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AHLs对抗生素胁迫下厌氧发酵中甲烷/氮代谢的调节作用

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AHLs对抗生素胁迫下厌氧发酵中甲烷/氮代谢的调节作用

微生物代谢视角下粉末活性炭通过缓解酸化提高城市有机固废厌氧共消化甲烷生产力

中国毒理学会第十次全国毒理学大会

作者：周亲孙永学黄玲利国家兽药安全性评价(环境)实验室(HZAU) 国家兽药残留基准实验室(HZAU) 华中农业大学动物医学院国家兽药安全性评价实验室(SCAU)

目的环境中抗生素残留物可严重影响功能微生物群落。厌氧环境中的微生物群落在氮和碳循环中发挥着重要作用。微生物群落借助群体感应表现出复杂环境适应性。本实验中,我们研究了AHLs在厌氧环境中调节微生物氮和碳循环对抗生素的反应,并... 详细信息

目的环境中抗生素残留物可严重影响功能微生物群落。厌氧环境中的微生物群落在氮和碳循环中发挥着重要作用。微生物群落借助群体感应表现出复杂环境适应性。本实验中,我们研究了AHLs在厌氧环境中调节微生物氮和碳循环对抗生素的反应,并推测AHLs的关键调节途径,为修复环境提供新思路。材料方法本实验采用实验室独立设计小型厌氧发酵罐。模型设置空白对照组(CK组)、土霉素(OTC)组(OT组OTC 10.0 mg/L)和AHLs附加组(HO组OTC 10.0 mg/L+AHLs:500 nmol/L)。将产生气体收集并量化,测量发酵产物理化指标。高效液相色谱串联质谱法检测AHLs含量。通过宏基因组分析功能基因结构差异特征,探究差异变化中的重要枢纽基因,推测AHLs调节的关键调控通路,注释样品中重组菌株基因组,为关键调控通路的预测提供证据。结果整个厌氧发酵过程中,CK组的累积产气量低于其他两组。在第20天,HO组总碳消耗比例高于OT组。加药前样品中,AHLs在三组检测到了相近的微量浓度。OT组C8-HSL、C10-HSL对土霉素添加产生响应。样品中,反硝化更容易受到OTC/AHL的影响。硝酸还原酶,硝酸盐/亚硝酸盐还原酶对OTC/AHLs敏感。甲烷代谢通路对抗生素和AHLs比较敏感,甲基辅酶M还原酶是OTC/AHLs的主要响应者。构建结构方程可知,OTC/AHLs是氮/甲烷代谢基因结构的主要影响因素。模型中共同枢纽基因注释到生物膜形成相关系统,其中起到决策作用的多个通路可被AHLs所调控。从样品中获取的重组基因组同时注释到群体感应、生物膜形成和碳氮代谢。结论本论文一定程度证实了AHLs对厌氧微生物抗生素响应可能具备的调控作用,AHLs减弱了抗生素对部分功能菌群的抑制作用。在刚受到抗生素污染的环境中微生物群落可能借助AHLs类群体感应缓解抗生素产生的影响。厌氧条件下AHLs可能通过调控谷氨酸代谢酶或硝态氮/亚硝态氮转运蛋白来影响抗生素胁迫下功能菌群的改变。借助AHLs调控微生物氮循环能够进一步优化利用畜禽养殖业高抗粪污厌氧发酵产能。生物膜形成、甲基化趋化蛋白和鞭毛合成可能是AHLs调控作用的主要影响通路,这些通路都与生物膜的定植和增殖过程相关。可进一步借助AHLs调控机制为利用生物絮膜污水系统处理高抗污水提供指导。

关键词：群体感应厌氧宏基因组氮代谢甲烷代谢

来源： cnki会议评论

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环境卫生工程 2020年第6期28卷 94-94页

作者：马佳莹(文/译) 魏华炜苏应龙顾闻超汪冰寒谢冰(文/审查) 华东师范大学生态与环境科学学院上海有机固废生物转化工程技术研究中心上海200241 华东师范大学生态与环境科学学院上海市城市化生态过程与生态恢复重点实验室上海200241 华东师范大学纳光电集成与先进装备教育部工程研究中心上海200241 上海污染控制与生态安全研究院上海200092

1研究亮点*粉末活性炭(PAC)提高甲烷生产力的能力优于颗粒活性炭(GAC);*PAC通过加速挥发性脂肪酸(VFAs)消耗显著缓解酸化现象;*PAC促进参与VFAs消耗和直接种间电子传递过程微生物的富集;*GAC和PAC均促进氢营养型和乙酸营养型途径。2背... 详细信息

1研究亮点*粉末活性炭(PAC)提高甲烷生产力的能力优于颗粒活性炭(GAC);*PAC通过加速挥发性脂肪酸(VFAs)消耗显著缓解酸化现象;*PAC促进参与VFAs消耗和直接种间电子传递过程微生物的富集;*GAC和PAC均促进氢营养型和乙酸营养型途径。2背景随着我国社会经济和城市化进程的快速发展,特别是实行垃圾分类以来,城市有机固废(餐饮和厨余垃圾)清运量迅速增长。

关键词：厌氧共消化粉末活性炭酸化缓解甲烷生产力甲烷代谢

植被类型对黄土高原露采矿山复垦土壤碳循环功能基因的影响

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环境科学 2023年第6期44卷 3386-3395页

作者：赵姣马静朱燕峰于昊辰张琦陈浮河海大学公共管理学院南京211110 中国矿业大学矿山生态修复教育部工程研究中心徐州221116 南京大学地理与海洋科学学院南京210093

植被恢复可有效地改善矿区生态环境,提升生态服务功能,促进生态系统固碳增汇.但目前矿区植被恢复影响土壤碳循环相关功能基因的机制尚缺乏深入研究.为此,采集黄土高原黑岱沟露天矿排土场复垦区草地(GL)、灌丛(BL)、针叶林(CF)、阔叶林(... 详细信息

植被恢复可有效地改善矿区生态环境,提升生态服务功能,促进生态系统固碳增汇.但目前矿区植被恢复影响土壤碳循环相关功能基因的机制尚缺乏深入研究.为此,采集黄土高原黑岱沟露天矿排土场复垦区草地(GL)、灌丛(BL)、针叶林(CF)、阔叶林(BF)和针阔混交林(MF)共25个表层土壤样品,利用实时荧光定量PCR技术测定土壤碳循环功能基因绝对丰度,探究不同植被类型对土壤碳循环相关功能基因的影响及内在机制.结果表明:(1)不同植被类型对矿区复垦土壤化学性质和碳循环相关功能基因丰度影响差异显著(P甲烷代谢功能基因丰度与铵态氮和BG酶活性呈显著的正相关,与有机碳、全氮、易氧化有机碳、硝态氮和脲酶活性呈显著的负相关(P<0.05);(3)不同植被可直接影响土壤BG酶活性或影响土壤硝态氮含量从而间接作用于BG酶活性,从而操控碳循环相关功能基因丰度.研究有助于理解不同植被类型对黄土高原矿区土壤碳循环相关功能基因的影响,为矿区生态修复及生态固碳增汇提供科学依据.

关键词：植被恢复碳降解碳固定甲烷代谢功能基因

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新型产甲烷古菌研究进展

微生物学报 2019年第6期59卷 981-995页

作者：段昌海张翠景孙艺华李猛深圳大学高等研究院广东深圳518060 深圳大学生命与海洋科学学院广东深圳518060

产甲烷古菌是一类能利用简单化合物产生甲烷气体的厌氧菌。近年来,随着测序技术的不断发展,科学家结合宏基因组学和其他技术先后发现了众多之前未被报道的新型产甲烷古菌。基因组分析等研究发现这几类新型产甲烷古菌具有独特的甲烷代谢... 详细信息

产甲烷古菌是一类能利用简单化合物产生甲烷气体的厌氧菌。近年来,随着测序技术的不断发展,科学家结合宏基因组学和其他技术先后发现了众多之前未被报道的新型产甲烷古菌。基因组分析等研究发现这几类新型产甲烷古菌具有独特的甲烷代谢通路以及广泛的生态分布,科学家推测它们在全球生态调节以及碳循环中可能起到了不可忽视的作用。然而,这些新型产甲烷古菌大部分尚未通过传统培养方法获得纯培养菌株,其确切的生理代谢机制和生态功能还有待深入研究。为了更加系统地了解这些新型产甲烷古菌,本文从它们的分类、系统发育地位、代谢机制、生态分布以及分离培养等方面进行了综述,并对新型产甲烷古菌未来的研究方向进行了展望。

关键词：新型产甲烷古菌系统发育甲烷代谢生态分布分离培养

古菌在红树林沉积物中的多样性及其碳代谢机制

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微生物学报 2018年第4期58卷 608-617页

作者：张翠景潘月萍顾继东李猛深圳大学高等研究院广东深圳518060 香港大学生物科学学院香港999077

红树林湿地生态系统具有维持生物多样性、净化环境及维持海岸带生态平衡等多种功能。古菌普遍存在于红树林沉积物中,在元素的生物地球化学循环中发挥着重要作用。古菌具有丰富的碳代谢多样性,能固定CO_2,参与甲烷循环,产乙酸,降解蛋白... 详细信息

红树林湿地生态系统具有维持生物多样性、净化环境及维持海岸带生态平衡等多种功能。古菌普遍存在于红树林沉积物中,在元素的生物地球化学循环中发挥着重要作用。古菌具有丰富的碳代谢多样性,能固定CO_2,参与甲烷循环,产乙酸,降解蛋白质、多聚碳水化合物等有机质,但目前对于红树林沉积物中古菌碳代谢的研究才刚刚起步。高通量测序技术的快速发展促进了大量新的古菌门类的发现,这些新的古菌门类具备多样的碳代谢潜力。本文简要概述古菌的主要类群与分布,综述国内外有关古菌碳代谢多样性的最新研究进展,并阐明这些古菌在红树林生态系统中的生态分布和功能特征,为进一步探究古菌代谢机制提供知识基础。

关键词：红树林生态系统古菌碳代谢固碳甲烷代谢产乙酸

生物预处理秸秆对厌氧消化中微生物和产气量的影响

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生物预处理秸秆对厌氧消化中微生物和产气量的影响

作者：赵一全黑龙江八一农垦大学

学位级别：硕士

我国秸秆沼气工程在快速发展的同时也面临着一些问题,缺乏高效可行的预处理技术是其中之一。生物预处理的特点更符合生态文明建设的需求,具备降解木质纤维素能力的微生物被不断的挖掘以用于预处理提升沼气产量。但厌氧消化中微生物受生... 详细信息

我国秸秆沼气工程在快速发展的同时也面临着一些问题,缺乏高效可行的预处理技术是其中之一。生物预处理的特点更符合生态文明建设的需求,具备降解木质纤维素能力的微生物被不断的挖掘以用于预处理提升沼气产量。但厌氧消化中微生物受生物预处理影响波动情况以及和产气量的关系还有待进一步探究,这正是本文所要阐述的。设立批次试验对预处理时间进行优化以获得生物预处理更佳的效果,以未处理为对照,分别设定2 d、4 d、6 d、8 d和10 d五个不同的预处理时间。结果显示预处理的时间与木质纤维素降解率和挥发性脂肪酸积累量显著相关。预处理6 d甲酸和乙酸的积累量最高,分别为139.3 mg/L和971.5 mg/L,相比于未处理,沼气和甲烷的总产量分别提升了51.04%和43.09%。选取预处理6 d作为处理并放大反应体系进行优化,在产气量差异最显著的产气高峰期和稳定期进行取样,分析微生物的动态变化。利用高通量测序并基于16S rRNA基因注释获得微生物群落结构和活性微生物群落的多样性和物种丰度。基于DNA的微生物群落结构显示,预处理和未处理两时期丰度占比最高菌属均是Ruminofilibacter(7.12%)。基于RNA的活性微生物群落显示,预处理两时期占比最高的菌属是Methanosaeta(10.82%)。在未处理产气高峰期,Methanosarcina(5.21%)是丰度最高的产甲烷古菌。利用宏转录组对产气高峰期预处理样本和未处理样本进行注释,并基于KEGG数据库分析两个样本在微生物功能基因表达和代谢通路上的差异。预处理样本在能量代谢中的甲烷代谢为13.55%,显著高于未处理样本的9.04%。而未处理样本中氮代谢的相对丰度为1.58%,显著高于预处理的0.85%。通过注释KO的相对表达量发现,相对于未处理样本,预处理样本表达量显著上调的KO共有11个,其中与产甲烷代谢相关的KO为7个,这些酶参与到甲烷代谢的各个途径中,分别是初始底物转化和甲烷合成的关键基因。预处理发酵天数对厌氧消化产气量具有显著的影响。预处理进料后厌氧消化连续稳定的运行源于其微生物群落结构的稳定。底物组分的改变对活性微生物群落产生了显著的影响,其中更偏爱这种变化的产甲烷古菌丰度显著提升成为优势菌属,更强的底物捕获能力和甲烷转化能力以及独有的代谢途经显著的提升了产甲烷效率,最终使得预处理显著提升了甲烷产量。

关键词：生物预处理厌氧消化微生物活性产甲烷古菌甲烷代谢功能基因

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草原红牛生长及绝食代谢研究

草原红牛生长及绝食代谢研究

作者：郭艳荣吉林农业大学

学位级别：硕士

为不断改进和提高草原红牛的生产性能,全面实行科学标准化饲养,应用“大型丌放回流式呼吸测热装置”,对草原红牛(母)5个不同体重阶段(78.63±0.55kg,168.17±12.41kg,213.73±18.45kg,310.73+9.44kg,394.83+45.40kg)的气体(氧气、二氧化... 详细信息

为不断改进和提高草原红牛的生产性能,全面实行科学标准化饲养,应用“大型丌放回流式呼吸测热装置”,对草原红牛(母)5个不同体重阶段(78.63±0.55kg,168.17±12.41kg,213.73±18.45kg,310.73+9.44kg,394.83+45.40kg)的气体(氧气、二氧化碳)产热代谢特点进行了研究,同时测定甲烷排放量,为进一步改进制定饲养标准和营养需要量,以及加强甲烷减排措施等,提供科学依据。测定内容包括：呼吸室内,外的O2浓度(%)、C02浓度(%)、CH4浓度(%);呼吸熵、耗氧量、二氧化碳排放量、甲烷排放量;饲料、粪样、尿样中蛋白质含量、能量含量。结果表明： (1)生长代谢试验结果表明：生长代谢耗02量、C02排放量、产热量均随体重的增长而增加,1期、2期、3期、4期之间差异显著(P0.05)。但是,按代谢体重(W0.75)计算,各期的耗02量分别为：17.49+0.06、10.61士1.36、15.53+0.93、24.57+2.04、27.10±2.97L/W0.75·d,1期与2期、3期与5期之间无显著差异(P>0.05),4期显著高于1期、2期、3期、5期;各期的C02排放量分别为：13.98±0.01、8.74±0.92、12.96±0.92、20.04+1.09、22.89+2.67L/W0.75·d,C02排放量1期、2期、3期、4期之间差异显著(P0.05);各期的产热量分别为：352.56+1.01、213.47±26.39、312.89+19.53、492.47±38.06、546.98+60.90kJ/W0.75.d,产热量1期与2期之间差异不显著(P>0.05),3期与5期之间差异不显著(P>0.05),4期显著高于1期、2期、3期、5期。 (2)绝食代谢试验结果表明：耗O2量、CO2排放量、产热量均随体重的增长而逐渐增加。但是,按代谢体重(Wo.75kg)计算,耗氧量各期分别为：7.77±0.45、7.31+0.33、7.06+1.35、7.09±1.30L/W0.75.d;C02排放量分别为：4.12±0.13,3.81+0.26,4.97+0.96,5.09±0.91L/W0.75.d;绝食产热量(FHP)分别为146.27±7.85、137.41±6.46、139.01±26.65、140.02±25.40kJ/W0.75.d。耗02量、C02排放量、绝食产热量(FHP)各期之间差异不显著(P>0.05)。 (3)甲烷代谢试验结果表明：甲烷排放量随体重增长而增加,5期的甲烷排放量分别为：5.76±0.00、29.28±5.45、67.20±7.25、133.92±11.25、196.80+29.13L/d,1期、2期、3期、4期之间差异显著(P0.05)。按代谢体重(W0.75kg)计算,CH4排放量随代谢体重(W0.75kg)增长而增加,5期的甲烷排放量分别为：0.22±0.00、0.63±0.12、1.20±0.07、1.80+0.12、2.27+0.27L/W0.75.d,各期之间差异显著(P甲烷排放量之间呈正相关关系。本试验2、3、4、5期的CH4-E/GE(%)的比例分别为：3.23%、4.36%、6.22%、6.15%。结论：草原红牛的各项气体代谢指标都符合母牛的生长发育规律,数据可靠,可以作为后续研究依据。甲烷排放量与动物体重、干物质摄取量有很大的关系,可以作为甲烷排放量的估测依据。

关键词：草原红牛呼吸测热生长代谢绝食代谢甲烷代谢

基于宏基因组的青海农用沼气池微生物组成和功能分析

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农业机械学报 2020年第6期51卷 326-333页

作者：韩睿陈来生李全辉李屹钟启文朱德锐青海大学农林科学院青海省蔬菜遗传与生理重点实验室西宁810016 青海大学医学院基础医学研究中心西宁810016

以产气性能不同的青海农用沼气池为研究对象,利用宏基因组技术分析了全年温度最高和最低时期污泥样品的微生物组成和功能特征。物种注释显示发酵系统中蕴藏着丰富的微生物种群。在细菌类群中,拟杆菌门、厚壁菌门和变形菌门丰度最高,占... 详细信息

以产气性能不同的青海农用沼气池为研究对象,利用宏基因组技术分析了全年温度最高和最低时期污泥样品的微生物组成和功能特征。物种注释显示发酵系统中蕴藏着丰富的微生物种群。在细菌类群中,拟杆菌门、厚壁菌门和变形菌门丰度最高,占所有菌群相对丰度的72.37%~74.00%,参与关键的发酵作用。在4种样品中,互养菌门(相对丰度1.62%~4.73%)丰度偏低,与沼气产气的变化规律相一致,可能是沼气生产重要的功能类群。在属水平上,优势类群依次是海螺菌属(相对丰度6.75%)、梭菌属(相对丰度4.56%)、密螺旋体属(相对丰度3.60%)和假单胞菌属(相对丰度3.01%)。古菌类群中,产甲烷菌属(相对丰度25.41%~31.65%)是最优势类群,也是最主要的产气功能类群。功能注释表明,产气好比产气差的样品具有更多的有效基因,参与甲烷代谢相关路径的功能基因丰度更高。在样品中,甲烷代谢途径涉及的氢代谢营养型产甲烷菌参与CO2还原反应,所有代谢通路完整,且产气好的样品功能酶基因丰度趋高。研究结果表明,在青海农用沼气发酵系统中,甲烷产生的途径主要依赖于H2氧化/CO2还原的合成。

关键词：农用沼气池宏基因组微生物组成功能特征甲烷代谢青海省

AHLs调控厌氧发酵过程中碳氮代谢的抗生素响应

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AHLs调控厌氧发酵过程中碳氮代谢的抗生素响应