台灣大學曾書萍

Flow Cytometry as a Tool for Analyzing Photoacclimation of Cyanobacteria in Co-culture

摘要：

Most cyanobacteria utilize chlorophyll a to absorb visible light (VL, wavelength = 400-700 nm) for photosynthesis, some species possess the far-red light photoacclimation gene cluster (FaRLiP), enabling them to produce chlorophyll d and chlorophyll f to absorb far-red light (FRL, wavelength = 700-800 nm), allowing photosynthesis in FRL-enriched environments [1]. Cyanobacteria are widely distributed across diverse environments, ranging from freshwater to saline habitats. Research on their interspecies interactions remains limited, particularly compared to other microbial communities. Our previous study has observed that cyanobacteria using only VL can influence FaRLiP ones in liquid co-culture and microbial mats, suggesting complex interactions shaped by light spectra. However, these findings are limited to freshwater cyanobacterial species [2,3]. Here, we aim to investigate the interspecies interactions among three marine cyanobacterial strains under VL and FRL conditions, including Synechococcus sp. PCC 7002 (Syn7002, a VL-dependent model strain), Synechococcus sp. PCC 7335 (Syn7335, a FaRLiP strain), and Acaryochloris marina MBIC 11017 (a chlorophyll d-dominant strain). The first step is to find a method to differentiate these three strains in their co-culture. Therefore, we performed fluorescence spectra and flow cytometry analysis for these three strains acclimated to VL and FRL. In future work, we plan to analyze the transcriptomes of the three cyanobacteria under mono-culture and co-culture to see the interactions on the gene levels, and propose to extend this analysis to natural wetland soil samples from Taiwan, assessing the impact of these three cyanobacterial inoculations on local microbial community dynamics and carbon fixation efficiency.

藻菌共培養誘導碳酸鈣沉澱技術用於水中二氧化碳去除

摘要：

自然中生物與鈣交互反應的例子相當多，例如藻礁的形成是來自珊瑚藻體內的鈣質沉積物，在藻體死亡後與生物細胞膠結而成。微生物誘導碳酸鹽沉澱（microbially induced calcium carbonate precipitation，MICP）也是微生物與鈣離子進行的交互反應，機制是在代謝過程中造成環境中pH值的提高，例如脲酶菌透過分解尿素產生的氨，以及藻類進行光合作用過程中吸收二氧化碳，同時產生碳酸氫根離子和碳酸根離子，上述例子都可以使環境pH值提高，進而產生碳酸鈣沉澱。由於胞外聚合物與碳酸鈣結合的特性與水泥相似，MICP也會運用在工程界。生物水泥就是將MICP的產物，與水泥及細骨料混合後形成漿料。這種方式不只可以增強砂漿的自癒合能力，還可以增加建材的強度及使用年限。本研究主要是探討使用Chlorella sorokiniana SU-1和Sporosarcina pasteurii ATCC 11859共培養誘導碳酸鹽沉澱，同時達到吸收CO2的進行減碳的功效。在培養微藻方面，於培養基中加入50 mM 的碳酸鹽（Na2CO3與NaHCO3各添加25 mM），使起始的pH值達9.9，依然可以使C. sorokiniana正常生長，於培養7天後細胞密度可達1.17×108 cell mL1。在培養尿素分解菌方面，探討出起始植種濃度OD600=0.037 時可以使S. pasteurii ATCC 11859順利生長，且降解尿素的一階反應速率達28.2 h1，若再額外添加1 g L1的葡萄糖可以細胞生長至OD600=1.11。在電弧爐煉鋼過程中會產生還原碴。台灣每年產生20-24萬噸且逐年增多。還原碴中的氧化鈣溶於水後變成氫氧化鈣，既提供鈣離子，又讓pH值提高適合藻菌共培養研究。未來預計利用藻菌共培養誘導碳酸鈣沉澱的方式來處理還原碴，達到資源再利用的同時也提高還原碴的經濟價值，並且減少環境中的二氧化碳濃度。

東海大學林煒翔

臺灣文蛤 (Meretrix taiwanica) 不同組織的菌群分析與文蛤新病原菌的測試

摘要：

臺灣文蛤 (Meretrix taiwanica) 是臺灣廣泛養殖與食用的重要貝類。根據漁業署資料，2023年文蛤的年產值高達46億元。然而，近年來受到氣候變遷的影響，海水溫度與鹽度上升，間接導致文蛤的大量死亡事件頻繁發生，對產業造成嚴重的經濟損失。近年來的文獻指出，菌群與宿主健康之間的密切關係逐漸受到重視。因此，本研究運用 Oxford Nanopore Technologies進行基因定序，分析文蛤不同組織的菌群組成，並尋找潛在的病原菌。首先我們解剖了四個文蛤的組織，包括腮、外套膜、腸道及晶桿體，並分析其菌群組成。結果顯示，四個組織的 alpha diversity差異不大，但在 beta diversity分析中，晶桿體與其他組織之間的差異非常顯著。從菌的相對豐度來看，腮、外套膜及腸道中最主要的菌屬為 Synechococcus，而晶桿體中則以 Mycoplasma 為主。同時，Vibrio 屬僅出現在腮與外套膜中，晶桿體與腸道中並未檢測到。進一步分析韋恩圖（Venn diagram）結果，四個組織中共有的物種僅有16種，而晶桿體獨有的物種多達61種，顯示晶桿體的菌群組成特別且具有高度獨特性。接著我們從大量死亡的文蛤樣本缸中抽取海水，利用 TCBS 培養基分離出三種不同菌株。經測試發現，其中一種 菌株能在36小時內造成100%的文蛤死亡率。進一步測試其濃度影響，結果顯示在濃度 10^7 的條件下，該菌可在7天內達成100%的文蛤死亡率。此外，我們測試其他菌株是否也能達到相同的致死率，結果顯示僅有我們分離的菌株具備如此高的致病能力。我們對該菌進行全基因組定序，並將其命名為 Vibrio coralliilyticus strain CB1。

共培養Chlorella sorokiniana SU-1與Shewanella decolorationis NTOU1在碳氈電極上於基質缺失及負電位條件下產生不可逆還原物質之初探

摘要：

在先前實驗中，我們選用Chlorella sorokiniana SU-1與Shewanella decolorationis NTOU1 共生培養在碳氈陽極上。在施加+0.4 V（vs Ag/AgCl）探討陽極產電機制時，我們發現在無添加基質的條件下植入藻菌經過一天後，根據循環伏安法（cyclic voltammetry，CV）測量的結果在0.2 V（vs. Ag/AgCl）時出現了還原電流波峰；而在共生（在第0及20小時 分別植入菌與藻）且添加醋酸的條件下，於第二天醋酸耗盡後在–0.2 V時出現14.7 mA的還原訊號，在第三及五天時所測得電流值分別為10.7及7.2 mA。為了瞭解此反應，我們分別關閉光源及停止曝氣一段時間後再次掃描，結果發現此還原訊號會減弱但不會消失。在連續掃描的情況下發現此還原訊號平移至–0.3 V出現，並且在重新添加葡萄糖後此還原訊號消失。藉由以上結果，可以推測造成此訊號的物質會產生不可逆的還原反應、並非是氧氣或光敏物質、且此物質可能會與葡萄糖發生反應或因為微生物得到額外電子提供者以強化陽極反應而消失。同時我們也進行了微藻與菌種共培養於陰極的實驗，以探討生物陰極機制。在第0小時同時植入藻菌 ，第5小時陰極電流從0.41 mA增加  至0.89 mA，並於12、15與18小時依序添加2、1與0.5 mM的醋酸。實驗結果發現，添加2與1 mM醋酸時，電流從0.76減少至0.29 mA；添加0.5 mM時，電流由0.97 減少至0.65 mA，當醋酸用盡後三者電流皆回復至約0.85 mA。 在有機酸分析結果中，平均降解率為0.95 mM h1（標準差0.033），當基質耗盡電流才逐步回升。在第21小時添加0.5 μM核黃素（riboflavin）後電流增加至1.67 mA，隨後緩慢下降至0.83 mA，顯示核黃素可以增強氧氣還原，但無法作為電子傳遞媒以產生催化電流。根據CV測量結果，未打入醋酸基質時，在0.2 V（vs. Ag/AgCl）時會觀察到還原訊號，但加入醋酸後此還原電流隨即消失。另一實驗在第0小時植入C. sorokiniana SU-1與Acinetobacter sp.，在第10小時陰極電流從1.14 mA減少至0.89 mA，並於13、16與19小時依序添加2、1與0.5 mM 的醋酸，電流由1.13 mA減少至0.44 mA。兩種藻菌組合結果均發現添加有機基質會影響陰極電流產生。

藻菌共生於陽極添加葡萄糖基質下進行微生物電解電池產氫研究

摘要：

氫能的熱值高（141.8 MJ kg1），且燃燒不會產生CO2、SOx及NOx等副產物，因此成為近年備受關注的未來能源。微生物電解電池（microbial electrolysis cells，MECs）產氫是微生物燃料電池（microbial fuel cell，MFC）的延伸應用，利用微生物的胞外電子傳遞機制（extracellular electron transfer，EET）來輔助電解反應，微生物可以降低電解所需施加的電壓。本實驗選用Chlorella sorokiniana SU-1與Shewanella decolorationis NTOU1 共生培養在碳氈陽極上。微藻行光合作用合成醣類可提供產電菌利用進行代謝，產電菌提供EET於陽極表面產生電流，電流（電子）與代謝所產生的質子最終在陰極結合產生氫氣。先前實驗將C. sorokiniana SU-1與葡萄糖添加於陽極，因藻類細胞壁較厚，生成之電子和醣類在細胞內無法傳遞，因此產電量幾乎為零。在另一次實驗中，將藻菌共生於陽極但不添加有機基質，然而微藻生成的醣類不足以提供產電菌進行胞外電子傳遞，最終產電結果不理想。綜合上述結論，我們擬定共同培養藻菌並添加葡萄糖的策略，強化陽極電流生成進行產電。在初步測試中，我們擬定三種供應直流電給MEC的方式，分別為：（i）將定電位儀的工作電極接於MEC陽極，參考電極與對極同時接於陰極；（ii）直流電電源供應器加裝10 Ω電阻器；（iii）直流電供應器加裝安培計等三種方式。在第二種方式中，直流電供應器的電流可透過量測電阻器兩端所得電壓，除以電阻值求得（I=V/R），過程中會犧牲微小的電壓，而此狀況可在第三種方式中，以安培計取代電阻得到解決。在方法一的實驗中，將電壓固定在+0.8 V，在第0小時植入 NTOU1及34 mM葡萄糖，在24小時植入C. sorokiniana SU-1，並且記錄產電量及陰、陽極的半電位，陰極槽產生的氫氣使用排水集氣法收集。在電流方面， 第5小時達到0.53 mA後逐漸下降，且沒有觀察到氫氣產生。將施加電壓更改為+1.0 V，觀察到在第95小時產電量達到1.05 mA後下降，在第6天時陰極槽有氣泡產生，在產電過程中，兩極電位皆隨時間持續下降且無法讓陰極維持在穩定產氫的電壓（0.414 V vs. SHE）。 以上述兩次實驗作為基礎，我們計畫將整體實驗設計再進行優化，並尋找其他可提升電解槽產電量及產氫量的實驗變因，期望以永續發展作為目標，在未來藻菌共生電解產氫的研發路程中，獲取更深入的資訊。

以乳化內部凝膠法製作微膠囊包埋厭氧益生菌 探討其封裝率與耐氧性

摘要：

益生菌市場日益成長，服用益生菌可改善腸胃、過敏體質等問題，也有實際成效。本研究使用改良式Gifu anaerobic broth（GAM）做為優化培養Akkermansia muciniphila和Clostridium butyricum的的培養基，製備培養基時須持續曝氬氣，以維持瓶內之厭氧狀態，保持厭氧時將吹提之氬氣流過無菌棉花針筒以避免植菌過程中的氧氣干擾。厭氧益生菌能否在口服過程中抵抗氧氣影響順利進入腸道是重要課題。本研究使用乳化內部凝膠法包覆益生菌，微膠囊的構造可以保護益生菌抵擋胃酸的破壞，也使絕對厭氧菌不被氧氣所干擾，能大幅提高菌種在腸道中存活的機率。乳化內部凝膠化製備微膠囊的方法：首先將菌液（經培養後60及13小時之A. muciniphila 及C. butyricum，約於對數生長期後期取出）與2%褐藻酸鈉聚合物懸浮液、碳酸鈣混合，再加入0.05% (w/v) L-cysteine作為去氧物質，目的是清除厭氧培養基製備過程中剩餘的溶氧，保護厭氧菌的活性。將混合物滴入含tween 80之葵花油攪拌混和使其均質化，水溶性聚合物在油相中形成膠囊類顆粒，洗滌後得含有A. muciniphila或C. butyricum之微膠囊，以平板塗盤判斷包埋後菌的封裝率，透過包埋前後的菌數比例做為成效指標；耐氧性測試：分別將膠囊浸泡在含有3、2、1、及0.5%的過氧化氫溶液中30分鐘，再取出微膠囊植入Hungate厭氧管，於GAM培養基中觀察生長狀況及利用分光光度計檢測吸光值和分析細胞濃度變化。本研究製作的微膠囊直徑大小可達到20 μm，此大小可以直接穿過內徑為0.98 mm的針頭，有利於未來進行的小鼠管餵實驗。

使用Chlorella sorokiniana SU-1 與Acinetobacter radioresistens建構HN-AD藻菌共生系統

摘要：

異營硝化-好氧脫硝菌（heterotrophic nitrification-aerobic denitrification，HN-AD）是能在好氧條件下同時進行異營硝化和好氧脫硝菌群的總稱，由於同時具有硝化與脫硝基因的關係，因此可達到COD、NH4+-N和NOx-N的同時去除。同時因為容易培養之故，近年來越來越受到重視。為了建立高氨氮廢水並兼顧淨零碳排的永續生物程序，本研究使用HN-AD菌與微藻共培養的方式。作用方式為微藻行光合作用提供氧氣及醣類促進菌群生長，而異營菌釋放出CO2供微藻做為碳源，微藻本身也吸收環境中的NH4+-N和NOx-N。本研究將Chlorella sorokiniana SU-1與Acinetobacter radioresistens共同培養在批次瓶中，並且在基質中有無添加醋酸、氨氮及硝酸氮進行實驗對照。

實驗以觀察藻菌共生在有機碳利用與硝化、脫硝作用下其藻菌生長情況，因此設計了三種實驗參數，分別為在基質中無添加任何醋酸、氨氮及硝酸氮，和只添加氨氮和硝酸氮，以及添加醋酸、氨氮及硝酸氮。基質的添加中控制50 mg-NH4+-N L1與3.146 g L1 醋酸鈉，從三組實驗結果得知，無添加醋酸之組別菌無法維持生長，比生長速率=－0.38 d1，整體生長曲線下滑趨勢，對比至添加氨氮醋酸組別菌的比生長速率=0.9197 d1，可得知加入碳源可維持菌的生長，除此之外，經由HPLC分析發現在第四天時醋酸的濃度已降至近乎為零，因此在第五天時菌的數量有明顯下降，但在後兩天的數量變化有往回攀升，因此整體菌的生長曲線依然是上升的。其中觀察添加氨氮之二個組別，都於8天內完全去除NH4+-N，添加氨氮醋酸組別於第3天就完全去除，證明硝化作用的持續進行。

在型態觀察方面，Acinetobacter radioresistens 細胞使用帶有6FAM染劑的EUB338探針雜交，發散出綠色螢光觀察，而C. sorokiniana SU-1自身能發散出680 nm波長的紅色螢光，因此在螢光顯微鏡下能明顯看出兩者的分佈比例。在基質中添加有機碳、氨氮及硝酸氮的條件下觀察到，在第三天時藻菌有團聚在一起的現象，並且到第五天時團聚的尺寸也有成長，由實驗結果可得知 C. sorokiniana SU-1與A. radioresistens 在共生系統下的適應性良好。

東海大學郭佳穎

高有機與氨氮食品廢水產電與除污效益評估

摘要：

因為食品廢水中高有機物及高氨氮濃度的特性，本研究擬開發公升級微生物燃料電池（microbial fuel cell，MFC）系統針對廢水做處理以及電能回收。目前水質分析的結果為COD濃度在66.6 g L−1，其中主要有機物為乳酸，濃度在460到500 mM之間，在葡萄糖及醋酸方面，分析濃度分別為4.1及5 mM，氨氮濃度為4.3 g-N L−1，有機氮濃度為1.8 g-N L−1，顯示食品廢水的高有機物及高氨氮特性。本研究 預計建立十公升級MFC，測試其實際應用的可能性，而為求得最佳去除效率的同時也具備能源回收的能力，會對所使用菌種進行Nernst-Monod model進行動力學分析，以求得最大比生長速率與半飽和常數等重要參數。實驗時會將電化學分析槽連接定電位儀，並將施加電位設於+0.4V（vs. Ag/AgCl），確保電子傳遞媒等氧化還原物質皆能在此電位下被氧化，因而表現出產電潛能。本研究先選用Shewanella decolorationis  NTOU1，進行在不同初始廢水化學需氧量（chemical oxygen demand，COD）下的動力學分析，這隻菌種特性為嗜乳酸兼性厭氧菌，適合處理高乳酸濃度廢水。在調配廢水比100 mM磷酸鹽緩衝溶液（pH=7.4，phosphate buffer saline，PBS）為1:9的實驗中，在215.9小時內 COD濃度從5.4降至4.0 g L−1，乳酸濃度從45降至0 mM，醋酸濃度從1.4升至46.5 mM。在電流方面，從26.6到125小時時電流從1.7持續上升至第6.0 mA，後續電流於210小時時下降至0.4 mA。在最大電流值 方面，雙重複實驗的兩槽體測到最大值分別為6.88與7.57 mA；而在廢水比180 mM PBS 5:5的實驗中，在191.3小時內COD濃度維持在25.3至25.7 g L−1之間，乳酸濃度從199.7降至189.0 mM，醋酸濃度從2.3升至9.1 mM，且實驗中除了雙重覆槽體在植菌後一天分別觀察到 2.13及2.07 mA的電流，其餘均無發現明顯電流（>1 mA）的產生。目前結果發現，本純菌可能會受到高COD濃度廢水的抑制而無法展現其對於乳酸的降解能力。另一方面，本研究未來將嘗試從原廢水場厭氧槽中採取污泥，於血清瓶內馴養出產電微生物，採取的策略為在馴養時添加乳酸基質或稀釋廢水並額外添0.5 g L1  的碳粉，藉其導電特性馴養出其進行胞外電子傳遞的能力，期間可藉由有機酸去除率、COD去除率、以及氣體產出量及成分的分析評估馴養進度及成效，並將馴養後之活性污泥植入雙槽式電化學槽進行動力學分析。預期成果為馴養後活性污泥可在高COD基質中保持活性，建立十公升級MFC後，槽體運行穩定的同時能去除COD及有機物並具產電能力。

Giant virus-host prediction using machine-learning methods

摘要：

Giant viruses, belonging to the phylum Nucleocytoviricota, have large particle sizes ranging from 100 to 2500 nm and genome size ranging from 100 kbp to over 2.5 Mbp. These viruses can infect hosts across diverse eukaryotes, including vertebrates, invertebrates, various algal lineages, amoebae, and other unicellular organisms. They are widely present in oceans, freshwater ecosystems, soils, and even extreme environments. The surge in metagenome-assembled genomes (MAGs) from environmental sequencing projects has unveiled the genomes of numerous giant viruses with unknown hosts, underscoring the critical need for precise host prediction better understanding the biology of giant viruses. In this preliminary study, we applied machine learning methods to predict giant virus-host interactions using genomic features, including k-mers, gene content, and gene sequence similarity between virus and host, to advance our understanding of their ecological roles and evolutionary dynamics.

Key words: Eukaryotes, genomic features, giant virus, host, prediction, machine learning

以牛津奈米孔技術（Oxford Nanopore Technologies）以及合成培養基進行北極海洋微生物的調查與篩選

摘要：

極地地區受全球暖化的影響，逐漸出現許多問題，包括冰川持續消失、對生物造成威脅等等。其中關於微生物受到的影響，目前還不是很了解。微生物在冰川的邊緣生存，這些冰川原本限制了微生物的活動，但因為氣溫上升使冰川融化，微生物的生態棲位就隨之發生改變，生態棲位的改變可能會影響到現有的生態系。隨著極地地區環境的變化，對微生物組成的調查就變得尤為重要。本篇研究我們以 (Meta)genomics 和 Culturomics 的方式初步調查了北冰洋中的菌相組成。在本研究中，為了可以篩選到北極海洋的細菌，我們使用了合成培養基 (SynM) 進行培養實驗。SynM 是利用已知北極細菌的全基因組來預測北極海洋中，細菌會使用的養分來製成的培養基。我們將北極海水中的細菌過濾在濾膜中，並將濾膜浸泡在 SynM、1/100 Marine Broth (1/100MB)，和 shield 裡運送回實驗室並利用 Oxford Nanopore Technologies (ONT) 進行菌相分析，以及培養實驗。在 ONT 定序結果中我們發現，SynM 和 shield 的菌相組成有高度相似，與 1/100MB 的菌相則有差異。這項結果壤我們了解到 1/100MB 不像過去我們認為可以篩選出海洋大部分細菌的培養基，至少在北極海洋，1/100MB  無法篩選出北極海洋的細菌。我們培養的細菌種類 (共 28 個屬) 僅佔 ONT 定序結果 (共 538 個屬) 中的 3% (重疊 15 個屬) 。這項結果顯示我們無法有效利用 SynM 與 Marine broth 進行北極海洋細菌的培養，改良培養的方式是我們在未來需要探討的。另外我們在本次的培養實驗中發現了五株疑似的新菌種，在目前的定序結果中這五株菌分別為 Flavobacterium sp. nov.，Rheinheimera sp. nov.，Bacillus sp. nov.，Rossellomorea sp. nov. 和 Salinibacterium sp. nov.。在本篇研究中，我們結合 (Meta)genomics 和培養篩選實驗的方式獲得了北極海洋細菌組成的資訊，這些資訊將幫助我們了解極地海洋地區微生物。

探討生物可分解塑膠-聚乳酸在不同區域海洋環境中的微生物圈與生物分解作用

摘要：

近年來，隨著塑膠的廣泛應用且塑膠垃圾未被有效處理，大量的廢棄物流入海洋中，對海洋生物造成危害。隨著環境意識的抬頭，生物可分解塑膠的使用比例逐漸上升，常見的包括澱粉基塑膠、聚乳酸(Polylactide, PLA)和聚對苯二甲酸丁酯（Polybutylene adipate terephthalate, PBAT）等，其中 PLA 是台灣最常見的生物可分解塑膠。然而，近期研究指出，PLA在自然環境中難以被分解，需特定環境下才能被生物分解。另外，由於 PLA 於回收時容易與聚對苯二甲酸乙二酯(Polyethylene terephthalate, PET)混淆，使 PET 回收效率降低。因此，環保署自 112年8月起規定禁止提供PLA一次性塑膠用品。先前有文獻指出，將PLA塑膠放置在自然海水中難以被細菌分解，但本人所參與之實驗室先前研究發現，放置在美艷山漁港海水中的PLA塑膠發生了被分解的現象。此外，也有學者指出，提升氮含量可增加微生物分解塑膠效率，意指海水中的營養鹽濃度可能影響 PLA塑膠的分解。為探討此現象，本研究選擇環境較為複雜的美艷山漁港和環境相對較為單純的和平島作為實驗地點，觀察放置在不同週數(4、8、12、16週)的PLA 塑膠樣本是否有裂解現象，並探討海水中營養鹽濃度對PLA塑膠分解的影響。研究也比較PLA塑膠樣本在不同週數時的菌相變化，初步篩選是否具有分解PLA效果的海洋菌株。未來將進一步將PLA 塑膠作為唯一碳源與菌株共同培養，觀察菌株生的二氧化碳量和代謝產物，並檢測是否有可分解PLA的酵素。本篇研究之實驗結果可進一步釐清PLA塑膠在不同海洋環境中的分解狀況，並在未來將分析海洋菌株分解PLA塑膠後產生的代謝產物，為未來生物可分解塑膠的發展提供一份可供參考的科學依據。 

東海大學鄭人方

Prodigiosin from Serratia marcescens isolated from food-waste compost: Production and antimicrobial activity

摘要：

Prodigiosin (PG) is a red pigment produced by the bacterium Serratia marcescens, known for its high biological activities, including antibacterial and antifungal properties, making it valuable for medical and pharmaceutical applications. This study identifies a wild-type strain of S. marcescens isolated from food-waste compost. The extracted red pigment was confirmed to be PG, with its functional groups including C-H, N-H, C-O and C-N, matching those identified by FTIR analysis. This bacterial strain notably increases PG production when incubated in specific medium, with the addition of extra carbohydrates (sucrose or fructose) as a carbon source and specific yeast extract as a nitrogen source. Optimal pigment PG production was achieved by adding 0.5% sucrose (w/v) and 0.25% yeast extract (w/v) during a 72-hour incubation. This resulted in a yield of 4.03 mg PG/100 mL-culture medium, a 14-fold increase compared to the standard medium in previous study. The antimicrobial properties of PG were measured on various species. PG exhibited bactericidal activity against the Gram-positive Staphylococcus aureus, with minimum bactericidal concentration (MBC) values of 6.88 μg/mL at 24 hours and 5.02 μg/mL at 48 hours. For the Gram-negative Escherichia coli, PG's MBC values were 6.88 μg/mL at 24 and 48 hours. Additionally, PG demonstrated antifouling abilities, controlling biofilm formation at 15.13 μg/mL for S. aureus and 16.71 μg/mL for E. coli, based on minimum biofilm inhibitory concentration (MBIC). This study demonstrates that PG produced by S. marcescens can be consistently produced and shows excellent bactericidal activity, indicating promising future applications.

藻菌共生於陽極添加葡萄糖基質下進行微生物電解電池結合定電位儀之藻菌共生產氫研究

摘要：

氫能的熱值高（141.8 MJ kg1），且燃燒不會產生CO2、SOx及NOx等副產物，因此成為近年備受關注的未來能源。微生物電解電池（microbial electrolysis cells，MECs）產氫是微生物燃料電池（microbial fuel cell，MFC）的延伸應用，利用微生物的胞外電子傳遞機制（extracellular electron transfer，EET）來輔助電解反應，微生物可以降低電解所需施加的電壓。本實驗選用Chlorella sorokiniana SU-1與Shewanella decolorationis NTOU1 共生培養在碳氈陽極上。微藻行光合作用合成醣類可提供產電菌利用進行代謝，產電菌提供EET於陽極表面產生電流，電流（電子）與代謝所產生的質子最終在陰極結合產生氫氣。先前實驗將C. sorokiniana SU-1與葡萄糖添加於陽極，因藻類細胞壁較厚，生成之電子和醣類在細胞內無法傳遞，因此產電量幾乎為零。在另一次實驗中，將藻菌共生於陽極但不添加有機基質，然而微藻生成的醣類不足以提供產電菌進行胞外電子傳遞，最終產電結果不理想。綜合上述結論，我們擬定共同培養藻菌並添加葡萄糖的策略，強化陽極電流生成進行產電。在初步測試中，我們擬定三種供應直流電給MEC的方式，分別為：（i）將定電位儀的工作電極接於MEC陽極，參考電極與對極同時接於陰極；（ii）直流電電源供應器加裝10 Ω電阻器；（iii）直流電供應器加裝安培計等三種方式。在第二種方式中，直流電供應器的電流可透過量測電阻器兩端所得電壓，除以電阻值求得（I=V/R），過程中會犧牲微小的電壓，而此狀況可在第三種方式中，以安培計取代電阻得到解決。在方法一的實驗中，將電壓固定在+0.8 V，在第0小時植入 NTOU1及34 mM葡萄糖，在24小時植入C. sorokiniana SU-1，並且記錄產電量及陰、陽極的半電位，陰極槽產生的氫氣使用排水集氣法收集。在電流方面， 第5小時達到0.53 mA後逐漸下降，且沒有觀察到氫氣產生。將施加電壓更改為+1.0 V，觀察到在第95小時產電量達到1.05 mA後下降，在第6天時陰極槽有氣泡產生，在產電過程中，兩極電位皆隨時間持續下降且無法讓陰極維持在穩定產氫的電壓（0.414 V vs. SHE）。 以上述兩次實驗作為基礎，我們計畫將整體實驗設計再進行優化，並尋找其他可提升電解槽產電量及產氫量的實驗變因，期望以永續發展作為目標，在未來藻菌共生電解產氫的研發路程中，獲取更深入的資訊。

Exploring sludge discharge disturbance effect on system performance stability and microbial community assembly in the anaerobic system

摘要：

Periodic sludge discharge is a critical operational practice in the activated sludge system of wastewater treatment. It helps maintain a suitable food-to-microorganism ratio, which is essential for ensuring system performance and stability. Previous studies have shown that this controlled disturbance promotes microbial diversity and sustains ecosystem functionality, aligning with the intermediate disturbance hypothesis. In contrast, the biomass in anaerobic systems, characterized by extended sludge retention time, is rarely discharged in real-world applications. The effectiveness of sludge discharge in stabilizing anaerobic systems by influencing microbial diversity and system functionality remains unexplored. To test the intermediate disturbance hypothesis in the anaerobic system. This study aimed to evaluate the impact of sludge discharge on the operational performance and microbial community dynamics of anaerobic reactors. A laboratory-scale anaerobic reactor, maintained under stable conditions, was subjected to two sequentially controlled sludge discharge events. The system performance was improved following these events, accompanied by significant changes in microbial community composition and diversity. Removal rate and biogas production showed positive correlations with community species richness (r = 0.69 and r = 0.54, respectively; p < 0.01), whereas their correlations with evenness were weak and statistically insignificant (r = -0.28 and r = -0.14, respectively; p < 0.1). Analysis of α-diversity and β-NTI indicated that the two sludge discharge events had differing impacts on community assembly processes. This finding underscores the role of sludge discharge as a moderate disturbance that enhances microbial diversity and supports system stability, offering valuable insights into the effect of sludge discharge on anaerobic systems from an ecological perspective.

台灣大學黃榆婷

Identifying treatments that increase the relative abundance of cyanobacteria during enrichment 

摘要：

Cyanobacteria, like plants and algae, are capable of using visible light (wavelength: 400-700 nm) for photosynthesis. However, some special cyanobacteria, known as far-red light cyanobacteria, can also harvest far-red light (wavelength: 700-800 nm) for photosynthesis. These two types of cyanobacteria can be differentiated based on 16S rRNA gene sequences [1]. However, the isolation of far-red light cyanobacteria is particularly challenging due to their slower growth rates under far-red light compared to visible light. Increasing the relative abundance of cyanobacteria in the sample during enrichments can enhance the opportunities to find single colonies on solid agar plates, thus improving the success rate of the subsequent isolation process. Here, we used 16S rDNA amplicon sequencing to analyze the changes in microbiota composition under different treatments and calculate the relative abundance of cyanobacteria. The goal was to identify treatment conditions that increase the relative abundance of cyanobacteria in environmental samples. Initially, various culture conditions were tested using Synechocystis sp. PCC 6803 and Chlorogloeopsis fritschii PCC 9212. Based on the results, the antibiotic concentrations, medium dilution, and pH values that did not affect cyanobacterial growth were determined for subsequent experiments. Next, the microbiota compositions under different treatments were analyzed by 16S rDNA V3-V4 amplicon sequencing. We have identified a specific antibiotic treatment that led to the greatest increase in the overall relative abundance of cyanobacteria, with minimal impact on the composition of far-red light cyanobacteria. The treatment also decreased the relative abundance of other bacteria, such as Acidobacteria, Actinobacteria, Chloroflexi, and Planctomycetota, while enhancing the relative abundance of far-red light cyanobacteria. Our findings provide insights into increasing the relative abundance of cyanobacteria during enrichments, which will help improve the isolation of both cyanobacteria and far-red light cyanobacteria from the environments. 

Optimization of extraction methods and incubation additives for violacein pigment production in Chromobacterium violaceum

摘要：

Violacein (VL) is a naturally occurring purple pigment produced by violacein-synthesizing bacteria isolated from natural habitat. It is known for its antibiotic, antiviral, and antifungal properties, making it valuable in medicine and cosmetics. This study aims to maximize VL production through optimized incubation and extraction process in Chromobacterium violaceum (BCRC 10636). VL production can be enhanced through various extraction processes. Ultrasonic extraction by ethyl acetate yielded a VL concentration of 0.0939 mg/mL. Liquid-liquid extraction over 18 hours increased the concentration to 0.1102 mg/mL. However, when sugars like fructose and glucose (5%, 10%, and 15%) were added separately into the medium, VL production was lower, with maximum concentrations of 0.0818 mg/mL for fructose and 0.0274 mg/mL for glucose. Finally, the additive formic acid to the medium can increase VL concentration to 0.1491 mg/mL. The highest VL concentration, 0.1606 mg/mL, was achieved in the medium with tryptophan and formic acid. These optimization strategies enhance the efficiency of VL natural pigment production and provide a foundation for its application in various fields.