土壤CH_4氧化与土壤甲烷营养菌及主要研究方法

甲烷营养菌(methanotrophs)是一类以CH4为唯一碳源和能源的细菌,广泛分布在水稻土、森林土、苔原土、泥炭地、海洋与湖泊底泥、堆肥、垃圾填埋场及地下水等环境中,并作为大气甲烷(CH4)唯一的生物汇(库),在全球温室效应研究中备受关注。目前,关于土壤甲烷营养菌的研究主要包括菌株的多样性、生态分布以及环境因素对微生物氧化CH4过程的影响。本文从甲烷营养菌的分类入手,概述稻田土壤CH4的氧化与释放、旱地土壤CH4的氧化以及影响土壤CH4氧化的因素等方面的研究进展,同时介绍了土壤甲烷营养菌研究领域的几种主要的分子研究技术,以期为甲烷营养菌相关的研究提供参考。

矿化垃圾中兼性营养菌原位强化甲烷氧化

引言 好氧甲烷氧化菌在新陈代谢上具有独一无二的特性：它们能够利用甲烷和其他一碳化合物作为唯一碳源和能源。这类微生物最典型的特点是利用甲烷单加氧酶（MMO,methane monooxygenase）催化甲烷氧化为甲醇。

甲基单胞菌甲烷单加氧酶缺陷突变株的研究

用高剂量紫外线诱变Ⅰ型专性甲烷营养菌(Methylomonas sp.)761 AR 菌株,获得了9个甲烷单加氧酶缺陷突变株。对其中761AR-55突变株的进一步研究表明,此菌株完全丧失了氧化甲烷及氧化丙烯为环氧丙烷的能力,证明其甲烷单加氧酶活性存在缺陷。而其它特性如 DNA 内切酶谱,DNA 中 G+C 克分子含量,可溶性蛋白电泳谱带,以及细胞内膜结构均与亲本菌株一致。

设施栽培土壤甲烷氧化的研究

研究了设施栽培土壤的甲烷氧化 .结果表明 ,不同土壤对甲烷的氧化能力各异 ,可能与土壤的理化性质有关 ;土壤微生物是甲烷氧化的主要生物类群 :土壤含水量对甲烷氧化有明显影响 ,含水量过高或过低对甲烷氧化均具有抑制作用 ;氮源 (包括有机和无机氮源 )对甲烷氧化均有抑制作用 ;不同碳源对甲烷氧化的影响各异 ,纤维素对甲烷氧化抑制作用最小 ,而高浓度的甲醇、葡萄糖则对甲烷氧化具有强烈的抑制作用 ;在甲烷氧化过程中加入葡萄糖能迅速抑制甲烷氧化 ;在加入葡萄糖的同时保持瓶中充足的氧气 ,则这种抑制作用可以在 5 .5 d后得到解除 .此外 ,还研究了从土壤中分离的甲烷氧化菌对碳源的利用情况 ,表明在甲烷释放极少的设施栽培土壤中 。

甲醇对土壤甲烷氧化的影响及其微生物学机理

对设施栽培土壤甲烷氧化及其微生物学机理进行了研究,结果表明,不同土壤对甲烷的氧化能力各异,这可能与土壤的理化性质有关。土壤微生物是甲烷氧化的主要生物类群,不同碳源对甲烷氧化的影响各异,纤维素对甲烷氧化的抑制作用最小,高浓度的甲醇则对甲烷氧化具有强烈的抑制作用,而适当浓度的甲醇可极大地促进土壤甲烷的氧化。在甲烷释放极少的设施栽培土壤中,兼性营养甲烷氧化菌可能在甲烷氧化中占据主导地位。

金属依赖型厌氧甲烷氧化研究进展

甲烷(CH_(4))是一种温室气体,其温室效应是二氧化碳的26倍。减少甲烷排放,可以缓解温室效应,有助于保护大气环境。微生物介导的甲烷厌氧氧化是调节甲烷向大气排放的关键过程。金属氧化物或金属离子可以作为甲烷厌氧氧化的电子受体,且金属依赖的甲烷厌氧氧化是减小全球甲烷排放的一个重要途径。虽然研究表明金属依赖型厌氧甲烷营养古菌可以促进这一过程,但其菌种、代谢途径及胞外电子传递途径尚缺乏深入研究。文章从金属依赖型厌氧甲烷氧化菌、金属依赖型厌氧甲烷氧化机制及金属依赖型厌氧甲烷氧化菌胞外电子传递机制等方面对金属依赖型厌氧甲烷氧化研究现状进行了概述,分析了金属依赖型厌氧甲烷氧化研究存在的问题,并讨论了其今后的研究方向,为金属依赖型厌氧甲烷氧化研究提供参考。

海洋环境中甲烷厌氧氧化机理及环境效应

作为全球碳循环的重要环节之一,甲烷厌氧氧化作用(Anaerobic Oxidation of Methane,AOM)不仅是微生物生态学领域最具科学魅力、充满学术争议的问题之一,也是调节地质历史时期地球环境和气候变化的重要因素之一。近年来,针对包括海洋在内的各种环境中的AOM展开了大量的研究,然而迄今为止,对该反应的运作机制仍缺乏足够了解,其中包括该作用对海洋环境和气候系统在过去、现在和未来的影响机理和程度问题,这说明对于甲烷最重要汇的了解还存在着盲区。以现代海洋地质环境中的AOM为研究对象,综述了其产生机理、反应底物、电子受体、以及涉及到其中的微生物等方面的最新研究成果,探讨了该作用对于地球环境、气候的影响意义及地质学启示,并尝试展望了需要进一步研究的几点方向,希望藉此能引起广大研究者的兴趣与重视。

一碳气体利用微生物及其基因工程改造

一碳气体主要包括CO、CO_(2)和CH_(4)等,这些气体来源于陆地生物活动、工业废气以及气化合成气等,其中CO_(2)与CH_(4)是温室气体,对全球气候变化有着重要的影响。利用微生物进行一碳气体生物转化既可以解决废气排放的问题,又能生产燃料及多种化学品。近年来,运用CRISPR/Cas9等基因编辑技术对一碳气体利用微生物进行改造,是提高它们的产物得率、增加产物类型的重要途径。本文主要围绕甲烷营养菌、自养乙酸菌、一氧化碳营养菌等一碳气体利用微生物,综述了其生物学特性、好氧和厌氧代谢途径、代谢产物,以及常用的基因编辑技术(利用同源重组的基因中断技术、二类内含子ClosTron法、CRISPR/Cas基因编辑及以噬菌体重组酶介导的DNA大片段引入等)在它们中的应用,为后续相关研究提供参考。

南海北部冷泉碳酸盐岩中系列藿烷酸的检出及意义

对南海东沙海域九龙甲烷礁冷泉碳酸盐岩的藿烷酸系列化合物进行了研究,结果显示冷泉碳酸盐岩中含有17β(H),21β(H)-30-藿烷酸至17β(H),21β(H)-33-藿烷酸系列化合物.其中site1样品TVG3-C2(ANME-2古菌种群为主)中的17β(H),21β(H)-32-藿烷酸化合物亏损13 C(-69.8‰),且其同位素值较接近iso-/aiso-C15∶0脂肪酸(-75.2‰^-90.0‰),说明其母质摄入了甲烷来源的碳.尽管site2(TVG13-C3和TVG14-C2)和site3(TVG8-C5)自生碳酸盐岩中藿烷酸化合物都表现出了非渗漏特征(-30.7‰^-40.3‰,ANME-1古菌种群为主),但这些样品中藿烷酸的δ13 C值同样较接近硫酸盐还原菌来源的iso-/anteiso-C15∶0的δ13 C值(-32.5‰^-49.8‰).由此说明大多数存在于以ANME-1种群为主的渗漏环境中的硫酸盐还原菌并没有参与到甲烷厌氧氧化作用中,而导致藿烷酸化合物和硫酸盐还原菌来源的生物标志物并不明显亏损13 C,并且δ13 C值相近.