pH值对碱处理污泥厌氧发酵产氢的影响

通过批量试验研究了无任何接种物下碱处理污泥厌氧发酵产氢的可能性和pH值对碱处理污泥厌氧发酵产氢的影响. 试验结果表明, 污泥经碱处理后, 在无任何接种物和外加营养物的情况, 能够实现稳定产氢. 污泥的起始pH值是影响碱处理发酵产氢的一个重要因素. 当污泥的起始pH值为11.0时, 碱处理污泥的氢产率最大, 达14.4 mL/g (VS). 碱处理污泥在碱性起始pH值下的氢产率高于其在酸性和中性起始pH下的氢产率. 碱处理污泥厌氧发酵的最佳产氢pH值为9.5. 高于8.5的pH值可以防止碱处理污泥厌氧发酵过程中出现氢消耗. 在碱处理污泥的厌氧发酵过程中pH值变化很小. 碱处理污泥在不同起始pH值下氢产率的变化与其起始SCOD变化相似. 乙酸为发酵过程中产生的挥发性脂肪酸的主要组成成分. 污泥的起始pH值会影响挥发性脂肪酸的产生量和组成.     

人类母乳微生物菌群的生态学分析

母乳是婴儿最健康、理想的营养来源,也是人类进化和文明最重要的特征之一.最新的宏基因组学研究表明母乳含有高达数百种细菌,而且包括一些常见的病原菌.母乳微生物菌群是人类与微生物协同进化相互适应的产物,而"微生物群落-宿主"生态系统的动态平衡则应是保持健康母乳的基础.然而,迄今为止,从生态学角度对母乳微生物菌群的研究近乎空白.本文应用宏观生态学中的"中性"理论和Taylor幂法则分析探讨了母乳菌群群落多样性的进化和维持机制、细菌种间相互作用的机制以及由此产生的细菌种群分布格局.两项理论模型分析交叉验证了母乳微生物群落分布的异质性和非随机性特征,预示了群落中物种间存在一定程度的生态位分化以及占主导作用的优势物种.     

潮间带暗发酵产氢菌群富集和产氢过程分析

用热、酸、碱和硝酸盐等方法处理海洋潮间带污泥, 富集厌氧发酵产氢菌群; 以蔗糖为底物配制海水培养基, 进行暗发酵产氢研究. 通过对产氢菌群的产氢量、pH变化、产气延迟期和产氢速率变化的分析, 发现热、酸、碱和硝酸盐等方法处理菌组的产氢量均明显高于未处理组(P<0.05), 其中热处理污泥的产氢量最高, 是未处理污泥的14.6倍. 由此进一步研究起始pH对富集的产氢菌群的产氢影响; 发现当起始pH为8时产氢菌群的产氢率最高, 达79 mL/g蔗糖. 在发酵过程中发酵液的pH不断下降, 表明所富集的海洋产氢菌属于产酸菌, 且当H+浓度下降100倍时会反馈抑制其产氢.     

山东胜利油田沾3油藏微生物组特征

以山东胜利油田沾3区注入水和采出液为研究对象,利用16S r RNA高通量测序技术,分析了油相样本、水相样本以及注入水样本的微生物群落结构.结果发现沾3油藏微生物多样性较高,注入水样本中细菌群落多样性最高,古菌群落多样性最低;而采出液油相样本的微生物群落多样性较采出液水相样本低.采出液微生物组的特征与注入水中微生物组的特征存在较大差异,具有明显的生境特异性.采出液油相样本与水相样本中主要的细菌类群包括γ-变形菌纲、ε-变形菌纲、α-变形菌纲、放线菌纲和梭状芽孢杆菌纲.在属水平上,采出液以假单胞菌占优势,而注入水中的优势菌属为硫单胞菌.采出液中古菌主要类群为甲烷微菌纲、甲烷杆菌纲、嗜盐菌纲、热原体纲、热变形菌纲和热球菌纲,尤其以鬃毛甲烷菌科和甲烷杆菌为主.对注入水和采出液水相中的油藏微生物与环境理化因子进行冗余分析(RDA)发现,注入水细菌和古菌群落均主要受SO_4~(2-)浓度影响,采出液水相样本中的细菌群落主要受Ca~(2+)浓度和pH等影响,而古菌群落则主要受Cl~-, Mg~(2+)和HCO_3~-浓度影响.该研究结果揭示了微生物在高温油藏环境中的空间分布特征及受控因素,为今后定向调控油藏微生物群落、进而提高微生物驱油的采油率奠定了基础.     

喀斯特洞穴滴水细菌群落组成及其代谢功能的季节性变化

洞穴是研究地下生物圈的天然实验室,而滴水是连接洞穴内部和外部环境的桥梁,对滴水微生物群落结构以及代谢功能进行研究,可以为洞穴中微生物组成、来源以及微生物驱动的元素循环提供重要信息.本研究采用Illumina Miseq平台的16S rRNA二代测序技术及Biolog-ECO微平板检测法,对湖北和尚洞弱光带滴水中的细菌群落多样性、细菌群落代谢功能多样性以及环境因子进行了为期2年的动态监测.结果表明:洞穴滴水中优势细菌属为不动杆菌属(Acinetobacter)和假单胞菌属(Pseudomonas)并表现出明显的季节性变化,不动杆菌属(Acinetobacter)相对丰度在夏季最高、冬季最低,而假单胞菌属(Pseudomonas)相对丰度的季节性变化正好相反;这种季节性差异与宜昌地区的月平均降水量紧密相关.同时,基于16SrRNA的PICRUSt代谢功能预测及Biolog-ECO微平板法均显示洞穴滴水中细菌群落代谢功能具有季节性变化,并且这种代谢能力的季节性变化与不动杆菌属(Acinetobacter)相对丰度的季节性变化显著正相关.总之,湖北宜昌和尚洞弱光区滴水中的细菌群落结构的季节性变化与降水量密切相关,同时优势类群不动杆菌属(Acinetobacter)是滴水代谢能力的主要贡献者.此研究将环境因子、滴水细菌群落组成及群落代谢能力三者紧密结合起来,为进一步解译洞穴这一特殊的地下生态系统中微生物群落组成及其代谢特征的变化规律奠定了基础.     

新型材料电气石对酸性溶液中镉离子的吸附

电气石对溶液中Cd2+离子的吸附特性和机理研究的结果表明,电气石对Cd2+离子的吸附受吸附时间、温度及初始浓度的影响.在酸性、中性及碱性条件下电气石对Cd2+均有较好的去除效果,这主要归结为电气石能将酸性(除pH2.0和3.0外)、中性或碱性溶液pH自动调整至6.4左右.在强酸性条件下(相对工业废水酸度),电气石对Cd2+离子吸附优于其他矿物材料且符合Langmuir和Freundlich模型,相比之下,更符合Langmuir模型.通过Langmuir模型计算得出,在pH4.0,温度15,25和35℃时电气石对Cd2+离子的饱和吸附量分别为31.77,33.11和40.16mg/g,因此,电气石对酸性溶液中Cd2+有较好的吸附效果.电气石对Cd2+的吸附符合准二级动力学模型,热力学参数表明该吸附过程是吸热自发过程.通过对溶液中Cd2+离子吸附过程pH的变化趋势、电气石吸附前后Zeta电位的变化、不同温度下溶液中Ca2+,Mg2+和K+总释放量与Cd2+离子吸附量的相关性,以及FTIR红外光谱分析,证实电气石对Cd2+离子的吸附机理涉及物理吸附和化学吸附过程,主要包括水体自发极化、静电吸附和离子交换.在这些机理中,电气石对水体自发极化是电气石特有的性质.     

碱处理和热处理对污泥发酵产氢途径的影响

城市污水厂产生的污泥中含有多种产氢菌和大量的蛋白质、碳水化合物等有机质, 是潜在的发酵产氢基质之一. 研究了碱处理和热处理对污泥发酵产氢途径的影响. 结果表明, 热处理比碱处理有更强的灭菌作用, 可以有效杀死耗氢菌. 热处理筛选到的产氢菌主要为嗜酸的产氢菌, 而碱处理筛选到的产氢菌主要为嗜碱的产氢菌. 碱处理污泥的最大产氢量在初始pH 11的实验组获得, 为10.32 mL/g-COD; 而热处理污泥的最大产氢量在初始pH 5的实验组获得, 为8.94 mL/g-COD. 热处理污泥在酸性条件下(pH<6)的产氢主要是由利用葡萄糖的菌通过发酵碳水化合物产氢, 而碱处理污泥在碱性条件下(pH>9)的产氢主要是由利用蛋白质的菌通过发酵蛋白质产氢.     

天然富硒区广西壮族自治区桂平市水稻土壤线虫群落结构特征及其指示意义

发展富硒农业对改善人体健康状况具有重要意义,但目前尚未开展富硒土壤中生态安全评估相关研究.土壤生物是土壤物质循环和能量流动过程的主要调节者,线虫是土壤中数量最丰富的后生动物,其群落结构和多样性对于土壤生态系统的能流通道和环境质量等均具有重要的指示意义.本研究选取广西壮族自治区桂平市水稻土壤(总硒为100～900μg/kg)为研究对象,将其分成低硒组、中硒组和高硒组,对其中的线虫群落进行了分析.结果显示,不同硒含量土壤中,线虫群落结构差异显著;相比于低硒组,中硒组及高硒组线虫密度显著增大, cp-2线虫及食真菌线虫相对丰度显著减小, F/B值和结构指数SI值显著减小;随土壤总硒及有效硒含量的增加,线虫密度、连胃属(Chronogaster)线虫相对丰度、棱咽属(Prismatolainus)线虫相对丰度增大,拟丽突属(Acrobeloides)线虫相对丰度、食真菌线虫相对丰度(Fu)、F/B值和结构指数SI减小.硒抑制了群落中的硒敏感线虫,简化了土壤食物网结构.在野外条件下线虫群落对于水稻土壤硒元素具有敏感的响应,可作为水稻土壤硒素水平的生物指示者.本研究为科学评价天然富硒水稻土壤的生态...     

酸性土壤环境中X70钢缝隙腐蚀行为的研究

采用矩形缝隙装置, 通过对X70/酸性土壤(鹰潭)浸出液体系进行阴极极化、通入CO₂和钢表面预腐蚀, 研究了X70钢在酸性土壤中的缝隙腐蚀行为. 实验测量了模拟剥离涂层下, X70钢在不同位置的电位、溶液pH及氧含量随时间的变化曲线. 结果表明, 酸性土壤环境中, 随着阴极极化程度增加, 缝内X70钢电位负移, 缝内外电位差加大, 缝内过剩的阴极电流导致H₂O还原使溶液pH升高. 缝内溶解氧耗尽与外加阴极电流没有关系. CO₂的存在抑制了缝隙内碱性溶液环境的形成, 导致近中性pH应力腐蚀产生的电位-pH环境. 钢表面的预腐蚀产物降低了缝内的极化速率.     

紫外光降解水中亚硝基二乙胺

采用紫外光直接降解水中存在的亚硝基二乙胺(NDEA). 结果表明, 紫外光降解是一种能够有效去除水中NDEA的处理技术. NDEA的初始浓度对紫外光降解效能略有影响, 紫外光降解水中NDEA的反应符合假一级反应动力学模型. 水中腐殖酸对紫外光降解NDEA具有显著的抑制作用,且抑制作用随着腐殖酸浓度增大而增大. 采用气相色谱-质谱联用仪和高效液相色谱对NDEA的降解产物进行定性与定量分析. 甲胺?二甲胺、乙胺?二乙胺?亚硝酸盐和硝酸盐是紫外光降解NDEA的主要降解产物. 溶液pH值对紫外光降解水中NDEA有很大的影响. 酸性条件下, NDEA的光降解量子产率显著大于中性及碱性条件下的量子产率, NDEA的光降解速率随着溶液pH值的增大而减小. 溶液pH的变化对NDEA的紫外光降解产物的生成量具有显著影响. 乙胺?二乙胺和亚硝酸盐作为底物存在时, 不仅会抑制NDEA的紫外光降解, 同时还会影响到NDEA降解产物的生成量. 根据对NDEA降解途径的研究可知,紫外光辐射下, N—N键断裂导致NDEA的最终降解, 其中N—N键发生均裂生成产物乙胺, N—N键发生异裂则生成产物二乙胺和亚硝酸盐.     

从单菌株组学到宏基因组学:Lactobacillus casei Zhang益生功能

干酪乳杆菌Zhang(Lactobacillus casei Zhang, LCZ)是一株研究充分的益生菌,受传统蒙医学的启发,分离筛选自内蒙古牧民的自然发酵酸马奶.其研究经历了3个主要阶段,单菌株组学体外评价阶段,肠道优势菌结合益生功能体内评价阶段,益生功能评价与肠道菌群组学结合的阶段.LCZ经过耐酸耐胆盐筛选,具有较好的体外黏附特性和体外调节巨噬细胞活性的作用.接着进行了菌株全基因组的测定和解析,抗生素抗性实验显示其具有较强的基因组稳定性.生长过程、酸应激和胆盐胁迫的蛋白组学鉴定出一系列与益生菌生长和抗性相关的功能蛋白.进一步体内试验表明,LCZ已经被证明具有调节肠道菌群的丰度和比例、抗脂质过氧化和增加抗氧化酶活性、调节细胞和体液免疫以及肿瘤免疫功能、改善血脂和肝脏脂质代谢、缓解口服糖耐量受损和预防二型糖尿病、保护肝脏和预防肝损伤、抑制肝移植瘤生长和诱变结肠癌发生发展等多项功能.小规模人群试验表明, LCZ可以维持肠道菌群的丰富度,增加有益菌的丰度和减少潜在有害菌的丰度.更重要的是,通过调节肠道菌群预防上呼吸道感染和改善部分衰老指标的功能在中等规模人体随机临床试验中也得到了验证.益生菌LCZ未来将在改善肠道菌群方面发挥更大的益处,具有开发为预防和辅助改善疾病的保健食品/特医食品的潜能.     

秸秆类生物质发酵法生物产氢的研究

以玉米秸秆发酵生物产氢为目标, 在考察小熊猫粪产氢特性基础上, 在批式实验条件下系统考察了预处理方法对底物糖化效率和发酵产氢的影响, 并在5 L CSABR反应器中完成了秸秆发酵产氢的验证实验. 研究表明: 以7.5 g/kg微贮剂糖化水解秸秆最有效, 秸秆经预处理后可溶性糖和乳酸含量分别达到最大值212 mg/g-TS和21 mg/g-TS; 在最佳发酵产氢条件下, 玉米秸秆的累积氢产量、产氢速率和氢浓度分别为176 mL/g-TS, 14.5 mL/g-TS·h^-1和57.2%. 反应器中主要的液相发酵副产物为丁酸、乙酸和乙醇(丁醇), 没有检测到甲烷气体存在. 在最佳的产氢周期, ORP值维持在-445 ~ -455 mV的较低水平. 实验结果表明: 底物的生物预处理在秸秆的发酵产氢过程中扮演了至关重要的角色.     

利用响应曲面法优化秸秆水解液的丁醇发酵条件研究

丁醇是一种极具潜力的新型生物燃料,以玉米秸秆废弃物的酶水解液为底物,利用丙酮丁醇梭菌CICC8008发酵生产丁醇.采用Plackett-Burman(P-B)和中心组合实验设计(CCD)优化发酵条件.在Plackett-Burman实验设计时,考察酵母提取物、(NH4)2SO4,KH2PO4,MgSO4,FeSO4,CuSO4和CaCO3这7个因素,结果表明CaCO3为最显著因素.在中心组实验设计中,选用CaCO3用量,温度和反应时间这3个因素,结果表明最佳的发酵条件是CaCO3用量、温度和反应时间分别为5.04g/L,35℃和70h.利用数学模型分析预测得知最佳的丁醇产量为6.57g/L.经过实验验证表明,在优化条件下的丁醇发酵产量达到6.20g/L.这说明利用数理统计方法优化玉米秸秆的丁醇发酵是有效的.     

环境筛选、扩散限制和生物间相互作用在温带落叶阔叶林土壤跳虫群落构建中的作用

群落构建机制是土壤动物群落生态学的重点内容之一.相关研究证明,扩散限制、环境筛选和生物间相互作用可能是土壤动物群落构建的重要调控机制,但少有基于小尺度的系统研究.本文在黑龙江省帽儿山森林生态系统研究站的温带落叶阔叶林内,于2012年8月设置3个5 m×5 m的样地,探讨扩散限制、环境筛选和生物间相互作用在小尺度土壤跳虫群落构建中的作用.基于环境主分量因子(PCs)和Moran特征向量图(MEMs),用变差分解的方法来区分环境筛选和扩散限制的调控作用,并基于偏Mantel检验进一步分析环境变量和空间变量的调控作用.用零模型模拟的方法来说明土壤跳虫群落物种的共存格局、识别群落水平的显著物种对,同时计算环境生态位重叠度指标和体型大小比例来说明生物间相互作用和环境筛选在跳虫群落构建中的作用.变差分解结果表明,扩散限制对土壤跳虫群落具有较大的显著方差解释量,而环境筛选和空间环境结构的解释量相对较小且不显著;偏Mantel检验进一步表明,扩散限制对样地Ⅰ跳虫群落具有重要的贡献;RDA分析表明,土壤有机质、土壤含水量、凋落物干重等环境变量对土壤跳虫群落具有显著的影响,表明环境变量对跳虫群落的重要作用.群落水平零模型分析表明,土壤跳虫群落表现为非随机的共存格局;群落中发现较少的显著物种对,且显著负相互作用的物种对群落构建可能没有显著的作用;体型大小比例和环境生态位重叠度指标表明,土壤跳虫不是竞争性的群落结构,说明环境筛选具有重要调控作用.本研究表明温带落叶阔叶林小尺度土壤跳虫群落主要受到扩散限制和环境筛选的共同调控,生物间相互作用的驱动作用并不显著.     

海洋微生物与噬菌体间的相互关系

病毒是海洋中丰度最高的生物体, 其中绝大多数又为能够侵染细菌和古菌的噬菌体.它们在控制微生物死亡率、调节微生物群落结构与多样性、影响微食物网过程以及参与碳、氮等元素的生物地球化学循环等方面扮演着重要的生态角色. 本文对近年来关于海洋细菌与其病毒间相互关系的研究进行了概述, 并结合作者的工作对未来的研究进行展望.     

高黎贡山天然阔叶林的土壤微生物功能基因多样性

应用微生物功能基因芯片(GeoChip 2.0),研究了云南高黎贡山典型阔叶林土壤微生物功能基因的多样性及其主要环境影响因子.该基因芯片含有24243个寡聚核苷酸探针,涵盖了参与碳、氮等生物地球化学循环的151个功能基因群.在5个样地中,共检测到微生物功能基因2237个,涉及12个不同的微生物生物过程,包括碳降解、碳固定、硫还原、金属还原和抗性、氮固定、硝化、反硝化、污染物降解、磷利用、甲烷还原和甲烷氧化等.各样地土壤微生物的Shannon Weaver指数处于5.39~6.91之间,其中常绿阔叶林土壤微生物的多样性高于针阔混交林.参与碳氮循环的相关功能基因多样性和丰度在样地间存在差异,其中针阔混交林样地具有较高的固碳基因丰度,GLGS15样地具有较高的反硝化相关基因丰度,表明这些微生物介导的生物过程在样地间可能存在明显的差异.CCA分析表明研究样地的土壤有机碳、土壤含水量、土壤温度和植物多样性可能是影响微生物功能基因多样性分布格局的重要环境因素,VPA分析表明土壤含水量、土壤温度和植物多样性对微生物群落结构分别做了25.79%,25.83%和18.94%的贡献.     

黏土矿物对病毒生物地球化学作用的影响探讨与展望

作为自然界丰度最高的生命体,病毒活跃于海洋、土壤、冰川等各类生态系统.通过侵染细菌、古菌及真核微生物,病毒在调控微生物群落和元素生物地球化学循环过程中扮演着关键角色.在自然环境中,病毒与无机或有机颗粒存在广泛的相互作用.黏土矿物是广泛分布于陆地和海洋环境的无机颗粒,陆地生态系统中的黏土矿物可在大气、河流和冰川的作用下搬运至海洋,并在水体中沉降形成深海沉积物.黏土矿物对病毒具有高度亲和力,影响着环境中病毒的丰度、活性和感染能力.因此,黏土矿物对病毒介导的生物地球化学循环过程有着重要的影响.本文从各类生境中病毒的生态功能、病毒的生物地球化学作用模型和黏土矿物对病毒的吸附作用3个方面进行了概述,并讨论了陆地和海洋生态系统中黏土矿物的吸附作用对病毒功能和生物地球化学作用的潜在影响,提出黏土矿物是影响病毒驱动的生物地球化学循环不可忽视的因素,未来应将黏土矿物作为评估病毒生物地球化学作用的参数之一.     

紫茎泽兰产氢产甲烷联合发酵的研究

以脱毒预处理的紫茎泽兰为原料,调节发酵体系的pH,可实现紫茎泽兰产氢产甲烷联合发酵.pH为4.7~5.5的情况下先产氢后调至中性产甲烷,对比实验为pH6.5~7.5的情况下先产甲烷后调节至酸产氢.实验结果表明:先产氢后产甲烷实验的TS和VS原料利用率均高于先产甲烷后产氢实验,且纤维素、半纤维素和木质素利用率也高出32.60%,45.80%和50.26%;紫茎泽兰产氢阶段终点可根据实验组、对照组产气趋势是否趋于一致来进行判断;先产氢后产甲烷实验的产甲烷速率比先产甲烷后产氢实验高出18.85%,有效缩短了发酵周期;先产氢后产甲烷实验实现了能源利用效率的68.54%,而先产甲烷后产氢实验只实现了能源利用效率的15.35%.实验得出,与先产甲烷后产氢发酵、单独产甲烷发酵、单独产氢发酵相比,紫茎泽兰联合产氢产甲烷发酵是理想的紫茎泽兰利用途径之一.     

深部生物圈病毒研究进展与展望

病毒是地球上丰度最高的生命形式,广泛分布于包括深部生物圈在内的各种环境中.病毒通过侵染微生物宿主影响其生态特征、生态过程和生物地球化学循环,被称为"全球尺度过程的纳米尺度推动者".然而,病毒在深部生物圈中的生态功能和生物地球化学作用仍是一个"黑箱".本文综述了深部生物圈病毒的研究进展,包括病毒在典型深部生物圈环境中的分布规律和环境调控因素、多样性和群落结构、生活方式和活性、与宿主相互作用、生态效应和生物地球化学意义.在此基础上,对深部生物圈病毒在生物学、生态学和生物地球化学方面的研究方向提出建议,以期促进深部生物圈病毒学科的发展.     

一个可能的植物入侵机制: 入侵种通过改变入侵地土壤微生物群落影响本地种的生长

测定了紫茎泽兰(Eupatorium adenophorum)重度入侵地土壤(对照于轻度入侵地土壤)的pH, 有机质, N, P, K养分状况和细菌群落特征(Biolog EcoPlate^TM)的变化; 并通过紫茎泽兰的水浸提液处理土壤, 检测了紫茎泽兰对土壤细菌群落作用; 然后通过盆栽实验研究了土壤性质的改变对外来植物紫茎泽兰入侵过程的意义. 土壤性质分析结果表明, 2个样地间的土壤pH, 有机质, 全N, 全P和全K差异较小, 而重度入侵地土壤的NH₄⁺-N, NO₃^--N和有效性P, K比轻度入侵地显著地提高, 2个样地间的土壤细菌群落结构存在明显的差异; 紫茎泽兰水浸提液处理的轻度入侵地土壤在细菌功能群结构上与原土壤存在较大差异, 而与重度入侵地土壤具有很高的相似性. 盆栽实验结果表明, 当生长于重度入侵地土壤时, 紫茎泽兰和三叶鬼针草的生长不受影响, 但本地植物生长受到明显的抑制, 在用活性炭除去土壤中可能残留的紫茎泽兰化感物质后, 仍然表现出相同的规律. 在以上结果中, 土壤养分状况的差异无法解释生长于二种土壤上的本地植物生长的差异, 而土壤细菌群落特征在样地间的变化与本地植物的生长表现出明显的相关性, 暗示着改变土壤细菌群落可能是紫茎泽兰入侵过程的一个重要组成部分. 土壤微生物群落可能在外来植物与本地植物的关系中起到了重要的“桥梁”的作用, 外来植物可以通过改变重度入侵地土壤微生物群落结构阻碍本地植物的生长和更新.