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微生物胞外呼吸电子传递机制研究进展 被引量：32
1
作者 马晨 周顺桂 +1 位作者 庄莉 武春媛 《生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2011年第7期2008-2018,共11页
胞外呼吸是近年来发现的新型微生物厌氧能量代谢方式,主要包括铁呼吸、腐殖质呼吸与产电呼吸3种形式。微生物胞外呼吸与传统的有氧呼吸、胞内厌氧呼吸存在显著差异。其电子受体多以固态形式存在于胞外;氧化产生的电子必须通过电子传递... 胞外呼吸是近年来发现的新型微生物厌氧能量代谢方式,主要包括铁呼吸、腐殖质呼吸与产电呼吸3种形式。微生物胞外呼吸与传统的有氧呼吸、胞内厌氧呼吸存在显著差异。其电子受体多以固态形式存在于胞外;氧化产生的电子必须通过电子传递链从胞内转移到细胞周质和外膜,并通过外膜上的细胞色素c、纳米导线或自身产生的电子穿梭体等方式,最终将电子传递至胞外的末端受体。胞外呼吸的本质问题是微生物与胞外电子受体(铁/锰氧化物、固态电极或腐殖质等)的相互作用,即微生物如何将胞内电子传递至胞外受体。胞外呼吸的研究丰富了人们对微生物呼吸多样性的认识,同时在污染物原位修复及清洁生物能源提取方面具有重要应用前景,是当前研究的热点问题。总结了胞外呼吸类型和胞外呼吸菌的多样性,重点阐述了胞外呼吸的电子传递过程,并提出了其应用前景及今后的研究方向。 展开更多
关键词 胞外呼吸 电子传递链 细胞色素C 细胞外膜
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铁氨氧化:新型的厌氧氨氧化过程及其生态意义 被引量：9
2
作者 钟小娟 王亚军 +2 位作者 唐家桓 张峦 周顺桂 《福建农林大学学报（自然科学版）》 CSCD 北大核心 2018年第1期1-7,共7页
近年研究发现,以胞外电子受体(铁锰氧化物)代替亚硝酸盐,在以铵离子为唯一电子供体的条件下驯化,可以氧化铵离子同步实现金属离子的还原,这种兼具"厌氧氨氧化"和"铁还原"特点的生物化学过程,称为铁氨氧化.在本质上... 近年研究发现,以胞外电子受体(铁锰氧化物)代替亚硝酸盐,在以铵离子为唯一电子供体的条件下驯化,可以氧化铵离子同步实现金属离子的还原,这种兼具"厌氧氨氧化"和"铁还原"特点的生物化学过程,称为铁氨氧化.在本质上,铁氨氧化是微生物催化氨氧化耦合铁还原的生物反应过程.在微生物生态学领域,铁氨氧化过程作为一种新型的观点,是地球生态系统氮素循环的重要途径,这种观点对于理解地球化学元素诸如驱动地球上微小动植物生长的氮和铁的循环有重要作用,然而目前还很少关于铁氨氧化过程的理论研究,本文总结了铁氨氧化的发现历程,阐述了铁氨氧化过程的电子传递机制及其影响因素,从氮循环、铁循环和胞外电子呼吸等方面详细论述了铁氨氧化过程在生态学方面的意义,并指出了铁氨氧化的研究方向以及重点. 展开更多
关键词 铁氨氧化 氮循环 铁循环 胞外呼吸
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成团泛菌MFC-3的分离鉴定及其腐殖质/Fe(Ⅲ)呼吸特性研究 被引量：6
3
作者 武春媛 李芳柏 +2 位作者 周顺桂 庄莉 王跃强 《环境科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第1期237-242,共6页
从地下古森林沉积物样品中富集分离到1株腐殖质/Fe(Ⅲ)还原菌MFC-3菌株,经16S rDNA基因序列分析,该菌与成团泛菌Pantoea agglomerans WAB1951的相似性为99%,确定为成团泛菌.通过序批式厌氧实验考察了MFC-3的腐殖质呼吸活性、电子利用情... 从地下古森林沉积物样品中富集分离到1株腐殖质/Fe(Ⅲ)还原菌MFC-3菌株,经16S rDNA基因序列分析,该菌与成团泛菌Pantoea agglomerans WAB1951的相似性为99%,确定为成团泛菌.通过序批式厌氧实验考察了MFC-3的腐殖质呼吸活性、电子利用情况以及对4种铁氧化物的还原活性.结果表明,MFC-3能够以AQDS为唯一电子受体进行厌氧胞外呼吸,可利用的电子供体有:甲酸、乳酸、丙三醇、柠檬酸、葡萄糖和蔗糖,且AQDS还原速率顺序为:蔗糖>葡萄糖>柠檬酸>乳酸>丙三醇>甲酸;以葡萄糖作为电子供体时,48 h内0.3 mmol.L-1的AQDS被还原,同时4.5 mmol.L-1葡萄糖被消耗,菌数增殖近7倍,证明MFC-3能够进行腐殖质呼吸;MFC-3还能以多种Fe(Ⅲ)氧化物为电子受体进行厌氧呼吸,25 d内分别有2.5 mmol.L-1水铁矿、2.1 mmol.L-1纤铁矿、2.3 mmol.L-1针铁矿及0.8 mmol.L-1赤铁矿被还原溶解.本研究为胞外呼吸研究与应用提供1株适宜的模式菌株. 展开更多
关键词 成团泛菌 腐殖质 铁氧化物 腐殖质/Fe(Ⅲ)呼吸 胞外呼吸
原文传递
微生物纳米导线的结构与功能:争议及进展
4
作者 叶银 周顺桂 刘星 《土壤学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期297-307,共11页
土壤胞外呼吸是驱动元素生物地球化学循环的引擎,而微生物纳米导线是实现土壤胞外呼吸的重要途径。微生物纳米导线是一类生长于微生物表面,可长达数十微米的具有导电性的纤维状结构。它直接作用于微生物与土壤矿物、产甲烷与甲烷氧化微... 土壤胞外呼吸是驱动元素生物地球化学循环的引擎,而微生物纳米导线是实现土壤胞外呼吸的重要途径。微生物纳米导线是一类生长于微生物表面,可长达数十微米的具有导电性的纤维状结构。它直接作用于微生物与土壤矿物、产甲烷与甲烷氧化微生物间的电子传递,从而影响了土壤矿物的迁移转化及温室气体减排。Geobacter sulfurreducens是研究微生物纳米导线的模式微生物。长久以来,基于分子生物学实验证据表明,G.sulfurreducens纳米导线是PilA-N菌毛。而最近基于冷冻电镜技术的纳米导线结构分析发现,G.sulfurreducens实际上表达着各种形式的细胞色素c纳米导线。自此,关于“纳米导线本质”的问题成为学术界争论的焦点。以G.sulfurreducens纳米导线理论发展为主线,综述了不同时期对纳米导线结构与功能的认识,并系统分析了作为“纳米导线本质”争议的证据基础,将推动该争议的早日解决,并助力土壤胞外呼吸理论的成熟及微生物纳米导线的应用研究。 展开更多
关键词 胞外电子传递 胞外呼吸 微生物纳米导线 GEOBACTER
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微生物纳米导线的导电机制及功能 被引量：6
5
作者 刘星 周顺桂 《微生物学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第9期2039-2061,共23页
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... 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 sulfurreducens和Shewanella 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。 展开更多
关键词 电活性微生物 微生物纳米导线 胞外电子传递 胞外呼吸 电微生物学
原文传递
群感效应对电活性微生物胞外电子传递的影响 被引量：4
6
作者 杨钰婷 陈瑾 +1 位作者 陈姗姗 周顺桂 《微生物学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第11期2399-2411,共13页
群感效应(quorum sensing,QS)是微生物之间以信号分子受体蛋白感知信号浓度变化,从而调控菌群的行为及功能,使其适应环境变化的信号通讯机制。电活性微生物(electroactive microorganisms,EAMs)能进行胞外电子传递,在可再生能源利用和... 群感效应(quorum sensing,QS)是微生物之间以信号分子受体蛋白感知信号浓度变化,从而调控菌群的行为及功能,使其适应环境变化的信号通讯机制。电活性微生物(electroactive microorganisms,EAMs)能进行胞外电子传递,在可再生能源利用和环境修复方面具有广阔的应用前景。近年来,关于QS在EAMs胞外电子传递中的作用的研究日益增多。本文总结了QS对纯EAMs或混合产电菌群的直接或间接电子传递的影响效应及机制,阐述了基于QS的EAMs逻辑与门的构建及其应用前景,并从机制研究的角度展望其未来发展方向。 展开更多
关键词 群感效应 信号分子 电活性微生物 胞外呼吸 逻辑与门
原文传递
典型胞外呼吸细菌的胞内电子转移机制研究进展 被引量：4
7
作者 赵昕宇 何小松 +4 位作者 檀文炳 高如泰 席北斗 李丹 张慧 《生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2017年第8期2540-2550,共11页
胞外呼吸在污染物的降解转化和微生物产电过程中具有重要作用。微生物进行胞外呼吸时,其电子受体多以固态形式存在于胞外,氧化产生的电子必须通过电子传递链从胞内经细胞周质转移到外膜。S.oneidensis MR-1与G.Sulfurreducens作为微生... 胞外呼吸在污染物的降解转化和微生物产电过程中具有重要作用。微生物进行胞外呼吸时,其电子受体多以固态形式存在于胞外,氧化产生的电子必须通过电子传递链从胞内经细胞周质转移到外膜。S.oneidensis MR-1与G.Sulfurreducens作为微生物燃料电池中最常用的模式菌株,是现阶段研究最深入和系统的胞外呼吸细菌,其胞内电子传递过程目前研究最为清楚。这两种胞外呼吸细菌的电子传递需多种细胞色素c的参与,S.oneidensis MR-1位于内膜及周质上的细胞色素c-Cym A和MtrA可将电子由内膜上的醌池通过周质到外膜蛋白MtrC和OmcA,MtrC和OmcA接收电子后可直接还原胞外受体,Type Ⅱ secretion system对外膜蛋白中的MtrC和OmcA起到了转运及定位的作用。而在G.sulfurreducens中,电子由MacA传递到PpcA,最终由外膜蛋白OmcB、OmcE、OmcS及OmcZ接受电子,并在Type Ⅳ pili的共同作用下将电子传递到胞外电子受体。本文最后指出目前对Shewanella与Geobacter胞内电子转移研究尚不清楚的地方提出展望。 展开更多
关键词 胞外呼吸 胞内电子转移 Shewanella:Geobacter
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穿梭体影响微生物群落胞外电子传递过程的研究 被引量：3
8
作者 陈丹丹 罗小波 李芳柏 《生态环境学报》 CSCD 北大核心 2017年第8期1419-1425,共7页
微生物是土壤、湖泊、沉积物中重要的活性物种。胞外呼吸是微生物主要的能量代谢方式,是微生物与胞外受体间进行电子传递的主要路径。胞外电子传递过程是胞外呼吸作用的重要组成部分,影响着环境中的物质转变和能量交换。研究发现胞外电... 微生物是土壤、湖泊、沉积物中重要的活性物种。胞外呼吸是微生物主要的能量代谢方式,是微生物与胞外受体间进行电子传递的主要路径。胞外电子传递过程是胞外呼吸作用的重要组成部分,影响着环境中的物质转变和能量交换。研究发现胞外电子传递方式主要包括直接电子传递和间接电子传递两大类。其中,直接电子传递方式主要分为直接接触、纳米导线和纳米导线网络;间接电子传递以穿梭体介导的电子传递为主。腐殖质是自然界中重要的氧化还原活性物种,能作为穿梭体参与间接电子传递过程。已有的研究表明穿梭体能影响单菌体系微生物胞外电子传递过程,但其影响微生物群落胞外电子传递过程的研究更具实际意义。本实验以浅海沉积物为研究对象,构建微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell,MFC),结合电化学方法研究在核黄素、AQDS、2-HNQ 3种穿梭体介导下,微生物群落燃料电池的输出电压、极化曲线、功率密度等电化学参数的变化情况,以此来表征穿梭体对微生物群落胞外电子传递过程的影响。研究结果表明:(1)浅海沉积物中存在能进行胞外呼吸的微生物且能成功启动微生物燃料电池;(2)穿梭体的表观电极电位越低,其介导的微生物燃料电池的输出电压越高,此研究结果与纯菌体系相同;(3)纯菌体系中穿梭体的表观电极电位是胞外电子传递速率的决定因素,但在群落体系中并不成立。 展开更多
关键词 胞外呼吸 电子穿梭体 微生物燃料电池 表观电极电位 浅海沉积物
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电子穿梭体及其介导的环境与地球化学过程研究进展 被引量：9
9
作者 张玉龙 陈雪丽 吴云当 《生态环境学报》 CSCD 北大核心 2021年第1期213-222,共10页
电子穿梭体是一类可通过自身氧化还原介导电子转移的化学物质的统称。在地球表层系统中,电子穿梭体可加速微生物向细胞外部进行的电子传递,参与矿物的微生物还原,驱动碳、氮、硫元素循环,并偶联有机污染物降解和重金属迁移转化。电子穿... 电子穿梭体是一类可通过自身氧化还原介导电子转移的化学物质的统称。在地球表层系统中,电子穿梭体可加速微生物向细胞外部进行的电子传递,参与矿物的微生物还原,驱动碳、氮、硫元素循环,并偶联有机污染物降解和重金属迁移转化。电子穿梭在自然界中存在广泛,对于元素循环、污染物环境行为以及微生物的生存行为影响深远,具有重要的环境地球化学意义。因此,该文以自然界存在的典型电子穿梭体为阐述对象,综述了以腐殖质、硫单质和生物炭为代表的三类典型穿梭体的反应特性。其中,腐殖质是土壤中天然存在的分布最广的穿梭体,硫单质是碱性环境下最典型的穿梭体,而生物炭则是稻田系统中人为输入的穿梭体。以上述三类穿梭体为核心,该文系统阐述了穿梭过程与碳氮循环、铁循环和污染物迁移转化的相互关系、以及穿梭体对微生物菌群变化产生的影响。在碳氮循环过程中,穿梭体主要参与有机碳的厌氧消耗、二氧化碳向甲烷的转化、氨氧化以及氧化亚氮向氮气的转化过程;在铁循环过程中,穿梭体主要影响氧化铁的还原溶解、含铁矿物的晶型转变以及氧化铁还原耦合的砷、铬污染物转化过程;而穿梭体作为电子受体,还可改变微生物的生长与竞争关系,调控微生物菌群。文章深入分析了穿梭过程在地球表层系统中产生的环境效应与生态效应,并提出了本领域今后需关注的重点,可为穿梭行为的进一步研究提供思考依据。 展开更多
关键词 电子穿梭体 氧化铁 胞外电子传递 胞外呼吸 希瓦氏菌 地杆菌
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