当前的线性经济发展模式依赖化石能源且增加二氧化碳的排放,加剧全球变暖和环境污染.因此,亟需开发碳捕获和利用的技术,建立循环经济.利用产乙酸菌进行碳一气体(一氧化碳和二氧化碳)转化是一项前景广阔的技术,具有较高的碳源灵活性和产物选择性,能够合成多种化学品和燃料.本文聚焦产乙酸菌在碳一气体转化过程中的生理代谢机制、遗传和代谢工程改造、发酵工艺优化以及提升碳原子经济性等方面的研究进展,以期为产乙酸菌气体发酵的工业规模放大及"负碳"生产提供参考.

木质纤维素类生物质是前景广阔的化石原料替代品,其生物炼制可生产生物能源、生物基化学品和生物材料等多种产品,可降低碳排放,有助于实现"双碳"目标,因此受到越来越多的关注.然而,木质纤维素生物炼制需要经过预处理、微生物发酵和产物纯化等多个步骤,其中,预处理过程产生的多种化合物抑制微生物的细胞生长和发酵性能,是制约生物转化效率的瓶颈之一.大肠杆菌是木质纤维素生物炼制常用的宿主,被广泛应用于多种化合物的生产,研究其对木质纤维素水解液中抑制物的耐受性,对于提高木质纤维素生物炼制效率具有重要意义.本文首先介绍了木质纤维素的主要成分和基本结构,对木质纤维素的预处理方法以及预处理后水解液中的主要抑制物种类进行了简单阐述;随后,总结了木质纤维素水解液中几类主要抑制物呋喃类、羧酸类和酚类对大肠杆菌细胞的毒性,以及大肠杆菌对上述抑制物的胁迫响应机制和基于机制的菌株改造靶点;最后,综述了提高大肠杆菌对上述抑制物的胁迫耐受性的菌株改造策略,包括随机突变、实验室适应性进化和组学辅助的理性设计等,为利用代谢工程构建用于木质纤维素生物炼制的高效大肠杆菌菌株提供参考.

由化石燃料燃烧和土地利用变化引起的全球气候变暖是地球上最严重的人为干扰之一,对陆地生态系统结构和功能产生重要的影响.土壤有机碳(SOC)是陆地生态系统最大的碳库,其微小变化都会影响全球碳平衡和气候变化.近 30 年来,国内外学者在不同森林生态系统相继开展了野外模拟增温对SOC分解的影响及其调控机制研究.基于在全球建立的 26 个野外模拟气候变暖实验平台,系统分析增温对森林生态系统SOC分解的影响格局和潜在机制,发现增温通常促进森林SOC的分解,对气候变暖产生正反馈作用.然而,因增温方式和持续时间、土壤微生物群落结构和功能的多样性、SOC结构和组成的复杂性、植物-土壤-微生物之间相互作用以及森林类型等不同而存在差异,导致人们对森林SOC分解响应气候变暖的程度及时空格局变化缺乏统一的认识,且各类生物和非生物因子的相对贡献尚不清楚.基于已有研究,从土壤微生物群落结构和功能、有机碳组分以及植物-土壤-微生物互作 3 个方面构建了气候变暖影响SOC分解的概念框架,并进一步阐述了今后的重点研究方向,以期深入理解森林生态系统碳-气候反馈效应,为制定森林生态系统管理措施和实现"碳中和"提供科学依据.1)加强模拟增温对不同森林生态系统(特别是热带亚热带森林生态系统)SOC分解的长期观测研究,查明SOC分解的时空动态特征;2)加强土壤微生物功能群与SOC分解之间关系的研究,揭示SOC分解对增温响应的微生物学机制;3)形成统一的SOC组分研究方法,揭示不同碳组分对增温的响应特征和机制;4)加强森林生态系统植物-土壤-微生物间相互作用对模拟增温的响应及其对SOC分解调控的研究;5)加强模拟增温与其他全球变化因子(例如降水格局变化、土地利用变化、大气氮沉降)对SOC分解的交互作用,为更好评估未来全球变化背景下森林土壤碳动态及碳汇功能的维持提供理论基础.

煤是重要的化石燃料,但其不合理利用造成了资源浪费和环境污染等问题,煤微生物降解是煤在微生物的作用下将煤这种具有复杂结构的大分子降解成可利用小分子的过程.根据作用微生物的不同主要将其分为真菌和细菌两种降解方式.本研究从碱性物质、螯合剂、酶促以及降解基因等方面,综述了真菌类和细菌类微生物在煤降解方面的研究进展,比较了煤微生物降解相对于化学降解和热降解的优越性,并总结了煤微生物降解研究过程中存在的几点问题及研究思路.煤的微生物降解将在减少环境污染、缓解能源危机等方面发挥巨大作用.

菲(Phenanthrene)是存在于煤焦油中,含三个苯环的稠环芳烃.除了具有"三致"作用外,菲稳定的化学结构和高辛醇-水分配系数等特性,使其具备较强的抗降解能力,易在环境中富集,破坏土壤微生态结构,降低农作物品质,威胁人类健康.而且随着化石燃料的长期大量使用,受菲污染的土地面积也急速增加,给人类的健康及生产活动带来极大的威胁.因此,有效清除土壤中菲及其他多环芳烃污染物,净化环境,具有重要的现实意义.微生物降解作为治理菲污染的方法之一,具有高效、低成本、环境友好的特点,受到研究者的高度重视.本文从菲降解菌的种类、降解机理、分子机制、影响修复等因素及微生物与植物联合修复五个方面进行综述,为进一步利用环境微生物,开发高效菲降解菌,治理菲污染提供参考.

短链支链脂肪酸和短链支链醇均为重要的平台化学品,是合成多种高附加值产品的前体物质,市场需求巨大.目前两者的生产主要是利用基于石化原料的化学合成法.化学合成法存在着严重依赖化石燃料、反应效率低以及极易造成环境污染等缺点.微生物代谢工程的快速发展为这些平台化学品的生产提供了一条极具潜力的生物合成路线.利用微生物代谢工程技术构建生产这些平台化学品的微生物细胞工厂具有绿色清洁、可持续发展和经济效益好等独特优势.本文系统综述了近年来微生物代谢工程技术在短链支链脂肪酸和短链支链醇合成方面的研究进展,包括所涉及的宿主菌株、关键酶、代谢途径及其改造等,并探讨了未来的发展前景.

随着微生物沉积学的诞生与发展,地质记录中微生物席活动相关沉积构造已被广泛识别和报道.但是微生物成因沉积构造的判别仍建立在与现代微生物席宏观形态特征的对比与猜测基础之上.微生物成因沉积构造微观特征和直接成因证据的缺乏,使微生物沉积学的进一步发展遇到了严重障碍.豫西地区早三叠世陆相碎屑岩地层中发育丰富的微生物成因沉积构造类型,为微生物成因沉积构造的微观特征研究提供了良好材料.研究显示,微生物成因沉积构造具有特征明显的微观特征.除之前报道的悬浮颗粒、微生物纹层等特征外,本次研究还在光学薄片中发现了圈层结构的微生物扰动颗粒,在扫描电镜下发现了类型多样的微体生物化石.对微生物成因沉积构造微观特征的观察,丰富了微生物成因沉积构造的判别依据,为微生物沉积学发展与应用提供了新的材料和新的视角.

长链多聚磷酸盐是经多个高能磷酸键连接的线性无机磷酸盐,其磷酸基团从几十到上千不等.长链多聚磷酸盐普遍存在于包括人体在内的动植物及微生物中,但由于长期缺少转化医学切入点,很长时间被认为是"分子化石",无重要的生理功能.直到近期发现其可能通过激活凝血因子Ⅻ以及缓激肽系统等引起炎症和凝血异常.但目前对长链多聚磷酸盐的认识尚少,为了提高对长链多聚磷酸盐的了解和关注,本文从长链多聚磷酸盐的合成、降解、检测及临床意义等方面对其进行讨论,希望能起到抛砖引玉的作用.

我国华南二叠纪-三叠纪之交的地层中,微生物岩发育,其中所发现的蓝细菌以结构、构造比较简单的微球状蓝细菌为主.四川广安谢家槽剖面下三叠统夜郎组底部产有一套厚约20 m的凝块岩,通过对凝块岩薄片的显微镜照片观察,发现其中产有丰富的、保存精美的疑似的蓝细菌化石,它们清楚地展现了比此前所报道的蓝细菌更为复杂的内部结构、构造.根据其特点,可以分辨出四种主要类型:疑似的花冠状蓝细菌,疑似的蛛网状蓝细菌,疑似的嫩芽状蓝细菌和疑似的似管状蓝细菌,文中对它们进行了详细描述.另外,在研究的凝块岩薄片中,还发现了有些黑色的条带,这些条带并没有覆盖整个凝块岩,只是覆盖一部分,其中蓝细菌的结构、构造与条带外的微生物岩中的蓝细菌有着很大区别,条带中的黑色物质远比条带外的多,围绕这些黑色物质的丝状体呈网孔状,而条带外的丝状体则呈长条形或椭球状.这些黑色的条带很可能是原始的蓝细菌生物膜,文中称之为疑似的蓝细菌生物膜,这也是早三叠世蓝细菌生物膜的首次报道.对蓝细菌生物膜的进一步研究,可以帮助我们了解蓝细菌的生长过程以及生物膜在微生物岩形成中的作用.

豫西寒武系苗岭统张夏组薄层微晶灰岩中发育了大量的Thalassinoides bacae遗迹化石,利用微区X射线荧光光谱仪和扫描电镜观察,并结合能谱分析,对Thalassinoides bacae遗迹化石的元素分布及微观特征进行分析.结果 表明:衬壁与围岩的元素特征相似,晕圈的Fe、Mg富集;在填充物与衬壁的边界处Fe的含量高,且有大量的莓状黄铁矿(微晶呈八面体、五角十二面体、立方体、球体和不规则形)、黄铁矿的自形单晶及其铁的氧化物.认为晕圈构造是受到铁白云石流体的影响而形成的成岩晕;莓状黄铁矿的特征表明其为生物成因,为Thalassinoides bacae的耕作行为习性提供了重要依据,表明造迹生物在潜穴衬壁的边缘培植微生物以提供食物来应对食物贫乏,这是早期生物行为习性进化及后生动物向不同环境辐射的重要标志.