n-damo细菌在不同生态环境中的遗传多样性和潜在功能研究

反硝化厌氧甲烷氧化(DAMO)是自然环境中减少甲烷排放的关键过程。近年来研究发现,亚硝酸盐依赖型厌氧甲烷氧化(n-damo)细菌在湖泊、河流、稻田和生物反应器等环境中表现出不同的分布特征和群落格局。然而,以往的环境调研主要集中在单一生态环境或样本类型,使得n-damo细菌在全球生态格局中的总体作用和分布特征仍然存在一定的未知。此外,在描述不同生态环境中n-damo细菌多样性时,16S rRNA和pmoA基因之间的具体区别或偏好性尚不清楚。因此,为了填补这一研究空白,基于n-damo细菌的两个关键基因,即16S rRNA和pmo A,通过生物信息学分析来评估不同生态系统中n-damo细菌的多样性特征。研究发现,16Sr RNA和pmoA基因所揭示的n-damo细菌遗传多样性和潜在功能存在差异。保守性更高的16S r RNA基因在湿地环境中多样性最高,而在人工富集环境中多样性最低。pmo A基因则在淡水环境中表现出最高的多样性,但也同样在人工富集环境中表现出最低的多样性。热图和韦恩图显示,淡水环境和湿地环境中n-damo细菌的相似性最高,但人工富集和咸水环境下的n-damo细菌与其他环境差异显著。此外,系统发育分析显示,16S rRNA与pmoA基因具有不同的同源模式,16S r RNA因其保守性而具有较高的同源性,而pmo A基因则表现出更多的簇族分化。这些结果为了解DAMO微生物对不同生态系统中甲烷减排和碳氮生物地球化学循环的贡献提供了重要见解。此外,未来n-damo细菌的环境调研工作应同时分析16S rRNA和pmo A基因,从而对n-damo细菌的分布和功能进行更加科学地综合评价。

淡水生态系统中反硝化型厌氧甲烷氧化微生物的研究进展

反硝化型厌氧甲烷氧化(DAMO)是在淡水生态系统中发现的一种全新的厌氧甲烷氧化途径,偶联了全球碳循环和氮循环,与NC10门细菌、DAMO古菌及厌氧氨氧化菌密切相关。首先介绍DAMO途径在淡水生态系统中的发现及其功能微生物。其次,重点阐述DAMO功能微生物在湖泊、湿地和河流等淡水环境中的研究进展,并对聚合酶链式反应(PCR)、荧光原位杂交(FISH)及高通量测序技术在DAMO功能微生物检测中的应用及发展进行总结与分析。最后,展望DAMO在淡水生态系统中的研究前景。

反硝化型厌氧甲烷氧化微生物的研究进展

反硝化型厌氧甲烷氧化(DAMO)是以甲烷为电子供体、硝酸盐/亚硝酸盐为电子受体的生物化学过程,由DAMO古菌和DAMO细菌2种微生物催化完成。该过程不仅对生态系统中的甲烷消耗具有非常重要的贡献,还连接着碳氮元素之间的生物地球化学循环,在废水生物脱氮方面也具有一定的应用潜力,具有重要的研究意义。对近年来DAMO微生物的研究进展进行了梳理和讨论,着重阐述了有关DAMO微生物的代谢途径、富集影响因素(接种物、温度、甲烷传质/分压和反应器构型),以及在废水处理中的应用潜力等方面的内容。并在此基础上,针对DAMO古菌在碳氮循环中的贡献以及模拟DAMO过程的数学模型等未来可能的研究方向提出了展望,以期为DAMO微生物的环境功能研究及废水脱氮处理应用提供参考。

人类活动对三峡消落带土壤亚硝酸盐型甲烷厌氧氧化菌群落的影响

由"Candidatus Methylomirabilis oxyfera(M.oxyfera)"主导的亚硝酸盐型甲烷厌氧氧化过程(nitrite-dependent anaerobic methane-oxidizing,ndamo)是碳循环中新发现的一个过程.已有研究发现三峡库区消落带有n-damo菌的存在.为了解人类活动对n-damo菌群落结构的影响,对三峡库区受人类活动干扰程度不同的消落带n-damo菌群落进行了研究.结果表明,人为干扰水平高的小河消落带n-damo菌基因丰度(8.98×102~3.31×105copies·g^(-1))整体上要高于白家溪(4.72×102~5.32×104copies·g^(-1)).此外,淹水都会导致两个地点n-damo菌基因丰度的增加.白家溪的n-damo菌丰度与累积淹水时间呈线性正相关,而小河的n-damo菌丰度与土壤总氮显著负相关.系统发育树和多样性分析表明,淹水前白家溪和小河相近高程土壤n-damo菌群落结构比较类似,但淹水后出现较大差异;较低高程土壤的群落多样性要明显高于较高高程土壤.消落带土壤中的n-damo菌群落具有明显的时空异质性,且淹水会导致这种异质性增加.淹水和人类活动对于n-damo菌的多样性具有同等的重要性.这些结果表明,淹水和人类活动都会影响消落带土壤中n-damo菌群落结构,而人类活动可能进一步增加n-damo菌的丰度和多样性.

氮依赖型甲烷厌氧氧化菌的整合

氮依赖型甲烷厌氧氧化菌(nitrite-dependent anaerobic methane oxidation bacteria,n-damo细菌,属于NC10门)是最近10年来微生物生态学领域的研究热点。然而,对该类群基于现有数据的生态分布、群落结构和系统进化的整合分析还未见报道。【目的】为了更好地将近年来针对该类群的研究做一次全面梳理,本文通过整合前人已有发表数据和结合自身实验数据两方面进行。【方法】一方面,利用NCBI数据库(数据搜集到2016年11月)中所有n-damo细菌序列对其进行生物信息学分析;另一方面,对大九湖泥炭地表层泥炭利用16S rRNA二代测序技术对该类群进行检测,并同前人数据进行对比。【结果】n-damo细菌主要在沉积物、湿地和水稻土检出;基于pmo A基因的n-damo细菌的平均检出率是基于16S rRNA基因检出率的7倍,但是这两类基因分子标记物所得到的多样性指数保持相对稳定(1.4-3.4);贫氮的大九湖泥炭其NC10的丰度仅为0.067%。【结论】n-damo类群种群相对稳定,暗示其行使的生态功能相对单一;贫氮的大九湖泥炭其极低的NC10丰度暗示氮对NC10是限制因子;具有真正氮依赖型甲烷厌氧氧化细菌的Group A可能只占很少的一部分(小于20%),暗示出该类群真正的生态潜能需要进一步评估。本次整合分析为更好的理解n-damo细菌的生活环境、评估不同基因分子标记物下n-damo细菌的检出率、不同亚类群比如Group A和Group B等的丰度和真正的潜在生态功能提供参考。

亚硝酸盐型甲烷厌氧氧化及其功能微生物研究进展

亚硝酸盐型甲烷厌氧氧化(Nitrite-Dependent Anaerobic Methane Oxidation,N-DAMO)是耦合氮循环和碳循环的关键环节,主要是由亚硝酸盐型甲烷厌氧氧化菌(Candidatus Methylomirabilis oxyfera)介导完成,对于研究全球氮和碳元素的生物地球化学循环具有重要意义。本文首先总结了国内外N-DAMO的影响因素和在不同自然生态系统中的分布,然后阐述了N-DAMO菌的生理生化特性及其富集培养优化实验和检测技术,最后探讨了N-DAMO技术的应用现状。本综述不仅有助于揭示全球碳氮循环的耦合作用机制,也为N-DAMO反应耦合其他厌氧生物处理过程应用到污水的除碳脱氮上提供了理论依据。