生活垃圾填埋场微生物群落结构与功能

生活垃圾进入到卫生填埋场后,在微生物菌群的作用下经历了好氧、厌氧酸化、初期产甲烷以及稳定产甲烷阶段逐步达到稳定,同时其有机质最终生物转化为甲烷。对基于传统微生物技术与新发展的宏基因组等生物技术研究填埋场各阶段微生物菌群结构与功能的结果进行综述,发现生活垃圾组成异质化及垃圾所处环境不同造成了填埋场微生物群落因地各异。并提出了此环境群落变化的主要研究难点和研究方向。

德国分散式污水处理系统微生物群落结构及功能

以德国分散式污水处理系统为研究对象,通过16S rRNA测序,研究2个反应器中微生物群落结构,利用PICRUSt软件对其功能进行推演.结果表明,冬季,污水厌氧膜生物反应器(AnMBR)内温度20℃,进水COD 712mg/L时,出水可获得52%的COD平均去除率,产气率为122L/kg COD;固体废物厌氧反应器(PSD)内温度37℃,反应器内COD 3007mg/L时,可获得374L/kg VSS的产气率.2个反应器具有相似的微生物组成,对细菌,Synerigistaceae科的相对丰度最高(AnMBR:24.0%±10.0%;PSD:11.0%±3.1%);对古菌,Methanobacteriaceae科的相对丰度最高(An MBR:0.6%±0.3%;PSD:13.8%±1.8%);2个反应器的功能基因组成也相似,产甲烷都以H_2还原CO_2的通路为主.PSD反应器中H_2还原CO_2通路相关基因、F420合成相关基因、辅酶M合成相关基因的相对丰度都高于AnMBR反应器.

CARD-FISH技术及其在微生物生态学研究中的应用

催化报告沉积荧光原位杂交技术(Catalyzed reporter deposition-fluorescence in situ hybridization,CARDFISH)是基于传统的FISH技术发展而来,由于其较高的灵敏度及稳定性,可以检测微生物的rRNA、mRNA和DNA上的目标基因等,获得环境微生物的群落及功能信息,现已成为微生物生态学研究领域中的重要技术手段。近些年,CARD-FISH与同位素示踪技术、纳米二次离子质谱技术(Nano SIMS)、扫描电子显微镜(SEM)、流式细胞仪等技术方法的联合使用,不仅可以研究复杂环境中微生物的物种组成、数量及其高分辨形态学信息,而且可以获得微生物在单细胞水平的生理代谢信息及其活性,对在单细胞水平认识原位环境微生物的生理生态功能具有重要意义。本文重点介绍了CARD-FISH的技术路线和要点,并探讨CARD-FISH与相关技术联用在环境微生物生态学研究中的应用及进展。

基于宏基因组解析中温大曲成熟前后的微生物群落功能差异

大曲是白酒酿造中的糖化发酵剂和生香剂,其成熟过程是获得高品质大曲的重要步骤。前期研究探索了大曲成熟前后的微生物群落组成和多样性,但对微生物群落功能的变化缺乏深入研究。本文在分析中温大曲成熟前后酶活和挥发性化合物的基础上,采用宏基因组学解析微生物群落组成和潜在功能的差异,并探索酶活和重要挥发性化合物变化的微生物基础。结果显示,大曲成熟后,水分含量(P≤0.05)、淀粉含量、液化力、糖化力(P≤0.05)和发酵力降低,而酸度和酯化力(P≤0.05)升高;同时,其挥发性化合物组成变化显著(P=0.001),芳香醇类和芳香酯类物质含量显著降低,吡嗪类、酮类和高级脂肪醇类物质含量显著升高。成熟大曲中毛霉菌目(Mucorales,34.8%−23.0%)和散囊菌目(Eurotiales,34.3%−20.1%)等真菌相对丰度降低,功能分析表明这降低了α-淀粉酶、α-葡萄糖苷酶、乙醇脱氢酶和乙醇脱氢酶(NADP+)的基因丰度(P>0.05),导致大曲液化力(P>0.05)、糖化力(P≤0.05)、发酵力(P>0.05)和苯乙醇等芳香醇类物质含量降低(P≤0.05)。此外,酵母菌目(Saccharomycetales,2.9%−16.6%)、乳杆菌目(Lactobacillales,14.9%−23.6%)和芽孢杆菌目(Bacillales,0.8%−3.8%)等微生物的相对丰度升高,使得乙酰基转移酶、羧酸酯酶、乙酰乳酸脱羧酶、R-乙偶姻脱氢酶和S-乙偶姻脱氢酶的基因丰度显著升高(P≤0.05),进而显著提高了大曲的酯化力和吡嗪类物质含量(P≤0.05)。本文在基因水平解析了大曲成熟前后酶活和重要挥发性化合物变化的微生物基础,可为理性调控大曲生产提供理论支撑。

环境中的微生物与微生物在环境中的作用

环境微生物学是一门研究微生物与其生活环境之间相互作用的科学,主要包括环境中的微生物和微生物在环境中的作用两大研究领域。《微生物学通报》本期推出的“环境微生物学主题刊”报道了研究报告21篇,内容涵盖环境微生物学研究前沿、环境微生物生态学及生物修复、环境微生物资源的发掘与利用、环境微生物生理学及生物制剂、环境污染修复与微生物多样性等领域,希望该主题刊的出版有助于促进我国环境微生物学领域的学术交流,推动我国环境微生物学学科的发展。

基于宏基因组学解析不同质量等级中温大曲微生物组的异质性

【目的】中温大曲是浓香型白酒酿造中的糖化发酵剂和生香剂,目前其质量评价主要依赖于感官和理化特征。已有研究采用扩增子测序初步探索了大曲质量等级与微生物群落组成之间的关联性,但是微生物群落功能对大曲质量的影响尚缺乏深入研究。【方法】本研究采用宏基因组学解析和对比了不同质量等级大曲的微生物群落组成和潜在功能的差异,结合理化性质,聚焦分析了酶活、乳酸和乙酸代谢相关的关键酶基因丰度。【结果】两种等级大曲的真菌群落组成差异显著。一级大曲含有更高相对丰度的丝状真菌,主要分布在曲霉属(Aspergillus,21.6%)、罗萨氏菌属(Rasamsonia,6.8%)、拟青霉属(Paecilomyces,5.0%)和篮状菌属(Talaromyces,4.4%)等。一级大曲中与环境信息处理和细胞过程相关途径的基因相对丰度普遍显著高于二级大曲。一级大曲中薄层菌属(Hymenobacter)和曲霉属等提供了更高基因丰度的α-淀粉酶,使其具有显著较高的液化力。二级大曲则含有更高相对丰度的横梗霉属(Lichtheimia,11.8%)、根霉属(Rhizopus,13.4%)和毕赤酵母属(Pichia,7.2%)以及乳酸菌类微生物,如伴生乳杆菌属(Companilactobacillus)、魏斯氏菌属(Weissella)和黏液乳杆菌属(Limosilactobacillus)等。二级大曲中与代谢相关途径的基因相对丰度显著较高,如碳水化合物代谢、能量代谢和核苷酸代谢等。二级大曲中较多的乳酸菌类群有利于提高乙醇脱氢酶基因丰度,同时,糖多孢菌属(Saccharopolyspora)、葡萄球菌属(Staphylococcus)、曲霉属和高温放线菌属(Thermoactinomyces)等提供了更多的羧酸酯酶基因丰度,分别使其具有较高的发酵力和酯化力。此外,二级大曲中较多的乳酸菌还可能产生更多的乳酸脱氢酶,降解乳酸,且更高基因丰度的乙酸代谢相关酶类可促进乙酸分解代谢,使得二级大曲酸度显著低于一级大曲。【结论】本研究在基因水平上研究了不同质量等级大曲酶活和酸度差异的微生物基础,可为建立完善的大曲质量评价体系以及理性地调控群落功能提供理论支撑。

地表臭氧浓度升高对森林及农田地下生态过程的影响

地下生态学过程是指陆地生态系统地下部分结构与功能的动态变化过程,它与地上过程高度关联,是全面理解生态系统结构和功能的关键。随着人类活动的不断增强和工业的不断发展,地表臭氧的浓度迅速增长。目前,有关臭氧浓度升高对陆地生态系统的影响研究主要集中在地上部分,而有关其对地下生态学过程影响的研究有限,臭氧浓度升高对地下生态学过程的影响作用复杂。综述臭氧浓度升高对森林及农田地下过程影响的研究进展,以期为我国学者进一步了解臭氧对森林树木及农田生态影响提供科学依据。有关大气臭氧浓度升高对森林和农田地下生态过程的影响,已有研究主要包括植物根系生长、根系代谢、菌根、土壤养分、土壤微生物活性的响应变化等几个方面。臭氧对地下生态过程的影响与臭氧浓度、物种、种植条件以及臭氧污染环境模拟方法相关。今后应该加强臭氧浓度升高条件下土壤微生物过程与土壤养分循环过程之间的相关机理研究以及臭氧与其他环境因子的交互作用对地下生态过程的影响趋势和机理的研究。