微生物胞外聚合物在环境工程中的应用进展

微生物胞外聚合物(EPS)具有可以充当吸附剂、絮凝剂、混凝剂及固定微生物等潜能.系统综述了基于EPS在环境工程领域中的应用研究进展,详细阐述了EPS在土壤中污染物去除及土壤修复的研究成果,指出了EPS作为生物絮凝剂的优势,并对EPS的作用机理进行探讨,以期为EPS在环境工程中的深入研究给予借鉴和指导.

微生物胞外聚合物在浸矿过程中作用的研究进展

综述国内外学者对浸矿微生物的胞外聚合物的研究进展。胞外聚合物是革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌细胞分泌的不同种类的生物聚合物,是生物膜中围绕在细菌周围的高度含水的多聚大分子。不同细菌的胞外聚合物组成和物理化学属性不同,决定着生物膜的粘附、构型及生物学特性。

生物膜胞外聚合物的检测技术与功能的研究进展

生物膜胞外聚合物是黏附在生物膜周围,保证生物膜功能及完整性的生物合成聚合物。近几年,生物膜胞外聚合物的物理化学性质、生物功能及其检查技术备受关注。就生物膜胞外聚合物的组成、检测技术及功能几方面展开综述。

松乳菇深层培养胞外聚合物产生的营养条件的研究

研究了松乳菇深层培养所需的碳、氮源及其交互作用。在供试的多种碳、氮源中,最适合菌丝体生长和胞外生物聚合物产生的碳源是蔗糖和葡萄糖;最适合菌丝体生长的氮源是牛肉膏和蛋白胨,最适合胞外生物聚合物产生的氮源是黄豆粉,松乳菇不能利用尿素和亚硝酸盐。碳、氮源交互试验结果表明:松乳菇菌丝体生长和胞外生物聚合物产生的优良培养基为培养基1:蔗糖1.5%、可溶性淀粉1.5%、牛肉膏0.25%、黄豆粉1%、硝酸钠0.1%;菌丝体和胞外生物聚合物的生物量分别为0.923g/100mL和80.1mg/100mL;培养基2:蔗糖1.5%、可溶性淀粉2%、牛肉膏0.1%、黄豆粉0.75%、硝酸钠0.3%;菌丝体和胞外生物聚合物的生物量分别为0.927g/100mL和83.2mg/100mL。

基于文献计量的微生物胞外聚合物研究可视化分析

【背景】胞外聚合物是微生物分泌的高分子聚合物,在环境治理、材料科学、生物医学等领域具有重要的应用价值。【目的】探讨胞外聚合物研究现状、研究热点和发展趋势。【方法】采用文献计量学方法,基于Web of Science核心合集数据库,检索近10年胞外聚合物相关文献,利用VOSviewer软件进行统计分析。【结果】胞外聚合物研究发文量呈上升趋势,中国发文量居首,但质量有待提高;研究热点主要集中在环境治理、生物制造和生物矿化等领域;微塑料降解是当前研究热点之一。【结论】本研究为深入了解胞外聚合物研究现状以及把握发展趋势提供了依据。

紊动对活性污泥特性及微生物代谢产物的影响

紊动是水处理生物反应器中物质和能量传递的重要动力因子,它直接影响活性污泥的特性,制约微生物的生长和代谢行为,也是水处理生物反应器运行效果和效能的关键因素。文章介绍了不同紊动条件下活性污泥粒径、沉降性能、活性等理化特性的演变,颗粒化进程的发展,胞外聚合物和溶解性有机产物等微生物代谢产物的形成和转化规律,探讨了紊动对活性污泥特性及微生物代谢的影响机制,在此基础上指出了现有研究的不足,提出了未来研究的方向,以期为活性污泥系统的优化设计及运行提供参考。

微生物胞外聚合物γ-聚谷氨酸分子微观构型变化中的离子特异性效应

微生物胞外聚合物对金属离子的络合影响其形态、流动性、生物利用度和生物修复的效率,在生物处理和生物修复中起到关键作用.本文研究了一种常见土壤微生物地衣芽孢杆菌(Bacillus lichenformis)生产的胞外聚合物γ-聚谷氨酸(γ-PGA)与钙、镁、铅离子结合前后的分子构型变化.结果表明,pH对γ-PGA的二级结构具有显著影响,而离子强度(0~50 mmol·L^-1)对γ-PGA的二级结构影响不大.Ca^2+和Mg^2+的加入对γ-PGA二级结构并无影响,而Pb^2+的加入则对γ-PGA二级结构产生了显著影响.酸性条件下,γ-PGA结构通过两种分子内氢键稳定,形成稳定的α-螺旋结构,随着pH上升,侧链和骨架之间的氢键被破坏,加上不断增加的静电排斥力,使其α-螺旋结构向更加无规的β-折叠和无规线团结构转变.Pb^2+的加入不仅会破坏侧链和骨架之间的氢键,还可能破坏骨架中CO和NH之间的氢键.而Na^+、Ca^2+和Mg^2+虽然能够与γ-PGA络合,却无法改变γ-PGA的二级结构.

废水生物处理过程中微生物胞外聚合物与污染物的分子间相互作用

生物处理是废水处理的主要技术手段,其中微生物在新陈代谢过程中会分泌一种复杂的高分子混合物——胞外聚合物(EPS),覆盖在微生物表面,它们是影响微生物表面特性的关键物质,在水体环境和废水处理系统中对污染物的迁移转化和去除起着至关重要的作用.研究结果表明,EPS能够利用其丰富的官能团吸附水体中的重金属和有机污染物,还可以通过氢键与氮、磷等营养元素发生相互作用.另外EPS具有一定的氧化还原特性,可以通过氧化还原反应改变污染物的存在形式.因此EPS在废水生物处理过程中具有重要的作用,可以影响重金属和有机污染物在废水生物处理过程中的去除和转化.发展高灵敏的分析方法,深入研究和理解EPS与不同污染物的分子间相互作用,对于阐明不同污染物在废水生物处理过程中的去除机制具有重要的指导意义.

双污泥系统处理对典型重金属镍的响应特征及机制探究

为探究双污泥系统对典型重金属镍(Ni)的冲击负荷的响应特征及作用机制,构建了中试规模的双污泥系统,以实际废水为探究对象,研究了短期和长期暴露条件下重金属Ni对双污泥系统污染物及营养盐去除性能及微生物群落的影响。结果表明,短期暴露低剂量Ni对双污泥系统去除污染物和营养盐影响不显著,但高剂量Ni(超过3.0 mg/L)降低了COD、NH4+-N及PO43--P的去除。长期暴露实验分析表明,Ni降低双污泥系统对污染物和营养盐去除。9.0 mg/L Ni导致COD、NH4+-N和PO43--P去除效率下降至64.3%、75.2%和54.2%。机制分析表明Ni降低污泥浓度,刺激胞外聚合物(EPS)主要蛋白质(PN)分泌。重金属Ni提高了乳酸脱氢酶和活性氧释放。微生物群落特征分析表明,Ni降低了Proteobacteria、Bacteroidetes、Chloroflexi、Nitrospirota的相对丰度,从而降低了微生物对污染物和营养盐的去除。本研究结果对双污泥系统处理含重金属废水提供了一定的数据支撑和理论依据。

Relationship and effect of redox potential,jarosites and extracellular polymeric substances in bioleaching chalcopyrite by acidithiobacillus ferrooxidans

The changes of pH,redox potential,concentrations of soluble iron ions and Cu^2＋ with the time of bioleaching chalcopyrite concentrates by acidithiobacillus ferrooxidans were investigated under the different conditions of initial total-iron amount as well as mole ratio of Fe（III） to Fe（II） in the solutions containing synthetic extracellular polymeric substances （EPS）.When the solution potential is lower than 650 mV （vs SHE）,the inhibition of jarosites to bioleaching chalcopyrite is not vital as EPS produced by bacteria can retard the contamination through flocculating jarosites even if concentration of Fe（III） ions is up to 20 g/L but increases with increasing the concentration of Fe（III） ions;jarosites formed by bio-oxidized Fe3＋ ions are more easy to adhere to outside surface of EPS space on chalcopyrite;the EPS layer with jarosites acts as a weak diffusion barrier to further rapidly create a high redox potential of more than 650 mV by bio-oxidizing Fe^2＋ ions inside and outside EPS space into Fe^3＋ ions,resulting in a rapid deterioration of ion diffusion performance of the EPS layer to inhibit bioleaching chalcopyrite severely and irreversibly.

碳化金属-有机骨架强化种间电子传递产甲烷

为了解决厌氧发酵系统中氢分压限制种间氢扩散速率问题,利用金属-有机骨架ZIF-8衍生多孔碳材料促进乙醇厌氧发酵生产甲烷,探究其对微生物种间电子传递的增强机理。扫描电镜SEM表明ZIF-8衍生多孔碳起到菌群固定化作用,并且能促进纳米导线产生。实验结果表明,随着ZIF-8衍生多孔碳添加量的增加,甲烷产量和最大产甲烷速率逐渐提高。添加200 mg/L ZIF-8衍生多孔碳时,系统导电性提高了3.58倍,三维荧光光谱分析表明ZIF-8衍生多孔碳能够促进微生物胞外聚合物(EPS)中类富里酸的相对含量由18.0%提高到23.6%,对应的甲烷产量和最大产甲烷速率分别增加了18.81%和19.04%。

Transformation of iron in pure culture process of extremely acidophilic microorganisms

Jarosite and extracellular polymer substance generated during pure culture and bioleaching process have been widely accepted the main transformation of decreasing iron in the medium.In the present work,acidophilus bioleaching organisms Ferroplasma thermophilum,Leptospirillum ferriphilum and Acidithioobacillus ferrooxidans were cultured.It was found that they can live in low pH environment,and more than10particles in each cell intracellular nano-particles are synthesized in the cells.By analyzing the morphology and chemical composition of nano-particles,they were found to contain iron,and the three microorganisms belonged to high-yielding strains.The results show that the transformation of the decreasing iron ions is not only generating jarosite,but also taken into cells and synthesizing ferruginous nano-particles.

Mechanism of bioleaching chalcopyrite by Acidithiobacillus ferrooxidans in agar-simulated extracellular polymeric substances media

The mechanism of leaching chalcopyrite by Acidithiobacillus ferrooxidans （,4. ferrooxidans） in agar-simulated extracellular polymeric substances （EPS） media was investigated. The results indicate that bacterial EPS can release H＋ and concentrate Fe3＋; Fe2＋ is movable between agar-simulated EPS phase and bulk solution phase, but it is difficult for Fe3＋ to move due to its hydroxylation and EPS complex action; A. ferrooxidans first prefer Fe2＋ as energy to metabolize compared with chalcopyrite, and a suitable simulated EPS environment for bacterial living is at about pH 1.8; the iron precipitates and jarosites formed by a lot of biologically oxidized Fe3 cover the simulated EPS easily and form an impermeable deposit acting as a limited barrier of ion transport that attenuates the aggressiveness of the bioleaching attack. The EPS layer blocked by iron precipitates or jarosites is responsible for the chalcopyrite passivation.

Effects of monosaccharides and protein in extracellular polymeric substances of Klebsiella aerogenes on crystalline forms of CaCO_(3) crystals

A strain of Klebsiella aerogenes(K.aerogenes)capable of decomposing calcium acetate for CaCO_(3) biomineralization was screened,and the optimum conditions for producing the maximum mass of CaCO_(3) crystals induced by Klebsiella aerogenes were found to be 0.25 mol/L calcium acetate,4%inoculum level,and pH 7.Following that,the monosaccharides and proteins contained in the extracellular polymeric substances(EPS)of Klebsiella aerogenes were identified.The effects of additional identified monosaccharide and proteins on the crystalline form conversion of CaCO_(3) crystals were investigated,and the additional monosaccharides were found to promote the crystalline form conversion of CaCO_(3) crystals from vaterite to calcite.Specifically,adding 1.00 g/L glucuronic acid was observed to enhance the conversion of crystalline phases of CaCO_(3) crystals to calcite completely after 5 d.Meanwhile,additional catalase was observed to contribute to the regular morphology of CaCO_(3) crystals without affecting their crystalline phases.The results indicate that the additional glucuronic acid influences the crystalline forms of CaCO_(3) crystals significantly.

EPS的主要成分-蛋白质、多糖抑制碳钢腐蚀机理研究

采用牛白蛋白和右旋糖酐40模拟EPS中的蛋白质、多糖,开展了蛋白质、多糖对碳钢腐蚀速率、表面形貌、腐蚀产物、电化学行为以及浸涂前后蛋白质、多糖官能团变化研究。结果表明:碳钢浸涂蛋白质、多糖后,由于氧含量降低使腐蚀产物中具有致密性的Fe_3O_4含量分别上升了113.6%和145.5%,腐蚀速率分别下降了17.7%和24.0%。对EIS进行等效电路拟合后表明,未浸涂的等效电路为R(QR),浸涂蛋白质、多糖后等效电路为R(Q(R(QR)))。红外光谱实验结果显示,浸涂前后蛋白质分子中的—C=O—和—COO—,以及多糖分子中的—C—OH,—CH_3,—CH_2—和—COO—出现峰值减弱或消失的现象,表明碳钢浸涂蛋白质、多糖后表面形成了一层保护层,上述官能团参与了腐蚀反应且对保护层的形成起着关键作用。