2020年第60卷第9期文章目次

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  • 1  封面
    2020, 60(9):0-0.
    [摘要](135) [HTML](30) [PDF 1.80 M](110)
    摘要:
    2  目录
    2020, 60(9):0-0.
    [摘要](94) [HTML](33) [PDF 2.14 M](121)
    摘要:
    3  水圈微生物:推动地球重要元素循环的隐形巨人
    黄力,董海良,全哲学,蒋宏忱
    2020, 60(9):i-ii.
    [摘要](197) [HTML](265) [PDF 237.40 K](381)
    摘要:
    4  核糖体RNA测序技术在海洋微生物多样性研究中的应用
    刘宇航,陈松泽,张传伦,范陆
    2020, 60(9):1751-1771. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20200195
    [摘要](133) [HTML](200) [PDF 909.98 K](320)
    摘要:
    海洋微生物总数高达1030个,在海洋生态系统中发挥着驱动能量物质循环和维持生态平衡的重要作用。深入研究海洋微生物多样性有助于理解海洋生态系统运行机理、应对全球海洋生态危机,以及开发海洋微生物资源。由于目前可培养分离的海洋微生物种类极少,极大限制了对海洋微生物群落、丰度和生理生态特征的研究。核糖体RNA测序技术以较低的成本,根据遗传信息差异对微生物快速准确地进行分类鉴定,揭示群落结构、评估进化和生态学关系。近年来基于核糖体RNA序列测序分析的海洋微生物学研究随着测序技术本身的快速优化,在发现海洋微生物新类群,揭示海洋微生物生态规律,分析海洋微生物进化关系,以及与海洋微生物相关的代谢产物开发和海洋生态治理等研究中取得显著进展。本综述详细介绍了核糖体RNA序列测序技术的原理,各代测序技术在海洋微生物多样性研究中的应用,以及多种建库和测序技术的有机结合。最后对研究不同海洋微生物多样性问题提供了测序方案的建议和展望,以期为核糖体RNA测序技术在海洋微生物多样性研究中的应用提供参考。
    5  单细胞稳定同位素标记技术在固氮微生物中的应用研究
    辛雨菡,崔丽
    2020, 60(9):1772-1783. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20200200
    [摘要](117) [HTML](189) [PDF 8.93 M](272)
    摘要:
    生物固氮是指固氮微生物将大气中氮气还原为生物可利用氨的过程,是环境中新氮的主要来源,调控初级生产力并影响氮储库的收支平衡。由于环境中大部分固氮微生物不可纯培养,不依赖培养且具有高空间分辨率水平的单细胞技术,成为研究固氮微生物的有力手段。15N2稳定同位素标记技术,以微生物对15N的同化量或速率为依据,是表征微生物固氮活性的最直接手段。本文对15N2稳定同位素标记结合两种单细胞技术,即纳米二次离子质谱(NanoSIMS)和单细胞拉曼光谱,用于固氮微生物研究的最新进展进行了综述,内容包括揭示环境中高活性固氮微生物、空间分布、与其他生物的共生关系、细胞生理状态等,并进一步对近期发展的基于单细胞拉曼光谱的固氮微生物研究进行了展望。
    6  微生物性状揭示物种分布格局、群落构建机制和生态系统功能
    孟凡凡,胡盎,王建军
    2020, 60(9):1784-1800. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20200282
    [摘要](181) [HTML](360) [PDF 683.51 K](541)
    摘要:
    微生物性状是指与其存活、生长和繁殖紧密相关的一系列核心属性,这些属性能够反映微生物对环境变化的响应,进而影响微生物的物种分布格局、群落构建机制以及相应的生态系统功能。越来越多的研究表明,相比于微生物分类学信息,微生物性状可以在种群、群落和生态系统尺度等视角扩展我们对微生物生态过程的理解,并提供生态模式的机理性解释。本文回顾微生物性状研究的发展历程,总结近年来基于微生物性状研究的前沿科学问题,比如微生物性状的分类和测定方法、基于性状的功能多样性定义及应用、性状与物种分布格局和群落构建机制的关系、性状对生物多样性和生态系统功能的影响以及对环境变化的响应等。尽管微生物性状研究已经延伸到生态学领域的各个方面,有力推动着各个前沿科学问题的研究发展,但是仍然面临很多机遇与挑战。因此,本文也从研究方法和研究方向等方面对未来基于微生物性状的研究提出了展望。
    7  绿弯菌的研究现状及展望
    鲜文东,张潇橦,李文均
    2020, 60(9):1801-1820. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20200463
    [摘要](583) [HTML](566) [PDF 2.50 M](734)
    摘要:
    绿弯菌是一个深度分支的门级别细菌类群,广泛分布于生物圈各种生境。现已生效发表的绿弯菌构成9个纲,但仅包含56个种;基于分子生态学的研究结果表明尚有大量绿弯菌类群仍是未培养状态。绿弯菌形态多样,营养方式和代谢途径十分丰富,参与了C、N、S等一系列重要生源元素的生物地球化学循环过程。研究该类群不仅有助于认识环境中微生物的多样性及其代谢特征,从而更好的理解微生物参与的生态学过程,还有助于揭示微生物对环境的适应及其进化。本文主要综述了绿弯菌的发现历史、营养、代谢及其在元素循环中的作用,并总结了其分离培养和潜在应用价值,最后展望了未来的研究方向,旨在为深入探究绿弯菌的进化、培养和驱动地球化学元素循环等研究提供参考。
    8  气候变暖下水圈甲烷排放及其微生物学机制
    聂明
    2020, 60(9):1821-1833. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20200080
    [摘要](70) [HTML](193) [PDF 1.22 M](343)
    摘要:
    大气温室气体浓度升高导致的气候变暖已对人类社会可持续发展带来了严重影响。水圈生态系统既是全球最为重要的碳汇之一,也是全球最为重要的甲烷自然排放源。因此,阐明气候变暖背景下水圈甲烷排放格局及其相关微生物调控机制,是认识未来地球气候系统演变机理、预测未来全球变化潜在情景的关键命题,也将为如何高效发挥水圈碳汇潜力提供基础理论支撑,更好应对全球气候变化问题。本文主要综述了气候变暖背景下主要水圈生态系统中微生物介导的甲烷排放研究的现状与趋势,介绍了水圈甲烷排放格局及其气候变暖背景下的演变趋势,回顾了气候变暖对甲烷代谢相关微生物群落与功能的复杂调控作用。基于目前的研究现状,未来亟需通过微观机制与宏观过程相结合的途径,并基于生态系统复杂性和气候变暖长期性开展相关研究。同时,建议应加强对海洋等相对薄弱区域的研究。
    9  海洋浮游古菌MGII的研究进展
    刘浩东,闫荣曼,张传伦
    2020, 60(9):1834-1851. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20200105
    [摘要](104) [HTML](310) [PDF 1.35 M](589)
    摘要:
    海洋浮游古菌MGII是海洋表层水体中最丰富的古菌类群。自1992年被发现以来,如今依然没有被成功分离纯化。前人基于16S rRNA基因的研究认为MGII可以被分为MGIIa、MGIIb和MGIIc三个亚类。近年来,对大量的宏基因组测序数据的分析表明,MGII在分类学上属于广古菌门热源体纲下的一个目,包含MGIIa和MGIIb两个科。以前通过16S rRNA基因高通量测序结果得出的少量MGIIc,在宏基因组测序的数据中并没有找到,因此最近两年的研究认为MGII主要由MGIIa和MGIIb组成。本文综述了海洋浮游古菌MGII的丰度和多样性分布特征、潜在的生态功能、生态关系以及培养等方面的研究进展,比较了MGIIa和MGIIb的异同点,并对当前的研究热点和趋势进行了讨论和展望。
    10  海洋N2O的排放及其关键微生物过程作用机制研究进展
    洪义国,胡耀豪,刘晓晗,吴佳鹏
    2020, 60(9):1852-1864. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20200111
    [摘要](67) [HTML](124) [PDF 1.60 M](307)
    摘要:
    氧化亚氮(N2O)是一种重要的温室效应气体,同时也是造成平流层臭氧损耗的主要化合物。海洋是大气中N2O的重要排放源,海洋中的N2O产生和释放主要由微生物的代谢过程介导。本文对海洋N2O的释放通量、海水N2O的分布特征、环境影响因素以及海洋N2O产生的微生物调控机制等几个方面的最新研究进展进行综述,并结合低氧与N2O产生的关系以及近岸海域低氧区的扩大等科学问题,对河口近岸生态系统N2O的释放通量以及其关键微生物过程进行展望。
    11  中国东海二甲基巯基丙酸内盐(DMSP)合成与降解菌的水平和垂直分布
    孙浩,谭斯尹,梁金昌,杨桂朋,辛宇,张晓华
    2020, 60(9):1865-1881. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20200150
    [摘要](52) [HTML](160) [PDF 2.33 M](185)
    摘要:
    [目的] 二甲基巯基丙酸内盐(dimethylsulfoniopropionate,DMSP)及其裂解产物二甲基硫(dimethyl sulfide,DMS)在海洋硫循环中发挥重要作用。目前关于DMSP降解细菌的分布已有部分报道,但其合成细菌的研究才刚刚起步。本文拟研究中国东海水体DMSP合成与降解菌及基因的水平和垂直分布(1000 m水深)差异,分析其对环境梯度变化的响应。[方法] 利用流式细胞仪计数海水样品中微微型浮游生物的数量,通过荧光定量PCR和高通量测序手段定量测定DMSP合成基因(dsyBmmtN)及物种、DMSP降解基因(dddPdmdA)及物种的丰度,分析其在东海海域水平及垂直方向上的分布差异。[结果] 在垂直方向上,聚球藻、原绿球藻、微微型真核生物和异养细菌丰度随着水深的增加而先增后减,最大值位于30-50 m附近。表层(4 m左右)水体的DMSP合成及降解基因丰度最高,DMSP合成菌(如AlteromonasPhaeobacterPelagibaca等)丰度也最高;随着水深增加,表层以下水体中DMSP合成及降解基因和物种丰度先增加后降低,峰值均出现在100-150 m;100 m以下,DMSP降解基因丰度迅速下降,而合成基因丰度下降程度较低,而且接近底层(>500 m)时出现随水深逐渐增加的趋势。水平方向二者变化规律不明显。浅层水体(≤100 m)和深层水体(>100 m)细菌群落结构存在显著差异,前者拥有较高比例的黄杆菌纲、放线菌纲和蓝细菌纲细菌,后者α变形菌纲细菌丰度较高。[结论] 100 m及以浅和100 m以深的浮游细菌群落结构存在显著差异。表层水体中DMSP合成和降解细菌的丰度最高,100-150 m水体次之,但100-1022 m介导的DMSP合成和降解细菌丰度的变化趋势有较大差别。
    12  洋底深部裂褶菌在不同环境条件的生长行为
    M. Zain Ul Arifeen,杨心怡,李方方,薛雅蓉,公丕贤,刘常宏
    2020, 60(9):1882-1892. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20200157
    [摘要](60) [HTML](126) [PDF 1.23 M](199)
    摘要:
    [目的] 了解洋底深部真菌适应原位环境的生长特征。[方法] 在模拟洋底原位环境因子(压力除外)的培养条件(温度,pH,盐度,Fe2+,木质素和NH4+)下,比较了4株分离自洋底约2 km深处含煤沉积物的裂褶菌和2株分离自海洋及陆地生境的裂褶菌的生长速率。[结果] 在本实验所设置的温度(20,30,40,45℃)、氧气(有氧和无氧)、pH(6,8,10)、盐度(淡水,原位水,人工海水)、Fe2+(0.27,8.93,89.28μmol/L)、木质素(1,5,10 g/L)和NH4+(0.5,1.0,5.0 g/L)条件下,洋底菌株均比陆地菌株(CFCC7252)和海洋菌株(MCCC 3A00233)生长快,但不同洋底菌株之间也存在生长差异,菌株6R-2-F01和24R-3-F01在厌氧条件下的生长速率显著高于其在有氧条件下的生长速率。[结论] 洋底真菌(如裂褶菌)可能拥有独特的生物学特性,以帮助其适应洋底极端环境,相关研究值得进一步探讨。
    13  “海油雪”的形成机制及其生态效应
    李雅卓,李章,张继彪,付杰
    2020, 60(9):1893-1906. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20200168
    [摘要](56) [HTML](106) [PDF 3.02 M](155)
    摘要:
    2010年深水地平线事故发生后,在被石油污染的墨西哥湾观察到大量的“海油雪”形成,海油雪的相关研究成为人们关注的焦点。海油雪是指石油、浮游植物、细菌黏液等组成的团聚物,能够将石油从海面沉降至海底,对石油的风化过程产生深远影响。因此,研究海油雪的形成机制和生态效应,对于深入认识海油雪在石油-海洋系统中的作用具有重要意义。本文从物理凝聚、微生物和石油分散剂三个方面对海油雪的形成机制展开探讨,分析了海油雪对石油风化、底栖生物毒性和其他污染物迁移转化的影响,并结合现有研究进行了展望。
    14  海洋沉积物中几类常见古菌类群的分布与代谢特征
    张新旭,李猛
    2020, 60(9):1907-1921. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20200174
    [摘要](100) [HTML](366) [PDF 3.70 M](416)
    摘要:
    古菌作为海洋微生物的重要组分广泛分布于各种海洋环境,在碳、氮、硫等元素的生物地球化学循环和地球生命演化过程中扮演着极为重要的角色。目前古菌主要分为4个超级门(广古菌、TACK古菌、阿斯加德古菌和DPANN古菌),近30个门类。本文综述了广泛分布于近岸或深渊等海洋沉积环境中的四类常见的古菌类群[深古菌门(Bathyarchaeota)、乌斯古菌门(Woesearchaeota)、阿斯加德(Asgard)古菌超门和底栖古菌目(Thermoprofundales,Marine Benthic Group D)] 的分布与代谢特征的研究进展,以期为进一步开展这几类古菌方面的研究提供线索和启示。
    15  蓝藻群体颗粒驱动元素地球化学循环研究进展
    邓杰,陈雪初,黄莹莹,张军毅
    2020, 60(9):1922-1940. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20200201
    [摘要](49) [HTML](126) [PDF 541.73 K](173)
    摘要:
    在天然淡水和半咸水水体中,水华蓝藻常以群体颗粒的形态存在。在蓝藻群体颗粒中聚集着大量异养细菌,和蓝藻共同构成了具有独特生态功能的基本单元。与蓝藻单体细胞相比,蓝藻群体颗粒呈现出许多独有的特性,如内部丰富的有机质、急剧的氧化还原梯度、密切的种间互作关系等等。这些特质使得蓝藻群体颗粒在水体中成为元素地球化学循环的反应热点。同时,在蓝藻群体颗粒中也存在着远比单细胞藻类-浮游细菌之间更为密切的种间互作。本综述围绕蓝藻群体颗粒的这些特点,结合当前的研究进展,重点阐述蓝藻群体颗粒中的生物、生理、化学过程,讨论其驱动宏观生态现象的微观机制。未来蓝藻群体颗粒组学研究和多组学微生态数据库的构建或成为探索蓝藻群体颗粒中生命过程及揭示蓝藻水华暴发机制的突破口之一。
    16  氮磷营养盐添加对二甲基巯基丙酸内盐合成与降解细菌及其功能基因的影响
    谭斯尹,孙浩,梁金昌,张晓华
    2020, 60(9):1941-1958. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20200257
    [摘要](41) [HTML](127) [PDF 3.31 M](324)
    摘要:
    [目的] 二甲基巯基丙酸内盐(dimethylsulfoniopropionate,DMSP)是海洋中主要的有机硫化物之一,是海洋细菌硫的主要来源,海洋细菌将其分解成“冷室气体”二甲基硫(dimethylsulfide,DMS),对调节全球气候变化和驱动地球硫循环有重要作用。本研究通过中国东海水体的现场围隔实验模拟海水富营养化对DMSP、DMS产量以及DMSP合成基因(dsyBmmtN)和降解基因(dddPdmdA)及相关功能细菌的影响。[方法] 通过流式细胞仪计数92个围隔海水样品中微微型浮游生物的数量,采用Illumina MiSeq测序技术对海水样品中细菌的16S rRNA基因进行高通量测序,利用荧光定量PCR技术定量测定16S rRNA基因、DMSP合成及降解基因的丰度。[结果] 研究发现,同时添加硝酸盐(6.00 μmol/L)和磷酸盐(0.375 μmol/L)能促进叶绿素a、DMSP、DMS的浓度上升。对于DMSP合成基因,只加磷酸盐能促进dsyBPhaeobacter等相应物种的富集,虽然同时添加硝酸盐和磷酸盐使dsyB富集,但相对只加磷酸盐却不利于dsyB积累;同时添加硝酸盐和磷酸盐也抑制Alteromonas的生长,进而抑制了mmtN的富集。对于DMSP降解基因,同时加入硝酸盐和磷酸盐促进了dddPThalassococcusThalassobiusLoktanellaShimia等物种的富集,却抑制了SAR11、Sulfitobacter等的富集,从而导致dmdA无法被富集。[结论] 氮限制能更好地促进DMSP合成基因的表达,从而迫使细菌增加DMSP的合成以应对氮营养条件不足的生存环境,并进而提高DMSP脱甲基化的比例为细菌提供更多能量;而在硝酸盐和磷酸盐充足情况下,细菌相对减少DMSP的合成且更倾向于裂解DMSP产生DMS来降低硫同化的比例。本研究结果强调了海水富营养化对细菌合成与降解DMSP过程的影响。
    17  木质素在海洋中的生物转化及其对海洋碳循环的影响
    彭倩楠,林璐
    2020, 60(9):1959-1971. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20200274
    [摘要](73) [HTML](228) [PDF 10.30 M](680)
    摘要:
    微型生物参与的海洋碳汇是海洋重要的储碳途径,可调节全球气候变化。木质素是地球上第二大光合而成的碳库,其在海洋中的生物地球化学过程与海洋碳循环密切相关。异养微生物所主导的代谢活动是木质素生物转化的主要途径。近年来,迅速发展的高通量测序技术与传统微生物技术相结合,在探索自然生境中木质素代谢菌群,发现木质素代谢新物种,挖掘相关功能基因等方面已取得一系列成果。然而绝大多数的研究主要集中于陆地生态系统,对于海洋生态系统的研究仍较少。陆源有机碳在海洋中的转化过程仍是一个“谜”,故解析海洋木质素碳转化是海洋碳循环研究的重要任务。本文综述了参与海洋木质素转化的功能微生物、木质素代谢机理以及微生物碳代谢活动与海洋碳汇过程的内在联系,为今后的研究提供参考。
    18  陆地和淡水生态系统新型微生物氮循环研究进展
    祝贵兵
    2020, 60(9):1972-1984. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20200334
    [摘要](91) [HTML](215) [PDF 3.21 M](318)
    摘要:
    氮生物地球化学循环是地球物质循环的重要枢纽,是决定陆地生态系统生产力水平、水资源安全、温室气体生成排放的关键过程。氮循环是由微生物介导的一系列复杂过程,不同形态、价态氮化合物的转化分别由相应的功能微生物驱动完成。随着厌氧氨氧化、完全氨氧化等新型氮转化过程的相继报道和发现更新了人们对氮循环的认识。本文综述了陆地和淡水生态系统中厌氧氨氧化(anammox)、硝酸盐异化还原为铵(DNRA)、完全氨氧化(comammox)等新型氮循环过程的发生机制、热区分布及环境效应,并总结了这三种氮循环的相互关系。
    19  极端酸性矿山环境微生物基于CRISPR系统的适应性免疫机制
    黄珊珊,马丽媛,王红梅,刘学端
    2020, 60(9):1985-1998. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20200048
    [摘要](56) [HTML](145) [PDF 1.91 M](241)
    摘要:
    [目的] 通过对酸性矿山环境中嗜酸硫杆菌属(Acidithiobacillus)、脱硫弧菌属(Desulfovibrio)、钩端螺旋菌属(Leptospirillum)、硫化杆菌属(Sulfobacillus)、酸原体属(Acidiplasma)和铁质菌属(Ferroplasma)的100株冶金微生物基因组中CRISPR-Cas系统的结构特征和同源关系进行生物信息学分析,在基因组水平上解析冶金微生物基于CRISPR系统对极端环境的适应性免疫机制。[方法] 从NCBI网站下载基因组序列,采用CRISPR Finder定位基因组中潜在的CRISPR簇。分析CRISPR系统的组成结构与功能:利用Clustal Omega对重复序列(repeat)分类;将间隔序列(spacer)分别与nr数据库、质粒数据库和病毒数据库比对,获得注释信息;根据Cas蛋白的种类和同源性对酸性矿山环境微生物的CRISPR-Cas系统分型。[结果] 在100株冶金微生物基因组中共鉴定出415个CRISPR簇,在176个cCRISPR簇中共有80种不同的重复序列和4147条间隔序列。对重复序列分类,发现12类重复序列均能形成典型的RNA二级结构,Cluster 10中的重复序列在冶金微生物中最具有代表性。间隔序列注释结果表明,这些微生物曾遭受来自细菌质粒与病毒的攻击,并通过不同的防御机制抵抗外源核酸序列的入侵。冶金微生物细菌的大部分CRISPR-Cas系统属于I-C和I-E亚类型,而古菌的CRISPR-Cas系统多为I-D亚类型,两者基于CRISPR-Cas系统的进化过程中存在显著差异。[结论] 酸性矿山环境微生物的CRISPR结构可能采用不同免疫机制介导外源核酸序列与Cas蛋白的相互作用,为进一步揭示极端环境微生物的适应性进化机理奠定了基础。
    20  海南海口温泉真菌、细菌多样性及其环境影响因素分析
    舒为,田晓玉,赵洪伟
    2020, 60(9):1999-2011. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20200145
    [摘要](82) [HTML](137) [PDF 1.13 M](219)
    摘要:
    [目的] 海南海口含有丰富的温泉资源,对温泉微生物多样性进行研究,有助于进一步开发和利用海南温泉微生物资源。[方法] 本文采用Illumina HiSeq高通量测序技术对海口3个温泉[海甸岛荣域温泉(S1)、火山口开心农场温泉(S2)和西海岸海长流温泉(S3)] 水样中微生物ITS序列和16S rRNA基因V3-V4区进行测序及生物信息学分析,探究海口市3个不同区域的温泉真菌多样性与细菌多样性。[结果] (1)α多样性分析表明,真菌群落中,S3 > S1 > S2,而在细菌群落中,S2 > S1 > S3。β多样性分析表明,3个温泉真菌群落和细菌群落组成差异皆显著。(2)分类分析表明,温泉真菌群落优势菌门为子囊菌门(Ascomycota)和担子菌门(Basidiomycota),细菌群落优势菌门为变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、Thermi、硝化螺旋菌门(Nitrospirae)、绿菌门(Chlorobi)、厚壁菌门(Firmicutes)、绿弯菌门(Chloroflexi)、放线菌门(Actinobacteria)。(3)CCA(Canonical correspondence analysis)分析表明,3个温泉的真菌群落主要影响因子是温度,细菌群落主要影响因子是总磷。[结论] 海南省海口市温泉中含有丰富的微生物资源,其微生物群落组成受多种环境因子影响,且影响真菌和细菌的主要环境因子不同。
    21  冰川生态系统固碳微生物研究进展
    陈玉莹,张志好,刘勇勤
    2020, 60(9):2012-2029. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20200222
    [摘要](57) [HTML](165) [PDF 869.29 K](212)
    摘要:
    冰川占地球陆地表面的11%,储存了约104 Pg有机碳。随着冰川消融有机碳被释放至下游生态系统中,刺激海洋、湖泊和径流的初级生产力进而影响其生态系统。微生物参与的固碳过程决定了冰川有机碳储量及向下游输出碳量。研究冰川固碳微生物群落构成及其生态功能,可为估算冰川碳积累量和保护下游生态系统提供数据基础。本文综述了冰川碳储量和释放量、冰川生态系统主要固碳途径、固碳微生物群落组成、固碳速率以及影响固碳速率的环境因素。最后基于研究现状展望了冰川生态系统固碳微生物的未来研究和发展方向。
    22  细菌与古菌之间的直接电子传递
    钟雯,蒋永光,石良
    2020, 60(9):2030-2038. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20200106
    [摘要](62) [HTML](322) [PDF 2.29 M](373)
    摘要:
    微生物种间直接电子传递是指在厌氧条件下,一种微生物将电子直接传递给另外一种微生物,将两种不同微生物的代谢途径耦合在一起,以达到互养共生的目的。细菌-古菌之间的直接电子传递是其物质转换与能量代谢的新途径和新调控机制,直接参与甲烷的合成以及与硫酸盐还原耦合的厌氧甲烷氧化,在驱动碳和硫的地球化学转化与循环中起着十分重要的作用。目前研究结果认为细菌-古菌之间的直接电子传递主要是由含多个血红素的C型细胞色素介导的,这些细胞色素能形成不间断的胞外电子传递途径,以电子多步跃迁机制在细菌和古菌的细胞质膜之间传递电子。
    23  微生物纳米导线的导电机制及功能
    刘星,周顺桂
    2020, 60(9):2039-2061. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20200177
    [摘要](63) [HTML](290) [PDF 9.46 M](399)
    摘要:
    微生物胞外呼吸是厌氧环境中控制性能量代谢方式,直接驱动着C、N、S、Fe等关键元素的生物地球化学循环。微生物纳米导线(Microbial nanowires)的发现,被认为是微生物胞外呼吸的里程碑事件,推动了电微生物学(Electromicrobiology)的形成与发展。微生物纳米导线是一类由微生物合成的,具有导电性的纤维状表面附属结构。通过细菌纳米导线,微生物胞内代谢产生的电子可以长距离输送到胞外受体或其他微生物,改变了电子传递链仅仅局限于细胞胞内的认识,从而大大拓展了微生物-胞外环境互作的范围。微生物纳米导线的良好导电性,赋予了其作为天然纳米材料的广阔应用前景。目前,微生物纳米导线的导电机制、生态功能及其在生物材料、生物能源、生物修复及人体健康多领域的应用,已经成为新兴电微生物学的前沿与热点。然而,微生物纳米导线的生物学、生态学功能尚不清楚,它的电子传递机制仍存在分歧。本文在系统性总结微生物纳米导线性质、功能的基础上,以Geobacter sulfurreducensShewanella oneidensis纳米导线为模型,详细阐述了纳米导线的组成与结构、表征与测量方法、导电理论(类金属导电学说与电子跃迁学说)及其潜在的应用,最后提出了未来微生物纳米导线研究的重点方向、挑战与机遇。
    24  一株促甲烷氧化假单胞菌Pseudomonas putida P7的分离及电活性特征
    郝钦钦,张月超,李新,刘芳华
    2020, 60(9):2062-2071. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20200192
    [摘要](75) [HTML](143) [PDF 7.06 M](225)
    摘要:
    [目的] 解析一株从黄河三角洲湿地甲烷氧化富集物中分离获得的甲烷氧化菌伴生菌的生理学及电化学特性,并探究该菌株对甲烷氧化过程的影响。[方法] 使用高通量测序技术解析甲烷氧化富集物的菌群结构,采用稀释涂布法、平板划线法分离甲烷氧化菌的伴生菌,通过16S rRNA基因测序技术进行菌株初步鉴定。利用扫描电子显微镜观察菌株形态,并通过气相色谱(gas chromatography,GC)检测伴生菌利用甲烷情况及对甲烷氧化菌氧化甲烷效率的影响。采用双室微生物燃料电池(microbial fuel cells,MFCs)及差分脉冲伏安法(differential pulse voltammetry,DPV)检测菌株的电化学活性。[结果] 黄河三角洲湿地土壤甲烷氧化富集物主要的好氧甲烷氧化菌为甲基杆菌属Methylobacter,同时还发现一些伴生菌。分离得到一株甲醇利用菌P7,其16S rRNA基因序列与恶臭假单胞菌Pseudomonasputida的相似性达99.79%。扫描电镜结果显示该菌株为杆状,长约1.5-2.5μm,宽度约为0.5μm。GC检测结果显示,该菌株不能利用甲烷,但与甲烷氧化菌共培养时,可以促进甲烷氧化(P<0.05)。双室MFCs检测结果显示该菌株具有电活性,最大电流输出密度为28 mA/m2,DPV检测结果显示该菌株主要的氧化峰和还原峰分别位于-0.17 V和-0.25 V。[结论] 本研究从黄河三角洲湿地甲烷氧化富集物中获得一株具有电活性的甲烷氧化菌的伴生菌恶臭假单胞菌Pseudomonas putida P7,该菌株可以促进甲烷氧化。本研究加深了对甲烷氧化过程中伴生菌的生理学特性及功能的认识。
    25  微生物胞外长距离电子传递网络研究进展
    杨永刚,李道波,许玫英
    2020, 60(9):2072-2083. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20200194
    [摘要](65) [HTML](246) [PDF 3.50 M](317)
    摘要:
    微生物的电子传递过程在生命进化和生物地球化学循环中发挥着关键作用。近年来,随着微生物电子传递研究的深入开展,微生物纳米导线、导电生物被膜及种间电子传递等多种新型的微生物胞外电子传递机制不断被发现,微生物电子传递的距离也从纳米级拓展至厘米级。这些微生物的长距离电子传递过程环环相扣、相互协同,从而构成长距离电子传递网络,并在物质循环和能量转化中共同发挥作用。微生物长距离电子传递网络的结构功能及其调控机制已成为多个学科共同关注的焦点。本文以电子传递的距离为主线,对不同尺度的微生物长距离电子传递过程及网络研究的新进展进行综述,包括纳米尺度的电子传递网络(周质空间和外膜表层)、微米至毫米尺度的电子传递网络(纳米导线、细胞间电子和导电生物被膜)、厘米尺度的电子传递网络(电缆细菌)等,并分析了该研究现存的主要问题和下一步的发展方向,以期为进一步推进微生物长距离电子传递网络理论和应用研究提供科学参考。
    26  矿物电子能量协同微生物胞外电子传递与生长代谢
    贾昊凝,李艳,黎晏彰,鲁安怀,丁竑瑞
    2020, 60(9):2084-2105. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20200314
    [摘要](65) [HTML](227) [PDF 14.29 M](503)
    摘要:
    矿物是无机自然界吸收与转化能量的重要载体,其与微生物的胞外电子传递过程体现出矿物电子能量对微生物生长代谢与能量获取方式的影响。根据电子来源与产生途径,以往研究表明矿物中变价元素原子最外层或次外层价电子与半导体矿物导带上的光电子是微生物可以利用的两种不同胞外电子能量形式,其产生及传递方式与微生物胞外电子传递的电子载体密切相关。在协同微生物胞外电子传递过程中,矿物不同电子能量形式之间既有相似性亦存在着差异。反过来,微生物胞内-胞外电子传递途径也影响对矿物电子能量的吸收与获取,进而对微生物生长代谢等生命活动产生影响。本文在阐述矿物不同电子能量形式产生机制及其参与生物化学反应的共性和差异性特征基础上,综述了微生物获取矿物电子能量所需的不同电子载体类型与传递途径,探讨了矿物不同电子能量形式对微生物生长代谢等生命活动的影响,展望了自然条件下微生物利用矿物电子能量调节其生命活动、调控元素与能量循环的新方式。

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