甲烷氧化菌ppt课件

❖甲烷共氧化细菌( autot rophic ammonia-oxidizing bacteria AAOB)
甲烷氧化菌是甲基氧化菌的一个分支, 其独特之 处在于其能利用甲烷作为唯一的碳源和能源。几 乎所有的甲烷氧化菌都是专性甲烷氧化菌。
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❖ 微生物利用甲烷的关键酶是甲烷单加氧酶 ( MethaneMonooxygenase,MMO) 。
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样品前处理
❖16组样品分8次制备样品，放置在25度黑暗 环境中，每隔3天，拿出其中2个微模型， 对其土壤进行拌匀，放液氮中保存，做好 进一步分析的准备。
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T—RFLP:末端限制性片段长度多态性技术
❖是以荧光标记引物PCR为基础,根据末端限 制性片段长度区分出微生物群体组成的一 种微生物群体图谱法。
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❖几乎所有的甲烷氧化菌都能合成pMMO, pMMO 只有在铜离子浓度超0.85~1umol·g- 1细胞( 干重) 时 才表现活性。
❖铜离子的含量对pMMO/ sMMO 的平衡具有重要 意义。
❖无论培养基是否含有铜离子, 增加铜离子浓度可导 致pMMO 活性增加; 增加铜离子浓度还可以导致 合成更多的胞内膜、与pMMO 相关的膜蛋白的出 现、生长量的增加和sMMO 活性的减少。
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实验结论
设计微模型
甲烷菌种 群假说
微模型甲烷 菌种群分析
实验分析
样品前处理 样品操作
引物分析
图形对应分析
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设计微模型
❖模拟自然状态下水稻田里甲烷菌种群的生 活状态，这个实验选用养分充足的湿润土 壤，人工创造氧隔分界
❖设置16组相同的微模型组，分阶段，分析 影响种群结构的环境土壤参数
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甲烷氧化细菌
❖根据形态差异、休眠阶段类型、胞质内膜 精细结构和一些生理特征的不同, 甲烷氧化 菌分为：
❖甲基单胞菌属( Methylomonas ) ❖甲基细菌属( Methylobacter) ❖甲基球菌属( Methylococcus ) ❖甲基孢囊菌属( Methylocyt is) ❖甲基弯曲菌属( Methylosinus ) ❖甲基微菌属( Methy lomicrobium )
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根据形态、GC%、代谢途径、膜结构、主要磷脂酸成分等系 列特征, 可将甲烷氧化菌分为二种: Ⅰ型和Ⅱ型
❖ Ⅰ型甲烷氧化菌包括Methylomonas、Methy lobacter 、Methylococcus、Methy lomicrobium、 Methylocadum、Methy losp haera 等6 属, 它们 利用5-磷酸核酮糖途径( RuMP Pathway) 同化甲 醛, 主要含16-C 脂肪酸, 胞内膜成束分布。
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工业常常被责为使地球变暖的“温室”气体 之源,但是农业也向大气中排放“温室”气体。
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❖中文名称：
▪ 甲烷
❖英文名称：
▪ methane;CH4
❖定义：
甲烷分子的结构图
▪ 一种主要由稻田和湿地释放出来的温室气体。
甲烷在自然界分布很广，是天然气、沼气、油田 气及煤矿坑道气的主要成分。它可用作燃料及制 造氢气、碳黑、一氧化碳、乙炔、氢氰酸及甲醛 等物质的原料。
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❖虽然大气中甲烷的含量仅为二氧化碳的1/ 27, 但每摩尔甲烷引起气候变化的作用是每 摩尔二氧化碳的20~30倍。因此, 减少甲烷 排放要比减少等量的二氧化碳排放, 对减少 温室效应的贡献要大的多。
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❖甲烷是一种重要的温室气体, 近200 年来其 在大气中的含量以每年1%的速度急剧增加, 主要是由于甲烷排放源的增加和甲烷汇的 减少。80% ~ 90% 的甲烷来源于生物活动, 而甲烷的唯一生物汇为土壤里甲烷氧化细 菌的氧化作用, 大约占大气甲烷汇的10%。
❖拥有pMMO 的甲烷氧化菌比含有sMMO 的甲烷氧 化菌具有更高的生长速率和更大的甲烷亲和力, 因 此有人认为某些甲烷氧化菌合成sMMO 只是作为 在许多环境条件下铜离子限制pMMO 的活性而由 细菌产生的一种生存机制。
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❖甲烷氧化途径的第二个酶是甲醇脱氢酶
❖( methanol dehy drog enase, MDH) 。所有
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❖基于sMMO 基因建立的PCR 技术在对铜离 子缺乏环境中的甲烷氧化菌研究中很有用。
❖在低铜离子浓度( 低于1 umol·L- 1) 的条件 下，sMMO 基因表达并产生活性。
❖ 然而更好的功能基因探针应基于pMMO 基 因, 设计出针对pmo基因的PCR 引物, 成功 用于对从许多环境样品中分离的甲烷氧化 菌DNA 的扩增。
❖革兰氏阴性甲基氧化菌都有编码甲醇脱氢
❖酶大亚基的mxaF基因, 其序列高度保守, 因
❖此MDH 可以作为这些生物在环境中存在的 很好指示剂。
❖Ⅰ型和Ⅱ型甲烷氧化菌在环境中的分布并 不相同:Ⅰ型甲烷氧化菌在允许氧化菌快速 生长的环境中占优势, 而Ⅱ型菌在贫营养环 境下能存活得更好，从而有较广泛的分布。
❖末端限制性片段长度多态性技术T—RFLP具 有快速、重复性高、灵敏、高通量等优点。
❖虽然该技术已经应用了十几年,但是DNA 提 取、PCR 扩增、酶切以及数据分析等诸多 过程中的技术细节如果不注意,有可能引起 T—RFLP分析误差。
❖而Methylosinus 和Methylocystis 则属于人们所熟 知的Ⅱ型甲烷氧化菌。
❖Ⅱ型菌同化甲醛的途径是丝氨酸途径( Serine pathway ) , 其占优势脂肪酸为18-C 脂肪酸, 胞内 膜分布于细胞壁的周围。
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甲烷氧化细菌
❖甲烷同化细菌( methane-assimilat ing bacteria MAB)
❖第一步由MMO将甲烷活化生成甲醇, 甲醇进一步 氧化为甲醛, 甲醛再同化为细胞生物量或通过甲酸 氧化为CO2, 然后经过一系列的脱氢反应生成 CO2 重新回到大气的碳库中, 即甲醇→甲醛→甲 酸盐→CO2。
❖甲烷氧化菌中MMO 以两种形式存在, 一种是以可 溶性形式存在于细胞质中, 称为可溶性甲烷单加氧 酶( sMMO) ; 另一种是以颗粒形式存在于细胞膜 上, 称为颗粒性甲烷单加氧酶( pMMO)。