盐度对MFC产电及其微生物群落的影响

高通量测序：环境微生物群落多样性分析

(5)高通量测序：环境微生物群落多样性分析 微生物群落多样性的基本概念 环境中微生物的群落结构及多样性和微生物的功能及代谢机理是微生物生态学的研究 热点。长期以来，由于受到技术限制，对微生物群落结构和多样性的认识还不全面， 对微生物功能及代谢机理方面了解的也很少。但随着高通量测序、基因芯片等新技术 的不断更新，微生物分子生态学的研究方法和研究途径也在不断变化。第二代高通量 测序技术（尤其 是Roche 454高通量测序技术）的成熟和普及，使我们能够对环境微生物进行深度测序，灵 敏地探测出环境微生物群落结构随外界环境的改变而发生的极其微弱的变化，对于我 们研究微生物与环境的关系、环境治理和微生物资源的利用以及人类医疗健康有着重 要的理论和现实意义。 在国内，微生物多样性的研究涉及农业、土壤、林业、海洋、矿井、人体医学等诸多领域。以在医疗领域的应用为例，通 过比较正常和疾病状态下或疾病不同进程中人体微生物群落的结构和功能变化，可以 对正常人群与某些疾病患者体内的微生物群体多样性进行比较分析，研究获得人体微 生物群

落变化同疾病之间的关系；通过深度测序还可以快速地发现和检测常见病原及新发传 染病病原微生物。研究方法进展 环境微生物多样性的研究方法很多，从国内外目前采用的方法来看大致上包括以下四 类：传统的微生物平板纯培养方法、微平板分析方法、磷脂脂肪酸法以及分子生物学 方法等等。 近几年，随着分子生物学的发展，尤其是高通量测序技术的研发及应用，为微生物分 子生态学的研究策略注入了新的力量。 目前用于研究微生物多样性的分子生物学技术主要包 括:DGGE/TGGE/TTGE 、 T-RFLP 、SSCP、FISH 、印记杂交、定量 PCR、基因芯片等。 DGGE 等分子指纹图谱技术，在其实验结果中往往只含有数十条条带，只能反映出样品中少数 优势菌的信息；另一方面，由于分辨率的误差，部分电泳条带中可能包含不只一种 16S rDNA 序列，因此要获悉电泳图谱中具体的菌种信息，还需 对每一条带构建克隆文库，并筛选克隆进行测序，此实验操 作相对繁琐；此外，采用这种方法无法对样品中的微生物做 到绝对定量。生物芯片是通过固定在芯片上的探针来获得微

微生物絮凝

微生物絮凝剂在水处理中的应用 摘要：微生物絮凝剂法广泛应用于水处理中。本文主要论述了微生物絮凝剂的分类，絮凝机理，影响絮凝活性的因素及在水处理中的应用。 关键词：微生物絮凝剂；水处理；应用 1 前言 随着水处理技术的发展,絮凝剂的研究和应用越来越受到重视。微生物絮凝剂是某些微生物在特定的培养条件下，生长到一定阶段而产生的有絮凝活性的次生代谢物质，可作为一种新型水处理剂，具有安全、高效、易生物降解等特性[1]。微生物絮凝剂多数相对分子质量较大(104~106)，分离纯化的微生物絮凝剂主要有多聚糖、糖蛋白、糖脂、脂蛋白、DNA、RNA、纤维素等，其中以多聚糖和糖蛋白类物质占绝大多数[2]。 2 微生物絮凝剂的分类 1) 直接利用微生物细胞的絮凝剂，如某些细菌。其中霉菌、放线菌和酵母，它们大量存在于土壤、活性污泥和沉积物中。 2) 利用微生物细胞提取物的絮凝剂，如酵母细胞壁的葡聚菌、甘露聚糖、蛋白质和N-乙酸葡萄糖胶等成分均可以作为絮凝剂。 3) 利用微生物细胞代谢产物的絮凝剂，微生物细胞分泌到细胞外的代谢产物，主要有细菌的荚膜和粘液质，除水分外，其余主要成分为多糖及少量的多肽、蛋白质、脂类及复合物，其中多糖在某种程度上可作为絮凝剂[3]。 3 微生物絮凝剂的絮凝机理 微生物絮凝剂在液体介质中主要通过其电荷性质和高分子特性使胶体脱稳、絮凝沉淀、固液分离。研究工作者已经提出多种絮凝机理，其中以“桥联作用”机理最为人们所接受。 3.1 “桥联作用”机理 该学说认为微生物絮凝剂大分子借助离子键、氢键和范德华力，同时吸附多个胶体颗粒,在颗粒间产生“架桥”现象，并形成一种网状的三维结构而沉淀下来。Lee等以吸附等温线和ζ电位测定表明，环圈项圈藻PCC-6720所产生的絮凝剂对膨润土絮凝过程是以“桥联作用”机理为基础的。电镜照片显示细菌之间有胞外聚合物搭桥相连，正是这些桥使细胞丧失了胶体的稳定性而紧密聚合并在液体中沉淀下来。 3.2 “电性中和”机理

微生物燃料电池高效电极与界面设计强化产电特性研究

目录 摘要 .......................................................................................................................... I Abstract ...................................................................................................................... I II 第 1 章绪论 (1) 1.1 课题来源 (1) 1.2 微生物燃料电池 (1) 1.2.1 微生物燃料电池工作原理及基本构型 (2) 1.2.2 微生物燃料电池分类 (4) 1.2.3 产电微生物胞外电子传递机制 (6) 1.3 阳极材料与分隔材料 (8) 1.3.1 阳极材料 (8) 1.3.2 分隔材料 (9) 1.4 微生物燃料电池空气阴极催化反应特性 (10) 1.4.1 空气阴极催化还原反应机理 (10) 1.4.2 阴极电子集流体 (11) 1.4.3 空气阴极扩散层 (11) 1.4.4 粘结剂 (12) 1.4.5 氧还原催化剂 (13) 1.5 微生物燃料电池的功能化研究 (16) 1.6 本论文的研究目的和意义 (18) 1.7 本论文的研究内容和技术路线 (19) 1.7.1 主要研究内容 (19) 1.7.2 研究技术路线 (20) 第 2 章材料与方法 (22) 2.1 化学试剂 (22) 2.2 微生物燃料电池反应器的构建 (23) 2.3 微生物燃料电池的接种、启动及稳定运行 (24) 2.4 微生物燃料电池电极材料及气体扩散电极的制备 (25) 2.4.1 材料预处理 (25) 2.4.2 不锈钢网基体气体扩散电极的制备 (25) 2.4.3 高效氧还原催化剂的制备 (27)

微生物絮凝剂产生及絮凝特性影响因素的研究.

《现代农业科技》２００８年第１８期 随着工农业生产的规模不断扩大，人们对水资源的需求量和使用率不断增加，水资源供需矛盾日益加大。为缓解矛盾、改善环境，水质净化和污水处理方面的技术开发已成为现今研究的热点。 在众多水处理的方法中，应用较广、成本较低的方法为絮凝沉淀法。分析絮凝剂的使用现状可以看出：无机絮凝剂价格便宜，但对人类健康和生态环境会有不利影响；有机高分子絮凝剂具有用量少、絮凝能力强、絮体容易分离等优点，但其残余单体有致畸、致癌、致突变效应，因而应用范围受限；微生物絮凝剂安全高效，不存在二次污染，可生物降解，使用方便，应用前景广阔。 １概述 微生物絮凝剂是一类由微生物或其分泌物产生的代谢 产物，它是利用微生物技术，通过细菌、真菌等微生物发酵、提取、精制而得的，是具有生物分解性和安全性的高效、无毒、无二次污染的水处理剂。微生物絮凝剂被广泛应用于畜产废水处理、染料废水的脱色、高浓度无机物悬浮液废水的处理、活性污泥沉降性能的改善、污泥脱水、浮化液的油水分离等方面。 ２微生物絮凝剂产生的影响因素 微生物絮凝剂产生菌生长条件的好坏直接影响其是否 能制备絮凝剂，并牵连絮凝剂絮凝效果的优劣。 ２．１培养基的组成 （１）碳源和氮源。碳源和氮源的种类对微生物絮凝剂的

产生、产生量的多少起着重要的作用。如：红平红球菌用乙醇作为碳源和葡萄糖加果糖作为碳源，絮凝活性的最大值一致；在各种受试氮源中以尿素和硫酸铵为最佳，采用氯化铵和硝酸铵也可刺激生长，但絮凝剂的产量较低［１］ 。广泛产碱菌以果糖为碳源培养的絮凝剂的产量超过其他所有受试碳源。寄生曲霉产生絮凝剂的最佳氮源为硝酸钠［２］。碳氮比对菌体生长和絮凝剂的合成均有较大影响。若絮凝活性物质主要成分为多糖，微生物在生长及分泌絮凝剂过程中碳源的影响大于氮源；反之，絮凝活性物质主要成分为蛋白质类，氮源的种类和数量的改变对絮凝活性的影响。 （２）其他物质。在培养基中加入微量生长因子，如络蛋白氨基酸、蛋白陈、酵母膏、络蛋白、丙氨酸和谷氨酸等，可以促进絮凝剂的产生。无机盐Ｃａ２＋ 、Ｆｅ２＋ 、Ｍｎ２＋ 、Ｂａ２＋的添加对 絮凝剂的产生也有一定的影响，且因产生菌的不同而差异显著。ＥＤＴＡ、苹果酸、柠檬酸、多聚赖氨酸、小牛血清蛋白等对微生物絮凝剂的形成也有不同的影响。 ２．２ｐＨ值 一般来说，初始ｐＨ值过高或过低都不利于絮凝剂的产生。细菌和放线菌在中性或偏碱性环境下，有利于产生絮凝剂，而酵母菌和霉菌在偏酸性条件下易于生长。在发酵过程中，培养液的酸碱会发生变化，ｐＨ值是一个动态变化的过程，其特点是先下降后上升，然后稳定。 ２．３温度 温度是影响微生物生长代谢与存活的重要因素之一。

微生物燃料电池中产电微生物电子传递研究进展

微生物燃料电池中产电微生物电子传递研究进展王慧勇 微生物燃料电池中产电微生物电子传递研究进展ＲｅｓｅａｒｃｈＰｒｏｇｒｅｓｓｉｎＭｉｃｒｏｂｉａｌＦｕｅｌＣｅｌｌｓｆｏｒＥｌｅｃｔｒｏｎｓＴｒａｎｓｆｅｒｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃｉｇｅｎｓ 王慧勇１，２，３梁鹏２黄霞２王晓昌１。 （１．西安建筑科技大学环境与市政工程学院西安７１００５５）； （２．清华大学环境科学与工程系．北京１０００８４）；（３．河北工程大学水电学院邯郸０５６０２１） 摘要微生物燃料电池集产电和污水净化为一体，作为一种新型的能源回收技术得到人们的广泛关注。从微生物燃料电池工作原理来看，电子能否顺利地传递到阳极表面对于电流的产生起着关键作用。因此，本文重点阐述了电子在产电微生物体内产生的途径、电子从微生物体内向阳极传递的不同方式以及阳极材料对产电微生物附着和电子传递的影响。从生物化学、电化学和材料学上对产电微生物体内的电子到阳极整个过程进行全面的综述。明确电子传递的关键环节，为新型高效阳极材料的开发提供思路。 关键词微生物燃料电池电子产生电子传递阳极材料 ＡｂｓｔｒａｏｔＭｉｃｒｏｂｉａｌｒｕｅＩｅｅｌｌ（眦）ｃａｎｇｅｎｅｒａｔｅｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙｗｈｉｌｅｔｒｅａｔｉｎｇｗａｓｔｅｗａｔｅｒ。ＳＯｉｔｉｓａｔｔｒａｃｔｉｎｇｗｉｄｅａｔｔｅｎｔｉｏｎａｓａｎｅｗｔｙｐｅｏｆｅｎｅｒｇｙｒｅｃｏｖｅｒｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｍｉｅｒｏｂｉａｌｒｕｅｌｃｅｌｌｓ．ｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｎｓｔｒａｎｓｆｅｒｔｏｗａｒｄｓｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｏｆｔｈｅａｎｏｄｅｐｌａｙｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｒｏｌｅｉｎｃｕｒｒｅｎｔｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ．Ｔｈｅｒｅｔｏｒｅ。ｔｈｉｓｐａｐｅｒｆｏｃｕｓｅｓｏｎｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｎｓｐｒｏｄｕｃ－ｔｉｏｎｉｎｓｉｄｅｔｈｅｅｌｅｃｔｒｉｃｉｇｅｎｓ。ｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｎｓｔｒａｎｓｆｅｒｆｒｏｍｍｉｃｒｏｂｅｓｔｏｔｈｅａｎｏｄｅａｎｄｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓｏｆｔｈｅａｎｏｄｅｍａｔｅｒｉａｌｓｏｎｅｌｅｃｔｒｉｃｉｇｅｎｓａｔｔａｃｈｍｅｎｔａｎｄｅｌｅｃｔｒｏｎｓｔｒａｎｓｆｅｒ．Ｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｎｓｔｒａｎｓｆｅｒｉｓｆｕｌｌｙｓｕｍｍａｒｉｚｅｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｂｉｏ－ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ。ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙａｎｄｍａｔｅｒｉａｌｓｓｃｉｅｎｃｅ．Ｔｈｅｋｅｙｐｏｉｎｔｓｏｆｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｎｓｔｒａｎｓｆｅｒａｒｅｅｌｕｃｉｄａｔｅｄ－ｗｈｉｃｈｐｒｏｖｉｄｅｓｎｅｗｉｄｅａｓｆｏｒｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇｎｅｗａｎｄｅｆｆｉｃｉｅｎｔａｎｏｄｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ． ＫｅｙｗｏｒｄｓＭｉｏｒｏｂｉａｌＦｕｅｌＣｏｉｌｓＥｌｅｃｔｒｏｎＧｅｎｅｒａｔｉｏｎＥｌｅｃｔｒｏｎＴｒａｎｓｆｅｒＡｎｏｄｉｃＭａｔｅｒｉａＩ 微生物燃料电池作为一种新型的能源回收技术自上个世纪６０年代末开始成为研究的热点。该电池的工作原理是以阳极上（或阳极室内）微生物作为阳极催化剂，微生物将污水中的有机物分解并释放电子和质子，电子首先传输到阳极，再通过外电路负载到达阴极，由此产生电流；质子则从阳极室通过分隔材料达到阴极，在阴极上与电子、电子受体反应，完成电池内电流传递。同时微生物在电子传递过程中获得能量而支持生长。微生物燃料电池利用阳极微生物的生物氧化过程，其实质是脱氢、失电子、或与氧结合，有酶、辅酶、电子传递体的参与。所以微生物燃料电池又具有操作条件温和，一般只要求在近中性的常温、常压条件下工作的优点；同时微生物直接将氧化底物产生的化学能转化为电能，能量转化率较高，受到人们的广泛关注。 在微生物燃料电池利用有机物产生电能的整个过程中，起决定作用的是电子在阳极部分的传递。而产电微生物能否快速地附着在阳极上，并顺利地将电子传递给阳极，阳极材料又是直接的决定因素。因此解析微生物电子传递机理，选择性能优良的阳极材料，分析阳极材质和表面特性对微生物产电特性的影响，强化电子从微生物向阳极传递的过程，这对提高微生物燃料电池的产电能力具有十分重要的意义。 １电子的产生 产电微生物产生电子的过程即生物氧化过程，一般包括两条途径。 收稿日期：２００８－－０５—２４ 基金项目：国家自然科学基金项目（２０５７７０２７）；８６３项目（２００６ＡＡ０６２３２９）；清华大学基础研究基金（ＪＣ２００７００６）资助。作者简介：王慧勇（１９７７一），女，河北唐山人，讲师。 一１７—万方数据

海洋生物膜隐藏的微生物多样性和功能性潜能

海洋生物膜隐藏的微生物多样性和功能性潜能 来自美格基因 Marine biofilms constitute a bank of hidden microbial diversity and functional potential 海洋生物膜隐藏的微生物多样性和功能性潜能 作者: Weipeng Zhang,Wei Ding, Yong-Xin Li等 期刊: Nature Communications 影响因子：11.878 发表时间：2019-1 一、研究背景 微生物在生物地理学循环过程、微生物之间的相互作用以及为脊椎动物提供重要的化学元素扮演着重要角色，维护并保持着海洋生态系统的健康和修复。随着高通量测序技术的蓬勃发展，海洋微生物的群落研究得到了空前的发展，比如著名的Tara Oceans 项目极大地促进了我们从全球角度去探索海洋微生物多样性。 但目前大部分的研究对象主要聚焦于海洋浮游微生物，全球大范围的海洋微生物微膜群落结构的研究还比较少。为了验证“海洋生物膜蕴藏着之前在海水中未有检测到的微生物，且它们有拥有着持续且迥然不同的重要功能”猜想，作者通过人造海洋生物膜结合高通量测序的方法对全球8个样点共101个生物膜样和24个海水样本进行测序，旨在全球范围里探索微生物膜“被隐藏”的微生物和功能潜能。 二、实验设计 本文作者在覆盖全球8个位置采样点里利用人工面板和聚苯乙烯培养皿在海水下1-2m制备生物膜，30d后采集金属表面形成的生物膜，共采集了101个生物膜样本以及临近样点海水样本24个，海水样本0.22μm和0.1

μm滤膜器过滤后用DNA储存液储存跟生物膜样本一并于-80℃保存，生物膜样本同时用激光共聚焦显微镜进行结构观察。 样本用试剂盒提取DNA后，建350bp小片段文库，用HiSeq 2500和HiSeq X Ten 进行宏基因组测序，生物膜和海水样本平均测序深度为115±39和130±33 milion reads。随后进行数据质量控制，用MEGAHIT进行reads拼接，同时下载了OM-RG C以及Tara Oceans项目中的宏基因组数据。 从宏基因组抽出16S 数据后预测出miTags，97%相似度聚类成OTU，随后对OT U进行了物种注释，为了得到测序深度对物种及鉴定的影响，把香港2017点11月采集的2个生物膜和海水样本进行深度测序（110Gb每样本），然后随机抽取特定数量reads 进行分析。对所有样本进行了α和β多样性分析。 宏基因组数据随后进行了ORF预测，比对OM-RGC数据库，得到非冗余unigene集BCGC，用COG，KEGG，eggNOG，Pfam，SEED 数据库进行功能注释。为了比较生物膜和free-living培养的微生物群落的区别，以某一香港海水样本来源的微生物进行室内培养实验，进行了群落结构分析。 最后，用Meta_RNA提取了16S rRNA gene序列，采用进化树的分析方法进一步挖掘新物种，同时抽取了长度大于10Kb的contigs用混合binning的方法做了基因组binning，检测了bins 的完整度和污染度，用antiSMASH鉴定了生物合成基因簇基因，用MinCED挖掘了基因组的CRISPR信息。 三、实验结果 1、海洋生物膜的微生物群落和结构 16S群落结构分析发现，生物膜样本特有OTU有13,604，而新的海水样本有50个，Tara海水样本则是331个（Figure 1a），聚焦到丰富物种上（样本中每个OTU至少有9条序列），生物膜样本则有6411个OTU是特有的（Figure 1b）；同时门水平的物种归属生物膜和海水样本有很大的区别

微生物絮凝剂在水污染治理中的应用

微生物絮凝剂在水处理中的应用 学生：丁力 专业：环境监测与治理 年级：2 00 8级 摘要：微生物絮凝剂法广泛应用于水处理中。本文主要论述了微生物絮凝剂的分类，絮凝机理，影响絮凝活性的因素及在水处理中的应用。 前言 随着水处理技术的发展,絮凝剂的研究和应用越来越受到重视。微生物絮凝剂是某些微生物在特定的培养条件下，生长到一定阶段而产生的有絮凝活性的次生代谢物质，可作为一种新型水处理剂，具有安全、高效、易生物降解等特性[1]。微生物絮凝剂多数相对分子质量较大(104~106)，分离纯化的微生物絮凝剂主要有多聚糖、糖蛋白、糖脂、脂蛋白、DNA、RNA、纤维素等，其中以多聚糖和糖蛋白类物质占绝大多数[2]。 2 微生物絮凝剂的分类 1) 直接利用微生物细胞的絮凝剂，如某些细菌。其中霉菌、放线菌和酵母，它们大量存在于土壤、活性污泥和沉积物中。 2) 利用微生物细胞提取物的絮凝剂，如酵母细胞壁的葡聚菌、甘露聚糖、蛋白质和N-乙酸葡萄糖胶等成分均可以作为絮凝剂。 3) 利用微生物细胞代谢产物的絮凝剂，微生物细胞分泌到细胞外的代谢产物，主要有细菌的荚膜和粘液质，除水分外，其余主要成分为多糖及少量的多肽、蛋白质、脂类及复合物，其中多糖在某种程度上可作为絮凝剂[3]。 3 微生物絮凝剂的絮凝机理 微生物絮凝剂在液体介质中主要通过其电荷性质和高分子特性使胶体脱稳、絮凝沉淀、固液分离。研究工作者已经提出多种絮凝机理，其中以“桥联作用”机理最为人们所接受。 3.1 “桥联作用”机理 该学说认为微生物絮凝剂大分子借助离子键、氢键和范德华力，同时吸附多个胶体颗粒,在颗粒间产生“架桥”现象，并形成一种网状的三维结构而沉淀下来。Lee等以吸附等温线和ζ电位测定表明，环圈项圈藻PCC-6720所产生的絮凝剂对膨润土絮凝过程是以“桥联作用”机理为基础的。电镜照片显示细菌之间有胞外聚合物搭桥相连，正是这些桥使细胞丧失了胶体的稳定性而紧密聚合并在液体中沉淀下来。 3.2 “电性中和”机理 胶体粒子的表面一般带有负电荷，当带有一定正电荷的链状生物大分子或水解产物靠近胶粒表面时，将会中和胶粒表面的一部分负电荷，减少静电斥力，从而使胶粒间因发生碰撞而凝聚。 3.3 “卷扫作用”机理 当微生物絮凝剂投加到一定量且可形成小粒聚体时，可以在重力作用下迅速网捕,卷扫水中胶粒而产生沉淀分离，称为“卷扫作用”或“网捕作用”。“卷扫作用”基本上是一种机械作用。 此外，还有其它的一些絮凝机理，如粘质学说、酯合学说、荚膜学说等也可解释部分絮凝现象。絮凝的形成是一个复杂的过程，单一的某种机理并不能解释所有的现象，絮凝作用是多种作用的共同结果[4]。 4 影响絮凝活性的因素 4.1 分子量 絮凝剂分子量大小对其絮凝效果的影响很大，分子量越大，絮凝活性越高。当絮凝剂的蛋白质成分降解后，分子量减小，絮凝活性明显下降。一般线性结构的大分子絮凝剂的絮凝效果

污染土壤微生物群落结构多样性及功能多样性测定方法

第26卷第10期 2006年10月生 态 学 报ACT A EC O LOGIC A SI NIC A V ol.26,N o.10Oct.,2006 污染土壤微生物群落结构多样性及 功能多样性测定方法 陈承利,廖　敏3 ,曾路生 (污染环境修复与生态健康教育部重点实验室,浙江大学环境与资源学院,杭州　310029)基金项目:国家重点基础研究发展规划“973”资助项目(2002C B410804);国家自然科学基金资助项目(40201026) 收稿日期:2005206227;修订日期:2006205220 作者简介:陈承利(1982～),男,浙江平阳,硕士,主要从事土壤环境化学与环境生态毒理学研究.E 2mail :clchen1982@1631com 3通讯作者C orresponding author.E -mail :liaom in @https://www.360docs.net/doc/9815819771.html, or liaom inzju1@1631com Found ation item :The project was supported by National K ey Basic Research Support F oundation of China (N o.2002C B410804)and National Natural Science F oundation of China (N o.40201026) R eceived d ate :2005206227;Accepted d ate :2006205220 Biography :CHE N Cheng 2Li ,M aster ,mainly engaged in s oil environmental chem istry and ecotoxicology.E 2mail :clchen1982@1631com 摘要:土壤微生物在促进土壤质量和植物健康方面发挥着重要的作用,土壤微生物群落结构和组成的多样性及其变化在一定程度上反映了土壤质量。为了更好地了解土壤健康状况,非常有必要发展有效的方法来研究污染土壤微生物的多样性、分布以及行为等。回顾了近年来国内外污染土壤微生物群落结构多样性及功能多样性的测定方法,包括生物化学技术和分子生物学技术,现将它们的原理、优缺点、实用性及其发展动态作一阐述,同时指出结合这两种技术可为微生物群落分析提供一个更全面的、精确的方法。 关键词:污染土壤;微生物多样性;分子生物学;BI O LOG;P LFA ;PCR ;DNA 文章编号:100020933(2006)1023404209　中图分类号:Q143,Q938,S154　文献标识码:A Methods to measure the microbial community structure and functional diversity in polluted soils CHE N Cheng 2Li ,LI AO Min 3,ZE NG Lu 2Sheng (MOE K ey Laboratory ,Environmental Remediation and Ecosystem H ealth ,College o f Environmental and Resources Sciences ,Zhejiang Univer sity ,Hangzhou ,310029,China ).Acta Ecologica Sinica ,2006,26(10):3404～3412. Abstract :S oil m icroorganisms ,such as bacteria and fungi ,play im portant roles in prom oting soil quality and im proving plant health and nutrition ,thus in fluencing terrestrial ecosystems.Increasing anthropogenic activities ,such as spraw ling urbanization ,agricultural development ,pesticides utilization ,and pollutions from all sources ,can potentially affect soil m icrobial community com position and diversity ,leading to deterioration of soil quality and fertility.H owever ,it is yet to be determ ined how these changes in m icrobial diversity can in fluence surface and ground ecosystems.T o that end ,there is an acute need for reliable and accurate methods to study the community structure and tax onomy of soil m icroorganisms.W ithout the development of effective methods for studying the m icrobial diversity ,distribution ,and behavior in polluted soil ,a thorough understanding of m icrobial diversity ,as well as its im pact on soil health ,cannot be achieved. The determ ination of species diversity depends on several factors including the intensity of each species ,the total number of species present ,species evenness ,and the spatial distribution of species.M ethods to measure m icrobial community structure and functional diversity in polluted soils can be classified into tw o groups ,i.e.,biochem ical 2based techniques and m olecular biological 2based techniques.T ypically ,diversity studies include the relative com parisons of communities across a gradient of stress and disturbance.W ith current techniques ,it is difficult to study true diversity due to lack of know ledge on com position and the techniques to determ ine the accuracy of the extraction or detection methods.T raditionally ,the analysis of soil m icrobial

微生物种群的鉴定方法选择

目前用于湿地微生物群落结构分析的技术主要有平板计数法、荧光染色法、Biolog微平板分析、微生物醌指纹法、磷脂脂肪酸(PLFA)谱图、荧光原位杂交(FISH)技术等。近年来，变性梯度凝胶电泳、随机扩增多态性DNA标记、单链构象多态性等方法在湿地研究中也开始应用，对湿地中微生物的研究起到显著的推动作用。以期为利用现代分子技术研究人工湿地中微生物种群净化机理提供参考。 1 PCR-DGGE(Polymerase Chain Reac-tion and Denaturing Gradient Gel Electro-phoresis) 1.1 DGGE 原理 DGGE(变性梯度凝胶电泳)技术是由Fischer和Lerman于1979年最先提出的，主要是用于检测DNA突变的一种电泳技术。1993年Muzyers等首次将DGGE 技术应用于分子微生物学研究领域。DGGE利用序列不同的DNA片段在聚丙烯酰胺凝胶中解链温度不同的原理，通过梯度变性胶将DNA分开。与其它电泳系统相比，它不是基于核酸分子量的不同将DNA片段分开，而是根据序列的不同将片段大小相同的DNA序列分开。当双链DNA分子在含梯度变性剂(尿素、甲酰胺)的聚丙烯酰胺凝胶中进行电泳时，其解链的速度和程度与其序列密切相关，相同碱基对数目的双链DNA分子由于碱基对组成的不同，解链所需要的变性剂浓度也不同，当某一双链DNA序列迁移到变性凝胶的一定位置，并达到其解链温度时,即开始部分解链，解链程度越大，迁移阻力大，DNA分子的迁移速度随之减小，产生的迁移阻力与电场力相平衡时，具有不同序列的DNA片段则停留于凝胶的不同位置，形成相互分开的条带图谱。理论上只要选择的电泳条件足够精细，最低可检测到只有1个碱基差异的DNA片段。 1.2 PCR-DGGE 在人工湿地研究中的应用 1.2.1 微生物数量、丰度及多样性 Dong等用PCR-DGGE技术鉴别分析用来处理猪圈废水的湿地基质中微生物的情况，得出菌种的分布与总磷、硝酸盐、磷酸盐的浓度显著相关，从进水到出水中微生物的多样性及丰度显著降低，其优势种为Pseudomonas sp.(假单胞菌), Arthrobac-ter sp.(节细菌属), Bacillus sp.(杆状菌)。通过系统发育分析表明一部分16S rRNA的基因序列与不可培植的反硝化细菌具有极大的相关性，而这些反硝化细菌的活动对湿地中氮的去除起着重要的作用。Yin等利用DGGE技术分析处理受污染景观湖水的三个水平潜流湿地中微生物的多样性、总的微生物群落的改变以及氨氧化细菌的组成。通过PCR对携带单加氧酶的基因序列进行扩增，得出季节的变化对微生物群落的多样性和组成具有影响；序列分析说明湿地中氨氧化细菌是不可培养的，其菌群中含有大量的亚硝化单胞菌类似序列。Guo等利用

微生物燃料电池中产电微生物的研究进展

微生物燃料电池中产电微生物的研究进展 谢丽，马玉龙 宁夏大学，宁夏银川 750021 摘要：产电微生物向阳极转移电子的能力是影响微生物燃料电池功率密度的主要内因。文章从电子由细胞内传递至细胞表面，再从细胞表面转移至阳极2 个环节介绍了电子传递机制，着重从种类和各自的特点出发全面综述了 MFC 产电微生物的研究进展，最后提出了产电微生物在MFC 系统中进一步的研究方向。 关键词：微生物燃料电池；产电微生物；电子传递机制 中图分类号：X703.1 文献标识码：A 文章编号：1002- 204X（2011）07- 0104- 04 随着人口的增长，社会和经济的发展，全世界范围内以不可再生资源（石油、煤和天然气）为主要能源的状况在未来将难以继续。人类面临能源危机的同时，还要面对因使用这些化石燃料对环境造成的破坏从而导致的全球气候恶化等影响。因此，开发和利用可再生能源已经成为世界能源可持续发展战略的重要组成部分。 发现于 1911 年的微生物燃料电池（microbial fuel cell，简称MFC）作为一种利用微生物代谢产生电能的方法，在 20 世纪90 年代初开始受到关注，研究人员在 MFC 领域展开了大量的工作，并取得了显著成果。 目前，MFC 的研究还处于实验室阶段和小规模试验阶段，功率输出比较低，这与电池构型、电极材料、膜材料、产电微生物等多方面的因素有关，但产电微生物氧化有机物并向阳极传递电子的能力是影响 MFC 电能输出的主要内因。因此，选择高效的产电微生物至关重要。 1 MFC工作原理 MFC 可以利用各种有机物、微生物呼吸的代谢产物、发酵产物、污水等作为燃料，通过微生物作用进行能量转换，把代谢产生的电子传输到细胞表面上，然后电子从细胞表面通过电子传递中介体（由人工添加或微生物自身代谢产生）或直接接触转移到电池阳极，经外电路，阳极上的电子到达阴极，产生外电流；同时将产生的质子通过质子交换膜（PEM）传递到阴极室，在阴极与电子、氧气反应生成水，实现电池内电荷的传递，从而完成整个生物电化学过程和能量转化过程。图1为双室型微生物燃料电池的构造图。 2 MFC 产电微生物的电子传递机制 据研究发现产电微生物向阳极传递电子分2步走，第1步是电子在细胞内产生并向细胞表面传递；第2 步是电子到达细

微生物絮凝剂

微生物絮凝剂 摘要：微生物絮凝剂是一种具有广阔应用前景的天然高分子絮凝剂，因其具有高效、无毒、无二次污染等性质而备受人们的关注，并广泛应用于水处理、食品加工和发酵工业。本文综述了微生物絮凝剂的研究与应用进展，包括合成絮凝剂的微生物种类、微生物絮凝剂的分类及特点、结构、微生物絮凝剂的絮凝机理和絮凝能力的影响因素，最后提出了微生物絮凝剂的发展趋势。 关键词：微生物絮凝剂；絮凝机理；研究进展 絮凝剂被广泛地应用于工业废水处理、食品生产和发酵等工业中。一般把絮凝剂分为3 类：1、无机絮凝剂，如硫酸铝、聚合氯化铝、聚合硫酸铁等；2、有机合成高分子絮凝剂，如聚丙烯酰胺及其衍生物、聚乙烯亚胺、聚苯乙烯磺酸盐等；3、天然高分子絮凝剂，如改性淀粉、聚氨基葡萄糖、壳聚糖、藻酸钠、几丁质和微生物絮凝剂[1]。 人们逐渐认识到：无机絮凝剂一般使用量较大，容易造成二次污染。如水中残留铝离子过多，不但对水生生物和植物有害，还可造成老年人的铝性骨病及痴呆症。铁离子虽对人体无害，但铁离子会使处理的水呈现红色，并刺激铁细菌繁殖，从而加速对金属设备的微生物腐蚀。目前使用的PAM 等高分子有机絮凝剂，通常价格昂贵，在水中的残留物不易降解，而且有些聚合物单体具有毒性和致癌作用。随着人们生活水平的提高，以及对卫生及环境的关注，急需研究和开发絮凝效果好、价格低廉、易降解、环境友好、应用范围广、无二次污染的新型絮凝剂。 当今国内外对絮凝剂研究和发展方向是由无机向有机、低分子向高分子，单一向复合、合成型向天然型发展。基于生物多样性，开展了微生物絮凝剂的研究。微生物絮凝剂是一类由微生物在生长过程中产生的，可以使水体中不易降解的固体悬浮颗粒、菌体细胞及胶体粒子等凝集、沉淀的特殊高分子聚合物。是一种具有生物分解性和安全性的新型、高效、无毒、廉价的水处理剂，近些年来受到极大关注, 有逐步取代传统絮凝剂的趋势[2]。 1 合成絮凝剂的微生物种类 能产生絮凝剂的微生物有很多种类，细菌[3，5]、放线菌[4]、真菌[5]以及藻类[6]等（见表1）都可以产生絮凝剂。这些已经鉴定的絮凝微生物，大量存在于土壤、活性污泥和沉积物中，从这些微生物中分离出的絮凝剂不仅可以用于处理废水和改进活性污泥的沉降性能，还能用在微生物发酵工业中进行微生物细胞和产物的分离。 表1 一些能产生絮凝剂的微生物 微生物种类Microorganisms 絮凝剂主要成分Components of flocculats 细菌Bacteria Rhodococcus erythropolis蛋白质Protein Alcaligeues cupidus 酸性聚多糖Acid polysaccharide Pseudomouas sp 粘多糖Mucopolysaccharide Lactobacillus fermeutum 蛋白质Protein Flavobacterium sp 蛋白质Protein Zoogolea sp 氨基多糖Animopolysaccharide 放线菌Antinomyces Nocardia amarae 蛋白质Protein

生物电化学系统中微生物电子传递的研究进展

Development of Energy Science November 2014, Volume 2, Issue 4, PP.39-46 Research Advances in Microbial Electron Transfer of Bio-electrochemical System Yunshu Zhang, Qingliang Zhao #, Wei Li School of Municipal and Environmental Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin 150090, China #Email: qlzhao@https://www.360docs.net/doc/9815819771.html, Abstract Bio-electrochemical system (BES) was an emerging biomass-energy recovery technology based on electricigens electron transfer (EET), which was applied to recover electric energy (e.g. microbial fuel cell, MFC) and resources (such as hydrogen and methane) and to enhance the removal of heavy metals and refractory organic pollutants (e.g. POPs). The process of electron transfer to the electrode was identified as the key process in such a BES system. In this paper, the recent research achievements about EET both at home and abroad were analyzed and summarized, and the electricigen diversity, the electron transfer pathways and study methods were systematically presented. Finally, the direction of EET research was pointed out. Keywords: Bio-electrochemical System; Microbial Fuel Cell; Electricigens; Electricigen Electron Transfer 生物电化学系统中微生物电子传递的研究进展* 张云澍，赵庆良，李伟 哈尔滨工业大学市政环境工程学院，黑龙江哈尔滨 150090 摘要：生物电化学系统（bio-electrochemical system，BES）是一种新兴的以产电微生物电子传递（EET）为基础的生物质能源回收技术，可用于电能（如微生物燃料电池）和资源回收（包括氢气和甲烷等），此外还可用于强化重金属与难降解有机污染物（如POPs）的去除，而其中产电微生物将产生的电子传递到电极是BES的重要过程。本文分析总结了近年来国内外学者在EET方面的研究成果，系统地介绍了产电微生物的多样性、EET的途径和研究电子传递的方法，在此基础上指明了EET研究的发展方向。 关键词：生物电化学系统；微生物燃料电池；产电微生物；产电微生物电子传递 引言 生物电化学系统（bioelectrochemical system，BES）近年来在环境和能源领域受到广泛的关注。BES是微生物燃料电池（Microbial Fuel Cell，MFC）研究的拓展，MFC的发现最早追溯到上个世纪初，英国的植物学家Potter在进行厌氧培养时发现可以产生开路电压和电流，拉开了微生物产电研究的序幕[1]。随着化石燃料短缺带来的能源危机，生物质能源作为可再生能源逐渐受到人们的重视。到了20世纪中叶，针对微生物产电的研究才逐渐升温，将微生物产电和燃料电池技术相结合，构建了MFC系统。近几年，MFC从产电研究逐渐过渡到生物质资源化的应用方面，BES应运而生。研究发现，通过BES，CH4[2]、H2[3]等高附加值生物能源的合成效率显著提高；BES能够有效提高重金属的还原去除，如U(Ⅵ)[4]、Cr(Ⅵ)[5]等；BES可以应用于难降解有机污染物的去除，如石油烃[6]、多氯联苯和硝基苯等[7]；BES应用于脱盐的研究，发现BES可以有效地去除溶液中的阴、阳离子[8]。随着对BES研究的逐渐深入，BES的应用前景会更加广阔。其中电子传递过程是BES研究的重要理论基础，因此对电子传递过程的深入研究是十分有意义的。 *基金资助：本研究得到国家自然科技基金支持资助（51378144）。

荧光原位杂交技术在微生物群落结构研究中的应用

Ｖｏｌ．２５Ｎｏ．１２００６ 荧光原位杂交技术在微生物群落结构研究中的应用 李华芝 李秀艳 徐亚同 （华东师范大学资源与环境学院环境科学与技术系上海，２０００６２） 摘要该文综述了荧光原位杂交技术的发展、技术原理及其在环境微生物群落研究中的应用，还探讨了该技术在应用中存在的问题，并对其应用前景进行了展望。 关键词 荧光原位杂交 １６ＳｒＲＮＡ寡核苷酸探针微生物群落结构 ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＦｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔｉｎＳｉｔｕＨｙｂｒｉｄｉｚａｔｉｏｎ（ＦＩＳＨ）ｔｏ ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＭｉｃｒｏｂｉａｌＣｏｍｍｕｎｉｔｙＳｔｒｕｃｔｕｒｅ ＬｉＨｕａｚｈｉ ＬｉＸｉｕｙａｎ ＸｕＹａｔｏｎｇ （ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＥａｓｔＣｈｉｎａＮｏｒｍａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０００６２，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｂａｓｉｃｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓａｎｄｉｔｓｅｖｏｌｕｔｉｏｎｏｆＦＩＳＨｗｅｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ｔｈｅｎｉｔｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｉｎｅｎｖｉ－ ｒｏｎｍｅｎｔａｌｍｉｃｒｏｂｉａｌｃｏｍｍｕｎｉｔｙｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｔｕｄｉｅｓｗｅｒｅｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ，ｉｔｓｐｒｏｂｌｅｍｓａｎｄｓｈｏｒｔａｇｅｓｗｅｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄｉｎａｎｅｘ－ａｍｉｎａｔｉｏｎｏｆｐａｓｔ，ｐｒｅｓｅｎｔａｎｄｆｕｔｕｒｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，ａｎｄｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅｓｗｅｒｅｅｘｐｅｃｔｅｄａｂｏｕｔｔｈｉｓｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ ＦＩＳＨ１６ＳｒＲＮＡｏｌｉｇｏｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅｐｒｏｂｅ ｍｉｃｒｏｂｉａｌｃｏｍｍｕｎｉｔｙｓｔｒｕｃｔｕｒｅ 微生物是生态系统的重要组成部分，在各种元素的生物进化循环中起着关键作用。因此，研究微生物的群落结构，借此了解微生物和环境的关系尤为重要。长久以来，微生物群落结构的调查方法一直是建立在分离和培养的方法上，这种方法不但费时费力，而且不能精确地反映混合菌群的组成和多样性，对于一些培养条件要求较苛刻或未被培养的细菌往往不能达到预期效果［１］。因此用传统培养方法所得出的调查结果不能准确反映微生物群落的组成情况，建立和发展一种不依赖微生物培养的方法来进行微生物群落结构研究是非常必要的。上世纪８０年代末至９０年代以来，分子生物学技术开始被广泛应用于微生物群落结构分析，且发展迅速，研究的焦点集中在具有保守序列的１６ＳｒＲＮＡ上。研究方法包括分子杂交法、ＰＣＲ法、ＳＳＣＰ法、ＤＧＧＥ法、ＴＧＧＥ法、 ＲＦＬＰ法、ＥＲＩＣ－ＰＣＲ法和克隆基因文库分析法等， 具有很高的灵敏性，与传统的培养方法或其它不依赖培养技术的方法相比显示出明显的优越性，推动了微生物群落结构研究的快速发展。但是，这些基于 ＰＣＲ的方法可能会在扩增反应中引入误差，降低所 得信息的精确度。荧光原位杂交（ＦＩＳＨ）作为一种不依赖ＰＣＲ的分子分析技术是以上各种分子标记技术的有益补充，它结合了分子生物学的精确性和显微镜的可视性信息，可以在自然或人工的微生物环境中监测和鉴定不同的微生物个体，同时对微生物群落进行评价。目前，ＦＩＳＨ技术广泛应用于微生物分子生态学和环境微生物物学中，已成为微生物群落研究的重要技术手段，对环境中复杂的混合微生物群落进行及时监控和准确鉴定也变得越来越重要，为污染治理和防治提供了新的思路和方法。 １荧光原位杂交技术的发展 １９６９年，Ｐａｒｄｕｅ等［２］和Ｊｏｈｎ［３］两个研究小组开发 了原位杂交技术，用放射性同位素标记的ＤＮＡ或２８ＳｒＲＮＡ与爪蟾卵细胞制备物进行杂交，进行显微 放射自显影检测。这一技术可以在保持细胞形态完整的条件下，检测出细胞核酸序列，自此，原位杂交技术在染色体进化、肿瘤病人和白血病人的染色体分析以及多种细胞遗传学研究方面得到应用。１９８８年，Ｇｉｏｖａｎｎｏｎｉ等［４］首次将ＦＩＳＨ技术引入细菌学研究中，使用放射性标记ｒＲＮＡ寡核苷酸探针检测微生物。随着荧光标记的发展，非同位素染料逐渐代替 基金项目：国家高技术研究发展８６３计划专项资助（２００３ＡＡ６０１０２０） 净水技术 ＷＡＴＥＲＰＵＲＩＦＩＣＡＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ１６－－