沉积物电缆细菌研究进展

目前,在沉积物中发现一种丝状多细胞微生物-电缆细菌,该菌属于变形菌门的脱硫球茎菌科（Desulfobulbaceae）.电缆细菌通过远距离电子传输将沉积物表面的氧还原与深处缺氧层的硫化物氧化电耦合进行完整的氧化还原反应,调节氧分子和硫化物迁移转化.电缆细菌有3种连接方式,表层存在脊段结构进行电子运输,并在富含硫酸盐和季节性周期变化的自然环境中广泛存在.这种新型的多细胞合作方式对沉积物的生物地球化学循环产生显著影响,促进沉积物硫化区铁锰的溶解,并抑制硫和磷等元素的释放.此外,电缆细菌参与硫化物和烃类污染物的降解,为污染沉积物生物修复领域提供新的研究方向.本文对电缆细菌的发现、生理代谢、栖息环境以及生物地球化学循环的影响等研究进行了综述.     

石油污染土壤中的微生物群落结构与降解菌的分离

该文基于高通量技术,研究了石油污染对土壤的细菌和真菌群落结构的影响,采用选择培养基从石油污染土壤中分离石油降解菌并对其进行分子鉴定。结果表明,油污染土壤的微生物多样性减少,且优势菌群发生显著变化,油污染土壤中细菌和真菌在属水平上主要为Nakamurella、Pseudomonas、Proteiniphilum和Exophiala、Rhodotorula、Ochrocladosporium,这些微生物在石油烃类污染物的降解方面发挥了重要作用。以机油为唯一碳源从石油污染土壤中获得能利用机油作为碳源或能源的细菌11株,利用漆酶氧化丁香醛联氮产生的颜色变化筛选出具有较大降解石油潜力的菌株A01和A07,基于16S rRNA基因序列的分子鉴定表明,2菌株分别为不动杆菌和假单胞菌。     

H_2O_2在石油污染土壤微生物治理过程中的作用

为探讨缩短石油污染土壤微生物治理过程的有效途径，采用生物泥浆法，系统地研究了Ｈ２Ｏ２对土壤中烃类污染物微生物降解速度的影响。结果表明，Ｈ２Ｏ２既可直接氧化一部分烃类污染物，又可为微生物的氧化过程提供充足的电子受体，强化它们对烃类污染物的氧化降解作用，通过添加适量的Ｈ２Ｏ２，使土样中石油污染物的去除率增加了近３倍     

黄河三角洲沉积物烃类污染及来源

黄河三角洲沉积物中游离(气态和液体)烃含量为0.01～0.14 mg/g.它们富集在黏土粒级之中.沉积物中石油成因的烃类主要来自三角洲地区,热解成因的烃类主要来自黄河流域.黄河流域工业和民用煤不完全燃烧时所产生的多环芳烃应是黄河三角洲沉积物中热解成因烃类的重要来源.在遭受原油污染地区,原油可快速地被微生物降解.     

河蚬（Corbicula fluminea）扰动对表层沉积物中氨氧化菌群落结构和丰度的影响

为研究不同生物量河蚬(Corbicula fluminea)的生物扰动对表层沉积物中氨氧化菌群落结构和丰度的影响,本研究设计了沉积物-水微宇宙的模拟体系,通过构建克隆文库、实时荧光定量PCR(real-time qPCR)等分子生物学方法比较不同密度河蚬扰动的沉积物中氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea,AOA)和氨氧化细菌(ammonia-oxidizing bacteria,AOB)群落结构和丰度差异.结果表明,河蚬的生物扰动作用对表层沉积物氮素释放有明显的促进作用.氨氧化菌(AOA和AOB)amoA基因克隆文库中,AOA的amoA基因序列包含了已知的海洋和土壤环境中的两个分支,AOB的amoA基因绝大部分序列都属于变形菌门β亚纲(β-Proteobacteria)中的亚硝化单细胞菌属(Nitrosomonas).3个处理组表层沉积物中细菌amoA基因丰度均高于古菌amoA基因丰度,且河蚬密度越高则细菌amoA的丰度越低.同时,河蚬的添加使得微宇宙体系中氨氧化菌(AOA和AOB)的多样性降低.综上,河蚬的生物扰动对表层沉积物中氨氧化菌群落结构和丰度产生了一定的影响.     

花山流域小型水库氨氧化菌丰度和群落组成

硝化在土壤氮循环中有着显著的作用,其中的第一步反应可以被氨氧化古菌(AOA)和氨氧化细菌(AOB)所催化。为了阐明湖泊沉积物营养水平差异对AOA和AOB丰度和多样性的影响,该研究采集了安徽省滁州市花山水文实验流域东源、中源和西源的3个小型水库表层沉积物样品,并测定不同沉积物样品中氮素的营养水平和氨氧化菌丰度和群落组成。结果表明,古菌的amo A基因丰度与p H以及总氮(TN)浓度呈现明显的正相关关系,细菌amo A基因OTUs数目明显正相关于p H以及TN,而古菌OTUs数目和NO3--N呈现一定正相关关系。采样点红旗水库沉积物中古菌amo A基因丰度最高(1.72×106拷贝/g干沉积物),而采样点狮子山坝的最低(1.51×105拷贝/g干沉积物)。不同沉积物样品细菌amo A基因丰度由大到小依次为龙库(2.11×108拷贝/g干沉积物)狮子山坝(6.40×107拷贝/g干沉积物)红旗水库(2.02×107拷贝/g干沉积物)。所有沉积物样品的细菌amo A基因丰度均高于古菌amo A基因丰度。古菌amo A基因序列分为两种属,即Nitrososphaera和Nitrosopumilus,细菌amo A基因主要有Nitrosomonas oligotropha,Nitrosospira,N.Europaea/Nc.mobilis和Undefined-N.Europaea/Nc.mobilis类群。p H和TN浓度对群落结构有重要影响。该研究获得的数据将利于更好的理解不同营养水平沉积物中的氨氧化过程的差异。     

河流湿地氮循环修复过程中的新型功能微生物

自然生态系统中厌氧氨氧化菌和氨氧化古菌的发现,改变了人们对传统氮循环过程的认识.通过氨氧化古菌和厌氧氨氧化菌在缺氧/厌氧的条件下完成硝化反应和封闭的氮循环,对于河流氮循环生态修复意义显著.通过PCR聚合酶链反应结合水体沉积物理化指标,研究典型河流湿地中厌氧氨氧化菌和氨氧化古菌及其在循环中的作用.结果表明,在海河支流北运河湿地中存在厌氧氨氧化菌和氨氧化古菌,它们对于水体和底泥沉积物的氮转化有较重要作用.通过构建16S rRNA克隆文库生物多样性分析比较,发现湿地中厌氧氨氧化菌的生物多样性相对较低,96个克隆序列只分为3个OTUs;其与基因库(GenBank)中已探明的厌氧氨氧化菌Candidatus"Kuenenia stuttgartiensis"和Candidatus"Brocadia fulgida"的相似度分别为98%和95%.通过建立氨氧化古菌克隆文库发现,96个克隆子共得到5个OTUs,其与GenBank中关系最近序列(土壤/沉积物中)的相似度均大于95%;对本实验样本和水相、土壤/沉积物相中不同氨氧化古菌进行进化谱系分析,发现北运河河流湿地的古菌amoA基因属于土壤/沉积物进化分支.     

页岩气井场优势复合菌的构建及降解条件优化

将页岩气井场多株放线菌和细菌排列组合成30种复合菌进行降解实验,筛选出有机烃类降解优势复合菌,同时采用单因素变化降解实验和数理统计相结合的方法优化降解条件。研究表明:有机烃类降解复合菌F3+R7降解效果最好,12天降解率高达84.1%,降解了正十三烷等20种有机烃类成分物质;初始pH值7、温度31℃、初始有机烃类废弃物浓度14 g/L、氮磷比9∶1为最佳降解条件。     

水库与河流沉积物中好氧甲烷氧化菌群落差异性研究

甲烷在自然生态系统碳循环过程中起着重要作用,氮素形态的差异影响了甲烷氧化菌的氧化作用.选取北京市密云水库和北运河两类不同污染类型的水体作为研究区域,采用克隆文库分子生物学的方法,探究氮素形态及其来源的差异对MOB细菌群落特征的影响.结果表明：密云水库与北运河沉积物中氮素形态有显著差异,水库中氮素以NO₃^--N为主,河流中氮素以NH₄⁺-N为主;氮素形态的差异影响了MOB细菌的系统发育,密云水库沉积物中MOB细菌的高同源性菌群主要来自湖泊生态系统,与NO₃^--N有较强的响应关系,北运河沉积物中MOB细菌高同源性菌群主要来自污水处理厂废水和活性淤泥,与NH₄⁺-N有较强的响应关系,不同环境中氮素对MOB细菌的影响主要依赖于氮素的主要存在形态及其主要来源.北运河等重污染河流中MOB细菌群落的联系更紧密更趋于模块化,对环境变化的敏感程度更高,微生物更脆弱,更容易受到水质变化以及人类活动的干扰.北运河沉积物中NH₄⁺-N对MOB细菌氧化速率的抑制性强于密云水库沉积物中NO₃^--N对甲烷氧化的抑制作用.重污染的城市河流中高浓度的NH₄⁺-N通过抑制甲烷氧化速率和促进产甲烷产生速率的双重作用影响了河流沉积物中甲烷的产生.     

微生物降解油田含油污泥中烃类污染物的研究

微生物法治理油污土壤具有成本低、效果好的特点。其原理是微生物利用油烃作为碳源合成自身物质．进行生长繁殖，从而使油烃含量减少。在好氧和厌氧条件下，从油污土壤中分离纯化出4株能降解石油烃类的微生物CH1、CH2、CH3和CH4。经鉴定菌株CH3为假单胞菌属，通过生理特性实验，确定了其生长的最适pH值为7.5，油泥中石油烃类的降解率达85％。按照文中微生物处理舍油污泥的现场施工方案，可使处理后舍油污泥中烃类含量〈1500mg／kg（符合国标GB4284—1984要求）。     

龙景湖沉积物的细菌群落垂向分布特征

为探索不同沉积时间条件下沉积物细菌群落的垂向变化及其在湖泊生态系统物质迁移转化过程中所发挥作用,对重庆市园博园龙景湖的原有河道(OR)和新形成库湾(NB)沉积物进行了分层采样,利用变性梯度凝胶电泳(DGGE)技术并结合环境参数进行冗余分析(RDA).结果表明,OR沉积物的细菌多样性指数(H)和丰度(S)高于NB,垂向上H、S和均匀度(E)都由表层至深层先减小后增大.系统发育分析显示,龙景湖沉积物主要包含了7个门类的细菌,OR表层沉积物以δ-变形菌(Deltaproteobacteria)、拟杆菌(Bacteroidetes)和绿弯菌(Chloroflexi)为主,中层以绿弯菌为主,深层以δ-变形菌和绿弯菌为主;而NB表层和中层的主要菌种与OR深层一致,其他菌种还有Ignavibacteriae、放线菌(Actinobacteria)、厚壁菌(Firmicutes)和绿菌门(Chlorobi).RDA表明,沉积物中总氮(TN)、总硫(TS)、孔隙水的总有机碳(TOC)浓度以及平均粒径是影响细菌群落结构和分布的主要因子.通过DGGE技术所获得的细菌多与有机质的降解有关.OR的TOC、TN含量高于NB,相应的沉积物中δ-变形菌、拟杆菌、Ignavibacteriae等与有机质降解相关的细菌种类和数量较多.     

富硫沉积生境中微生物群落的垂直分布特征

为探讨富硫沉积环境中特定微生物类群对硫循环的贡献,人工建立富含硫酸盐的模型,对模型中各种环境化学参数进行监测,并采用不依赖于培养的微生物分子生态学技术对微生物群落垂向分布特征进行解析.结果表明,以沉积物-水界面为分界线,上层水相为好氧环境,硫化物浓度较底;而沉积物相中硫化物浓度较高,为厌氧生境.微生物群落分布与环境特征具有很好的吻合性,沉积物相中微生物群落相似性较高,多样性相对较低,而水相中微生物多样性较高,且与沉积物中微生物分离距离较大.在水-沉积物垂向剖面中,细菌域中的变形菌门(Protebacteria)(丰度为7.6%~32.8%)、绿弯菌门(Chloroflexi)(13.6%~22.3%)以及古菌域中的广古菌门(Euryarchaeota)(19.3%~29.2%)是微生物群落中的绝对优势类群.在该生境中,存在微生物主导的硫循环过程,在厌氧沉积物表层,δ变形菌纲(Deltaprotebacteria)中的硫酸盐还原细菌还原硫酸盐产生硫化物,同时降解有机质.硫化物向上层扩散时,被Thiobacillus、Acidithiobacillus和Halothiobacillus等属的硫氧化微生物氧化为单质硫,并进一步氧化为硫酸盐,在硫循环过程中有机质被逐渐降解.特定微生物种群的富集需要在不同的环境因素,多种微生物共同参与硫循环过程,完成有机质降解.     

鼠李糖脂及其产生菌对原油生物降解影响研究

考察了外加鼠李糖脂生物表面活性剂和接种鼠李糖脂产生菌O-2-2对混合烃类降解菌降解原油的影响。结果表明,在降解体系中添加鼠李糖脂使原油20天的降解率由35.7%提高到57.6%。加入鼠李糖脂可同时提高烷烃和芳烃的降解率。在降解体系中接入菌株O-2-2能够快速利用石油烃中的烷烃类化合物并合成鼠李糖脂类生物表面活性剂,从而有效提高总石油烃的降解率。体系中菌株O-2-2的接入虽然使饱和烃的降解率大大提高,却降低了芳烃的降解率;这说明菌株O-2-2和其它烃类降解菌之间可能存在竞争生长关系。     

油码头污染防治对策初探

随着石油化工企业规模的扩大和进出口油品的需要，海上油品运输量的比例越来越大，油码头的规模也在不断扩大。近年来油码头在储运过程中也经常发生一些环境污染事故。根据油码头储运过程中发生的环境问题，通过对油码头生产工艺流程、设备及储运过程中主要污染物产生来源的分析基础上，提出了油码头烃类大气污染物、含油污水、噪声等的污染防治措施。     

水华对沉积物中氮的转化和去除的影响

湖泊富营养化和水华暴发已经成为突出的环境问题之一,了解水华对湖泊氮素的转化和去除的影响,对于削减湖泊氮负荷至关重要.本文研究了水华对沉积物中氮转化和氮转化相关功能基因的影响,并采用结构方程模型分析了水华影响湖泊中氮转化和去除的途径.结果表明,与厌氧氨氧化相比,反硝化作用是太湖沉积物氮削减的主要途径,对沉积物中总溶解性氮去除率的解释度为42. 3%.水华可以直接造成沉积物中TDN和TOC量的增加,提高厌氧氨氧化菌、nir S和nir K的基因丰度,并且间接提高沉积物中氨氮和硝酸盐的浓度,通过增强厌氧氨氧化和反硝化过程加速沉积物中氮的去除.     

长江口柱状沉积物中磷的存在形态及其分布特征研究

对长江口的柱状沉积物进行了总磷测定,并运用SEDEX方法分析了长江口柱状沉积物中5种形态磷的含量和分布。研究结果表明,柱状样沉积物不同站位各种形态磷的垂直分布各不相同,由表至底呈现多种分布状态,与沉积环境、沉积后的成岩作用有关。长江口柱状样沉积物有机磷的降解速率常数变化结果表明,长江口海域有机磷的降解主要发生在沉积物表层和次表层。2个柱状样沉积物中氮磷比远低于16:1,说明长江口近岸海域沉积物中的磷主要来自陆源。对柱状样的年代分析表明,总磷含量随年代的变化有明显的区域特征性,长江口总磷含量的髙值与长江较大输沙量的年份具有一致性。     

工程菌降解废弃油基钻井液沉积物中TPH

针对微生物降解废弃油基钻井液沉积物现场应用研究的不足,选择SW-A、SW-B两组混合工程菌为处理材料,以西南油气田的川西泥浆中转站的废弃油基钻井液沉积物为处理对象,并以降解量为处理效果的依据。两组混合工程菌在湿度约为30%、pH为6～8条件下,初步研究了氮、磷营养物质及温度对降解效果的影响。结果表明:添加0.1 g/kg的NH_4NO_3固体粉末与0.1 g/kg的KH_2PO_4作为氮、磷营养物质对降解效果具有明显的促进作用,温暖环境(24～31℃)更适合工程菌降解沉积物中TPH。相同条件下,SW-A组比SW-B组降解固相废弃油基钻井液沉积物中的TPH能力更强。综合降解曲线分析得到,SW-A混合工程菌在温暖环境(24～31℃)中在添加氮、磷营养物质的情况下降解效果最为理想。     

环糊精对硝基苯微生物降解的影响

研究了硝基苯的生物降解过程,探讨了在降解过程中加入环糊精造成的影响.结果表明,环糊精可以提高降解菌对硝基苯的耐受浓度,缩短降解菌的停滞时间,促进降解菌的生长,加快硝基苯的降解.这种作用与环糊精和硝基苯的浓度有关,硝基苯浓度高于降解菌的耐受浓度时影响更为显著;环糊精浓度越高,影响越大.     

垃圾渗滤液污染地下环境物质变化对污染缓冲的影响

通过砂柱模拟实验研究垃圾渗滤液污染地下环境中氧化还原环境和主要组成物质的变化对沉积物的pH缓冲能力和氧化还原能力的影响及其相互关系.结果表明,氧化还原环境的变化对地下环境沉积物的pH缓冲和氧化还原缓冲能力有重要影响,产甲烷带/硫酸盐还原带(MGZ/SRZ)、铁还原带(IRZ)、硝酸盐还原带(NRZ)和氧还原带(ORZ)沉积物的pH缓冲容量相对于本底值分别增加了12.4%、 10.8%、 19.8%和11.1%;pH缓冲和氧化还原缓冲之间相互影响、相互促进,它们直接影响着地下环境中污染物的自然衰减作用;沉积物中的铁氧化物、有机质、SO_4~(2-)和NH_4~+-N等的含量对pH缓冲能力和氧化还原缓冲能力均有不同的影响,整个体系的污染缓冲能力是各组分的综合作用结果.     

北运河沉积物中氨氧化微生物的群落特征

采用T-RFLP、RT-qPCR和克隆测序等分子生物学技术,以氨单加氧酶基因(amoA)为分子标记,研究了北运河表层沉积物中氨氧化古菌(AOA)和氨氧化细菌(AOB)的群落多样性、丰度、系统发育及其与环境因子的响应关系.结果表明,沉积物中AOB的群落多样性和丰度均高于AOA,是北运河沉积物中氨氧化过程的主要功能微生物.沉积物中氨氧化微生物群落结构沿干流和支流存在明显的空间分异,而AOA的种类组成空间差异较小;沉积物的氨氮(NH4+)和硝态氮(NO3﹣+NO2﹣)是影响氨氧化微生物群落特征的主要因子,AOB对环境变化的敏感性更高;AOA和AOB的amoA基因拷贝数分别为1.32×105~1.91×106copies/g、5.39×105~8.3×106copies/g.闸坝下游沉积物的氨氧化微生物丰度最高.系统发育分析表明,amoA基因序列多属于土壤/沉积物分支,较多AOB的克隆序列与土壤亚硝化螺菌属(Nitrosospira)的类群相似性可达98%.受污水处理厂退水的影响,部分amoA基因序列与污水处理厂废水和活性污泥中发现的类群同源性高.污染物质来源、支流汇入和闸坝拦截对河流沉积物氨氧化微生物的群落特征影响显著.