不同类型富营养化微型水体藻华暴发期微生物群落结构变化分析

与藻华有关的微生物群落对水体中的氮、磷循环起着关键性的作用,了解富营养化水体中细菌和藻类演替的驱动因素以及规律对预防藻类暴发和控制水体污染具有重要意义.本研究以岩口水库上游点源污染和面源污染池塘为研究对象,分析了藻华暴发期水质参数之间的相关性,并采用16S和23S测序分析了不同微型水体中细菌和藻类的群落结构组成特征,对细菌和藻类群落结构与水质参数之间的偶联关系进行了分析.相关性分析表明,不同微型水体中的叶绿素a浓度与其他水质参数之间的相关性并不明显;高通量测序结果表明,变形菌门、放线菌门和拟杆菌门均为不同微型水体中相对丰度较大的细菌门类;蓝藻和硅藻是点源污染池塘中的相对丰度较大的优势藻类,而蓝藻和裸藻是面源污染池塘中的相对丰度较大的优势藻类.冗余分析结果表明,总磷、高锰酸盐指数和不同形态氮浓度是影响点源污染池塘中菌藻群落结构的主要因素;高锰酸盐指数和不同形态氮磷浓度是影响面源污染池塘中菌藻群落结构的主要因素.本研究对富营养化微型水体藻华暴发期细菌和藻类的群落结构变化及其主要驱动因素进行了探究,可为富营养化微型水体的藻华控制以及污染治理提供科学依据.     

长江中下游湖泊超微型真核藻类遗传多样性研究

用流式分选结合末端限制性片段长度多态性的方法对长江中下游30个湖泊中超微型真核藻类的遗传多样性进行了研究,以了解不同环境条件下超微型真核藻类多样性的分布规律及其影响的主要因子.长江中下游湖泊大都已富营养化,但超微藻的群落组成差异仍然很大,T-RFLP分析共发现197个T-RFs,有45%的T-RFs(89个)仅在不到3个湖泊中检测到,聚类分析中各湖相似度均低于80%.中营养水平湖泊中多样性指数较高,总氮浓度与超微型真核藻类群落结构显著相关(P=0.006),CCA分析中,第一轴与第二轴共解释了10.0%的超微型真核藻类群落组成的变化.本研究表明,湖泊中超微型真核藻类群落组成的环境异质性明显,其多样性与湖泊营养水平密切相关,此外其它非生物因素对其群落组成也可能存在重要影响.     

纳米银在环境水样和实验介质中的理化性质和毒性效应

纳米银在自然环境中的理化性质可能严重影响其环境效应,本文的目的是为了比较纳米银在自然水样和实验介质条件下的理化性质和毒性效应.实验表征了粒径4 nm表面包裹物为油胺的纳米银,在不同介质条件下的粒径和团聚性,并进一步研究了不同环境介质条件下纳米银暴露对枯草芽孢杆菌的毒性效应.透射电镜照片显示油胺包裹的4 nm纳米银在环境介质中发生明显团聚.油胺包裹的4 nm纳米银暴露会抑制培养基中细菌的生长速率,降低生理盐水溶液中细菌的存活率.纳米银在实验条件下对细菌的毒性呈一定剂量效应关系,但是在环境水样中剂量效应关系不明显.低浓度纳米银在环境水样中的毒性比其在实验介质中弱.纳米银的透析袋暴露实验中,细菌的存活率有显著提升,揭示纳米银与细菌的直接相互作用对毒性效应有重要作用.与实验条件的培养基和生理盐水介质相比,环境水样中的纳米银更趋向以团聚形式存在,与细菌的相互作用几率减小,因此纳米银在环境介质中对细菌的毒性会降低.     

20世纪涅瓦湾中的浮游生物群落

本研究论文综述了根据涅瓦湾和20世纪浮游生物群落发生的变化所作的浮游动植物研究.众所周知,浮游生物受水质变化,特别是有机质含量变化的影响.对文献资料的比较结果反映了物种作为不同状况的指标的价值.涅瓦湾中的许多浮游生物种显示出由于不同的环境状况而发生的年复一年的巨大变化.根据1911～1990年间进行的研究的结果,在涅瓦湾中,淡水浮游生物种占支配地位.浮游生物群落基本上包括从拉多加湖输送来的物种.半咸水种偶而出现在涅瓦湾的浮游生物样中.浊度大以及水的通流速度快限制了湾中藻类的生产,同时由于流出量大,集水区的富营养化影响主要被传导到芬兰湾中     

20世纪涅瓦湾中的浮游生物群落

本研究论文综述了根据涅瓦湾和20世纪浮游生物群落发生的变化所作的浮游动植物研究.众所周知,浮游生物受水质变化,特别是有机质含量变化的影响.对文献资料的比较结果反映了物种作为不同状况的指标的价值.涅瓦湾中的许多浮游生物种显示出由于不同的环境状况而发生的年复一年的巨大变化.根据1911～1990年间进行的研究的结果,在涅瓦湾中,淡水浮游生物种占支配地位.浮游生物群落基本上包括从拉多加湖输送来的物种.半咸水种偶而出现在涅瓦湾的浮游生物样中.浊度大以及水的通流速度快限制了湾中藻类的生产,同时由于流出量大,集水区的富营养化影响主要被传导到芬兰湾中.     

浮游植物群落中的富营养化、赤潮及物种多样性:发生在波罗的海的案例

了解各种环境条件下控制生物多样性的机制是当今科学领域里最大的挑战之一.与陆地和底栖生境相比,对调节浮游生物生态系统物种多样性的机制的研究比较少.这主要是因为缺乏现场研究中的实验证据,因为这些实验证据覆盖了大量的时空尺度,并有足够的分辨率.本文通过陆地/相连系统的比较,讨论了作为浮游植物生长环境的水生系统的特性,列举了波罗的海中物种多样性的调节机制.     

浮游植物群落中的富营养化、赤潮及物种多样性:发生在波罗的海的案例

了解各种环境条件下控制生物多样性的机制是当今科学领域里最大的挑战之一.与陆地和底栖生境相比,对调节浮游生物生态系统物种多样性的机制的研究比较少.这主要是因为缺乏现场研究中的实验证据,因为这些实验证据覆盖了大量的时空尺度,并有足够的分辨率.本文通过陆地/相连系统的比较,讨论了作为浮游植物生长环境的水生系统的特性,列举了波罗的海中物种多样性的调节机制.     

水绵(Spirogyra)的除磷特性及其对微藻生长的抑制作用

针对富营养化水体的除磷和微型藻类生物生长的抑制问题,研究了水绵(Spirogyra)的除磷特性及其对微藻生长的抑制作用.以蓝藻中的Microcystis aeruginosa、绿藻中的Scenedesmus为代表,研究了Spirogyra对微型藻类生物生长的抑制特性.共培养实验结果表明,Spirogyra对以上2种藻类的生长具有明显的抑制作用,对Chlorella的生长也有同样的抑制作用;共培养、Spirogyra培养液及其过滤液对Microcystis aeruginosa、Scenedesmus生长的影响等实验表明,这种抑制作用是因Spirogyra生长的代谢分泌物或其共生微生物而引起.用总磷(TP)浓度小于1.60mg·L-1的模拟湖水进行实验,发现Spirogyra在生长过程中可以有效地去除水中的磷.磷的去除效率与氮营养物成份有关,NH4 -N/NO3--N质量比为3:7时除磷效率最高.除磷过程中无机氮磷比的变化规律表明,除却Spirogyra同化除磷之外,Spirogyra生长会引起水体pH升高,从而诱导磷沉积是除磷的重要机制之一.Spirogyra对微型藻类生长良好的抑制性能以及除磷特性为富营养化水体的生物修复、水源水的保护提供了新的技术途径.     

开放系统下方解石对邻苯二甲酸的吸附

通过批量平衡法,研究开放系统条件下方解石对邻苯二甲酸的吸附特性.结果表明:1邻苯二甲酸在方解石上的吸附3 h后渐趋平衡,一级动力学方程与二级动力学方程都能较好拟合吸附过程;2当p H从7.7增加到9.7时,邻苯二甲酸的吸附率逐渐降低,溶液中HCO-3和CO2-3的竞争效应及方解石表面的静电效应是其主导因素;3邻苯二甲酸的吸附率随离子强度升高而减少,这是由于电解质的"盐效应"作用增大了竞争离子HCO-3和CO2-3的浓度;4与间、对苯二甲酸相比,邻苯二甲酸的吸附率明显较高,可能是由于邻苯二甲酸的两个羧基距离较近,容易在方解石表面形成环状的络合物结构.通过研究邻苯二甲酸在方解石上的吸附特性,有助于了解二者的相互作用机制,为利用方解石去除环境中的邻苯二甲酸提供理论支持.     

分层型水库藻类季相演替的细菌种群驱动机制

浮游藻类和水体中的细菌是水生食物网的组成部分,在淡水生态系统的结构和功能中发挥着关键作用.然而,对于水库当中藻类和细菌群落如何互作及其对变化的环境条件的响应研究却较少.本文以李家河水库为研究对象,采用16S rDNA高通量测序技术和共生网络分析方法,分析了藻类种群时空演替与细菌群落的生态互作关系.结果表明,在藻类群落结构中,硅藻和绿藻也为全年优势门类,且在8月,蓝藻取代硅藻成为第二大优势门类,平均相对丰度为30.13%.DNA测序分析表明,变形菌门、放线菌门和拟杆菌门为全年优势细菌,其中变形菌门在7月达到全年最大相对丰度71.68%.酸杆菌门和异常球菌-栖热菌门作为稀有类群,其相对丰度最大分别为10.20%和5.56%.共生网络分析表明,藻类与细菌之间的关系以正相关居多,表明二者之间的互作关系可能以互利共生为主.Methylotenera作为关键节点,与小球藻呈显著正相关.柵藻作为藻类群落中的关键节点,与甲基杆菌属、Solitalea和红育菌属等多种细菌显著负相关.RDA分析表明,藻类和细菌群落的演替受到水温、pH和电导率的显著调控,环境因子对藻类和细菌群落变异解释分别为93.1%和90%.本研究结果将为深水型水源水库生态系统中藻菌互作关系的微生态驱动机制提供科学依据.     

微生物与铀的相互作用及其应用前景

放射性核素铀可能会对周围环境造成长期污染,因此,放射性废物中铀的处理受到了普遍关注。近年来,越来越多的证据表明,放射性核素污染微生物处理法与无机材料处理法同等重要。微生物与铀的相互作用机制主要包括以下几个方面:生物吸附,细胞内的聚积、沉淀和氧化还原转换。目前正在开展的研究旨在阐明从放射性物质贮存相关的各种极端环境中分离获得的菌株与铀之间相互作用的关键过程。对这些能与铀相互作用的细菌有了基本的了解,将有助于放射性废物处理、修复技术的发展及其在环境放射性污染防治中的推广应用。     

微生物诱导碳酸盐沉淀对水体磷的去除作用

由于人类活动的影响,磷的过量排放日益严重,引发水体富营养化,进而导致水质恶化以及水生生态系统失衡,因此,建立有效去除环境水体磷的方法十分重要。微生物诱导碳酸盐沉淀(MICP)作为一类新颖的生物修复技术,已经被广泛应用于水体重金属的去除处理。然而,有关MICP是否适用于水体磷的去除,尚不得而知。该研究评估了利用巴氏芽孢杆菌(Sporosarcina pasteurii)催化尿素水解进行MICP去除不同浓度磷酸根(150～400 mg/L)的效果。实验结果表明,当添加Ca²⁺激发MICP时,溶液中磷酸根可以在2 h内被快速去除,不同初始磷酸根浓度体系(150、300和400 mg/L)的去除率分别可达95.4%、87.72%和72.05%。反应结束后收集生物沉淀并进行矿物学表征。结果显示：在低磷条件下(150和300 mg/L),磷酸根主要以吸附方式被微生物成因方解石从溶液中去除;而在高磷条件下(400 mg/L),磷酸根除了被矿物表面吸附外,还通过生成羟基磷灰石和含磷方解石的共沉淀形式去除。该研究显示MICP是一种可实现水体磷去除和固定的潜在途径。     

考虑光盐交互作用的湖泊富营养化数学模型

基于水体光学原理,确定了光照衰减系数与透明度之间的定量关系式;基于质量守恒原理,描述了氮磷营养盐与藻类之间的转化关系;耦合光因子和盐因子对藻类生长的驱动机制,建立了考虑光盐交互作用的富营养化数学模型.结合2015年4~7月在眉湖开展的水质监测数据,对模型进行了参数率定与验证.通过正交设计与情景模拟相结合,研究了光盐条件变化对藻类生长的驱动作用.结果表明,建立的富营养化模型能够较好的模拟不同光盐条件下藻类的生长趋势;低光照强度下营养盐浓度增加对藻类生长起到了抑制作用,营养盐浓度增加相同的倍数时TP浓度变化对藻类生长的影响作用要比TN浓度变化对藻类生长的影响作用大;整体上藻类的生长受到光照强度的影响高于营养盐,受到总磷的影响高于总氮,在设置的情境中光照强度、TP和TN浓度分别为89.6klx、0.168mg/L和2.72mg/L时最利于藻类生长.     

ITS高通量测序研究黄海微型真核浮游生物多样性及分布特征

微型真核浮游生物是海洋生物群落的重要组成部分,对维持海洋生态系统的稳定发挥着重要的作用.本研究对黄海水环境样本的标记基因ITS进行Illumina高通量测序,探讨了黄海微型真核浮游生物的多样性及群落结构特征,并分析了其与环境因子之间的关系.结果表明:(1)基于标记基因ITS的高通量测序技术可获得较丰富的真菌、浮游植物、浮游动物种类,其中真菌OTUs浮游植物OTUs浮游动物OTUs,真菌reads数浮游动物reads数浮游植物reads数.(2)不同水域微型浮游生物的物种丰度及多样性程度不同,Ace指数及Chao1指数表现为南黄海北黄海东海北部冷水团,Simpson指数及Shannon-Wiener指数表现为东海北部北黄海南黄海冷水团,冷水团水域的物种丰度及多样性最低.(3)随着温度的升高,真菌、浮游植物、浮游动物reads数、OTUs均呈现出上升的趋势;随着盐度的增加,真菌的reads数、OTUs升高,而浮游植物、浮游动物的reads数、OTUs下降,其中浮游植物的reads数、OTUs显著下降(P0.05);在北纬30°~40°范围内,随着纬度的升高,真菌、浮游动物的Shannon-Wiener指数上升,而浮游植物Shannon-Wiener指数下降;与海岸线的距离越大,真菌、浮游植物、浮游动物Shannon-Wiener指数越低.本研究首次以ITS为扩增子高通量测序研究海洋微型真核浮游生物,丰富了微型真核浮游生物的认识,揭示了高通量测序技术在该海域研究的可行性,为其他海域微型真核浮游生物的研究提供了借鉴.     

光照对我国常见藻类的影响机制及其应用

作为地球上分布最广泛的初级生产者,藻类对生态系统和人类的生产生活至关重要,在能源环境、医疗保健、食品和水产养殖等多个领域均有应用。光照是影响藻类生长和生理活动的关键环境因子之一,光照强度、光照周期、光谱组合、光强波动等多个因素都会对藻类产生影响,具体机制包括影响藻类生长速率和生物量积累、影响藻类光合活性和酶活性、影响藻类色素组成和胞内物质组成、影响藻类新陈代谢产物等。综述了目前国内外相关研究进展,总结了我国常见的41个藻种生长的最适光强或光强范围,分析了光照对藻类的影响机制,探讨该机制在资源型藻类高效利用和有害藻类科学防控中的应用,提出了未来光照对藻类影响的研究方向。     

3株常见细菌胞外氨基酸对方解石表面性质的影响

文章以土壤-空气-人体中3株常见细菌为研究对象,采用反相高效液相色谱(RP-HPLC)对3株细菌胞外氨基酸主要组分进行定性定量分析,在此基础上,考察了常见细菌胞外氨基酸对大气可吸入矿物细颗粒-方解石表面性质的影响。结果表明:3株细菌主要氨基酸组分为组氨酸、精氨酸、酪氨酸和胱氨酸;4种氨基酸对方解石都有不同程度的溶蚀作用,影响程度取决于氨基酸的功能、分子结构和添加量。3株常见细菌对方解石作用效果为金黄色葡萄球菌大肠杆菌硅酸盐细菌,由此推断方解石细颗粒物从土壤迁移到空气,再迁移到人体,毒性依次减弱,为建立可吸入矿物细颗粒环境和健康影响评价体系具有重要意义。     

硫沉降促使土壤中甲基汞增加

研究人员长期以来就认为酸雨可引起甲基汞(MeHg)生成.以前做的试验是在实验室内或是小规模野外试验.本期ES&T发表的文章叙述了第一项大规模野外实验结果,叙述了在湿地环境中汞和硫酸盐的相互作用.Syracuse大学的Charles Drisoll说:“过去在实验室和小规模野外试验中显示过大气沉降硫和汞之间的因果关系.但这次是第一个如此大规模的生态系统实验.”Gustavus Adolphus学院的Jeff Jeremiason和他的同事在明尼苏达州一处有几英亩的湿地作试验,他用喷淋装置模拟酸雨,硫酸盐负荷是年背景值的4倍.他指出这样一种硫酸盐水平相当于美国东北部的…     

产脲酶菌株Sporosarcina ureilytica ML-2诱导方解石沉淀矿化Pb（II）、Cd（II）和Cr（VI）研究

微生物诱导方解石沉淀（MICP）作为一种新兴的重金属生物治理技术已逐渐成为研究热点.基于脲酶作为MICP反应的核心驱动力,本研究筛选获得1株拥有致密胞外聚合物,且产脲酶活性和菌体Zeta电位强于产脲酶代表性菌株Sporosarcina pasteurii的MICP功能菌株Sporosarcina ureilytica ML-2.在生物矿化50 mg·L^-1 Pb（II）、Cd（II）和Cr（VI）离子实验中,Cd（II）较Pb（II）和Cr（VI）对菌株ML-2产脲酶代谢活性存在显著性抑制（p<0.01）,实验组仅24 h和48 h即可去除全部的Pb（II）和Cd（II）,而96 h时仅能去除约12.14%的Cr（VI）.生物沉淀SEM形貌显示不同类型重金属可通过影响生物矿化过程无机晶体成核生长方向,从而改变沉淀形貌;EDS表征证实菌株ML-2可通过诱导方解石沉淀有效固定Pb（II）和Cd（II）,而对Cr（VI）无法实现有效固定;FTIR表征则证实羧基、羟基、胺基和烷基等功能基团共同参与重金属的矿化固定.结合天然方解石吸附初始浓度为200 mg·L^-1的Pb（II）、Cd（II）和Cr（VI）离子实验及对应沉淀的XRD图谱,再一次证实Pb（II）以方解石钙位点替代形式被矿化成白铅矿（PbCO₃）,Cd（II）的目标矿化产物菱镉矿（CdCO₃）可能因质量分数过低等原因虽未被检出,但依然实现了高效固定,并再次确认MICP无法有效固定Cr（VI）.最后,MICP矿化固定Pb（II）和Cd（II）污染的过程模型被构建,将为后续的扩大应用提供理论指导.     

藻类生长的水动力学因素影响与数值仿真

为了定量研究水动力条件对藻类生长影响,选择微囊藻进行了室内扰动实验.通过维持光照、温度、营养盐等生境因子的一致性,调整振荡器转速,研究了不同扰动强度对藻类生长规律的影响;提出了"水动力影响参数a"对藻类生长公式进行了修正,以内江为例建立了二维非稳态藻类生长模型.对不同方案下内江藻类暴发特征进行了预测分析.结果表明,水动力条件对藻类生长影响明显,低流速有利于藻类生长,而在静止与高流速条件下,藻类生长受到抑制;内江引航道节制闸关闭后,流速减缓,藻类易于暴发,可能发生水华的水域面积约2.5 km2,占总面积的36.8%;完全静止状态以及节制闸开启后内江水动力条件改善条件下,藻类暴发程度有所减小,可能发生水华面积分别为0.78 km2和0.18 km2.     

瑞典四大湖泊(梅拉伦、哈马伦、韦特恩和维纳恩湖)研究工作40年:监测与治理措施对于社会可持续发展的重要意义

对瑞典的梅拉伦、哈马伦、韦特恩和维纳恩等四个大湖水质进行的监测已差不多有40年了.对湖泊的物理化学参数、浮游生物和底辆无脊椎动物进行了定期评估.对湖泊的水文和沉积条件、大型植物、鱼类、原始有机物产率、细菌和附生藻类进行了定期调查.人类活动(包括工业活动)的影响表现在湖中有机质、养分、金属和持久性有机化合物过量增加.从60年代末开始,对这些湖泊汇水区内所有市政污水处理厂都进行了更新改造,使其达到了最高技术标准(包括磷的化学沉淀处理),因而污水处理厂的磷排放减少了90%-95%.此外还对工业企业作出了规定,要求它们减少有害物质的排放.本文讨论了对湖泊采取活污措施后湖泊的变化情况以及各种指标达到的水平.这些研究有助于制定全国性湖泊监测计划.另外,通过大湖监测取得的成果有助于制定国家水质标准,包括物理、化学和生物学标准.