微生物腐蚀及腐蚀机理研究进展

在不同的环境中,不同种类的微生物能在材料上附着繁殖,其生命活动会引起或加剧材料的腐蚀。根据种类及功能的不同,腐蚀微生物可以分为硫酸盐还原菌、硫氧化菌、产酸菌、铁氧化细菌、铁还原细菌、硝酸盐还原菌以及产粘液细菌等。微生物腐蚀几乎能使所有现用的材料受到严重影响,破坏材料的结构与性能,在建筑、运输管道、工业环境(石油化工等)以及海洋环境中造成巨大的安全隐患和财产损失。本文概述了目前发现的腐蚀相关微生物的类群和特性,以及相对应的微生物腐蚀机理,为防护和控制材料的微生物腐蚀提供理论指导。

云南省蒙自酸性矿山排水微生物群落结构和功能

为探究酸性矿山排水生态系统不同环境中的微生物群落和功能,全面了解酸性矿山排水的形成和发展规律,采用高通量测序技术研究云南省蒙自某矿区酸矿水坑和周边溪水中的原核微生物群落组成,并结合样本理化特征分析影响群落结构的主要因素,进而解析菌群的环境功能。研究发现酸矿水坑中主要有广古菌门、变形菌门(包括α、γ和δ变形菌纲)、硝化螺菌门、厚壁菌门、放线菌门和酸杆菌门等类群,与周边溪水的群落结构具有明显差异。群落多样性与pH呈显著正相关,而热原体纲(Thermoplasmata)与pH呈负相关,可对群落结构起主导作用。酸矿水坑不同样本中均具有高丰度的亚铁原体属Ferroplasma (6.60%–86.34%),酸硫杆菌属Acidithiobacillus是酸矿水和沉积泥中主要的铁、硫氧化细菌,而专性铁氧化的钩端螺旋菌属Leptospirillum的丰度较低,铁卵形菌属Ferrovum几乎只存在于酸矿水中;此外,嗜酸或耐酸的异养菌广泛分布于酸矿水和沉积泥中,它们可促进铁、硫氧化菌的生长及催化矿石溶解。结果表明,pH通过影响微生物多样性和菌群分布而对酸性矿山排水环境微生物群落结构造成重大影响。

高通量测序分析云南腾冲热海热泉微生物多样性

【背景】云南腾冲热海热泉中蕴含着丰富的极端微生物资源。【目的】揭示云南腾冲热海热泉中微生物物种多样性及群落结构差异,发掘酸性热泉中铁、硫氧化功能微生物。【方法】采用Illumina HiSeq高通量测序技术对3处热泉15个水体样品中微生物16SrRNA基因V4-V5区进行测序及生物信息学分析。【结果】3处热泉中共获得578061条有效序列,聚类为141个可操作分类单元(Operational taxonomic unit,OTU),包括19个门66个属。鼓鸣泉(GMQ)、蛤蟆嘴(HMZ)、黄瓜箐(HGQ)3处热泉均以泉古菌门(Crenarchaeota)和厚壁菌门(Firmicute)为主。从属水平分析,碱性热泉鼓鸣泉(GMQ)和中性热泉蛤蟆嘴(HMZ)分别注释到37、32个属,优势属均为芽孢杆菌属(Bacillus)和热棒菌属(Pyrobaculum)。酸性热泉黄瓜箐(HGQ)共注释到20个属,优势属为酸杆菌属(Acidibacillus)和酸硫杆状菌属(Acidithiobacillus),此外,具有铁、硫氧化潜力的菌属有喜酸菌属(Acidicaldus)、硫化芽孢杆菌属(Sulfobacillus)、硫化叶菌属(Sulfolobus)及生金球菌属(Metallosphaera)等,进一步通过硫氧化培养基分离获得了这些菌属中的纯菌株。【结论】云南腾冲热海热泉水体中蕴含丰富的微生物资源,热泉间微生物物种组成差异明显;酸性热泉中存在多种具有潜在铁、硫代谢功能的菌种;未分类类群、非培养类群丰度很高,尤其是蕴藏着可观的古菌资源。

嗜热微生物及在高温生物冶金过程中的应用

嗜热微生物包括中度嗜热微生物和极端嗜热微生物,主要栖息于热泉、火山口、海底热液喷口、高温反应器以及工厂高温废水排放区等自然或人为产生的高温环境中。它们可以生活在40-80°C、甚至更高的温度中,其中有些具备嗜酸性及特殊的代谢类型,在高温生物冶金过程中具有应用潜力。高温生物冶金较传统中温生物冶金更具优势,其能浸出某些难处理矿、解决浸矿过程的钝化问题,以及提高浸出效率等,目前已引起了生物冶金工业的重视。本文概述了应用于生物冶金的主要嗜热微生物的生理特点、耐热机制以及对铁、铜和砷等离子的耐受机制,进一步介绍了嗜热微生物在高温生物冶金中的发展及应用。

洞穴微生物组:已知与未知

洞穴是由于岩石受到溶蚀或火山岩浆冷却形成的地下空间和通道。洞穴遍布世界各地,蕴藏着大量的微生物资源。洞穴内黑暗潮湿,温度相对稳定,营养比较贫瘠,是一种极端的生态系统,存在着高度特异性的洞穴微生物。对洞穴微生物组的研究,有助于认知洞穴微生物群体结构、组成及其地理学分布,加深对洞穴生态系统的理解,并为保护和开发洞穴资源提供指导。本文主要介绍了洞穴微生物组的研究方法,总结分析了洞穴微生物的研究进展,并着重阐述了含特殊化合物成分的洞穴中化能自养的特色微生物组。

城市污水处理厂活性污泥生物泡沫研究进展

城市污水处理厂运行过程中一旦发生活性污泥生物泡沫,就会影响污泥沉降和处理厂运行效能,对出水水质、作业安全和公共健康带来一系列挑战。生物泡沫是自活性污泥法诞生以来长期困扰污水处理厂运行的难题。生物泡沫的形成需要气泡、表面活性物质和疏水物质等3点基本的要素,在其中主要富集了诺卡氏型丝状细菌(Nocardio formfilamentous bacteria)和微丝菌(Candidatus Microthrix parvicella)这两种类型微生物。多种环境和运行因素包括温度、溶解氧、pH、污泥龄、特别是营养物质种类和浓度等均会对这些丝状微生物的生长产生影响。抑制丝状细菌生长的常用控制策略包括选择器、生长动力学控制、投加化学药剂以及噬菌体等方法,通过降低两类丝状细菌在生化池中的浓度以期消除生物泡沫现象。本文总结了生物泡沫的类型、成因、表征生物泡沫程度的指标、影响生物泡沫的环境因素以及常用的调控策略的原理及优缺点等,尽可能全面地介绍活性污泥生物泡沫的研究现状,并探讨未来研究方向和控制策略,期望能够为今后研究活性污泥微生物和污水处理厂运行调控提供有价值的参考。

嗜热古菌异化型硫氧化途径的研究进展

微生物参与的还原性无机硫化合物的氧化过程是硫地球化学循环的重要组成部分,也可应用于生物冶金工业及酸性矿水治理等方面。嗜热古菌是高温环境中存在的一群特殊的微生物,其所参与的异化型硫氧化途径复杂多样,涉及众多氧化还原酶以及硫转运蛋白。本文将结合我们的研究工作,就参与异化型硫氧化代谢过程的嗜热古菌的种类,以及它们所参与的硫氧化过程进行系统的介绍。

污水处理厂污泥膨胀和污泥发泡的比较分析

活性污泥法由于操作简单、处理效果好被广泛应用于市政污水和工业废水的处理。污泥膨胀和污泥发泡现象影响二次沉淀池的泥水分离过程和生物反应池的微生物量稳定,严重困扰着污水处理厂的正常运行,被称为污水处理厂的"癌症"。本文从污泥膨胀和污泥发泡的定义及分类出发,全面地比较了表征污泥膨胀和污泥发泡的方法、引起污泥膨胀和污泥发泡的丝状细菌种类及控制污泥膨胀和污泥发泡方法的异同,并探讨了污泥膨胀和污泥发泡问题的未来研究方向和控制策略,期望能够为今后污泥膨胀和污泥发泡问题的研究和调控提供有价值的参考。

甲基化受体蛋白MCP2923在睾丸酮丛毛单胞菌CNB-1趋化过程中的作用

【目的】MCP2923是睾丸酮丛毛单胞菌(Comamonas testosteroni)CNB-1的一种甲基化趋化受体蛋白,本研究旨在阐明其在CNB-1菌株趋化过程中的作用。【方法】利用游动平板法(swimming plate)检测了CNB-1及其MCP突变菌株CNB-1?20、CNB-1?MCP2923、CNB-1?20/p DSK519-MCP2923、CNB-1?20/p BBR1MCS-2-MCP2923和CNB-1?20/p BBR1MCS-2-MCP2923?LBD对35种芳香族化合物以及9种小分子有机酸的趋化性;进一步利用Agarose-in-plug法表征了MCP2923介导的对芳香族化合物的趋化表型;结合生物信息学分析,对MCP2923配体结合结构域(MCP2923LBD)进行了克隆、表达和纯化,利用等温滴定量热法(ITC)检测了MCP2923LBD与原儿茶酸等11种化合物的相互作用。【结果】CNB-1对原儿茶酸、4-羟基苯甲酸等12种芳香族化合物以及顺乌头酸等9种TCA循环中间代谢产物具有强、中强和弱3个层次的趋化表型;敲除MCP2923基因减弱了菌株对上述趋化诱导物的表型;将MCP2923基因回补到CNB-1?20菌株中可回补菌株对15种趋化效应物的表型,敲除MCP2923基因的配体结合区丧失了对15种趋化物的表型回补能力。虽然Agarose-in-plug法检测到了菌株对原儿茶酸和4-羟基苯甲酸的趋化表型,但ITC未能检测到原儿茶酸和4-羟基苯甲酸等11种化合物与MCP2923LBD直接的相互作用。【结论】MCP2923可引发CNB-1菌株对多种芳香族化合物以及小分子有机酸的趋化表型,且MCP2923LBD在这个过程中起关键作用;由于ITC的结果不能证明MCP2923LBD与芳香化合物和小分子有机酸等效应物的直接结合,推测MCP2923引发CNB-1趋化作用的机制不同于已报道的MCP2201和MCP2901的作用方式,其确切机制还有待于进一步深入研究。