IBD的发病机制具有特别重要的意义。

干旱胁迫下植物根系分泌物与根际微生物相互作用的研究进展与展望

干旱是制约农业生产的一种主要非生物胁迫,不仅限制农作物的生长发育,还影响植物与根际微生物、根系分泌物之间的微妙平衡关系,这种平衡对植物生长和土壤健康至关重要。因此,深入研究干旱胁迫下3者之间的复杂关系,为农业可持续发展和国家粮食安全提供科学依据和技术支持。本文总结了国内外关于植物受到干旱胁迫后根系分泌物渗出成分、含量以及根际微生物组差异变化的研究成果,分析了响应干旱胁迫下的根系分泌物对有益微生物的招募作用,讨论了植物根际促生菌帮助植物提高干旱耐受性的作用机制及其生理过程,总结了干旱胁迫下宿主植物、根系分泌物和根际微生物3者的相互作用与互馈关系。在此基础上,提出了干旱环境胁迫下根系分泌物的变化规律、植物的耐旱性机制、以及根系分泌物对根际微生物组影响的关键科学问题和研究展望,旨在为改善根际微生物群落以提高植物抗旱性的研究和应用提供理论依据和参考。

浓香型白酒酿造生境中微生物群落多样性及群落间相互作用

浓香型白酒酿造生境中的微生物群落复杂多样,微生物自身代谢及种间相互作用产生了多种功能酶及风味物质,赋予了浓香型白酒独特风味及和谐口感。明晰浓香型白酒酿造生境中微生物的群落组成及功能、探究群落间相互作用关系,是揭示浓香型白酒风味形成机制、改进生产工艺、稳定产质量的关键。该文围绕浓香型白酒酿造生境,综述大曲、酒醅、窖泥及黄水中的微生物群落组成,梳理某些关键微生物的功能特性及微生物群落间相互作用,旨在为浓香型白酒酿造微生物的研究提供参考。

酸面团中的优势微生物及其相互作用研究进展

酸面团是由谷物与水混合,经微生物发酵形成的传统面制食品发酵剂,广泛应用于各种面制品的制备。酸面团是一种复杂的微生物生态系统,其中以乳酸菌和酵母菌为主,它们的生长和相互作用会影响酸面团中微生物的结构和功能,最终赋予发酵面制品更好的加工特性、营养特性和感官特性。该文对酸面团发酵过程中微生物的动态变化以及成熟酸面团中的优势微生物进行了概述,并探讨了优势微生物之间的相互作用对酸面团产品品质的影响,以期从微生物层面了解酸面团对面制品产生积极影响的原因,为酸面团的发展提供理论基础。

土壤矿物与微生物相互作用的机理及其环境效应

土壤矿物与微生物相互作用是地球表层系统中重要的生态过程。微生物或生物分子与矿物间的吸附(粘附)是两者相互作用的基础。吸附(粘附)是一个由分子间力、静电力、疏水作用力、氢键和空间位阻效应等多种作用力或作用因素共同决定、影响的物理化学过程。因此,微生物和矿物的表面性质如表面电荷、疏水性和它们所处的环境条件如pH、电解质浓度、温度等,都影响着矿物-微生物吸附(粘附)过程。微生物细胞或酶可吸附于矿物表面,其结果是细胞代谢或酶活性会发生明显变化,并进一步影响土壤中诸多相关的生态、环境过程。结合4种典型的初始吸附理论:表面自由能热力学理论、DLVO理论、吸附等温线理论和表面复合物理论及本课题组近年来的研究成果,对土壤矿物与微生物相互作用的类型、机理、作用力和现代研究技术等方面的最新研究进展进行了较为全面的论述,对土壤矿物-微生物相互作用的环境效应进行了讨论,并就该领域今后研究工作的特点及应关注的问题进行了展望。

传统食醋发酵区系中微生物群落及相互作用关系研究进展

传统食醋是由自然接种的多种微生物共同组成的混菌体系发酵获得,发酵体系中复杂的微生物群落是食醋风味形成的关键。研究微生物群落及其相互作用关系有助于揭示发酵微生物与食醋品质的关系,对定向调控发酵过程中的微生物种类、提高生产效率和改善食醋品质具有重要意义。本文综述传统发酵食醋中微生物群落多样性及核心功能微生物间相互作用的研究进展,同时分析发酵体系中核心功能微生物的相互作用对提升食醋风味品质的积极作用。最后,对现有研究存在的问题进行总结,以期为食醋品质的定向调控提供一定的参考。

微生物-矿物相互作用之环境意义的研究

微生物 -矿物的相互作用是地球上广泛发生的一种地质作用 ,它直接导致矿物的溶解和沉淀 ,并进而对环境产生重要的影响。微生物 -矿物相互作用对环境修复具有重要意义 ,如金属还原细菌 (DMRB)可通过与Fe3 + _氧化物矿物的相互作用催化氧化降解含芳香环的化合物如苯酸盐、苯、甲苯等 ,或催化还原降解 (聚 )硝基芳香环化合物及四氯化碳等 ,还可通过表面吸附作用或氧化还原作用使一些重金属元素如U、Np等高毒性的污染物固着或形成不溶的矿物形式 ,从而有效去除其毒性。另外 ,微生物亦可催化氧化形成对环境有高度污染的酸性矿山废水 (AMD)等。总之 ,深入研究微生物 -矿物的相互作用对环境的影响具有重要意义。

可吸入矿物细颗粒物与微生物的相互作用

矿物细颗粒物和微生物个体都是大气颗粒物(PM)重要组成部分,它们在形态、共生关系和空气动力学行为上均有高关联度。本文对可吸入颗粒物(IP)和可吸入矿物细颗粒(IMG)的颗粒特性、自由基和生物活性、IP和IMG与微生物相互作用效果的研究现状做了阐述,指出大气颗粒物与微生物的相互作用的重要性。提出今后应重点研究可吸入矿物细颗粒物的环境化学与微生物作用行为,研究IMG-微生物体系近尺寸作用体系中的尺寸效应、界膜作用等对矿物颗粒物表面形态、表面电性、表面基团及自由基等的影响,分泌蛋白质与相变、元素变价、溶解(络合)的关系以及由此引起的颗粒物活性和生物毒性的变化等。

微生物与土壤矿物相互作用的研究进展

微生物体吸附于矿物表面后,其活性将发生改变,从而影响到土壤中与生物和生物分子相关的一系列土壤过程,如矿物形成与演化、土壤结构体稳定性、土壤养分有效性、土壤污染物质的毒性以及污染土壤的生物修复等。因此,研究土壤矿物、微生物相互作用,不仅有助于深入了解土壤微生物过程,而且对评估和预测土壤体系中有机污染物降解和转化的特点与动态,进而提高污染物的修复效率等有着重要的实际意义。

矿物—微生物相互作用研究进展:地质微生物专栏文章评述

为适应学科发展需要，及时交流地质微生物学领域的研究成果，新辟地质微生物专栏，对近年来在微生物-矿物相互作用方面的主要研究成果进行概要介绍。专栏涉及微生物-黏土矿物的相互作用对土壤有机质保存以及土壤碳循环的影响、含方解石铜矿石微生物的氧化作用、细菌在黏土矿物表面吸附量测定方法、微生物及其碳酸酐酶在水-岩系统中对碳酸盐岩的溶蚀作用、细菌与真菌对黑云母风化作用的比较以及利用黑曲霉纯化石英砂的实验研究等。所收论文题材广泛、观点新颖，从一个侧面反映了中国在该领域的最新研究进展，具有鲜明特色，对本领域研究者有参考价值和启示作用。本期刊发该专栏的部分文章，其余部分文章将陆续刊出。

油料作物与根际微生物相互作用研究进展

花生Arachis hypogaea、油菜Brassica napus、大豆Glycine max等油料作物是中国食用和工业用油脂的重要来源,其根系微生物的活性和相互作用,会直接影响油料的产量和品质。近年来,有关油料作物根际微生物的研究已逐渐成为国内外的研究热点。本研究从油料作物微生物群落组成及其影响因素、相互作用机制和农业生产应用3个层面,综述了近年来国内外油料作物根际微生物的相关研究进展。结果发现:①影响油料作物根际微生物组成主要因素有油料作物的品种、生育期、土壤环境和耕作方式等;②油料作物与根际微生物相互作用的研究主要在利用有益根际微生物对油料作物抗逆性、产量以及品质的提升方面;③目前在农业生产中,主要通过调控根际微生物、调控宿主油料作物以及调节耕种方式来促进油料作物生长。通过对油料作物与根际微生物相互作用的研究,为今后探究油料作物与根际微生物之间的相互作用关系,以及拓展微生物菌剂在油料作物中的应用提供科学参考。

口腔微生物群与肠道微生物群交互机制及作用研究

口腔是微生物进入人体的主要途径之一,这些微生物可以通过消化道迁移到肠道中,进而影响肠道微生物群的组成和功能。口腔微生物群与肠道微生物群之间的相互作用涉及微生物的迁移和代谢产物的交换,这些交换过程对消化系统和机体健康具有重要影响。因此,文章针对口腔微生物群与肠道微生物群之间的交互机制及相互作用机制展开探究,并提出这一交互机制的临床意义与应用,以期为口腔和肠道疾病的预防和治疗提供新的视角。

油藏原位微生物与储层矿物的相互作用

以分离自冀东油田的典型油藏微生物竿属(Bacillus sp.)菌株XJ02为例,综合利用气相色谱分析(GC)、微生物分析、pH值、氧化还原电位(E h)、电导率(σ)、矿物质量变化、X射线衍射(XRD)和扫描电镜能谱分析(SEM-EDS)等方法,结合计算软件PHREEQC,探索微生物与白云石、云母和方解石相互作用情况。结果表明:菌株XJ02可以增大矿物的溶解度,增溶程度受矿物种类和矿物颗粒粒径的影响,矿物种类影响顺序为云母>方解石>白云石,矿物颗粒粒径影响顺序为0.074 mm方解石>0.900 mm方解石;矿物促进了菌株XJ02的生长,其影响顺序为云母>0.074 mm方解石>0.900 mm方解石>白云石;XJ02的代谢活动及其对环境理化性质的改变促进了矿物的溶解,而矿物的溶解又有效地促进了菌株XJ02的生长。