不同基质体系中白腐茵对喹啉和吲哚的降解

用单基质及混合基质体系,探讨了白腐菌Pleurotus ostreatus BP对氮杂环化合物的降解规律.结果表明,在弱酸性环境下,白腐菌能有效降解喹啉和吲哚.单摹质体系中,喹啉的降解率15 d内能达到89.48%,98.17%的吲哚6 d内被降解;混合基质体系中,基质(喹啉、吡啶、苯酚及氨氮)的加入能促进白腐菌对吲哚的降解,但(吲哚、吡啶、苯酚及氨氮)却抑制了白腐菌对喹啉的降解.不同基质体系中,白腐菌对喹啉和吲哚的降解分别遵循零级和一级反应动力学.相对单基质而言,混合基质的存在对白腐菌生物学特性产生明显影响,可缩短生长周期,提高生长速率和漆酶活性.漆酶在吲哚的降解中起着重要的作用,但不能完全决定喹啉的降解.     

基于序列筛选发掘宏基因组文库中的新颖卤化酶基因

绝大部分微生物的不可培养性使微生物的开发利用受到了限制,而宏基因组学策略为研究土壤中的不可培养微生物提供了途径.天然卤化物具有抗菌活性和抗肿瘤活性等生物活性,卤化酶在催化化合物的卤化过程中,对化合物活性产生重要影响,而以卤化酶基因为探针,可以发现与之偶联的天然生物合成基因簇,为卤化物的发现提供基础.利用卤化酶基因序列的保守区域设计简并引物,筛选土壤宏基因组文库获得卤化酶阳性克隆,并对获得的卤化酶基因间的进化及其与天然产物合成的关系进行分析.结果显示:通过同源序列筛选获得了65个卤化酶阳性克隆,序列同源分析表明约85%的阳性克隆中的卤化酶基因序列与已知卤化酶的相似性低,所获卤化酶基因具有较好的新颖性和多样性.而对所获克隆中生物合成相关基因的分析表明其中一个克隆中同时存在聚酮合酶基因与卤化酶基因,其可能与卤代I型聚酮合成相关.本研究基于序列筛选的方法,从宏基因组文库中发现了新的卤化酶基因和聚酮合酶基因,为进一步发现新颖的天然卤化物生物合成基因簇及天然卤化物奠定了基础.     

不同基质体系中白腐菌对喹啉和吲哚的降解

采用单基质及混合基质体系,探讨了白腐菌Pleurotus ostreatusBP对氮杂环化合物的降解规律．结果表明,在弱酸性环境下,白腐菌能有效降解喹啉和吲哚．单基质体系中,喹啉的降解率15d内能达到89．48％,98．17％的吲哚6d内被降解;混合基质体系中,基质（喹啉、吡啶、苯酚及氨氮）的加入能促进白腐菌对吲哚的降解,但（吲哚、吡啶、苯酚及氨氮）却抑制了白腐菌对喹啉的降解．不同基质体系中,白腐菌对喹啉和吲哚的降解分别遵循零级和一级反应动力学．相对单基质而言,混合基质的存在对白腐菌生物学特性产生明显影响,可缩短生长周期,提高生长速率和漆酶活性．漆酶存吲哚的降解中起着重要的作用,但不能完全决定喹啉的降解．图5表2参14     

Mn(Ⅱ)氧化细菌的微生物学研究进展

Mn(Ⅱ)氧化细菌广泛存在于自然界中,对其生理特性、氧化机制和功能等的研究,对于进行含锰水处理过程中生物除锰机理的探究具有重大意义.本文就国内外对Mn(Ⅱ)氧化细菌的氧化机理、酶学研究等进展进行了总结.普遍认为,Mn(Ⅱ)的氧化机理可分为:(1)间接氧化,即微生物通过新陈代谢作用改变自身微环境,如pH、Eh,从而实现Mn(Ⅱ)的化学氧化;(2)直接氧化,即锰氧化酶的直接催化氧化或通过特定的键合作用实现氧化.目前酶学研究中所涉及到的酶有:木质素过氧化酶、锰过氧化物酶、漆酶、木质素降解酶等,所涉及到的微生物有:生盘纤发菌、杆状菌、土微菌属、假单胞菌、真菌等.本文同时也提出了Mn(Ⅱ)氧化细菌的微生物学研究中存在的问题,对进一步的研究作了展望.表1参45     

动胶菌属系统分类、生理特征及其在活性污泥中的作用

微生物菌群一直是活性污泥研究过程中的关键问题,近年来通过分子生物学等研究手段已经发现动胶菌是活性污泥微生物菌群中的优势细菌.本文以活性污泥微生物菌群为出发点,重点梳理了动胶菌属分类学研究历史和现状,并建议在前期命名过程中出现的垂(悬)丝状动胶菌和生枝动胶菌ATCC 19623株及ATCC 25935株不应再作为动胶菌属细菌对待.同时介绍了动胶菌属细菌的基本特性及其在活性污泥法处理废水中降解有机物、除磷脱氮和吸附重金属离子等方面的应用,以及动胶菌胞外多聚物的组成和动胶菌优良菌株的选育.我们及合作者最近分析了两个喜树脂动胶菌的基因组并鉴定出参与菌胶团形成的一个大型基因簇,也实现了基因定点敲除等遗传操作.今后研究应重点关注动胶菌分子遗传学、功能基因组学及胞外多聚物生物合成和菌胶团形成机理、化学结构和性质.     

乙酰辅酶A合成酶的酶学性质及其在甲羟戊酸合成中的应用

乙酰辅酶A合成酶(ACS)在微生物体内可直接将乙酸转化为乙酰辅酶A,乙酰辅酶A再进入微生物的碳代谢循环过程.为提高乙酸的利用效率,筛选催化活性较高的乙酰辅酶A合成酶,从大肠杆菌(Escherichia coli K-12)和巴氏醋酸杆菌(Acetobacter pasteurianus ATCC 33445)中扩增得到3个不同的乙酰辅酶A合成酶基因,将这3个基因分别连接到p ET-28a(+)载体上,Western Blot分析表明,3个基因均在E.coli BL21(DE3)中成功表达.对3个不同来源的乙酰辅酶A合成酶的酶活性进行比较,发现来自于巴氏醋酸杆菌的乙酰辅酶A合成酶(ACS2)具有较高的催化活力;其最适温度37℃,最适pH在7-8之间;在最适反应条件下,K_m为1.16 mmol/L,最大反应速度(V_(max))为20.45 mmol L~(-1) min~(-1).将ACS2应用到以乙酸为底物生物合成甲羟戊酸过程中,当过表达ACS2时,单批补料发酵条件下,甲羟戊酸产量达到6.59g/L.本研究筛选到1种催化活性较高的乙酰辅酶A合成酶,显著提高了甲羟戊酸的生物合成,可为乙酰辅酶A合成酶的进一步研究和应用提供理论支持.(图8表1参18)     

有机废弃物降解过程酶作用及其调控机制的研究进展

有机废弃物处置不当造成的环境污染和资源浪费已引起广泛关注,生物降解可以有效地实现有机废弃物资源化利用。微生物分泌的酶能催化生物降解的矿化和腐殖化过程,提高有机物降解率。然而,以往研究主要集中于微生物作用,对有机废弃物降解过程酶作用及其调控机制的总结很少。该文从酶学和生物化学角度出发,论述了生物酶催化降解有机质、促进腐殖质合成和削减污染物毒性等作用过程。基于酶动力学和热力学特征,从微生物、酶的固定化、理化因子和添加剂4个方面阐述酶作用的调控机制。生物酶高效、环保、可控,是有机废弃物资源化利用的重要催化剂之一。未来应加强研究酶降解的途径与分子机制、微生物-酶-有机废弃物系统的新陈代谢、激活剂对酶作用的调控、酶的固定化技术以及降解酶的生产与应用,以推动有机废弃物资源化利用的进程。     

细菌芳烃外二醇双加氧酶研究进展

外二醇双加氧酶(EDOs)是一种多功能细菌芳烃开环氧化酶,在环境保护、化工合成及生物技术等领域中有着巨大的应用潜力.本文综述了EDOs自开发以来的研究成果,包括分类学研究,酶的催化机制,在生物降解、生物合成、生物技术中的应用及其开发改造新技术.EDOs属于3个进化关系相互独立的酶家族,它们利用活性位点金属离子Fe/Mn(II)与底物和氧气结合,通过形成一种烷基过氧化中间产物,使芳香化合物开环断裂.利用这一催化机制,EDOs可以广泛地降解多种环境污染物,同时,某些EDOs还能够参与生物活性物质的合成,并且在生物传感器等生物技术中也有着广泛的应用.近年来,结合宏基因组、杂交酶等技术手段,研究人员开发改造出更多的EDOs资源,旨在为EDOs的深入研究提供更全面的信息.     

构建辅酶自循环系统全细胞催化合成S-2-氨基-1-苯基乙醇

S-2-氨基-1-苯基乙醇是一种重要的医药中间体,广泛应用于神经递质及抗病毒剂等多种具有生理活性药物的合成.目前其合成主要通过化学手段,虽然工艺成熟,但反应条件剧烈,且会生成许多副产物.基于新鉴定的铜绿假单胞菌来源的ω-转氨酶,设计了一个结合新金色分枝杆菌来源的醇脱氢酶的级联酶催化体系,从而将较为廉价的苯基-1,2-乙二醇一步催化合成具有高附加值的S-2-氨基-1-苯基乙醇.为了解决级联催化过程中辅酶再生和氨基供体再生问题,在该级联体系中引入大肠杆菌来源的谷氨酸脱氢酶,构建一个封闭的氧化还原自循环系统,从而实现辅酶(NADP~+)和辅底物(L-Glu)的同时再生.最后将这3个酶串联表达在pETDuet和pACYCDuet质粒上,并转入大肠杆菌中,获得了重组菌Escherichia coli BL21(MPG).通过重组菌全细胞转化,结果显示在100 mL、pH 8.0的NH_4Cl溶液中,37℃条件下反应10 h后,OD_(600)=30的该重组菌可一步催化50 mmol/L苯基-1,2-乙二醇生成光学纯的S-2-氨基-1-苯基乙醇,转化率达到99.6%,产物的ee值 99%.本研究提供了一种高效经济催化合成S-2-氨基-1-苯基乙醇的方法,不需要受到辅因子供应不足的限制以及副产物的积累的影响.(图8表3参31)     

高温条件下混菌发酵合成气产乙酸及其群落结构

合成气(主要包括CO、H_2和CO_2)通过生物转化生产高附加值的生物燃料和化学品已引起人们广泛关注,微生物菌群作为生物转化的酶催化剂对合成气发酵产物组成和效率十分关键.通过富集得到高温条件下分别稳定转化CO、甲酸钠和合成气的厌氧菌群,探究CO与甲酸钠转化菌混培物和合成气转化菌发酵合成气生成乙酸的能力,并分析其微生物群落结构.结果显示,CO-甲酸钠转化菌混培物与合成气转化菌在合成气发酵前期主要进行CO的产氢反应生成H_2和CO_2以及同型产乙酸反应生成乙酸,CO利用率为100%,CO反应速率分别为6.93和6.34 mmol L~(-1)d~(-1);随后同型产乙酸菌利用H_2和CO_2继续合成乙酸,两者的乙酸最大累积量分别为9.11 mmol/L和8.01 mmol/L.CO-甲酸钠转化菌混培物主要菌群为Thermoanaerobacterium、Romboutsia、Ruminococcus、Clostridium、Eubacterium、Moorella和Desulfotomaculum属,合成气转化混菌则主要含有Romboutsia、Thermoanaerobacterium、Moorella、Eubacterium、Acetonema和Clostridium属,其中同型产乙酸菌广泛分布于Ruminococcus、Clostridium、Eubacterium、Moorella和Acetonema属.本研究表明复配CO和甲酸钠转化菌可用于合成气高温发酵产乙酸,且转化能力优于合成气转化菌,结果可为合成气混菌发酵提供微生物资源和技术参考.     

两相分配生物反应器治理高浓度有机污染研究进展

高浓度有机污染物难以进行生物降解的主要原因之一是其会对微生物产生较大毒害作用而抑制微生物生长以及降解过程,而两相分配生物反应器(Two-phase partitioning bioreactor,TPPB)可以有效解决污染物毒性的问题,因而在高浓度有机污染治理中具有较大的应用潜力.本文系统介绍了TPPB类型以及各自的工作原理,即TPPB通过非水相的引入可以溶解系统内大部分有机污染物,减少水相中污染物的浓度,降低其对微生物的毒性,并通过微生物的代谢活动实现污染物的降解,随着降解过程的进行污染物在两相间的分配平衡不断被打破,污染物又不断从非水相进入到水相之中,使得微生物的降解过程持续进行.同时分析了反应过程中的各种影响因素,如传质速率、微生物影响等,进而阐述了该技术在水体、土壤、大气污染治理中的应用,最后根据目前的研究进展,对TPPB技术的工程应用前景进行了展望.     

植物次生代谢:功能、调控及其基因工程

植物次生代谢物具有多种重要的生物学功能 ,在工农业生产和人们日常生活中具有广阔的应用前景 .随着可持续农业的发展 ,植物次生代谢物的化学生态学功能及其对农产品品质的影响倍受关注 .植物次生代谢调控的生物化学、分子生物学和基因工程已成了当今国际生物界十分活跃的前沿研究领域 .本文仅就植物次生代谢物功能、代谢调控及基因工程研究进行简要的概述 .1　植物次生代谢物的功能1.1　植物次生代谢物的化学生态学功能植物次生代谢物按其合成方式可分为组成型和诱导型两种类型 ,它们在植物与植物、植物与微生物及植物与昆虫之间的关系中行…     

Overlooked nitrogen-cycling microorganisms in biological wastewater treatment

• AOA and comammox bacteria can be more abundant and active than AOB/NOB at WWTPs. • Coupled DNRA/anammox and NO_x-DAMO/anammox/comammox processes are demonstrated. • Substrate level, SRT and stressors determine the niches of overlooked microbes. • Applications of overlooked microbes in enhancing nitrogen removal are promising. Nitrogen-cycling microorganisms play key roles at the intersection of microbiology and wastewater engineering. In addition to the well-studied ammonia oxidizing bacteria, nitrite oxidizing bacteria, heterotrophic denitrifiers, and anammox bacteria, there are some other N-cycling microorganisms that are less abundant but functionally important in wastewater nitrogen removal. These microbes include, but not limited to ammonia oxidizing archaea (AOA), complete ammonia oxidation (comammox) bacteria, dissimilatory nitrate reduction to ammonia (DNRA) bacteria, and nitrate/nitrite-dependent anaerobic methane oxidizing (NO_x-DAMO) microorganisms. In the past decade, the development of high-throughput molecular technologies has enabled the detection, quantification, and characterization of these minor populations. The aim of this review is therefore to synthesize the current knowledge on the distribution, ecological niche, and kinetic properties of these “overlooked” N-cycling microbes at wastewater treatment plants. Their potential applications in novel wastewater nitrogen removal processes are also discussed. A comprehensive understanding of these overlooked N-cycling microbes from microbiology, ecology, and engineering perspectives will facilitate the design and operation of more efficient and sustainable biological nitrogen removal processes.     

Heterogeneous photocatalysis for removal of microbes from water

Increasing water pollution by microbes has become a source of serious health concern across the globe. Production of potentially carcinogenic disinfection by-products has marred credibility of traditional water purification techniques like chlorination. Photocatalysis has emerged as a promising alternative technique for the disinfection of water with minimal risk of harmful by-products. The process involves a wide band gap semiconductor material which, upon irradiation of light, produces electrons and holes with high redox potential to degrade organic contaminants and microbes. In this review, we analyze the research trends in photocatalytic inactivation of water borne microorganisms. This report analyzes the major factors that affect the disinfection efficiency using this process. The discussion also includes plausible mechanisms of microbial degradation as well as a kinetic model of the inactivation process. Different approaches, like doping of semiconductors or energy band engineering or plasmon coupling, have been reported for the enhancement and utilization of ambient solar light. Photocatalysis could be a cost-effective and environmentally friendly water purification technique though further research is required to enhance its efficiency with the use of solar light.     

Cu2＋胁迫下湿地微生物热代谢活性及Cu2＋的固定/转化率

应用微量热法结合常规分析方法,研究了桂林会仙湿地沼泽底泥和水稻田微生物在800 - 4 000 μg·g-1 Cu2＋胁迫下的热代谢活性及Cu2＋的固定/转化率。结果表明,在w（Cu2＋）为800 μg·g-1条件下,水稻田和沼泽底泥土壤微生物对Cu2＋的固定/转化率分别为44.93%和34.59%,但在w（Cu2＋）为4 000 μg·g-1 时则分别是93.16%和85.13%;Cu2＋对水稻田和沼泽底泥土壤微生物代谢活性的半抑制浓度分别为2 043和2 325 μg·g-1;水稻田土壤微生物代谢活性低于沼泽底泥,在土壤及其微生物共同作用下Cu2＋的固定/转化率随Cu2＋浓度递增而升高;在相同条件下,水稻田和沼泽底泥土壤微生物的代谢速率在α = 0.05或α = 0.01水平上显著相关。湿地土壤用途发生改变后,土壤微生物在固定/转化Cu2＋的作用上发生了明显变化。     

Monolignol biosynthesis and genetic engineering of lignin in trees, a review

This paper summarizes our previous and current research on genetic engineering of lignin biosynthesis for the purposes of improving wood pulping and bleaching efficiency. For these purposes, our targets were to produce transgenic trees with low content of lignin that is also chemically reactive (high lignin S/G ratio). Using aspen as a model species, we have characterized the biochemical functions of various genes and the kinetic properties of these gene products involved in monolignol biosynthetic pathway. The results of these characterizations proved strong evidence for a principle phenolic flux leading to the formation of monolignols. Biochemical evidence further demonstrated that, in this principle flux, 4CL could be the enzyme limiting total lignin accumulation, whereas CAld5H might control the lignin S/G ratio. These propositions were fully supported by the in vivo functions of these enzymes. Transgenic trees with inhibited 4CL enzyme activity exhibited 5–45% reduction in lignin contents. The chemical structure of the resulting lignin remained essentially unchanged. More importantly, the lignin reduction was compensated for by a concomitant increase in cellulose content. When antisense 4CL and sense coniferaldehyde 5-hydroxylase (CAld5H) genes were simultaneously transferred into aspen via Agrobacterium, transgenic trees expressing each one and both of the transgenes were produced. Lignin reductions up to 55% were achieved in antisense 4CL plants and up to 3-fold S/G increases were observed in sense CAld5H plants. These effects were independent but additive, with plants expressing both transgenes having less lignin and higher S/G ratio. Consistent with our previous results, lignin reduction has always resulted in an increase in cellulose content. These transgenics could be potentially valuable for pulp production. But more importantly, these benchmark transgenics are rich sources of information for functional genomics and metabolic engineering, allowing the generation of the ultimate raw materials for wood pulp production.     

抗生素菌渣处理技术研究进展

抗生素菌渣是制药企业在生产抗生素类药物时,由微生物发酵产生的固体废弃物.作为国家规定的危险废物,其产量大、含水率高、含氮、硫量高、残留抗生素的特点,使其具有巨大的环境危害性.抗生素菌渣的科学、无害处理是医药固废领域的热点难题.本文系统阐述了抗生素菌渣的类型、性质和危害,详细综述了目前主流的各类热化学处理技术和非热化学处理技术,重点对包括焚烧技术、水热技术和热解气化技术等在内的热化学处理技术进行了系统归纳,汇总分析其技术特点、环境影响、应用瓶颈及研究进展.同时,对抗生素菌渣处理的未来发展提出若干建议和展望,提出烘焙技术消除其生物危险性的处理理念,建立健全相关安全标准与法律规范,以更好地降低抗生素菌渣潜在的环境风险并实现资源利用,解决抗生素类药物生产工艺的后顾之忧,促进我国制药行业持续健康发展.     

产1,3-丙二醇新型基因工程菌的构建

以甘油为底物转化生产1,3-丙二醇的生物合成途径中,往往由于还原力NADH的不足,限制了1,3-丙二醇的合成,引起中间代谢产物3-羟基丙醛累积,进而抑制甘油脱水酶的活性,阻碍菌体的生长,严重影响1,3-丙二醇的合成途径.为了解决合成途径中还原力不足这一主要矛盾,本文以大肠杆菌和克雷伯氏菌染色体DNA为模板克隆得到yqhD和dhaB、dhaT基因,构建双启动子表达载体pEtac-dhaB-tac-yqhD及表达载体pUC-tac-dhaT,成功共转入E.coli JM109,得到可利用两种辅酶(NADH、NADPH)将片油转化为1,3-丙二醇且传代稳定的重组大肠杆菌双质粒系统,发酵结果表明,1,3-丙二醇产量提高了28.6%.图6表1参17     

Indigo carmine removal by charcoal from rice bran as an agricultural by-product

On the utilization of agricultural by-product, charcoal from rice bran was produced. The adsorption characteristics of indigo carmine onto charcoals from rice bran were investigated by the batch method. The yield and surface area of charcoal were decreased and increased with increase of carbonization temperature, respectively. The removal ratio of indigo carmine was high with the charcoal carbonized at higher temperature. In the relationship between the amount of indigo carmine adsorbed and the square root of elapsed time, a good linearity was recognized. The kinetic constant of adsorption removal for indigo carmine was rapid in the charcoal carbonized at higher temperature. The adsorption characteristics for indigo carmine removal by charcoal from rice bran were dominated by the value of their surface area.     

纤维素分解混合菌群腐解稻草的使用技术研究

为了得到具有较强纤维素分解能力的复合微生物组合用于秸秆还田,从不同生态环境来源的土壤中用培养基进行了纤维素分解混合菌群的富集筛选,得到了酶活性较高的以兼性厌气性细菌为主的纤维素分解混合菌群。该菌群腐解稻草粉的效果要比稻草秆好,施用氮肥时分次施用或者施用缓控释肥较好。使用该菌剂时,先喷洒在稻草堆上,当菌吸附在稻草上后再撒开,这样有利于菌发挥作用。模拟稻田试验结果表明,处理的失重率与对照的失重率差异达到极显著水平,说明该菌剂在土壤中仍然能够加快稻草的腐解,稻草还田少耕与免耕条件下,该菌剂同样有效果。