植物-微生物共生系统功能强化及其在降污固碳中的作用

植物不仅为细菌等土壤微生物提供了丰富的生态位,还通过光合作用等固碳途径和合成代谢过程最终转化为土壤有机质,成为微生物可利用的碳源.相反,土壤微生物可以作为去除污染物的生物催化剂,也能帮助植物吸收氮、磷等营养物质.因此,植物-微生物共生系统具有降污固碳双重作用.本文围绕植物-微生物共生系统降解污染物和固定二氧化碳的两大生态功能,系统梳理了共生系统三个要素之间的相互作用关系.从植物、微生物和二者共生关系三个角度归纳了共生系统的污染修复途径,总结了植物和微生物的固碳机制.同时也分析了土壤中重金属和有机污染物对植物固碳过程造成的不利影响.本文最后对未来植物和土壤微生物在降污和固碳方面的研究进行了展望,旨在促进土壤污染的研究与治理,改善土壤生态系统的固碳功能.     

含TNT废弃物的生物修复研究进展

介绍几种以生物为基础的处理TNT污染土壤的技术。分析了每一种方法的优缺点，厌氧微生物生物处理技术、土壤泥浆反应器、堆肥、植物生物救治作用，植物共生菌以及表达微生物降解酶的TNT转基因植物均已用于TNT的生物降解，厌氧生物处理技术对炸药污染物的去除比好氧技术更有效，在细胞、分子水平上研究对炸药具有特殊降解能力的微生物、酶的微观结构和生化性质是当今环境工程微生物学的前沿之一。     

黄孢原毛平革菌菌球对多环芳烃的生物吸附和生物降解作用

以黄孢原毛平革菌(Phanerochaete chrysosporium,Pc)为代表,研究了死体和活体Pc菌球对水中菲、芘等多环芳烃(PAHs)的生物吸附和生物降解作用及其相对贡献,探讨了碳源、氮源浓度和共存Cu2+的影响,考察了连续多次输入下菲的生物吸附和生物降解作用,试图为准确掌握微生物作用下PAHs的迁移转化行为及其调控作用提供理论指导.结果表明,死体Pc菌球对水中菲、芘的去除机制为生物吸附,分配系数分别为4040和17500L/kg.活体Pc菌球的去除机制包括生物吸附和生物降解,3d时生物吸附对水中菲、芘的去除率分别为19.71%和52.21%;随着作用时间延长(3～40d),生物降解对菲、芘的去除作用逐渐增大(20.40%～60.62%和15.55%～49.21%),且菌体中PAHs残留量不断下降.富碳限氮营养条件下,活体Pc菌球对PAHs的去除作用和降解效果最优,在60d时分别为99.55%和92.77%(菲),99.47%和83.97%(芘),主要源于富碳增加Pc菌体生物量而增强生物吸附、限氮则触发Pc对PAHs的生物降解作用.活体Pc菌球在富碳限氮强化条件下可连续多次去除和降解新输入的PAHs,其中单次生物降解率随循环次数(6d/次)增加而增大,循环3次后菲的生物降解率高达90%.     

东胜铀矿床中发现硫酸盐还原菌和硫氧化菌类脂

鄂尔多斯盆地东胜铀矿砂岩中检测出丰富的C15～C18脂肪酸.这些脂肪酸可来自现代、古代生物,甚至含有成矿时期保存下来的脂肪酸;其中含有一定量的i15:0,a15:0,a17:0,并与Desulfovibrio和Desulfobacter sp.特征生物标志化合物i17:17c和10Me16:0脂肪酸共存,反映矿床中存在硫酸盐还原菌(SRB).较丰富的16:17c和18:17c,指示了Beggiatoa,Thioploca等硫氧化菌(SOB)来源.矿床中存在硫酸盐还原菌这一推论,与微化石、成矿时期黄铁矿硫同位素测试值表征结果是吻合的,反映了铀成矿以来,仍然适合于硫酸盐还原菌的生长.硫酸盐还原菌可能直接降解石油烃,或间接利用石油烃被其他微生物降解的产物,产生富12C的方解石以及明显不可分辨的复杂混合物鼓包(UCM),并富集25-降藿烷及去甲基三环萜烷系列化合物.矿区存在硫氧化菌以及成矿期黄铁矿异常轻的硫同位素组成特征,一致表明存在硫酸盐还原作用—硫化物氧化为硫酸盐—硫酸盐又被还原等多步反应过程.     

细菌降解作用对异养黄化藻热解产气的影响

海洋或湖泊内大量浮游藻类在受热力降解作用之前的沉积埋藏过程中,其细胞会发生一些变化.一般而言,主要包括叶绿素消失、细胞黄化和藻细胞受到微生物的降解.我们用异养黄化藻类热模拟产烃的实验揭示300℃时异养黄化藻细胞热解产烃率为绿色自养藻细胞的32倍,黄化藻细胞热解产出的烃气率大大高于绿色藻细胞,两类藻细胞产气组分特征指标参数也明显不同.关于微生物降解作用对藻类热解成烃的影响资料非常有限.     

水中典型全氟化合物的吸附行为

以全氟辛烷磺酸/羧酸盐(PFOS/PFOA)为代表的全氟化合物(PFCs)以不同的污染水平广泛分布于全球范围的环境介质和生物体内,已经严重危害到人类健康.相对于大气环境的污染,水相中PFOS和PFOA的污染受到更多的关注.由于PFOS/PFOA较高的化学稳定性,传统的微生物降解及光降解等技术都无法有效去除水相中的PFOS/PFOA,这也给其控制技术的研发带来了一定程度的困难.因此,如何有效控制和去除PFCs的污染已经成为亟待解决的热点问题.吸附技术由于其低成本、高效率、易操作和可再生循环利用等特点,已经被证明是去除水相中PFOS/PFOA的有效方法.因此,本文结合本研究组前期的研究成果及其他研究组已有的报道,较全面地综述了近年来国内外针对PFOS/PFOA在不同吸附材料上的吸附行为的研究进展,包括自然沉积物和土壤对PFOS/PFOA的吸附-解吸行为及其影响因素,以及商业、人工制备吸附剂对PFOS/PFOA的吸附性能和机理,并对该领域的发展前景进行了展望.     

石油微生物的分离

<正> 石油和天然气矿区风化岩层内,普遍地发育着以氧化天然气的烃成分作为生命活动能源的微生物。人 们对于这些微生物了解得还非常有限。经有关部门的帮助,我们得到国内几个主要石油和天然气矿区的风化层土和潜水样品,从其中获得了一批气态烃氧化菌类,并在分离过程中发现了一些值得注意的现象。     

一种新的有机磷降解酶的分离纯化及酶学性质研究

从农药厂被污染的土壤中分离到一株降解有机磷农药的高效菌株C2-1, 经鉴定表明为假产碱假单胞菌(Pseudomonas pseudoalcaligenes). 对其产生的有机磷降解酶OPHC2进行了分离和纯化, 并对其酶学性质进行了研究. 其降解甲基对硫磷的最适温度为65℃, 最适pH为9, 并且此酶具有很好的热稳定性和pH稳定性, 对大多数金属离子和化学试剂不敏感. OPHC2氨基酸序列及其编码基因的核苷酸序列分析表明, OPHC2与目前发表的有机磷降解酶没有同源性.     

低温微生物及其在生物修复领域中的应用

低温环境是一种极端环境 ,在这些低温环境中存在着大量的低温微生物 .低温微生物由于长期生活在寒冷的环境中 ,在自然选择的作用下形成一套独特的与低温环境相适应的分子机制 .这些由低温微生物分泌的酶分子体现出一种独特的分子适应性 .低温微生物在生态环境系统中占有重要的地位和作用 ,在基础研究和生物工程应用方面具有相当大的潜在价值 .本文介绍了近年来低温微生物在生物修复中的应用 (主要在表面活性剂污染及石油污染方面 ) ,以及作者利用低温微生物处理低含量油脂废水的研究进展     

放牧对草地生态系统磷循环调控机制的研究进展与展望

放牧是全球范围内草地生态系统最主要和最直接的利用方式.磷(P)是植物生长所必需的大量元素,同时也是草地初级生产力的关键限制性养分元素,广泛参与植物的光合、呼吸等重要代谢过程.放牧通过直接和间接作用影响草地植物和土壤各组分的P含量和P库,进而通过正负两种反馈影响生态系统的P循环.目前,国内外有关放牧对草地P循环的影响机制,特别是P循环的生物学过程和机制尚不十分清楚.本文总结了有关放牧对植物和土壤各组分P含量及P库的影响及其机制,并对该领域的几个重要研究方向和亟待回答的科学问题进行了展望.未来研究中需要重点关注的问题包括:(1)土壤微生物量P组成沿不同放牧强度的变化,以及放牧对土壤微生物P源和汇的影响机制;(2)放牧如何影响土壤磷酸酶的活性(磷酸单酯酶、磷酸二酯酶、三磷酸单酯水解酶等)进而调控土壤中P的矿化过程;(3)放牧如何调控P在植物-土壤-微生物系统中的转化过程;(4)采用分子生物学和组学的手段,揭示土壤微生物在P循环及生态系统功能中的作用,以及放牧如何影响植物和根际微生物,进而调控生态系统P循环;(5)不同放牧强度如何影响植物多样性、菌根真菌多样性及两者之间的关系,进而影响植物对P的吸收和利用,以及地上和地下生物量P库;(6)不同家畜种类的食性差异及其对磷循环的影响机制;(7)其他植食动物(野生食草动物、植食昆虫、啮齿动物、蚯蚓、植食性线虫等)在草地生态系统P循环中的作用;(8)不同放牧强度如何调控生态系统各营养级组分的N:P化学计量关系,进而影响N、P循环之间的耦合关系.     

石油污染土壤的近红外波段偏振光特性测量

传统遥感技术监测石油污染的实践过程中, 通常认为红外探测器是最为实用的遥感探测器, 并以反射比值作为监测的定量指标. 提出以偏振度作为偏振光遥感的定量指标, 并以吉林省松原油田原油和当地典型表层土壤为实验原料, 在实验室内对4个水平的含油量、3个水平的含水量土壤样品在近红外波段进行了多角度探测模拟实验, 又在室外实地测量了在180°相对探测方位角, 10°, 30°和50°探测天顶角条件下的石油污染土壤与清洁土壤的偏振度值. 结果表明, 当土壤含水量较低时, 土壤表面反射光的偏振度会随土壤中石油含量的增加而增大; 当土壤含水量较高时, 土壤表面反射光的偏振度会随土壤中石油含量的增加而降低.     

好氧生物降解中烷烃单体稳定同位素分馏及其环境意义

通过气相色谱(GC-FID)监测了在好氧条件下微生物(石油降解菌GIM2.5和白腐菌Phanerochaete chrysosporium-1767)对正十二烷、正十五烷、正十六烷、姥姣烷、正十八烷以及正二十四烷烃等石油及其制品的常见组分以及原油样品的降解. 用色谱-同位素质谱(GC-IRMS)分析了降解过程中烷烃及原油中正烷烃组分(C₁₃ ~ C₂₅)的单体稳定碳、氢同位素组成. 结果发现, 在好氧微生物作用下, 上述烷烃的稳定碳 (δ ³C)、氢同位素(δ D)都较为稳定, 其同位素值变化基本上介于仪器的精确度以内, 尤其是nC₁₆以上正烷烃. 烷烃化合物δ ¹³C和δ D的稳定性和特定性可用于追索表生环境中石油类污染物的来源, 特别是当污染物风化严重, 常规的化学指纹技术难以明确判识时, 稳定同位素指纹(δ ¹³C和δ D)有望成为有效的环境污染源指示剂.     

植物病原菌效应子

病原菌在侵染寄主植物过程中分泌多种效应子作为武器,在胞间或胞质干扰寄主的生物学过程,以促进病原菌的侵染和定殖.解析病原菌干扰植物免疫的功能和作用机制是认识病原菌与植物互作的关键,也可为开发和建立植物病害新型抗病策略提供理论基础.近年来,随着测序技术的发展、各种功能基因组学研究方法的建立和结构生物学的发展,我们对病原菌效应子的特征、数量、转运和功能有了较为深入的认识.对病原菌效应子功能的认识从抑制寄主免疫信号传导拓展到对植物代谢、微生物组等各种生物学过程的干扰.同时,病原菌效应子激活免疫的机制研究取得了突破性的进展,抗病小体的发现解答了植物NLR抗病蛋白识别效应子后如何激活和介导植物抗性这一科学难题.本文对近年来病原菌效应子的研究进行了系统的总结和评述,并对未来效应子的研究进行了展望.     

煤层中次生生物气的形成途径与母质综合研究

微生物究竟利用煤岩中的哪些物质并通过何种具体途径形成次生生物气,煤层中是否含有丰富的此类物质可形成大量的次生生物气,是重要的基础科学问题.在多方面研究的基础上,运用气体同位素示踪、煤有机地球化学分析与煤热模拟产气实验等方法,对上述问题进行了系统的综合性研究.结果表明:次生生物气形成的具体途径是微生物还原CO2;产次生生物气的煤层具有遭受过微生物降解的特征;热成因气态重烃亦经历了微生物的改造并有可能形成微生物成因CO2;煤在热演化过程中可形成大量的CO2、较多的H2和一定量的气态重烃,加之微生物成因的CO2及煤层水,都可成为次生生物气的直接母源物质.故可溶有机质与气态重烃等组分都可为其他微生物所利用并最终形成次生生物气的母源先质.中低热演化程度的煤层中这些组分丰富,应是形成和寻找次生生物气的主力煤层.     

设施农业土壤微塑料污染及其对细菌群落多样性的影响

设施农业土壤普遍使用塑料薄膜覆盖和施加大量有机肥,可能成为微塑料污染区.对杭州湾沿岸集中连片设施农业区54个表层土壤样品的调查研究表明,黑色地膜覆盖土壤中微塑料丰度普遍高于透明棚膜、棚膜与地膜结合覆盖土壤,微塑料最高丰度可达1560个/kg,聚乙烯薄膜类微塑料普遍存在.进一步通过聚乙烯微塑料污染土壤暴露培养29 d的试验结果表明,微塑料的添加会一定程度抑制土壤细菌群落丰富度的恢复. 16S r RNA高通量测序结果显示,土壤细菌群落结构的改变不随微塑料暴露量的增加而加剧, 1%暴露量时聚乙烯微塑料对土壤细菌群落结构的影响比5%暴露量时更为显著;土壤中的微塑料暴露主要使鞘脂单胞菌目(Sphingomonadales)、黄色单胞菌目(Xanthomonadales)、丙酸杆菌目(Propionibacteriales)、Chitinophagales、鞘脂杆菌目(Sphingobacteriales)和黄杆菌目(Flavobacteriales)等相对丰度显著上升,而未分类的放线菌目(unclassified Actinobacteria)、β-变形菌目(Betaproteobacteriales)、粘球菌目(Myxococcales)、芽单胞菌目(Gemmatimonadales)等相对丰度显著下降; KEGG代谢通路预测显示土壤微塑料污染可能会影响异黄酮等次级代谢产物的生物合成,促进多环芳烃的降解.未来需进一步从相关功能基因角度探讨微塑料污染对土壤中养分和外源污染物生物转化的影响.     

土壤重金属污染及其修复技术*

重金属污染已经成为影响中国农业生产和威胁人民健康安全的重要环境问题。笔者借此对重金属污染,农田重金属的来源、危害及其主要的修复技术进行分析,并对重金属污染土壤的修复技术的发展进行探讨。     

全氟和多氟烷基物质与微生物相互作用的研究进展

近年来,全氟和多氟烷基物质(per-and polyfluoroalkyl substances, PFASs)污染已成为全球性环境问题. PFASs的生产和使用导致其通过多种途径进入并持久存在于环境中.一方面, PFASs会对环境中的微生物产生毒性效应,主要毒性机制包括:增加膜透性、引起氧化应激和诱导DNA损伤,从而使得对PFASs较为敏感的微生物活性降低甚至生长受到抑制.长期作用下, PFASs可以改变微生物群落的组成和结构,并且还有基于微生物的食物链传递风险.另一方面,微生物及其胞外分泌物所形成的生物被膜可以吸附环境中的PFASs,并利用自身分泌的胞外酶(如CSO₃^-键裂解酶、磷酸酯酶和聚氨酯酶),通过铁氨氧化、脱硫和水解等反应转化或降解PFASs.因此,本文系统阐述PFASs与环境微生物的相互作用,重点总结PFASs对细菌的细胞毒性;分析PFASs对环境(土壤、淡水、海洋)微生物群落组成、结构及生态系统物质循环的影响;深入讨论PFASs的微生物转化/降解途径;并结合存在的问题及挑战(如PFASs通过细菌进入食物链、PFASs对微生物群...     

锡林郭勒牧场人畜肠道微生物及土壤微生物多样性的比较分析

以内蒙古锡林郭勒镶黄旗呼日敦高勒嘎查牧场内牛、山羊、绵羊、马、人的粪便和土壤为研究对象,利用Pac Bio SMRT测序平台对细菌16S rRNA基因全长进行测序,运用生物信息学分析方法对人畜肠道微生物及土壤微生物多样性进行全面评估.结果发现,人畜肠道菌群均以厚壁菌门和拟杆菌门为优势菌门,而土壤以酸杆菌门和变形菌门为优势菌门.在属水平,人畜以梭菌属、拟杆菌属为优势菌属,而土壤以Blastocatella和芽孢杆菌属为优势菌属.在种水平人以Escherichia/Shigella dysenteriae和Streptococcus salivarius为优势菌种,而4种家畜的优势菌种均为Oscillibacter valericigenes和Eubacterium coprostanoligenes.土壤以Blastocatella fastidiosa和Bacillus longiquaesitum为优势菌种.比较各样品α多样性发现,人肠道微生物的多样性显著低于其他食草动物.通过主坐标和层次聚类分析发现可将6种样品分为:组1(人)、组2(马)、组3(绵羊、牛、山羊)和组4(土壤)4组.本研究对差异OTU进行比对分析探究了造成该分组的原因.因此本研究揭示了土壤、人和家畜肠道微生物组成和结构存在显著的差异,为进一步研究不同生境中微生物多样性提供数据参考.     

复苏促进因子辅助单细胞分离筛选青藏高原低温联苯降解潜力菌

微生物资源的挖掘一直是研究关注的重点.在传统微生物分离培养中,因优势菌群竞争及培养条件限制等原因,存在庞大的不可培养微生物群体,单细胞分离培养可排除种间竞争的影响,添加复苏促进因子蛋白可提高低活性、慢生长微生物的分离效率.青藏高原拥有着巨大的微生物资源储备量,同时也因为脆弱的生态环境而受到原油、持久性有机污染物等的威胁,在高原长期的低温条件下,挖掘本土微生物资源对冷环境污染修复具有重要意义.本研究利用单细胞分离与复苏促进因子添加培养相结合的方法,从青藏高原不同海拔表层土壤样品中,分离培养低温联苯降解潜力菌,并探究分离菌株对复苏促进因子的响应情况.共获得24株可在低温条件下以联苯为唯一碳源生长的菌株,其中18株来自复苏促进因子添加组,分属于Microbacterium等9个属,多数筛选菌株对复苏促进因子的响应明显.本研究建立了一种新的功能菌分离筛选方法,具有高效率、低成本、易推广的特点,为“微生物暗物质”挖掘提供了一种新方案.     

海相烃源岩二次生烃热模拟实验研究

通过高压釜热压模拟实验的方法, 对低成熟度泥晶灰岩的连续生烃与二次生烃过程进行了对比研究, 探讨了海相烃源岩的二次生烃机理. 热模拟实验中, 海相烃源岩二次生烃过程与一次生烃并不连续一致, 表现出与连续生烃不同的特征: (ⅰ) 二次生烃中存在液态烃生烃高峰, 且液态烃生烃高峰的出现与起始成熟度密切相关; (ⅱ) 烃源岩二次生烃过程起步更快, 在成熟度未发生显著变化时就有烃类的生成; (ⅲ) 两次不连续累计生烃量始终大于连续生烃量, 两次不连续生烃过程不同, 累计生烃量也不相同. 复杂生烃史条件下, 对烃源岩不连续生烃过程的描述不仅需要考虑平行反应机制, 还应当考虑可能存在的顺序反应机制.