环境介质对微生物群体感应信号分子的影响

群体感应(QS)是一种细菌谈话机制,指微生物通过释放信号分子进行细胞间交流,调控自由基释放、生物膜形成、基因水平转移等一系列群体行为.环境中广泛存在或使用的介质材料与信号分子相互作用进而影响这些群体行为.关于群体感应信号分子及其调控机制的综述很多,但却尚未有环境介质对胞内外信号分子影响的总结.本研究综述了微生物各类信号分子理化性质和生物功能,分析并总结了土壤矿物、纳米材料、生物炭和天然小分子化合物等环境介质对信号分子的影响,阐明了信号分子与环境介质之间的构-效关系,以期为深入理解真实环境中微生物群体感应调控行为提供重要参考.     

金属材料的微生物腐蚀与防护研究进展

探讨了金属材料在微生物作用过程中的腐蚀与防护。通过在实验室内构建微生物环境来模拟自然状态下金属材料的腐蚀行为。回溯了微生物腐蚀的研究历史,结合近年来的研究进展,重点阐述了生物膜在金属腐蚀过程中的特性,并针对滨海工业用循环冷却水系统中金属材料的MIC,介绍了相关的防腐蚀技术并展望了未来的发展趋势。自然海水中,微生物倾向于附着在材料表面形成生物膜,它在金属/溶液界面扮演着双重角色。金属的微生物腐蚀通常由多种微生物协同作用,具有复杂的作用机制,应该综合运用各种物理、化学手段,尤其是防护性涂层方法才能达到控制腐蚀的目的。     

供水PE和PPR塑料管内表面生物膜群落组成及其代谢特征

饮用水管道材料可以影响管壁生物膜群落组成,其代谢功能的差异又会导致不同的微生物风险.以PE管和PPR管为实验对象,结合16S rRNA测序、非靶向代谢组学、流式细胞仪和激光共聚焦扫描显微镜等方法,探究不同塑料管材对管壁生物膜微生物群落组成、代谢过程和微生物量的影响.结果表明,PPR管生物膜中微生物多样性和丰富度明显高于PE管.PPR管生物膜中变形菌门和拟杆菌门相对丰度高于PE管,PE管生物膜中放线菌门和酸杆菌门相对丰度高于PPR管.PE管壁生物膜中微生物代谢产物主要为十五烷酸、棕榈油酸和乙底酚等物质,PPR管生物膜中微生物代谢产物主要有13-氧化ODE、间香豆酸、7-羟基香豆素和松三糖等物质.相比于PPR管,PE管生物膜中与微生物代谢产物相对应的代谢通路包括核苷酸代谢、脂肪酸的生物合成和嘌呤代谢等表达量显著上调.与PPR管相比,PE管生物膜厚度更厚、微生物量更多,活菌比例更高,容易导致更强的微生物风险.因此,建议以后深入探究不同材质的塑料管对生物膜形成的影响机制并提出相应控制措施,以确保饮用水塑料管网水质微生物安全.     

纤维球对罗非鱼及其养殖环境功能的影响

采用纤维球作为生物膜载体,以土著微生物为生物膜菌源,研究其对水质、罗非鱼生长及水体微生物群落功能多样性的影响。结果表明,纤维球具有降低水体氨氮、pH而增加水体DO、IC的作用,但对水体中TOC、亚硝酸盐、硝酸盐无显著影响;与对照组相比,纤维球能显著提高罗非鱼增重量和显著降低饵料系数,并且可显著提高水体微生物对Biolog板中全部碳源的利用强度及对D-氨基葡萄糖酸、D-半乳糖醛酸、D-甘露醇等碳源的代谢活性,但对水体微生物多样性无显著影响;主成分分析表明,纤维球对水体微生物碳代谢特征具有显著影响。表明纤维球在一定程度上可有效改善水质,促进罗非鱼生长,影响水体微生物群落功能多样性。     

废水生物处理中生物膜的形成及动力学模型研究进展

综述了生物膜法处理废水中生物膜的形成及其动力学模型。概述了反应器中微生物的固定化即生物膜的形成过程;影响生物膜形成的因素,生物膜的结构及其对生物膜中生化反应和传质过程的影响;并叙述了几种典型的生物膜模型;提出生物膜法废水处理以后的研究重点。      

低温下磁性载体MBBR系统微生物群落特征和功能预测分析

为阐明低温下磁性载体对移动床生物膜反应器(MBBR)处理能力的影响,探究了反应器内生物膜的微生物多样性、群落结构、功能特征和氮代谢通路.结果表明,与商用载体反应器(对照组)相比,磁性载体反应器具有更高的污染物去除率,其对NH⁺₄-N和TN的平均去除率分别提高了16.2%和12.1%.Illumina高通量测序结果显示,磁性载体生物膜的微生物多样性和丰富度更高.由于不同微生物的磁化率不同,导致两种载体生物膜微生物群落结构存在显著差异.磁性载体生物膜中硝化菌属(如：Nitrosomonas、Nitrospira)和反硝化菌属(如：Sphaerotilus、Zoogloea)的相对丰度显著增多.PICRUSt2功能预测分析显示,磁性载体生物膜的整体基因功能表达水平更高,在信号传导机制和细胞内运输、分泌和囊泡运输等方面优势更明显.此外,大多数与氮代谢相关基因在磁性载体生物膜中丰度更高,如涉及硝化过程的基因amo、hao和反硝化过程基因nap、nor等,使得生物膜的低温脱氮潜力增强.以上结果从微观生物学角度更好地解释了反应器处理能力的差异,为磁性载体强...     

生物膜微塑料吸附重金属复合污染的研究进展

在水环境中大量存在的微塑料已经成为全球关注的重要环境问题。微塑料比表面积大、疏水性强,易吸附水环境中的重金属,表面被微生物定殖形成生物膜后,对重金属的吸附能力进一步增强,成为重金属的载体,形成复合污染物。复合污染物在水环境中广泛传播,造成更加严重的环境风险。该文对微塑料覆载生物膜吸附重金属所形成的复合污染的研究进展进行了深入的分析和总结,从微塑料覆载生物膜的基本特征、生物膜微塑料对重金属的吸附,以及作为重金属载体的作用等方面进行了综述,并提出生物膜微塑料与重金属相互作用研究中亟待解决的问题及未来的研究方向,为进一步评估微塑料覆载生物膜的环境行为和生态风险提供支撑。     

纸板碳化电极提高生物电化学系统产电效率微生物机理研究

采用Solexa高通量测序技术和蛋白定量方法,分析了碳化纤维素纸板制备的层状波纹碳(LCC)电极与石墨板(GP)电极在生物电化学系统运行过程形成的生物膜微生物群落结构和生物量差异.结果表明,LCC电极良好的生物电化学性能不仅取决于其良好的导电性能,还与其表面生物膜微生物群落结构有关;LCC电极表面生物膜微生物量高,且对产电微生物的富集效果好.LCC电极与GP电极表面生物膜分别得到16S rRNA基因V3区优化序列12643条和12837条,经97%相似度归并后获得的OTUs数量分别为2786和3130;α多样性分析显示,GP电极生物膜微生物多样性相对更丰富.Proteobacteria、Firmicutes和Bacteroidetes在两种电极生物膜中含量最为丰富,这3个门细菌序列数分别占总序列数的76%(LCC)和85%(GP).在属分类水平上,LCC电极生物膜由383个属的细菌构成,而GP电极生物膜则有456个属.深入分析电极生物膜微生物群落结构有助于进一步认识LCC电极提高生物电化学系统产电效率的机理.     

聚氨酯载体的表面修饰及对生物膜快速启动的影响

多巴胺能够赋予材料新的反应活性,目前已经被广泛地用于材料的表面修饰。该研究采用多巴胺对聚氨酯载体进行表面修饰,通过傅里叶变换衰减全反射红外光谱、接触角测试、AFM对表面修饰聚氨酯载体的表征分析。结果表明:多巴胺在碱性条件下能够发生交联聚合对聚氨酯载体进行表面修饰,接触角由修饰前的78°下降到57°,提高了载体的亲水性。AFM观察聚氨酯载体改性前后,载体表面由凸凹不平逐渐趋于光滑平整。以印染厂好氧池活性污泥为接种污泥,考察了表面修饰聚氨酯载体前后载体对启动生物膜的速度及微生物菌群的影响。结果表明:表面修饰的聚氨酯载体挂膜3 d时,载体表面微生物增殖速率是对照组的11.3倍,7-14 d膜上微生物的增殖速率下降为2.3～2.6倍,20 d后微生物增殖速率趋于平稳。初始形成生物膜厚度的增长速率是对照组的1.6～1.9倍。通过高通量测序表明聚氨酯载体表面修饰前后微生物菌群结果有显著差异。     

生物膜内硫循环变化特征及其作用的研究动向

结合国内外的研究情况 ,阐述了生物膜内硫的存在形态随环境条件不同而发生的变化及其作用 ,提出了研究影响生物膜内硫循环的电子受体、硫酸盐还原菌 (SRB)及其与生物膜内脱氮菌、聚磷菌等功能微生物的关系 ,对提高生物膜的水处理效果有重要意     

小分子物质双(3-氨基丙基)胺对废水混合菌落生物膜形成抑制效应

研究了小分子物质双(3-氨基丙基)胺对混合菌落生物膜形成抑制及解体效应机制,并探讨了利用双(3-氨基丙基)胺减缓膜表面生物污染的可行性.结果表明,双(3-氨基丙基)胺能有效抑制混合菌群微生物附着和生物膜形成,抑制作用随浓度的升高而增强.经过双(3-氨基丙基)胺处理(131 mg·L~(-1))24 h,生物膜形成抑制率达到74.61%.这种抑制效果不是通过杀菌方式产生而是通过抑制微生物中胞外多糖和e DNA含量产生.经双(3-氨基丙基)胺处理后,胞外多糖和eDNA分别下降了39.37%±2.68%和70.05%±2.93%.双(3-氨基丙基)胺对已经形成的生物膜也有一定解离作用.对于预培养12 h的生物膜,双(3-氨基丙基)胺(131 mg·L~(-1))处理10 h,解体率为23.59%.另外双(3-氨基丙基)胺可减缓膜过滤过程中膜孔堵塞速度,降低膜压,缓解由微生物引起的膜污染问题,在环境膜污染控制方面具有潜在应用价值.     

IFAS污水处理工艺的研究进展

总结了固定生物膜-活性污泥(IFAS)工艺的相关研究进展,主要包括IFAS工艺对污染物的去除性能、与其他技术耦合后的工艺性能、关键运行参数的影响,以及动力学模拟对IFAS工艺运行过程的优化.和传统活性污泥法(CAS)比较,IFAS工艺结合悬浮污泥与附着生物膜二者的优势,对有机物和氮素等污染物表现出更好的去除效果.IFA...     

Characteristics of microbial community involved in early biofilms formation under the influence of wastewater treatment plant effluent

Effluents from wastewater treatment plants (WWTPs) containing microorganisms and residual nutrients can influence the biofilm formation. Although the process and mechanism of bacterial biofilm formation have been well characterized, little is known about the characteristics and interaction of bacteria, archaea and eukaryotes in the early colonization, especially under the influence of WWTP effluent. The aim of this study was to characterize the important bacterial, archaeal and eukaryotic species in the early stage of biofilm formation downstream of the WWTP outlet. Water and biofilm samples were collected 24 and 48 hr after the deposition of bio-cords in the stream. Illumina Miseq sequencing of the 16S and 18S rDNA showed that, among the three domains, the bacterial biofilm community had the largest alpha and beta diversity. The early bacterial colonizers appeared to be “biofilm-specific”, with only a few dominant operational taxonomic units (OTUs) shared between the biofilm and the ambient water environment. Alpha-proteobacteria and Ciliophora tended to dominate the bacterial and eukaryotic communities, respectively, of the early biofilm already at 24 hr, whereas archaea played only a minor role during the early stage of colonization. The network analysis showed that the three domains of microbial community connected highly during the early colonization and it might be a characteristic of the microbial communities in the biofilm formation process where co-occurrence relationships could drive coexistence and diversity maintenance within the microbial communities.     

材料表面性质影响生物垢形成的综合评价及预测

用模糊数学的方法对不同材料表面上形成生物膜的诱导期和平均生物垢量建立了评价及预测模型。对文献中及作者试验过的22种表面材料在不同流速条件下形成生物膜的诱导期及生物垢量作了拟合评价。结果表明，有16种样本的诱导期及19种样本的生物垢量的评价结果与实测结果相符合，准确率分别为72．7％和86．4％。此外，还对玻璃和氟化乙丙烯两种固体材料在流速为1m/s条件下的生物垢生长情况进行了预测，结果也与实测结果相吻合。     

基于活性微生物特征的供水管壁生物膜生长特性

管网生物膜由各种活性微生物、微生物残体及有机无机杂质组成,管网生物膜的生长会导致机会致病菌寄居、管道腐蚀以及水质恶化等系列饮用水卫生问题.为研究供水管壁生物膜形成过程和附着生长活性微生物的分布特征,采用异养菌平板计数(HPC)、流式细胞术(FCM)和16S rRNA高通量测序对3种典型室内供水管材:聚氯乙烯(PVC)、无规共聚聚丙烯(PPR)、不锈钢(STS)内壁活性微生物的生长特性和群落多样性进行了分析.结果表明,PVC管壁生物量在第73 d最先达到峰值,3种管材内壁单位面积最大生物量、生物膜成熟时期生物量均呈现PVC PPR STS的规律. 3种管材表面活性细菌群落结构组成上,PVC管表面主要以硝化螺旋菌门为主,PPR和STS管以疣微菌门为主,其中STS管壁上生物膜物种丰富度最低、多样性最小,群落结构最简单. PVC和PPR管内壁表面相较STS管存在更多的蓝藻细菌和放线菌,在饮用水输配过程中更易引发饮用水嗅味问题.管材介质对管壁生物膜上微生物群落结构存在一定影响.     

稳定剂在提高纳米材料及其复合材料环境修复性能中的应用综述

与传统的环境修复技术相比,表面效应、体积效应、量子尺寸和宏观量子隧道效应赋予了纳米材料巨大的比表面积、超强的吸附、催化和螯合能力,使得纳米材料不仅克服了传统修复技术的缺点,还表现出极高的修复效率,已被广泛应用于环境污染修复中,如纳米零价铁(nZVI)、纳米TiO2、纳米氧化铁、纳米硫化镍、纳米硫化铁以及碳纳米管等.但纳...     

零价铁与微生物耦合修复地下水的研究进展

主要总结了零价铁与微生物耦合体系修复污染地下水的作用效能与机制,介绍了零价铁与微生物耦合体系中零价铁的和微生物的主要来源及特征,总结了该耦合技术对地下水中氯代烃、重金属以及硝酸盐的去除效能、作用机制以及产物,由于零价铁与微生物之间的协同作用,相较于单一体系,耦合体系对多种污染物的去除效率具有明显的优势,且耦合体系中污染物的去除产物更加无害化.此外,从材料本身与环境因子两个方面概述了零价铁与微生物耦合体系降解效率的影响因素,阐明了零价铁与微生物之间的交互作用机制.零价铁的毒性作用和刺激作用对微生物的生长与群落变化起到了重要作用,同时微生物的存在影响了零价铁的电子传递与钝化产物的构成.最后,提出了零价铁与微生物耦合体系的未来研究需求,总结了该技术的优势与不足,有利于该技术在地下水修复中的高效应用.     

生物炭固定化菌复合材料在环境修复中的应用研究进展

随着工业和农业的快速发展,环境污染日益严重,对生态安全和人体健康形成严重威胁.微生物修复是一种低价、绿色和易操作的技术,但微生物对高浓度污染物耐性低,造成修复效果差和周期长.由于生物炭的孔隙率高、官能团丰富和比表面积大,被认为是一种良好的吸附剂和固定化载体.通过微生物固定化技术将菌群定殖于生物炭上而制备生物炭固定化菌复合材料,结合了二者优势又克服菌群的缺点,展现了巨大的应用前景.通过系统论述生物炭固定化菌复合材料的制备方法和特征,评价生物炭固定化菌复合材料在环境修复中的效能,讨论环境因素对生物炭固定化菌复合材料去除水中污染物和修复污染土壤的效果影响,阐明生物炭固定化菌复合材料对废水处理与土壤修复的作用机制.     

生态规律在环境管理中的作用--略论现代环境管理的发展趋势

自然界是个生命生生不息的与物质循环不已的再生系统,环境是人类和生物生存的空间,在此空间内充满着多种不同结构和运动状态的物质,其中包含有生命的有机体和无生命的无机物,有人类赖以生存的水、气、光和营养物等基本因素,亦有侵害人体健康的生物和非生物,彼此结合或相互排斥.人类在长期进化过程中,一方面产生了适应环境变化的生存机能,同时人类活动亦不断地作用于环境,受人类影响的环境又反转来作用人类.