肠道微生物与环境健康关系的研究进展与展望

尽管肠道微生物群落在调节宿主多种生理功能的稳态以及抵抗环境污染物的毒性等方面至关重要,但是其在环境健康上的作用直到近几年才引起关注.本综述主要概述了环境污染物对肠道微生物的作用导致的健康效应的最新研究进展.发展迅速的高通量测序平台与合成生态学方法有助于快速确定肠道微生物组成,结合信息化综合分析方法可进一步探明肠道微生物对污染物的调节机制.本综述进一步重点举例,讨论了重金属、有机污染物、纳米颗粒、微塑料与肠道微生物群落相互作用的机制,及其对宿主健康产生的影响.目前对于肠道微生物群落介导环境污染物诱发环境健康效应的研究还不够成熟,存在诸多需要克服的科学技术难点.综述在最后从研究对象、技术方法和应用方面提出了对未来研究内容的展望.     

庞泉沟自然保护区华北落叶松与桦树林土壤微生物群落结构

落叶针叶林和落叶阔叶林是华北地区主要的森林类型,其地下生态系统在驱动生物地球化学循环过程中发挥重要作用.运用Illumina高通量测序技术分析庞泉沟自然保护区中海拔桦树(Betula platyphylla)林和华北落叶松(Larix principis-rupprechtii)林以及高海拔华北落叶松林的土壤微生物群落结构,同时对土壤过氧化氢酶、脲酶、蔗糖酶活性及土壤理化性质进行测定,分析各因子的变化规律及其之间的相关性.结果显示:1)3个样地土壤脲酶、蔗糖酶活性与全碳、全氮、全硫、碳氮比呈极显著正相关;脲酶活性与p H显著负相关;过氧化氢酶活性与土壤理化性质均无显著相关性;同时3种酶的活性与细菌和真菌特定类群的丰度密切相关.2)样地间土壤细菌群落结构具有一定差异,而真菌群落结构的差异较大,土壤理化性质对微生物群落的结构具有较大的影响.真菌群落中的煤炱目(Capnodiales)、蜡壳耳目(Sebacinales)、路霉目(Lulworthiales)、锈革孔菌目(Hymenochaetales)的丰度与土壤全碳、全氮、全硫、碳氮比、含水率显著相关.3)中海拔桦树林土壤细菌群落多样性和丰度高于华北落叶松林,真菌群落的丰度与之相反;高海拔落叶松林细菌群落多样性较低,而丰度较高,真菌群落则是丰度较低,多样性在高海拔落叶松林中最高,在桦树林中较低.综上,植被类型、土壤理化性质和微生物群落结构三者相互影响,因此可通过改变林下土壤微生物环境,制定出不同的育林措施,进而影响土壤生态系统的碳、氮、硫等循环进程,提高土壤肥力.     

生物炭的土壤环境效应及其机制研究

近年来,随着土壤污染的逐渐加重以及食品安全问题的频出,生物炭作为重要的土壤改良剂以及对污染土壤修复表现出的巨大潜力引起人们的广泛关注.本文首先对国内外生物炭的土壤环境效应方面的研究以及成果进行分析总结.生物炭具有疏松多孔的性质以及巨大的表面积和阳离子交换量(CEC),可以改善土壤理化性质,能强烈吸附土壤中的污染物,降低其生物有效性和迁移转化能力;生物炭的碱性对于改良酸性土壤降低土壤中污染物的生物毒性具有很大的潜力;生物炭还可以为微生物提供生长繁殖的场所,有利于微生物对污染物的降解,但同时又可以保护被吸附的有机物免受微生物的降解,对不同的微生物影响不同;生物炭可以对蚯蚓等土壤动物的生存产生影响.在此基础上,依据生物炭的基本理化性质,对其土壤环境效应机制进行了分析.最后,从当前工作中存在的不足对今后的研究重点和方向进行了展望.     

水环境中微塑料表面细菌群落特征研究进展

微塑料因其比表面积大、难降解等特点,在水环境中长期存在,可作为水环境中微生物的独特栖息地。以细菌群落为主的微生物可定殖在微塑料表面,对生态系统和人类健康产生潜在风险。本文综述了国内外海水、淡水环境中微塑料表面细菌群落特征的研究进展,阐述了微塑料表面细菌群落的研究方法和结构多样性,分析了暴露时间、地点及塑料理化性质对微塑料表面细菌群落多样性的影响,探讨了水环境中微塑料表面细菌群落的生态效应和健康风险。后续研究应采用宏基因组学全面地探究水环境中的“微塑料圈”,并关注远洋、入海口和内陆地表水微塑料表面微生物群落,从全球尺度上探索水环境中微塑料表面微生物群落的定殖规律及其生态效应。此外,鉴于微塑料表面存在降解菌,需进一步明确定殖在微塑料表面的微生物参与微塑料降解的效率及其机制,可为了解微塑料在水环境中的归宿问题提供科学依据。     

重金属污染降低水稻土微生物商并改变PLFA群落结构——苏南某地污染稻田的案例研究

重金属污染可能影响土壤中微生物生物量与活性及群落结构.但这种影响随土地利用和土壤类型、污染物类型而异.采集了江苏南部某市金属冶炼产业区周边重金属污染的稻田和未明显污染稻田的表土样品,分析了重金属复合污染下土壤微生物生物量以及PLFA群落结构的变化.结果表明,重金属污染下稻田土壤的微生物生物量碳、氮及微生物商比未明显污染的土壤显著降低(约20%);PLFA分析显示,重金属污染下土壤微生物群落结构发生了明显的变化,细菌和真菌PLFA的变化幅度达到30%以上,革兰氏阳性菌与革兰氏阴性菌的脂肪酸比值升高,而真菌/细菌的比例降低了约70%.这种改变可能进一步影响到土壤中C、N等养分的生物地球化学循环,这有待深入的研究.     

环境样品中微塑料及其结合污染物鉴别分析研究进展

微塑料作为一种新型污染物,具有难以被彻底降解、在环境中分布广泛、易结合疏水性有机污染物和重金属等特性,已成为国内外学者研究的热点问题.近年来,微塑料在海水、淡水、沉积物、土壤和大气等环境介质中不断被报道,且数量不断增加,甚至在人口稀少的偏远地区均有微塑料的检出.微塑料尺寸较小极易被生物误食,微塑料及其结合的污染物对生态环境产生潜在风险.开展微塑料及其结合污染物鉴别分析技术是研究微塑料环境行为、生态毒理效应及风险防控的基础.本文梳理了微塑料的相关研究,总结和比较分析了不同介质(水体、土壤/沉积物、生物体、大气)中微塑料的采样、分离提取、定性(物理形态表征和化学组分鉴定)、定量(数量丰度和质量浓度)以及结合污染物的检测分析技术和方法,为相关领域的研究提供了方法学的参考.     

生物炭对土壤中微生物群落结构及其生物地球化学功能的影响

生物炭是由生物质在完全或部分缺氧的情况下经热解炭化产生的一类高度芳香化难熔性固态物质,具有改善土壤理化性质、调控营养元素循环、防治重金属、多环芳烃等污染物迁移转化等功能,因此,在土壤改良与修复领域具有较好的应用前景。但是,生物炭的施用将对土壤中的微生物群落结构组成带来影响,从而改变整个生态系统的物质循环过程。本文综述了近年来国内外有关生物炭对土壤微生物分布影响的研究进展,探讨了生物炭对土壤微生物生长代谢的作用机制,阐述了生物炭对于微生物主导的土壤生物地球化学过程产生的影响作用。相关研究发现,土壤总微生物生物量在生物炭施用后或增加,或不变,或呈现下降趋势;不同种类微生物对于生物炭的响应非常复杂,从而呈现出各异的土壤微生物群落结构组成。生物炭对微生物生长代谢的影响源于改变p H环境、影响水分分布、调节养分循环等多种机制的协同作用,而生物炭在对环境物质的吸附以及对微生物的直接吸附方面扮演着重要角色。同时,生物炭对于土壤微生物群落结构组成的影响还会随着时间的推移而发生变化。生物炭对土壤中微生物分布的改变还会进一步影响微生物的生物地球化学功能,对温室气体排放、碳氮循环和有机污染物降解等生物地球化学过程产生重要影响。因此,有待开展更多关于生物炭对于土壤微生物分布及其生态功能的影响的深入研究,以期更全面地评价生物炭对土壤环境质量的影响作用,为生物炭的实际应用提供依据。     

粉煤灰结合施肥对土壤微生物和酶活性的效应

在以前对粉煤灰改良石灰性土壤对其理化性质和养分效应研究的基础上，分析了小麦不同生育期土壤中微生物数量和几种重要的土壤酶的活性，旨在探讨石灰性褐土施用粉煤灰配合有机肥对土壤环境生物质量的效应。结果表明，每公顷施用粉煤灰150t以上显著提高了土壤中各种微生物的数量，对土壤酶活性也有显著的作用，尤其是对小麦灌浆期脲酶的活性有显著的促进作用。因此，施用粉煤灰可以改善土壤的生物活性，从而达到保护和治理土壤环境的效果。     

氮肥和多环芳烃对农田土壤细菌群落的影响

氮肥是农业生产的重要保障,多环芳烃是广泛存在的环境污染物,它们可能共存于农田土壤中,对微生物群落产生影响。为探究施氮肥和多环芳烃污染叠加情况下的土壤微生物生态效应,采集农田土壤,设置添加尿素和苯并[a]蒽的组合处理,建立微宇宙进行培养。在测定硝态氮积累、土壤pH以及污染物矿化的基础上,结合定量PCR、高通量测序等方法,研究尿素和苯并[a]蒽对土壤细菌群落特征的影响。结果显示,尿素导致土壤中硝态氮的积累,显著增加了细菌氨单加氧酶基因(amo A)拷贝数,但对古菌amoA基因丰度的影响不明显;施用尿素导致土壤p H值降低,显著影响14个主要土壤细菌门中的10个,使得土壤细菌群落多样性显著下降,整体结构发生极大变化;相对于尿素而言,苯并[a]蒽84 d的矿化率为10%左右,长期作用下具有改变土壤微生物群落组成和结构的潜力;尿素对苯并[a]蒽的矿化未产生显著影响,但苯并[a]蒽对土壤中氨氧化古菌有抑制作用,抑制比例最高达63%。这些结果表明,尿素导致土壤中硝化微生物的富集,并通过降低p H而对微生物群落产生深远的影响,而苯并[a]蒽对土壤重要功能群和细菌总体群落有潜在的风险。该研究有助于阐明农田土壤中铵态氮肥和多环芳烃的复合生态效应,为揭示有机污染物和氮转化间的交互作用机制提供了科学依据。     

青霉素对土壤微生物群落结构的影响

利用Biolog-ECO技术分析不同青霉素浓度处理下土壤微生物的群落代谢活性及结构多样性,利用变性梯度凝胶电泳(denaturing gradient gel electrophoresis,DGGE)技术分析典型微生物群落结构变化情况,探讨青霉素对土壤微生物群落的生态毒理效应。主成分分析(PCA)结果表明,高浓度青霉素(400和800 mg·kg-1)处理能快速诱导土壤中以酚酸类化合物为碳源的微生物菌群富集。DGGE结果显示,在高浓度青霉素(800 mg·kg-1)胁迫初期,土壤中微生物多样性指数(Shannon-Wiener index)显著降低(P0.05);7 d后,主要微生物群落结构随土壤中青霉素降解又逐渐恢复。     

施用生物炭对土壤微生物的影响

作为生物质材料的热解产物,生物炭被认为是很有前景的环境污染治理与生态修复材料.多方面的研究说明,生物炭的多孔、大比表面积、丰富的官能团等性能,使其具有"锁定"碳,固定土壤污染物,改善土质等功能,从而从土壤物理化学的角度证实了生物炭在土壤污染治理与改良方面的作用,但至于生物炭对土壤微生物的影响及其长期效应尚处于起步阶段.本文总结分析了近年来国内外生物炭与土壤微生物相关的研究成果,得出生物炭能通过改变土壤资源储备(如可利用C、营养物质、水分等)、非生命成分(如p H、CEC等)等理化性质,加快土壤细菌和真菌的生长与繁殖,影响土壤微生物群落结构和功能.可见,生物炭土地利用的优点不容置疑,为了实现其规模化应用,生物炭的施用剂量、生物炭-微生物-污染物的作用机理等问题亟待深入地研究,生物炭对土壤微生物及养分循环的长期影响还有待于系统地展开.     

氮沉降增加对土壤微生物的影响

综述了国外氮沉降对土壤微生物的影响研究现状，主要从土壤微生物群落结构组成及功能等方面对氮沉降的响应进行了综述，并从微生物对底物的利用模式及碳分配状况，pH值的变化方面初步探讨了土壤微生物对过量氮沉降的响应机制。研究表明，过量氮沉降会给土壤微生物在以下几个方面带来负影响：首先，改变微生物群落结构组成，表现为土壤真菌细菌相关丰富度发生改变，真菌生物量的减少，真菌／细菌生物量比率的减少，土壤微生物量的减少，微生物群落结构发生改变；其次，改变微生物功能，表现为减少土壤呼吸率，土壤酶活性的降低，改变微生物对底物的利用模式等等。此外，文章还指出出未来该方面研究重点和方向。     

增温对南亚热带季风常绿阔叶林土壤微生物群落的影响

土壤微生物是森林生态系统中重要的分解者,参与生物圈的物质循环和能量流动,对温度变化响应较为敏感。以鼎湖山南亚热带季风常绿阔叶林为研究对象,基于野外增温实验平台,采集0-10 cm和10-20 cm土层的土壤样品,采用磷脂脂肪酸(PLFA)方法并结合土壤理化性质的监测,探究气温上升对土壤微生物群落的影响。结果表明:(1)增温处理使0-10 cm和10-20 cm土层月均温分别显著上升1.24℃和1.17℃,土层湿度变化不显著;(2)增温显著增加了土壤硝氮含量,但对其他理化性质作用不明显;(3)增温组土壤微生物生物量碳(MBC)、微生物生物量氮(MBN)、微生物生物量碳氮比(C/N)以及微生物总磷脂脂肪酸含量与对照组差异不显著;(4)增温显著改变了土壤微生物群落结构,使细菌相对丰度、细菌真菌之比(B/F)以及革兰氏阳性菌革兰氏阴性菌之比(G~+/G~-)显著增加,降低了真菌和丛枝菌根真菌的相对丰度;(5)进一步分析表明,土壤硝态氮和有机碳是影响土壤微生物群落结构变异的主要因子,两者共同解释了微生物群落结构60.5%的变异度。以上研究结果表明,尽管增温对南亚热带季风常绿阔叶林土壤微生物生物量作用不明显,但可通过对土壤硝氮和土壤有机碳含量的影响引起土壤微生物群落结构及其相对丰度的改变,微生物群落结构和相对丰度的变化又将通过影响微生物对土壤碳氮的同化作用,最终影响土壤的碳氮过程。     

中国新疆火焰山土壤环境及细菌群落结构北大核心CSCD

为评价火焰山地区土壤环境现状,并了解环境因子对土壤微生物数量和细菌群落结构的影响,测定了土壤理化性质和4种典型土壤酶活性,结合传统分离培养计数所得微生物数量进行主成分分析(Principal Component Analysis,PCA)和相关性研究,运用变性梯度凝胶电泳(Denaturing Gradient Gel Electrophoresis,DGGE)技术结合冗余分析(Redundance Analysis,RDA)解析影响细菌群落结构的关键因子.结果表明:(1)火焰山地区土壤肥力状况较差,主要特点为含水率低、养分贫瘠和盐碱化严重,其中盐分含量是限制土壤肥力水平的关键因素,脱氢酶活性可作为快速评价火焰山土壤肥力的重要指标,多酚氧化酶活性最能代表火焰山土壤系统内的肥力变异状况;(2)火焰山土壤微生物数量处于较低水平,细菌为绝对优势菌群(占98.13%),土壤水分是决定微生物数量的关键因子,但盐分含量与微生物数量的相关性不明显;(3)环境因子与土壤细菌群落多样性和结构分布的相关性密切,全氮含量和土壤水分是影响细菌群落多样性的关键因子,各环境因子对不同细菌群落的影响迥异,其共同作用决定了火焰山地区细菌群落结构分布.     

原油对荒漠土微生物活性的影响

正石油进入土壤后改变了土壤质地,使原有土壤微生物群落、区系和土壤酶活性受到了不同程度的影响.目前,对干旱区原油污染和土壤微生物之间的关系,研究工作涉及较少.本文选取干旱胁迫环境中的荒漠土为研究对象,研究了原油对荒漠土中微生物活性的影响.研究结果对于评价干旱区石油污染对土壤生态环境的影响,揭示荒漠土土壤微生物对石油污染物的响应规律具有重要意义.     

多壁碳纳米管对土壤微生物的生态毒理效应

以多壁碳纳米管为研究对象,从生化作用、酶活性、微生物数量和群落结构4个方面系统评估其对土壤微生物的影响。设置两组实验,分别为碳纳米管组和对照组。对于碳纳米管组,按1mg碳纳米管·g-1土的浓度将多壁碳纳米管与土样均匀混合,对照组中不加入多壁碳纳米管。定期(每28d)取样测定两组土壤中的各项生态毒理指标。近5个月的实验结果显示,不同指标对多壁碳纳米管的响应不同。土壤呼吸作用初期受抑制但后期恢复,氨化作用初期被促进但后期被抑制,脱氢酶活性发生增强和抑制两次波动,荧光素二乙酸酯酶活性在整个实验期间一直被抑制,微生物量出现先减少后增加再减少的规律,群落结构在实验初期和后期均有较大变化。总体上,多壁碳纳米管对土壤微生物表现了一定的生态毒性,但除荧光素二乙酸酯酶活性外,各毒理效应在统计意义上并不显著(0.05水平)。     

改变碳输入对太岳山油松林土壤酶活性的影响

土壤酶是土壤微生物作用于土壤环境的媒介,其活性对土壤环境的变化十分敏感,因此测定土壤酶活性对了解土壤微生物群落功能与环境因子的关系具有重要意义.为了解碳输入变化对土壤酶活性的影响,本文以山西太岳山油松(Pinus tabulaeformis)天然林和人工林为研究对象,自2009年7月开始进行对照(无人为干扰,CK)、去凋(去除凋落物,LR)、切根去凋(切断根系并去除凋落物,LRNR)3种处理,于2012年7、9月和2013年5月采集表层0-20 cm的土样,测定了多酚氧化酶(Polyphenol oxidase)、过氧化物酶(Peroxidase)、纤维素酶(Cellulase)、蔗糖酶(Invertase)、脲酶(Urease)和中性磷酸酶(Neutral phosphatase)的活性,另于2012年10月采集表层0-20 cm的土样测定土壤化学性质.结果显示:碳输入的改变对土壤酶活性影响显著,去凋处理和切根去凋处理均显著降低了土壤碳、氮含量(P0.05),并且显著抑制了土壤纤维素酶、蔗糖酶、脲酶、中性磷酸酶等水解酶的活性(P0.05),但对多酚氧化酶和过氧化物酶等氧化酶的影响不显著(P0.05).切根去凋处理对水解酶的抑制作用大于去凋处理,并略微提高了土壤过氧化物酶活性.另外在天然林中蔗糖酶活性的下降比人工林更为显著,而人工林中纤维素酶活性的下降比天然林更显著.研究表明:油松天然林中的土壤微生物群落功能倾向于分泌蔗糖酶,而油松人工林中的土壤微生物群落功能倾向于分泌纤维素酶.土壤酶活性的变化说明,在山西油松林,碳输入的减少会降低参与有机质降解的土壤酶活性,而对参与腐殖质合成的土壤酶活性没有显著影响.图3表3参31     

环境微塑料与有机污染物的相互作用及联合毒性效应研究进展

环境微塑料可吸附有机污染物,并与有机污染物进行相互作用从而改变其毒性效应,增加微塑料的治理难度.本文就全球范围内微塑料与有机污染物的相互作用及毒性效应的研究进展进行综述,分析不同介质中微塑料与有机污染物的共存水平、吸附机理、影响因素以及联合毒性效应等.研究表明,微塑料可作为多环芳烃(PAHs)、多氯联苯(PCBs)、六...     

三裂叶蟛蜞菊入侵对土壤酶活性和理化性质的影响

通过野外采样和盆栽试验,研究了三裂叶蟛蜞菊Wedelia trilobata入侵对土壤pH值、有机质、全氮、速效磷、速效钾以及土壤酶活性的影响.野外采样的结果表明,三裂叶蟛蜞菊长期入侵后土壤pH值与蟛蜞菊Wedelia chinensis相比显著降低,两者生长的土壤环境中pH值分别约为6.30和6.71左右;三裂叶蟛蜞菊的生长提高了土壤中营养物质的含量,其中有机质、全氮、速效磷和速效钾含量与蟛蜞菊相比分别显著提高了71.74%、78.89%、188.57%和46.36%,说明三裂叶蟛蜞菊长期入侵改变了土壤的理化性质,增加了土壤中可利用的营养物质含量.短期盆栽试验的结果表明,经三裂叶蟛蜞菊和蟛蜞菊生长后的土壤环境中pH值与空土对照(CK)相比均显著降低,三者的pH值分别约为6.31、6.40和6.51左右;与CK相比,三裂叶蟛蜞菊生长后土壤中的全氮和硝态氮含量分别下降了9.94%和33.21%,速效钾含量上升了55.27%,而有机质、铵态氮、速效磷含量则无显著性差异;三裂叶蟛蜞菊和蟛蜞菊生长后的土壤中脲酶活性与CK相比均显著降低,而过氧化氢酶在三者之间没有显著性差异,蟛蜞菊的生长还提高了磷酸酶的活性.由此,我们认为入侵种三裂叶蟛蜞菊对土壤环境的影响分两个阶段,在入侵前期可能通过快速消耗土壤养分进行群落结构的构建,在群落建成的中后期则通过改变其入侵地土壤理化性质和酶活性,形成对自身生长发育和种群扩张有利的土壤微环境,达到成功入侵的目的.     

典型环境污染物对肠道菌群的影响及机制研究进展

随着环境污染日益严重,国内外有关环境污染物导致健康风险的毒性机制研究已引起广泛关注.然而,环境污染物对机体肠道菌群结构、功能的改变及其对毒性效应的调控作用研究尚处起步阶段.本综述在归纳近年来国内外人体及模式生物的肠道菌群研究进展的基础上,重点阐述了以重金属污染物、微纳米颗粒污染物、持久性有机污染物以及抗生素为代表的典型环境污染物对肠道菌群结构、组成、数量以及代谢等的影响,总结了肠道菌群在机体毒性效应中潜在调控作用,为后续肠道菌群在环境污染物毒理学效应及人类健康风险方面的系统研究提供理论参考.