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几类非光合微生物的固碳特性及其优化研究

几类非光合微生物的固碳特性及其优化研究

作者：宋红彪华东理工大学

学位级别：硕士

非光合自养微生物即化能自养微生物,能在无光环境下通过氧化无机物获得能量同化CO2合成细胞物质。具有高效固碳能力的非光合微生物,可在无光的大型反应器以及土壤环境中固碳,因此可用于吸收工业废气中的CO2和提升贫瘠土壤的肥力,应用前... 详细信息

非光合自养微生物即化能自养微生物,能在无光环境下通过氧化无机物获得能量同化CO2合成细胞物质。具有高效固碳能力的非光合微生物,可在无光的大型反应器以及土壤环境中固碳,因此可用于吸收工业废气中的CO2和提升贫瘠土壤的肥力,应用前景巨大。但目前对非光合自养微生物的研究主要集中在土壤改良、细菌冶金、单细胞蛋白生产、生物能源和金属微生物腐蚀等方面,而对其固碳特性尚没有进行过系统的研究。因此,研究非光合微生物的固碳特性,优化其固碳过程具有重要的实践价值。本文以几类非光合的自养微生物(氢氧化细菌,硫化细菌,非光合固碳微生物菌群(NPMC))为研究对象,研究和比较了各种非光合微生物的固碳特性,以及NPMC的耐盐特性及其影响因素。分析了混合电子供体培养NPMC产生的大量颗粒物质的性质及其成因,并优化了用于NPMC富集培养的不产沉淀混合电子供体,验证了不产沉淀混合电子供体富集的NPMC的固碳效率。研究结果表明：两种氢氧化细菌和两种硫化细菌的固碳过程都存在一定的限制因素,不适合单独用于生物固碳,而NPMC具有较高的固碳效率,且来自于海洋,具有可在贫瘠的盐碱土壤中固碳的潜力;研究表明NPMC具有能够耐受100 g/L以上的盐浓度的特性,微量元素和磷酸盐酸盐缓冲液都可增强NPMC在次高盐条件下的固碳效率,且微量元素和盐度对NPMC的固碳效率存在交互作用影响;NPMC在混合电子供体条件下会产生大颗粒物质,是由添加的Na2S造成的。优化的不产沉淀混合电子供体配比：NaNO27.5 g/L,Na2S2O312.5 g/L,预测最大TOC为6.68 mg/L,是基本培养基培养的219%,可用于种子培养和富集,但富集培养的种子对混合电子供体的响应相对较弱。

关键词：非光合微生物固碳特性耐盐特性不产沉淀混合电子供体

半导体矿物介导下非光合微生物利用太阳光能影响因素研究

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半导体矿物介导下非光合微生物利用太阳光能影响因素研究

中国矿物岩石地球化学学会第14届学术年会

作者：王鑫李艳鲁安怀北京大学造山带和地壳演化教育部重点实验室地球与空间科学学院

＜正＞地球表层系统中,半导体矿物日光催化作用时刻影响着其周围环境。例如,天然金红石光催化作用可能在控制自然水体中游离金属浓度,进而修复因矿山开采而引起的重金属离子水体污染的过程中发挥着重要的作用（Schoonen et al.,1998）;... 详细信息

＜正＞地球表层系统中,半导体矿物日光催化作用时刻影响着其周围环境。例如,天然金红石光催化作用可能在控制自然水体中游离金属浓度,进而修复因矿山开采而引起的重金属离子水体污染的过程中发挥着重要的作用（Schoonen et al.,1998）;钛铁矿与闪锌矿的光催化作用可以有效降解环境毒害的含氯有机溶剂四氯化碳

关键词：半导体矿物非光合微生物太阳光能化学腐蚀

来源： cnki会议评论

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非光合微生物菌群好氧固定CO_2的研究

工业微生物 2009年第5期39卷 1-6页

作者：李艳丽胡佳俊付小花王磊乐毅全徐殿胜陆兵同济大学环境科学与工程学院污染控制与资源化研究国家重点实验室上海200092 华东理工大学生物工程学院生物反应器工程国家重点实验室上海200237

微生物固定CO_2在环境、资源方面具有重要意义。然而,通常具有较高固碳能力的光合细菌和氢-氧化细菌由于需要光照/严格厌氧和供氢,限制了其在反应器或土壤中的应用。本研究通过生物技术手段从海水及其沉积物中选育到在普通好氧条件下具... 详细信息

微生物固定CO_2在环境、资源方面具有重要意义。然而,通常具有较高固碳能力的光合细菌和氢-氧化细菌由于需要光照/严格厌氧和供氢,限制了其在反应器或土壤中的应用。本研究通过生物技术手段从海水及其沉积物中选育到在普通好氧条件下具有固碳能力的非光合微生物菌群,并通过电子供体和无机碳源结构的优化,显著提高了其对无机碳的同化能力,好氧条件下固碳菌液的最高无机碳同化效率可达110 mgCO_2/L·d,为实现普通环境条件下的微生物固碳奠定了基础。同时,通过分子生物学手段研究了不同环境条件下固碳微生物菌群的群落结构,以期为进一步优化固碳微生物群落结构,提升固碳效率提供理论依据。结果发现在不同培养条件下,菌群的群落结构发生了很大改变,表明不同条件下的固碳优势菌属于不同的种属,但通过测序、序列比对及构建系统发育树后发现,在已测序的16个显著条带中,11个是不可培养微生物,即其只能以共生方式存在,混合培养时,固定CO_2的效果可能是多种菌共同作用的结果。这意味着单一纯种微生物的固碳效率可能较低,研究与优化固碳微生物菌群的结构和配比将有利于固碳效率的提升。

关键词： CO2同化非光合微生物电子供体好氧条件微生物群落结构

同济博士论丛非光合微生物菌群固定CO2过程的调控与优化

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混合电子供体的梯阶能效显著提升海洋非光合微生物菌群固碳效率

丛书名：同济博士论丛·工学·环境科学与工程

2017年

作者：胡佳俊

CO2过量排放而引起的全球变暖是目前全球面临的重大能源与环境问题。生物法固定CO2具有低能耗、无污染以及通过CO2转化为有机物实现对CO2的资源化等优点，引起了研究人员的广泛关注。本书为CO2的资源化提供了一个新的低能耗、高效率、... 详细信息

ISBN: (纸本)9787560869261

CO2过量排放而引起的全球变暖是目前全球面临的重大能源与环境问题。生物法固定CO2具有低能耗、无污染以及通过CO2转化为有机物实现对CO2的资源化等优点，引起了研究人员的广泛关注。本书为CO2的资源化提供了一个新的低能耗、高效率、可持续的技术路径，且为阐明非光合微生物固

关键词：非光合微生物研究细菌群体

来源：汇雅图书（南通市图书馆... 评论

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混合电子供体的梯阶能效显著提升海洋非光合微生物菌群固碳效率

非光合CO_2同化微生物菌群的选育/优化及其群落结构分析

第六届全国环境化学大会暨环境科学仪器与分析仪器展览会

作者：胡佳俊王磊同济大学环境科学与工程学院污染控制与资源化研究国家重点实验室

混合电子供体系统可有效提高非光合微生物菌群固定CO效率。在普通好氧、厌氧条件下以特定的混合电子供体系统直接作用于环境样品,如海水或沉积物等等,可在短时间内获得有较高固碳效率的微生物菌群。通过研究其中各离子变化情况以了解混... 详细信息

混合电子供体系统可有效提高非光合微生物菌群固定CO效率。在普通好氧、厌氧条件下以特定的混合电子供体系统直接作用于环境样品,如海水或沉积物等等,可在短时间内获得有较高固碳效率的微生物菌群。通过研究其中各离子变化情况以了解混合电子供体系统的增效机制。基于该增效机制,可进一步将非光合微生物菌群固碳效果大幅提高。

关键词：非光合微生物 CO2 混合电子供体好氧厌氧

来源： cnki会议评论

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环境科学 2009年第8期30卷 2438-2444页

作者：胡佳俊王磊李艳丽付小花乐毅全徐殿胜陆兵于建国华东理工大学生物工程学院生物反应器工程国家重点实验室上海200237 同济大学环境科学与工程学院污染控制与资源化研究国家重点实验室上海200092 华东理工大学资源与环境工程学院上海200237

通过从海水及其沉积物中分离、筛选,并结合电子供体和无机碳源结构的优化以期获得不用光照与供氢的高效固碳微生物菌群;通过16S rDNA序列分析、比对等手段研究非光合固碳微生物菌群的结构,以期为优化群落配置,进一步提升固碳效率提供理... 详细信息

通过从海水及其沉积物中分离、筛选,并结合电子供体和无机碳源结构的优化以期获得不用光照与供氢的高效固碳微生物菌群;通过16S rDNA序列分析、比对等手段研究非光合固碳微生物菌群的结构,以期为优化群落配置,进一步提升固碳效率提供理论依据.结果显示,通过分离和长期驯化可从海洋中得到在普通好氧、厌氧条件下具有固碳能力的非光合微生物菌群.添加硫代硫酸钠、硫化钠和氢气作为电子供体可有效提升菌群的固碳效率,在以硫代硫酸钠为电子供体的好氧、厌氧条件下,该菌群的CO2同化效率分别可达10.44 mg/L和12.56 mg/L.该固碳菌群对混合无机碳源的同化效率显著高于单一碳源,在以CO2、碳酸氢钠及碳酸钠为混合碳源情况下,菌群好氧、厌氧固碳效率(以CO2计)分别可达110 mg.(L.d)-1,和72mg.(L.d)-1,接近氢氧化细菌的水平.微生物群落结构分析结果表明,添加不同电子供体后,固碳微生物菌群的优势种发生了显著变化,在发现的16个优势菌种中,11个是不可培养微生物,即其只能以共生方式存在.菌群混合培养时的固碳效率可能是多种菌共同作用的结果,因此优化固碳微生物菌群的结构和配比将有利于其固碳效率的进一步提升.

关键词：非光合微生物 CO2同化电子供体无机碳源结构微生物群落结构

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非光合固碳微生物的碳源组合优化

工业微生物 2014年第3期44卷 63-69页

作者：张宁上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司上海200092

二氧化碳(CO_2)过量排放而引起的全球变暖是目前全球面临的重大环境问题。微生物固碳是实现二氧化碳资源利用的一种重要方式。探索无需光照的高效固碳微生物对于更广泛环境条件下的微生物固碳具有重要意义。在从全球各大海域筛选富集出... 详细信息

二氧化碳(CO_2)过量排放而引起的全球变暖是目前全球面临的重大环境问题。微生物固碳是实现二氧化碳资源利用的一种重要方式。探索无需光照的高效固碳微生物对于更广泛环境条件下的微生物固碳具有重要意义。在从全球各大海域筛选富集出非光合微生物茵群的基础上,本文构建了在不同的电子供体条件下(铵和氢气)促进非光合微生物茵群生长的最佳混合碳源组合,得到如下结果:在以NH_4^+为电子供体的条件下,优化后的碳源组合为374.24 mgC/L碳酸钠(Na_2CO_3),54.76 mgC/L碳酸氢钠(NaHCO_3)和0 mgC/LCO_2时,最佳响应值TOC为3.06 mg/L。最佳响应值TOC低于以Na_2CO_3为单一碳源时,但高于以CO_2或NaHCO_3为单一碳源时;在以H_2为电子供体条件下,使用优化后的混合碳源为0.26 mg/L Na_2CO_3、0.59mg/L NaHCO_3和71.48mL/L CO_2时,非光合微生物菌群的固碳效率可达27.62 mg/L,较以CO_2为单一碳源提高35%左右。这可能意味着有H_2条件下非光合微生物菌群中的微生物可能以羟基丙酸固碳途径为主,而且多条固碳途径均能被混合菌群利用。

关键词：非光合微生物混合碳源固碳途径

矿物增强生物光合作用大田试验研究取得突破——花生亩产增幅达43.91%,红薯亩产翻番

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地学前缘 2023年第6期30卷 493-494页

作者：鲁安怀北京大学地球与空间科学学院矿物环境功能北京市重点实验室北京100871

早在《地学前缘》创刊不久的1996年就刊载了笔者的一篇短文《废水的矿物学处理》[1];《地学前缘》于2005年刊载了笔者研究团队十年研究成果总结《矿物法——环境污染治理的第四类方法》[2];2014年刊载了又一个十年创新研究成果总结《关... 详细信息

早在《地学前缘》创刊不久的1996年就刊载了笔者的一篇短文《废水的矿物学处理》[1];《地学前缘》于2005年刊载了笔者研究团队十年研究成果总结《矿物法——环境污染治理的第四类方法》[2];2014年刊载了又一个十年创新研究成果总结《关键带中天然半导体矿物光电子的产生与作用》[3],其间笔者连续获得两项国家科学技术部“973”项目资助,发现自然界除了太阳光子和元素价电子能量外还存在矿物光电子能量形式,可促进某些非光合微生物生长代谢作用[4]。

关键词：国家科学技术部项目资助创新研究成果研究团队非光合微生物生长代谢十年光合作用

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矿物学环境属性研究新进展(代序)

岩石矿物学杂志 2015年第6期34卷 795-802页

作者：鲁安怀北京大学地球与空间科学学院北京100871

从1996年负责承担国家自然科学基金面上项目《天然铁的硫化物处理重金属污染物机理研究》（49672097）并在《地学前缘》上发表短文《废水的矿物学处理》（鲁安怀,1996）算起,笔者已经矢志不渝地从事环境矿物学研究近20个年头了。20年来... 详细信息

从1996年负责承担国家自然科学基金面上项目《天然铁的硫化物处理重金属污染物机理研究》（49672097）并在《地学前缘》上发表短文《废水的矿物学处理》（鲁安怀,1996）算起,笔者已经矢志不渝地从事环境矿物学研究近20个年头了。20年来笔者孜孜不倦的追求历程,特别是矿物学环境属性研究进展,可集中体现在由科学出版社于2015年3月出版的近百万字的《矿物学环境属性概论》中（鲁安怀等,2015）。

关键词：天然矿物重金属污染物净化功能非光合微生物吸附作用矿物学家地学前缘黄钾铁矾无机污染物生物作用