2020年第12期文章目次

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  • 1  封面
    2020, 60(12):0-0.
    [摘要](104) [HTML](81) [PDF 23.65 M](157)
    摘要:
    2  目录
    2020, 60(12):0-0.
    [摘要](100) [HTML](78) [PDF 2.13 M](128)
    摘要:
    3  引领微生物再吟物华天宝,重塑天青海蓝——“难降解有机物的微生物降解与转化”专刊序言
    谢尚县,张晓昱
    2020, 60(12):i-iii.
    [摘要](271) [HTML](344) [PDF 262.64 K](358)
    摘要:
    4  特邀编辑
    2020, 60(12):iv-iv.
    [摘要](71) [HTML](120) [PDF 775.01 K](178)
    摘要:
    5  白蚁-共生微生物系统降解木质纤维素研究进展
    羊桂英,朱娅宁,谢晓俊,周琪欢,莫建初
    2020, 60(12):2621-2634. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20190503
    [摘要](285) [HTML](486) [PDF 1.50 M](581)
    摘要:
    开发利用木质纤维素材料能显著增加地球上可再生资源的储备量。白蚁分布广泛,常见于热带和亚热带地区,它们借助细菌、古细菌、真菌等肠道微生物和原生动物协同降解食物中的木质纤维素,在生态系统的碳、氮循环中发挥着十分重要的作用。本文概括了近年来白蚁肠道微生物研究的进展,特别是近年来已被证明的肠道微生物在木质纤维素降解方面的作用,以期为后续研究木质纤维素的降解提供参考信息。
    6  白蚁消化系统转化和降解木质纤维素酶研究进展
    蒋宇彤,张硕,林子佳,倪金凤
    2020, 60(12):2635-2649. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20190504
    [摘要](223) [HTML](368) [PDF 830.06 K](369)
    摘要:
    木质纤维素是地球上最丰富的有机聚合物,白蚁是古老但进化最成功的高效木质纤维素降解者之一。了解白蚁降解高度抗性植物聚合物的机制对工业上生物质能源转化和生物仿生设计有重要的借鉴和指导价值。白蚁和其共生微生物产生的木质纤维素酶在其转化利用木质纤维素上发挥着重要作用。本文从来源作用方面对白蚁自身及其肠道原虫、细菌和真菌产生的纤维素酶、木聚糖酶和漆酶等酶研究概况进行了总结,对其存在的问题和前景进行了展望。本综述有助于全面了解白蚁消化系统木质纤维素酶的基因种类、来源、分布、表达以及酶活性和功能。
    7  烟草废弃物中的难降解有机物的微生物降解研究进展
    郑秀成,陈泽裕,陈国庆,李骏,钟卫鸿
    2020, 60(12):2650-2663. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20190507
    [摘要](238) [HTML](375) [PDF 975.52 K](477)
    摘要:
    烟草废弃物的资源化利用及无害处理过程,需要利用微生物高效降解其中的难降解物质,如木质素与尼古丁。本文主要综述烟草废弃物中难降解物质的生物降解研究进展。迄今,已经发现了不少木质素和尼古丁的微生物降解菌株,对其降解机理及应用已有不少研究报道,但其在烟草废弃物处理中的应用方面报道较少。木质素和尼古丁降解菌可以用于废次烟叶(烟梗)木质素的消减和尼古丁去除,但同时也需要考察菌株的降解能力和应用环境的适用性。具备降解木质素和尼古丁双重功能的菌株更有应用前景,但迄今发现较少。基于全基因组分析和微生物组学技术的复合菌群的研究也是重要的研究方向,将推动含木质素和尼古丁等多种难降解物质的废次烟叶的处置技术发展和实际应用。
    8  虻粪二次堆肥生化特性的动态变化趋势及其微生物演替规律
    张志剑,王先哲,许绍伟,黄恩,沈建林
    2020, 60(12):2664-2674. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20190547
    [摘要](129) [HTML](354) [PDF 2.28 M](287)
    摘要:
    [目的] 通过培养试验动态观察了虻粪在后续二次堆肥过程中生化特性的动态变化趋势,研究了堆体微生物生态的动态演替规律,讨论了虻粪二次堆肥的稳定化机理。[方法] 采取盛有虻粪的圆桶埋入大条垛发酵堆体的动态培养试验,在为期49 d的测试期内间隔7 d动态采样,采用16S rRNA高通量测序开展虻粪堆体样品的微生物多样性与群落结构分析以及代谢功能预测。[结果] 虻粪堆体经历2周快速升温至68.7℃后,逐步降温至第49天的37.7℃,总有机碳、溶解性有机质(DOM)、pH分别达到67.3%、18.4 g/kg、8.0。在堆体熟腐过程中,Shannon指数、Simpson指数和Chao1指数等微生物多样性水平均随堆肥进程而快速增加,而后缓慢下降至结束时的7.45、0.98和985。16S rRNA测序发现,Bacteroidetes(拟杆菌门)、Firmicutes(厚壁菌门)、Proteobacteria(变形菌门)与Actinobacteria(放线菌门)等是堆体微生物群落的主要菌群。与此同时,Corynebacteriaceae(棒状杆菌科)从初始的35.7%下降至结束时的6.5%,Flavobacteriaceae(黄杆菌科)则从3.22%逐步增长至12.6%,Porphyromonadaceae(单胞菌科)快速增加至11.5%之后缓慢下降至与初始水平相当的5.1%。PICRUSt预测发现,在整个虻粪堆肥过程中,氨基糖和核苷酸糖代谢、碳固定通路、甲烷代谢等功能平均相对丰度保持较强水平,且均在堆肥中期(第15–35天)出现峰值,后续均呈现下降态势脂肪代谢、不饱和脂肪酸生物合成代谢、多环芳烃降解以及硫代谢等平均相对丰度较弱的代谢功能呈现先降后升的特征。[结论] 虻粪二次堆肥过程中,物料含水量与DOM快速下降、有机质降解逐步完成以及物料微生物结构与功能趋于稳定等,堆制腐熟后的虻粪生化性质稳定,有利于虻粪有机肥农田再利用。
    9  复合菌系降解玉米秸秆过程中群落演替与秸秆降解的关系
    苏鑫,王敬红,张方政,刘嘉乐,巩光禄,欧阳晓伦,魏丹,赵洪颜,宋福强,晏磊,王伟东
    2020, 60(12):2675-2689. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20190613
    [摘要](196) [HTML](251) [PDF 4.37 M](334)
    摘要:
    [目的] 为了获得木质素降解复合菌系LDC降解玉米秸秆的适宜条件,明确秸秆降解过程中可能发挥重要作用的功能微生物类群。[方法] 以培养温度、pH、培养基装液量和接菌量等单因素试验结果为依据,采用响应面法优化复合菌系降解玉米秸秆的培养条件,利用Miseq高通量测序技术,分析不同降解时期复合菌系的群落结构变化规律。[结果] 复合菌系对秸秆最佳降解条件为:培养温度32℃、初始pH为8.2、装液量为40%,接菌量为10%。此条件下木质素最大降解率为44.5%,相比未优化处理提高13.3%。在门水平上,变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)和厚壁菌门(Firmicutes)是复合菌系LDC的优势菌门。在玉米秸秆降解过程中,降解初期的优势菌属为Proteiniphilum(11.9%)、Sphaerochaeta(8.4%)、Ruminofilibacter(8.4%)、Pannonibacter(6.7%)、Pseudomonas(6.1%)和Rhizobium(5.7%);在降解高峰期时,Anaerocolumna(24.0%)、Caenispirillum(9.2%)和Thauera(7.0%)的丰度显著上升,分别是其在降解初期的16.5倍、3.0倍和5.9倍,而Ruminofilibacter(10.9%)的丰度仍然很高且排在第二位。在降解末期的优势菌属为Ruminofilibacter(25.4%)、Pseudomonas(9.7%)、Sphaerochaeta(8.8%)、Caenispirillum(8.4%)、Pannonibacter(4.3%)、Thauera(4.0%)以及Desulfomicrobium(3.4%)。[结论] 明确了玉米秸秆降解复合菌系的最佳培养条件以及在不同降解时期微生物群落结构变化规律,在玉米秸秆降解过程中发挥重要作用的微生物类群为PseudomonasPannonibacterThaueraRuminofilibacterAnaerocolumna
    10  新型甘露聚糖酶-乙酰酯酶双功能酶的功能和结构域协同研究
    刘亮,刘佳文,王若楠,张瑜,李宝珍,袁红莉
    2020, 60(12):2690-2704. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20200291
    [摘要](158) [HTML](273) [PDF 6.00 M](266)
    摘要:
    [目的] 分析鉴定高效木质纤维素降解菌群EMSD5来源的新型甘露聚糖酶-乙酰酯酶双功能酶44884,解析催化域间的协同关系,以及碳水化合物结合模块(CBM)对催化域特性的影响,拓展对该类双功能酶的认识,为甘露聚糖酶的升级改造和应用提供依据。[方法] 通过大肠杆菌异源表达甘露聚糖酶-乙酰酯酶双功能酶44884,并构建截短和定点突变的突变体,利用TLC和DNS法比较野生型和突变体的酶学性质。[结果] 成功对44884全长和突变蛋白进行克隆表达,并发现44884中2个催化域能够彼此促进各自产物的释放,而且以双功能酶形式存在时,这种促进效果更为明显。44884中的2个CBM65均有甘露聚糖和结晶纤维素结合活性,且CBM65的存在并不改变甘露聚糖酶和乙酰酯酶的最适反应条件和水解模式。虽然CBM65显著降低了2个催化域的热稳定性,但水解天然底物时,2个CBM65对各自临近催化域的水解具有明显的促进效果。[结论] 本研究首次发现并探究了新型甘露聚糖酶和乙酰酯酶形成的双功能酶44884的功能,解析了催化域之间高效的协同效应,以及新型甘露聚糖结合模块CBM65对双功能酶水解的促进作用。
    11  可同化阿拉伯糖的木糖还原酿酒酵母菌株构建
    黄河浪,刁于真,杨白雪,夏子渊,汤岳琴
    2020, 60(12):2705-2716. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20200488
    [摘要](129) [HTML](264) [PDF 2.00 M](222)
    摘要:
    [目的] 以秸秆等木质纤维素类生物质为原料生产液体生物燃料乙醇,目前生产成本高,大规模工业化生产尚有较大难度。构建能同化阿拉伯糖进行木糖还原生产木糖醇的重组酿酒酵母菌株,以实现原料中全糖利用、生产高附加值产品,实现产品多元化。[方法] 首先,利用CRISPR/Cas9基因编辑技术依次向出发菌株中导入阿拉伯糖代谢途径和木糖还原酶基因,使菌株获得代谢阿拉伯糖和将木糖转化为木糖醇的能力;其次,通过适应性驯化的进化工程手段,提高重组菌株对阿拉伯糖的利用效率;最后,通过混合糖发酵验证重组菌株利用阿拉伯糖和还原木糖产木糖醇的能力。[结果] 通过导入植物乳杆菌的阿拉伯糖代谢途径,酿酒酵母菌株获得了较好的利用阿拉伯糖生长繁殖的能力;进一步导入假丝酵母的木糖还原酶基因后,重组菌株在葡萄糖作为辅助碳源条件下可高效还原木糖产木糖醇,但阿拉伯糖的利用能力下降。利用以阿拉伯糖为唯一碳源的培养基进行反复批次驯化,阿拉伯糖的利用能力得以恢复和提升,得到表型较好的重组菌株KAX3-2。该菌株在木糖(50 g/L)和阿拉伯糖(20 g/L)混合糖发酵条件下发酵72 h时,对阿拉伯糖和木糖利用率分别达到42.1%和65.9%,木糖醇的收率为64%。[结论] 本研究成功构建了一株能有效利用阿拉伯糖并能将木糖转化为木糖醇的重组酿酒酵母菌株KAX3-2,为后续构建、获得阿拉伯糖代谢能力更强、木糖醇积累效率更高菌株的工作奠定了基础。
    12  木质素的微生物解聚与高值转化
    赵一全,张慧,张晓昱,谢尚县
    2020, 60(12):2717-2733. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20200572
    [摘要](168) [HTML](358) [PDF 5.98 M](333)
    摘要:
    木质纤维素是地球上最丰富的可再生资源。我国每年产生约9亿吨农业秸秆,因得不到有效利用,不仅造成资源浪费,也产生了诸多严峻的环境问题。缺少木质素的高效降解和资源化利用技术是限制木质纤维素产业化的主要瓶颈之一。虽然木质素的降解与转化多年来一直都受到关注,但是由于木质素结构的复杂性及异质性,使其高效利用受限。近年来,微生物具有的“生物漏斗”式转化特性为木质素的高值转化和利用提供了新方向。本文就生物质利用研究以来,微生物在木质素解聚与转化方面的研究历程与最新进展进行了简要的回顾与总结,并初步讨论了目前木质素高值转化面临的机遇与挑战。
    13  乳白耙齿菌F17对单一和复合多环芳烃的降解差异解析
    吴涓,刘俊,陈婕
    2020, 60(12):2734-2746. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20190257
    [摘要](143) [HTML](159) [PDF 1.64 M](199)
    摘要:
    [目的] 针对菲、蒽、荧蒽多环芳烃(PAHs)污染物,利用乳白耙齿菌F17,研究单一和复合PAHs污染物的生物降解规律。[方法] 采用气相色谱-质谱法(GC-MS)分析降解过程中PAHs的浓度,并采用准一级反应动力学模型对降解结果进行拟合。[结果] 对于单一PAHs,第15天时菲、蒽、荧蒽的降解率由高到低依次为菲(97.8%) > 蒽(89.3%) > 荧蒽(81.5%)。菲、蒽和荧蒽的降解过程具有准一级反应动力学特征,菲的生物降解速率最快,其次是蒽,荧蒽的降解速率最慢。与单一PAHs的降解相比,在复合PAHs的降解过程中,乳白耙齿菌F17的生长和锰过氧化物酶的合成均表现出不同的特征。此外,水溶性极可能是复合污染物降解的重要控制因子,三者水溶性为:菲 > 荧蒽 > 蒽。因此,在菲或荧蒽加入条件下,微生物能优先降解这些污染物,抑制了污染物蒽的降解;同时,蒽或菲的存在对荧蒽的降解也有抑制作用;然而外源加入水溶性较差的蒽和荧蒽,则对菲的生物降解无显著影响。[结论] 复合PAHs的生物降解主要表现为相互竞争的特点,通过GC-MS分析了PAHs的生物降解途径。
    14  微生物降解磺胺甲恶唑的研究进展
    闫雷,梁斌,王爱杰,刘双江,刘志培
    2020, 60(12):2747-2762. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20190434
    [摘要](188) [HTML](297) [PDF 957.48 K](298)
    摘要:
    抗生素是一类难降解、低浓度就有高生态毒性效应的化合物,近年来被归为新型环境污染物,其环境残留与去除备受关注。作为广泛使用的抗生素之一,磺胺甲恶唑在水土环境中的残留量不断增加,检出率也越来越高。研究表明,磺胺甲恶唑是少数几种可被微生物降解的抗生素之一,微生物降解法是最具潜力的残留磺胺甲恶唑去除手段。本文总结了磺胺甲恶唑在土壤、沉积物、活性污泥、混合菌群、酶等条件下的降解及已分离的具有降解能力的单菌株对磺胺甲恶唑的降解情况,包括其降解效率、降解条件等,归纳了目前磺胺甲恶唑微生物降解的主要分类,并讨论了影响磺胺甲恶唑降解的两个特有因素。指出从分子生物学及生物信息学角度研究其降解途径,降解菌、降解菌群的人工构建及其在含磺胺甲恶唑污水处理中的应用与效果评价等应为今后磺胺甲恶唑生物降解与应用研究的重点。
    15  微生物降解持久性有机污染物的研究进展与展望
    阮哲璞,徐希辉,陈凯,乔文静,蒋建东
    2020, 60(12):2763-2784. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20190451
    [摘要](186) [HTML](542) [PDF 3.63 M](452)
    摘要:
    持久性有机污染物(POPs)是伴随着人类工业化发展而产生的合成类污染物,具有高毒性、持久性、长迁移性和高生物富集性等特点,POPs污染物的微生物降解一直是环境科学与技术应用领域的研究热点。微生物降解技术修复POPs污染环境具有无二次污染、成本低、快速简便等优点,拥有广泛的应用前景。本文论述了各种POPs微生物分解代谢的最新研究进展,包括降解性微生物资源以及降解机制。此外,还讨论了计算生物学、合成生物学、基因组学等技术在POPs微生物降解中的潜力和应用,以期为环境中持久性有机污染物的修复提供参考。
    16  含氧杂环及其衍生物的生物降解研究进展
    任浩,王绿菁,戴楚涵,吕镇梅
    2020, 60(12):2785-2803. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20190502
    [摘要](75) [HTML](197) [PDF 819.45 K](206)
    摘要:
    含氧杂环化合物(Oxygen heterocycles)是污染环境中常见的一类难降解有机污染物,具有毒性和致癌特性,其所引发的环境问题受到人们广泛关注。本文综述了典型含氧单杂环化合物四氢呋喃、1,4-二氧六环以及含氧稠杂环化合物二苯并呋喃、二苯并对二噁英的生物降解研究进展,主要包括降解菌降解性能、降解途径和降解相关基因。此外,本文还对二噁英类衍生物的研究现状进行了讨论,并展望了含氧杂环及二噁英类衍生物生物降解的未来研究方向。
    17  多环芳烃污染土壤微生物修复研究进展
    曾军,吴宇澄,林先贵
    2020, 60(12):2804-2815. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20190511
    [摘要](152) [HTML](322) [PDF 832.42 K](372)
    摘要:
    多环芳烃是我国土壤环境质量标准中要求严格管控的一类持久性有机污染物,利用微生物技术修复有机污染土壤具有绿色、经济等突出特点,应用前景广泛。目前多学科的协同发展和新技术的研究应用,为多环芳烃土壤微生物转化机制与污染生态过程等方面带来了新的认识,同时对修复技术的实际应用与调控提供了新的思考方向。本文以多环芳烃污染土壤微生物修复为主体,从污染土壤微生物修复应用技术、多环芳烃微生物降解特征、土壤体系污染物归趋规律与微生物作用及土壤污染微生物群落响应与研究技术等方面进行综合评述,并针对现存应用技术瓶颈和理论空白作进一步思考和展望。
    18  微生物降解硝基芳烃及其卤代衍生物的研究进展
    闵军,陈卫卫,李俊德,胡晓珂
    2020, 60(12):2816-2835. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20190537
    [摘要](126) [HTML](306) [PDF 1.72 M](269)
    摘要:
    硝基芳烃化合物作为一种重要的化工原料,广泛应用于医药、染料、农药等化工产品的合成。在给人类社会带来空前的物质繁荣的同时,其造成的环境污染问题也成为人类社会面临的重要挑战之一。微生物在这些环境污染物的降解中起着重要的作用。近几十年,环境微生物工作者对微生物降解硝基芳香污染物的各个步骤,包括趋化感应、分解代谢及生物修复进行了大量的研究工作,获得了丰富的知识。本文综述了硝基芳烃及其卤代衍生物的微生物代谢途径、代谢机理、趋化及修复研究进展,并对本领域的研究进行了展望,有助于全面认知硝基芳烃污染物的微生物降解过程,为污染环境修复提供理论基础。
    19  土壤中聚乙烯降解菌的筛选、鉴定及降解特性
    刘宇飞,徐耀波,袁泽,翟俊尧,李瑞,霍一丹,张小萍,魏静
    2020, 60(12):2836-2843. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20200006
    [摘要](229) [HTML](435) [PDF 7.68 M](434)
    摘要:
    [目的] 农用地膜主要成分为聚乙烯(polyethylene,PE),因其难以被降解,其废弃物常造成“白色污染”,本研究从常年覆盖农用地膜的土壤中筛选PE降解菌,并探究其对PE制品的降解效能。[方法] 采集的土壤样品用PE为唯一碳源的无机盐培养基进行富集,筛选、纯化PE降解菌,分离菌通过形态染色、生理生化特征、16S rRNA基因序列分析进行鉴定,检测其在不同PE浓度(0%、0.05%、0.10%、0.25%、0.50%、1.00%、2.00%、3.00%)的无机盐培养基中的生长曲线,最后通过扫描电镜、光镜观察,检测分离菌对农用地膜的降解效能。[结果] 从土壤中筛选获得一株能够降解PE的分离菌株(命名为SW1),初步鉴定其为放线菌的诺卡氏菌属Nocardia sp.。SW1的生长对PE具有明显浓度依赖,在含2% PE的无机盐培养基中生长最快,在培养的第48 h菌液浓度开始明显增加,第60 h达到最大,而在不含PE的无机盐培养基中未见生长。形态生理学观察表明,35℃培养15 d后,扫描电镜观察可见有大量菌嵌入膜内或附于膜表面生长,膜表面粗糙,并开始出现破损;培养60 d后,光镜观察可见膜大面积破损,并出现空洞。[结论] 从土壤中筛选获得了一株能够有效降解PE制品的放线菌菌株Nocardia sp. SW1。该研究丰富了PE制品降解微生物的菌种资源,为PE塑料废弃物的生物降解提供了科学数据与参考。
    20  多环芳烃厌氧生物降解研究进展
    孙娇,张作涛,郭海礁,王慧
    2020, 60(12):2844-2861. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20200276
    [摘要](171) [HTML](397) [PDF 4.44 M](442)
    摘要:
    多环芳烃(PAHs)是环境中广泛分布的一类持久性有机污染物,对生态环境和公众健康具有极大危害。微生物降解是环境中去除多环芳烃污染的有效途径,近年来PAHs厌氧生物降解研究逐渐取代好氧降解成为人们关注的重点。本文从PAHs厌氧生物降解的研究背景出发,从不同厌氧还原反应体系、厌氧降解微生物、PAHs厌氧生物转化途径等方面阐述了PAHs厌氧生物降解的研究概况,归纳了对PAHs厌氧生物降解有积极作用的影响因素,提出了PAHs厌氧降解研究目前存在的问题,并对该领域未来研究方向作了简述和展望。希望为多环芳烃厌氧生物降解与环境修复研究与实践提供参考。
    21  科学基金资助RNA病毒相关项目统计分析
    杜全生,祖岩,洪伟,魏伟
    2020, 60(12):2862-2871. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20201000
    [摘要](60) [HTML](180) [PDF 565.93 K](190)
    摘要:
    国家自然科学基金资助RNA病毒相关基础研究,主要包括病毒溯源、结构与功能、遗传与演化、以及与宿主相互作用等方面,以揭示病毒产生、传播与致病的物质基础与作用机制,为相关疾病的诊断、预防和治疗提供理论基础。本文主要从项目类型、资助经费、人才培养、资助成果等方面,统计了国家自然科学基金RNA病毒相关获资助项目情况,分析本领域项目资助存在的问题,尝试提出未来发展建议。
    22  《2020研究前沿》发布,微生物和免疫学成为热点中的热点
    喻亚静
    2020, 60(12):2872-2875. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20201001
    [摘要](182) [HTML](662) [PDF 294.50 K](262)
    摘要:
    本文基于《2020研究前沿》报告分析了11个高度聚合的大学科领域中,微生物和免疫学相关的热点情况,简要分析了微生物和免疫学在历史发展过程中是如何相互促进,协同进步,共同支撑起生命科学研究最前沿的学科和生物技术领域最先进的技术。
    23  中国当代杰出的病毒学家——田波
    青宁生
    2020, 60(12):2876-2877.
    [摘要](95) [HTML](123) [PDF 523.91 K](198)
    摘要:
    24  《微生物学报》2020年全年总目录
    2020, 60(12):I-XXI.
    [摘要](246) [HTML](0) [PDF 620.05 K](266)
    摘要:

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