硫氧化细菌源单质硫的生成、转运和回收

单质硫(硫粒)是硫化物生物氧化的中间产物.按化学计量式精准调控O/S比(溶解氧与硫化物的摩尔比),单质硫可成为硫氧化细菌(Sulfur-oxidizing bacteria,SOB)的主要代谢产物.根据单质硫的分布,单质硫可分为胞内硫粒和胞外硫粒.单质硫由胞内向胞外的跨膜转运过程是泌硫型SOB的重要生理特征.从生物脱硫...     

硫氧化菌种脱除硫化物生成单质硫限制性因素优化

【目的】针对硫氧化菌种较为特殊的生化特性,优选其氧化硫化物生成单质硫过程的相关限制性因素,以提高该类菌种生成单质硫效率。【方法】采用一株典型脱硫菌Thermithiobacillus tepidarius JNU-2(T.tepidarius JNU-2)氧化硫化物生成单质硫。研究该菌株在以Na2S2O3为能源底物时的培养特性和脱硫性能,并结合单因素实验对菌株氧化硫化物生成单质硫的限制性因素进行优选。【结果】T.tepidarius JNU-2在以Na2S2O3为唯一能源底物培养时的μmax为0.207 h-1,最终生物量为4.0×106 cells/m L。98%的Na2S2O3在24 h时被消耗殆尽,此时单质硫产量达到最大值为0.8 g/L。随后单质硫逐渐被氧化利用,最终稳定在0.2 g/L。经过对该过程主要限制性因素进行单因素实验优化,确定最佳碳氮源、Mg SO4、Fe SO4和能源底物条件分别为:CO2、NH4Cl0.5 g/L、Mg SO4 0.5 g/L、Fe SO4 0.1 g/L和Na2S2O3 15.0 g/L。优化后的氧化Na2S2O3生成单质硫过程的最大生物量可达4.8×106 cells/m L,单质硫产量提升至1.14 g/L。相较于未优化之前,单质硫的产量提高了42.5%。【结论】优化该过程主要限制性因素可有效提高化能自养型T.tepidarius JNU-2氧化硫化物生成单质硫效率。     

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。     

深海热液生物共附生可培养硫氧化细菌的多样性及硫氧化特性

[背景]深海热液环境中存在大量H2S及含硫化合物,许多微生物与大型生物形成了紧密的共生体系,例如硫氧化细菌,它们利用其独特的代谢体系协助宿主更好地适应极端环境,但目前尚未对热液底栖生物共附生的硫氧化细菌进行培养鉴定和功能分析.[目的]了解深海热液生物共附生硫氧化细菌的种群特征和功能特征,筛选出深海热液生物共附生微生物中...     

嗜酸硫氧化细菌消解元素硫的研究进展

浸矿酸性环境下,金属硫化矿在Fe3+作用下,经过硫代硫酸盐途径或多聚硫化氢途径而分解的过程中导致大量元素硫的累积,进而可能在金属硫化矿表面形成疏水元素硫层,阻碍金属离子的进一步浸出。酸性环境下,惰性元素硫的消解必须借助嗜酸硫氧化细菌来实现。该消解过程包括嗜酸硫氧化细菌对元素硫的吸附、转运以及氧化转化等过程。本文对近年来嗜酸硫氧化细菌消解元素硫过程的相关研究进行了全面评述,认为有关嗜酸硫氧化细菌消解元素硫的分子机制的清晰阐述还有待人们通过对消解过程的各个环节的分子机制进行大量研究来实现。     

海岸盐沼湿地土壤硫循环中的微生物及其作用

硫及硫化合物的动态循环是海岸盐沼湿地的重要组成部分,硫酸盐还原菌(SRB)和硫氧化菌(SOB)是推动硫循环的重要微生物。硫酸盐还原菌把硫酸盐还原为硫化物,同时消耗土壤中的有机物质;硫氧化菌把还原性硫化合物氧化为硫酸盐,缓解土壤中硫化物的积累,它们共同维持硫循环的动态平衡。本文综述了海岸盐沼湿地土壤中硫的存在形式、硫的地球化学循环以及在硫循环过程中扮演重要角色的硫酸盐还原菌和硫氧化菌的生物多样性、活性测定方法及其生态学意义等的最新研究进展,并提出了存在的问题及研究展望。     

硫代硫酸盐氧化菌TX的分离、鉴定及其生物学特性

从聚硫橡胶废水处理系统中分离到一株硫代硫酸盐氧化细菌TX.根据其形态学特征、生理特征和16S rRNA基因序列相似性分析,将该菌株初步鉴定为盐生硫杆菌属(Halothiobacillus sp.)(GenBank登录号为EU871645).该菌株能利用硫代硫酸盐、单质硫、连四硫酸盐、硫化物或亚硫酸盐为唯一能源进行自养生长,不能利用葡萄糖、蔗糖、果糖、乳糖、麦芽糖或酵母粉进行异养生长,为专性化能无机自养型硫杆菌.在以硫代硫酸钠为唯一能源的培养基中其最适生长温度为30℃～35℃,最适起始pH值为3.0～5.0.在矿物盐培养基中,硫代硫酸盐最终被氧化成硫酸,造成培养基pH持续下降.在摇瓶分批培养和硫胶废水处理过程中均检测到连四硫酸盐的积累,表明该菌株主要通过连四硫酸盐途径或"S4I"途径进行硫代硫酸盐的生物氧化.     

嗜酸硫杆菌属硫氧化系统研究进展

硫化矿的酸溶解和化学氧化过程中(H 和Fe3 作用下,金属硫化矿中分解),伴随着硫元素转变成多聚硫S8或硫代硫酸盐的过程。对嗜酸硫杆菌属硫氧化过程的研究表明,胞外环状多聚硫S8可能通过细胞外膜蛋白巯基活化成线状-SnH后,被转运到细胞周质区域,进而被硫加双氧酶氧化成SO32-,活化过程中同时生成少量H2S;这些酶促反应不需要辅助因子参与,不释放电子。胞外硫代硫酸盐通过未知途径进入细胞周质。细胞周质中的SO32-主要经由亚硫酸-受体氧化还原酶氧化成SO42-,S2O32-可能经由硫代硫酸盐-辅酶Q氧化还原酶、硫代硫酸盐脱氢酶、连四硫酸盐水解酶等氧化为硫酸,少量H2S则经由硫化物-辅酶Q氧化还原酶氧化为多聚硫,后者再经由SO32-和S2O32-氧化生成最后产物SO42-。这些生物氧化过程释放的电子进入呼吸链参与产生细菌生长代谢所需的能量。然而,关于A.ferrooxidans硫氧化系统中各种硫化合物的酶催化氧化机制的研究仍很缺乏,胞内外硫化合物的转运机制、是否存在胞外酶催化氧化等仍然有待解决。另外,硫的型态和价态、酶催化反应的细胞微区域以及硫氧化系统中一些关键酶的分离及其表达基因的鉴定等问题都还有待进一步研究。基于对这些事实的分析,提出了一个嗜酸硫杆菌属硫氧化系统的模型。     

冲绳海槽热液区可培养硫氧化细菌多样性及其硫氧化特性

冲绳海槽热液区独特的地质环境孕育了特殊的生物群落,硫氧化细菌作为生物地球化学循环的重要参与者在热液生态系统中发挥着至关重要的作用。【目的】通过硫氧化菌株的分离培养揭示冲绳海槽热液区可培养硫氧化细菌的多样性和硫氧化活性。【方法】采用多种培养基对冲绳海槽热液区不同沉积物样品中的硫氧化细菌进行富集培养和分离纯化;利用16S rRNA基因序列确定硫氧化细菌的分类地位并进行系统发育分析;采用碘量法对典型硫氧化菌株硫氧化活性进行检测。【结果】本研究从冲绳海槽热液区样品中共分离鉴定85株硫氧化细菌,分属于α-变形菌纲、γ-变形菌纲、放线菌门和厚壁菌门,优势属为氢弧菌属(Hydrogenovibrio)、拉布伦氏菌属(Labrenzia)、深海海旋菌属(Thalassospira)和海杆状菌属(Marinobacter)。硫氧化活性检测结果表明,7株典型硫氧化菌株对硫代硫酸钠的降解活性介于31%–100%之间,其中泰坦尼克号盐单胞菌SOB56 (Halomonas titanicae SOB56)、南极海杆状菌SOB93(Marinobacter antarcticus SOB93)、印度硫氧化粗杆菌SOB107 (Thioclava indica SOB107)和嗜温氢弧菌CJG136 (Hydrogenovibrio thermophiles CJG136)可以完全降解硫代硫酸钠。【结论】冲绳海槽热液区可培养硫氧化细菌的多样性丰富,为研究该热液区的硫循环过程提供了实验材料和理论基础,多种硫氧化活性菌株的获得极大地丰富了菌种资源,为探究深海热液区硫循环的能量代谢途径和分子机制奠定基础。     

西藏热泉沉积物的硫氧化细菌多样性及其影响因素

【目的】探究西藏热泉沉积物中硫氧化细菌群落多样性及其环境影响因素。【方法】选取西藏5个地热区的25个热泉样点,现场测量各采样点的水体理化参数,并采集热泉水和沉积物样品。通过功能基因(硫代硫酸盐水解酶编码基因:soxB)克隆文库分析方法,研究沉积物样品中硫氧化细菌群落的组成和多样性,并统计分析其与环境参数之间的相关性。【结果】克隆文库分析结果显示,西藏热泉沉积物样品中的硫氧化细菌主要分属于α-Proteobacteria、β-Proteobacteria和γ-Proteobacteria纲。研究样品中的硫氧化菌群落香农指数与溶解有机碳的浓度(R=0.489,P0.05)呈显著正相关。另外,统计发现西藏各热泉之间的硫氧化菌群落组成差异较大,其优势硫氧化细菌种群差异明显,大多数样点的优势硫氧化细菌种群为β-Proteobacteria,少量样点以α-Proteobacteria和γ-Proteobacteria为主。Mantel检验结果显示,西藏热泉样品中的硫氧化细菌群落组成与温度、硫化物、电导率、海拔、总溶解固体和pH显著(P0.05)相关。【结论】西藏热泉沉积物中的硫氧化细菌群落广泛分布,且主要以变形菌门为主。地理隔离和理化差异导致了热泉沉积物样品间的硫氧化菌群落组成差异。     

微生物硫代谢及其驱动下建立的生物生态关系

硫在环境中广泛存在,是生物细胞的主要构成元素,微生物、动物和植物的硫基础代谢途径之间存在着广泛联系.本文以微生物硫代谢为主线,全面总结了硫在3类生物中的4条主要代谢途径,并重点阐明了其共性、区别及联系.微生物参与了所有硫的主要代谢,是驱动硫生物循环的主要动力.微生物异化硫还原降低了环境中甲烷的挥发,微生物、植物实施的同...     

微生物硫循环网络的研究进展

硫元素是所有生物的基本组成成分,是生物体必需的营养元素之一。硫氧化还原微生物的数量多、分布广、代谢途径多样化,硫化合物之间的平衡依赖于微生物代谢网络中的各种硫转化反应与代谢过程。此外,硫循环与碳、氮循环紧密相关,对地球生态循环起到了至关重要的作用。本文综述了近期微生物硫循环网络的研究进展,包括所涉及的主要微生物、硫循环的生物化学途径、硫循环的环境意义和工业应用潜能等,深入了解自然和人工生态系统中存在的硫循环过程,可为控制工农业生产中硫元素的增减与利用提供理论基础与应用方案。     

Roseobacter clade bacteria are abundant in coastal sediments and encode a novel combination of sulfur oxidation genes

Roseobacter clade bacteria (RCB) are abundant in marine bacterioplankton worldwide and central to pelagic sulfur cycling. Very little is known about their abundance and function in marine sediments. We investigated the abundance, diversity and sulfur oxidation potential of RCB in surface sediments of two tidal flats. Here, RCB accounted for up to 9.6% of all cells and exceeded abundances commonly known for pelagic RCB by 1000-fold as revealed by fluorescence in situ hybridization (FISH). Phylogenetic analysis of 16S rRNA and sulfate thiohydrolase (SoxB) genes indicated diverse, possibly sulfur-oxidizing RCB related to sequences known from bacterioplankton and marine biofilms. To investigate the sulfur oxidation potential of RCB in sediments in more detail, we analyzed a metagenomic fragment from a RCB. This fragment encoded the reverse dissimilatory sulfite reductase (rDSR) pathway, which was not yet found in RCB, a novel type of sulfite dehydrogenase (SoeABC) and the Sox multi-enzyme complex including the SoxCD subunits. This was unexpected as soxCD and dsr genes were presumed to be mutually exclusive in sulfur-oxidizing prokaryotes. This unique gene arrangement would allow a metabolic flexibility beyond known sulfur-oxidizing pathways. We confirmed the presence of dsrA by geneFISH in closely related RCB from an enrichment culture. Our results show that RCB are an integral part of the microbial community in marine sediments, where they possibly oxidize inorganic and organic sulfur compounds in oxic and suboxic sediment layers.     

Anaerobic sulfur oxidation in the absence of nitrate dominates microbial chemoautotrophy beneath the pelagic chemocline of the eastern Gotland Basin, Baltic Sea

Oxic–anoxic interfaces harbor significant numbers and activity of chemolithoautotrophic microorganisms, known to oxidize reduced sulfur or nitrogen species. However, measurements of in situ distribution of bulk carbon dioxide (CO₂) assimilation rates and active autotrophic microorganisms have challenged the common concept that aerobic and denitrifying sulfur oxidizers are the predominant autotrophs in pelagic oxic–anoxic interfaces. Here, we provide a comparative investigation of nutrient, sulfur, and manganese chemistry, microbial biomass distribution, as well as CO₂ fixation at the pelagic redoxcline of the eastern Gotland Basin, Baltic Sea. Opposing gradients of oxygen, nitrate, and sulfide approached the detection limits at the chemocline at 204 m water depth. No overlap of oxygen or nitrate with sulfide was observed, whereas particulate manganese was detected down to 220 m. More than 70% of the bulk dark CO₂ assimilation, totaling 9.3 mmol C m⁻² day⁻¹, was found in the absence of oxygen, nitrite, and nitrate and could not be stimulated by their addition. Maximum fixation rates of up to 1.1 μmol C L⁻¹ day⁻¹ were surprisingly susceptible to altered redox potential or sulfide concentration. These results suggest that novel redox-sensitive pathways of microbial sulfide oxidation could account for a significant fraction of chemolithoautotrophic growth beneath pelagic chemoclines. A mechanism of coupled activity of sulfur-oxidizing and sulfur-reducing microorganisms is proposed.     

Draft genome sequence of the sulfur-oxidizing bacterium "Candidatus Sulfurovum sediminum" AR, which belongs to the Epsilonproteobacteria

Sulfur-oxidizing bacteria are common microorganisms in a variety of sulfide-rich environments. They play important roles in the global sulfur cycle on earth. Here, we present a high-quality draft genome sequence of a sulfur-oxidizing bacterium, "Candidatus Sulfurovum sediminum" strain AR, which belongs to the class Epsilonproteobacteria and dominated an enrichment culture from a marine sediment collected off Svalbard, within the Arctic Circle. Its genome contains genes for sulfur oxidation and carbon fixation. The size of the draft genome is 2.12 Mb, and the G+C content is 39.4%.     

Assay methods and biological roles of labile sulfur in animal tissues

Sulfur is a chemically and biologically active element. Sulfur compounds in animal tissues can be present in two forms, namely stable and labile forms. Compounds such as methionine, cysteine, taurine and sulfuric acid are stable sulfur compounds. On the other hand, acid-labile sulfur and sulfane sulfur compounds are labile sulfur compounds. The sulfur atoms of labile sulfur compounds are liberated as inorganic sulfide by acid treatment or reduction. Therefore, the determination of sulfide is the basis for the determination of labile sulfur. Determination of sulfide has been performed by various methods, including spectrophotometry after derivatization, ion chromatography, high-performance liquid chromatography after derivatization, gas chromatography, and potentiometry with a sulfide ion-specific electrode. These methods were originally developed for the determination of sulfide in air and water samples and were then applied to biological samples. The metabolic origin of labile sulfur in animal tissues is cysteine. The pathways of cysteine metabolism leading to the formation of sulfane sulfur are discussed. Finally, reports on the physiological roles and pathological considerations of labile sulfur are reviewed.