双室微生物燃料电池利用乙酸钠和淀粉产电研究

研究了厌氧活性污泥接种的双室微生物燃料电池(Microbial Fuel Cells,MFCs) 分别供给以乙酸钠和淀粉为底物的人工配水的产电情况和有机物去除效果. 结果表明,MFCs中能量的输出与底物的种类有关,使用乙酸钠和淀粉达到的最大输出电压分别为0.43和0.39 V,最大功率密度分别为36.03和 6.32 mW/m2,简单底物的输出电压和功率密度高于复杂底物. MFCs在产电同时还可有效去除水中的有机物,288 h时以乙酸钠和淀粉为底物的MFCs中TOC的去除率分别为91.15%和83.20%,NH₃-N的去除率分别为90.31%和86.20%. 扫描电镜发现,2种底物下MFCs阳极表面的微生物形态差异显著,以乙酸钠为底物的MFCs阳极表面生物相主要为杆菌和弧菌;以淀粉为底物的阳极表面主要是球菌,表明不同底物条件下MFCs中所形成的微生物优势种群也不同.      

产电菌种对微生物燃料电池性能影响

以玉米秸秆稀酸水解液为阳极底物,用鱼塘底泥源菌种、乳酸菌、盐碱土源菌种为产电微生物构建双室微生物燃料电池(MFCs),研究这3种不同菌源微生物的产电性能及机理。实验条件下测得以鱼塘底泥源菌种、乳酸菌、盐碱土源菌种的MFCs的最大产电量分别为435、400、316 m V;最大功率密度分别为60.5、53.9、43.3 m W/m~2。这3种产电微生物的COD的去除率分别为86.27%、89.32%、82.31%。循环伏安曲线表明鱼塘底泥源菌种具有较高的阳极生物膜活性。3种产电微生物的扩散为半无限扩散特征的Warburg阻抗,由电极外电解质溶液中的氧扩散引起。     

一株产电菌嗜根考克氏菌(Kocuria rhizophila)的分离及其产电性能优化

本研究以天津泰达污水处理厂污泥浓缩间的污泥为接种物,启动并运行了微生物燃料电池(MFCs).从富集的阳极生物膜上分离得到了一株纯培养的微生物菌种,命名为P2-A-5.研究发现,菌株P2-A-5的16S rDNA序列与菌株Kocuria rhizophila DC2201具有100%的同源性,结合该菌的形态特征和生理生化实验,将其归属为嗜根考克氏菌(Kocuria rhizophila).通过化学剂处理、底物种类和浓度的优化,进一步提高其在微生物燃料电池中的产电性能.结果表明,菌株K.rhizophila P2-A-5经0.5 mg·L-1溶菌酶处理45 min后,接种到以2.0 g·L-1海藻糖为底物的阳极液中运行MFCs,其功率密度达到314.8 m W·m-2,比优化前(74.9 m W·m-2)提高了320.3%.这是首次对K.rhizophila种内微生物产电性能及其在微生物燃料电池中应用的报道,其成果对于丰富产电微生物的多样性,挖掘更多具有高电化学活性的微生物菌种,提高其产电性能具有重要的理论意义.     

一株产电菌Klebsiella oxytoca d7的分离及产电机理

采用厌氧双层平板法从运行稳定的双室型微生物燃料电池(Microbial fuel cell,MFC)阳极生物膜上分离纯化出一株优势产电纯菌Klebsiella oxytoca,并对其产电机理进行了研究.通过对该纯菌的循环伏安扫描分析,表明该菌具有较强的电化学活性,并且在胞外存在电子受体时就会进行胞外产电呼吸.对该菌培养物进行三维荧光扫描和比较,发现该菌主要是利用腐殖质作为胞外电子传递的介体来完成产电呼吸.铁还原性测试的结果表明过量的3价铁没有给菌株带来额外的增长,该菌对3价铁的还原量有限.研究认为,胞外呼吸不是Klebsiella oxytoca在无氧条件下的主要呼吸方式,而是当有外在电子受体存在时细菌进行胞内呼吸的一种辅助方式,即使环境中存在充分的胞外电子受体,也不会带来Klebsiella oxytoca生长量的显著增加,该菌无法从胞外还原中获得足够的生长需要的能量,仍然主要是通过胞内呼吸获得细胞生长所需的能量,有机物氧化所产生的电子只有少部分用于胞外电子受体的还原.     

电活性生物膜阳极构建及其对2，4，6-三氯酚同步降解和产电

为实现氯酚（CPs）的高效降解和资源化利用,探究微生物燃料电池（MFC）体系优势功能菌,揭示生物降解路径.接种、驯化长春市南郊污水处理厂的厌氧活性污泥,获得生物膜阳极以构筑MFC-2,4,6-TCP体系,基于扫描电子电镜（SEM）、16S rRNA分析测序方法,考察生物膜阳极微生物的附着情况和优势菌种,基于电化学阻抗（EIS）、循环伏安（CV）和线性扫描伏安（LSV）等电化学分析手段,表征生物阳极的电化学性能和氧化还原能力.结果表明,生物膜阳极微生物种类丰富,其中Geobacter和Acinetobacter分别为MFC-2,4,6-TCP体系产电和降解驯化期的优势功能菌,体系最大输出电压可达0.55 V,最大功率密度为428.65 mW·m-2,对2,4,6-TCP的降解和矿化率可达97.5%和85.4%.随着MFC循环次数的增加,微生物代谢途径多样化,产电菌逐渐演替为协同菌,且优势功能菌对2,4,6-TCP降解的中间产物（环己醇）,其毒性远低于氯酚或苯酚,更利于被微生物利用.该结果可为氯酚废水的实际处理提供新策略和技术参考.     

甲烷生物燃料电池的产电影响因素及机制研究

考察了阳极电极材料、电极面积、电极电位、pH、阴极电子受体对甲烷生物燃料电池（MFC）产电性能的影响,并通过高通量测序、循环伏安法（CV）分析了其可能的电催化机制.结果表明,透气布/碳布（GTC）复合材料为阳极时产电性能（1251.3 mA·m^-2）最佳,分别是石墨烯/中空纤维膜（G-HFM）阳极（34.8 mA·m^-2）和碳布（CC）阳极（3.21 mA·m^-2）的36倍和390倍;阳极面积越大,MFC启动时间越快,电流密度越大;当电极恒电位为0.1 V （vs.SHE）时,其产电能力较-0.1、+0.3及+0.5 V时高;pH=7最有利于产电;溶解氧为MFC阴极电子受体时,最大功2率密度（703.9 mW·m^-2）优于铁氰化钾（457.2 mW·m^-2）、空气阴极（124.2 mW·m^-2）和高锰酸钾（20.7 mW·m^-2）作为电子受体的MFC.阳极室微生物群落结构分析显示,电活性细菌Geobacter（17.14%）和Desulfovibrio（8.51%）为优势种,其产电机理可能是甲烷氧化菌（Methanobacterium、Methylomicrobium等）与电活性细菌协同氧化甲烷驱动MFC产电.添加NO气体、N-乙酰蛋氨酸和蛋白酶K均可明显抑制阳极生物膜的电化学活性,表明其胞外电子传递过程依赖细胞色素c、Ni-Fe氢酶及与电极接触的外膜蛋白的介导作用.     

牛粪混合液微生物燃料电池长期运行稳定性研究

长期运行稳定性是微生物燃料电池(microbial fuel cells,MFCs)技术的一项重要特征,是其能否走向实际应用的关键.生物阴极MFC利用牛粪产电的长期运行特征的研究表明,该MFC可长期、高效、稳定地产电.在100Ω外电阻下,171 d的运行期内,电池功率密度平均为6.77 W·m-3±2.11 W·m-3.第70 d的电池开路电压、内阻、最高功率密度分别为0.874 V、22.1Ω和14.1 W·m-3.随着运行时间延长,每30 d的总化学需氧量(total chemical oxygen demand,TCOD)去除量不断递减,而库仑效率(Coulomb efficiency,CE)不断递增,在121~150 d,CE可达17.5%±3.3%.阳极微生物群落结构分析表明,Proteobacteria(45%)、Bacteroidetes(22%)、Firmicutes(17%)、Actinobacteria(11%)在阳极生物膜中占有优势地位.Clostridium、Cellulomonas等已被证明具有产电能力或纤维素降解能力的细菌是阳极生物膜中的关键功能种群.     

阴极电极面积和膜面积对H型MFCs产电能力的影响

以生活污水为底物,碳棒作电极,构建H型瓶式微生物燃料电池(microbial fuel cells,MFCs),研究了阴极电极面积和膜面积对电池产电能力的影响.阳极以厌氧污泥作接种体,两室分隔物使用阳离子交换膜(cation exchange membrane,CEM),阳极不使用中介体,阴极使用无催化剂的普通碳电极....     

微生物燃料电池技术对土壤中铅(Pb2+)的去除研究

为探讨微生物燃料电池对土壤中重金属的去除效能,测定双室MFCs的产电性能。实验以盐桥作为质子通道,构建并利用双室微生物燃料电池（MFCs）对土壤中铅（Pb2+）进行去除,铅（Pb2+）的测定采用火焰原子吸收分光光度法;电极板上铅（Pb）的富集采用扫描电镜观察和能谱方法分析;阳极液中分离的细菌的系统分类学位置通过分离、纯化和16S rDNA测序以及创建系统树来解析。实验表明:MFCs运行10 d后,土壤中铅（Pb）的去除率高达64.40%,最大电压值为69.63 mV;从阳极液中分离出的细菌的系统分类学位置分析表明,2株细菌分别与Stenotrophomonas maltophilia strain LH15（KM893074）和Pseudomonas sp.putida strain（MF996382）同源性最高,且均为100%,两菌株分别为嗜麦芽窄食单胞菌和为恶臭假单胞菌,并分别命名为SKD-GYT-1（LC479453）和SKD-GYT-2（LC479454）,对其产电能力的分析仍有待探索。研究表明,土壤微生物燃料电池的产电能力较高,对于土壤中铅的去除效果明显。     

互花米草入侵对河口湿地铁还原菌群落结构及多样性影响

互花米草是河口湿地典型的入侵物种,为了探究互花米草入侵对河口湿地铁还原菌群落结构及多样性影响,以闽江口秋茄湿地、闽江口芦苇湿地和漳江口白骨壤湿地3个典型的湿地为研究对象,分别对互花米草入侵前后土壤铁还原菌群落进行测定与分析.结果表明：①互花米草入侵使白骨壤湿地和芦苇湿地土壤铁还原菌多样性升高,使秋茄湿地铁还原菌多样性降低;②互花米草入侵白骨壤湿地后拟杆菌门（Bacteroidetes）相对丰度显著降低,变形菌门（Proteobacteria）铁还原菌的相对丰度显著提高（p<0.05）;③互花米草入侵使湿地土壤铁还原菌的优势菌属发生演替.互花米草入侵后,秋茄湿地中优势菌属除硫单胞菌（Desulfuromonas）的丰度显著降低成为非优势菌属,而厌氧粘细菌（Anaeromyxobacter）的丰度显著提高成为第三优势菌属;白骨壤湿地中互花米草入侵后拟杆菌属（Bacteroides）的丰度显著降低成为非优势菌属;④环境因子及碳组分影响湿地土壤铁还原菌的相对丰度,Geobacter的相对丰度与可溶性有机碳、土壤微生物量碳均呈显著负相关（p<0.01）,Halothiobacillus的相对丰度与土壤总有机碳（SOC）呈显著正相关（p<0.05）,与土壤微生物量碳（MBC）呈显著负相关（p<0.05）.研究结果可为治理互花米草过程中微生物多样性的恢复提供科学依据.     

Density and nutritional condition of carabid beetles in wildflower areas of different age

Density and nutritional condition of the five carabid beetle species Agonum mülleri, Anchomenus dorsalis, Anisodactylus binotatus, Pterostichus vernalis and Poecilus cupreus was studied. Carabids were caught in sixteen 1–4-year-old wildflower areas, identified and counted, their nutritional condition was calculated and calculations were related to habitat parameters (i.e. wildflower area age, vegetation cover, soil water content, habitat size, surrounding landscape composition) and sex.Whereas the number of Anisodactylus binotatus caught responded positively to succession in wildflower areas, A. mülleri numbers tended to decrease and the other three species were unaffected. In a stepwise multiple regression species affiliation, sex and age of wildflower area explained together 98.5% of the variance in the pooled nutritional condition of Anchomenus dorsalis, Anisodactylus binotatus, A. mülleri and P. vernalis. Age of wildflower area alone explained 61.7% of the variance and age increased the nutritional condition of carabids. Correspondingly, nutritional condition of Poecilus cupreus was positively correlated with the age of wildflower area. Overall, the nutritional condition of the carabid assemblage studied increased from the first to the second year and then remained stable. To keep the proportion of 1-year-old wildflower areas low, wildflower areas should therefore be maintained for several years to improve the life conditions of carabid beetles and to enhance their beneficial effects in agroecosystems.     

甲烷丝菌混养促进螺旋藻自发酵产氢

采用只消耗乙酸盐而不消耗氢气的甲烷丝菌与螺旋藻混合培养,以提高螺旋藻利用自身多糖在自身氢酶作用下暗发酵产氢量.通过培养基调控提高了螺旋藻生长富集的总糖产量,当Na Cl浓度由239 mmol·L~(-1)增加到739 mmol·L~(-1),螺旋藻总糖产量提高了107.7%,达到0.54g·L~(-1).螺旋藻在黑暗厌氧条件下加入甲烷丝菌混养后的自发酵产氢量提高了33.8%,达到43.8 m L·g-1;液相主要代谢产物乙酸盐则提高了69.2%,达到1639.1μmol·g-1.同时,螺旋藻加入甲烷丝菌混养后自发酵过程的能量转换效率由6.7%提高到11.6%.甲烷丝菌通过消耗乙酸盐促进了螺旋藻自发酵产氢的乙酸途径反应正向进行,从而提高了氢气产量和能量转换效率.     

生物炭对华北农田土壤N2O通量及相关功能基因丰度的影响

为了探寻施用生物炭对农田土壤氧化亚氮(N_2O)的减排效果和机制,于2015年3月27日至6月5日,利用盆栽实验研究了施用生物炭(CK,C1:5%,C2:10%,C3:15%,C4:30%)(质量分数)对华北农田土壤N_2O通量、氨单加氧酶(amo A)、亚硝酸盐还原酶(nir S、nir K)以及氧化亚氮还原酶(nos Z)基因丰度的影响.结果表明:(1)施用低量生物炭(5%)能够促进N_2O排放,施用中、高量生物炭可以起到抑制N_2O排放的效果,且生物炭用量为15%时减排效果最佳.(2)实验初期,施用生物炭对土壤硝化反硝化基因丰度影响较大,AOA和nir S基因丰度与生物炭施用量呈极显著正相关关系,nir K基因丰度与生物炭施用量呈显著正相关关系,AOB和nos Z基因丰度与生物炭施用量呈显著负相关关系;实验末期,AOA丰度与生物炭施用量表现为显著负相关关系,AOB丰度与生物炭施用量表现为显著正相关关系.(3)实验初期,N_2O排放通量与AOA、nir S基因呈现极显著的负相关关系,说明在土壤含水量较高的条件下,N_2O的产生受AOA、nir S基因丰度控制调节;实验末期,N_2O排放通量与nos Z基因呈现极显著正相关关系,说明在土壤含水量较低的条件下,N_2O的产生受nos Z基因丰度控制调节.本研究结果表明施用生物炭能够增加硝化反硝化功能基因丰度,并降低N_2O的排放,为华北农田合理施用生物炭提供了一定的理论依据.     

凤眼莲对富营养化水体中氨氧化和反硝化微生物的影响

凤眼莲近年来广泛应用于富营养化淡水湖泊的生态修复中,但其对微生物的相互作用和对水体中氮素的去除鲜有报道.本研究在氮素去除过程中对比凤眼莲和细菌的相对重要性,并且检测浮游植物对硝化细菌和反硝化细菌相对丰度及多样性的影响.水体中氮素的去除率以及硝化和反硝化作用的潜在能力使用定量聚合酶链式反应(qPCRs)对硝化作用基因amoA和反硝化作用基因nirS/K进行检测,从微观角度研究富营养化水体中是否会受到凤眼莲存在的影响.结果表明,TN的减少在70d的实验周期中所有处理组表现较为一致,但凤眼莲存在的实验组在24h内TN和NH_4~+-N的去除上有显著的降低,并且amoA的丰度有所增加,nirS/K的丰度有所降低.T-RFLP结果表明亚硝化单胞菌在氨氧化微生物中占优势.凤眼莲的种植可以实现富营养化水体中NH_4~+-N的快速有效减少,且微生物的相互作用可以充分利用到淡水生态系统的修复中.     

Augmentation of tribenuron methyl removal from polluted soil with Bacillus sp. strain BS2 and indigenous earthworms

Tribenuron methyl (TBM) is a member of the sulfonylurea herbicide family and is widely used worldwide. In this study, TBM-degrading bacteria were enriched with TBM as potential carbon, nitrogen or sulfur source, and 44 bacterial isolates were obtained. These isolates were phylogenetically diverse, and were grouped into 25 operational taxonomic units and 14 currently known genera. Three representatives, Bacillus sp. strain BS2, Microbacterium sp. strain BS3, and Cellulosimicrobium sp. strain BS11, were selected, and their growth and TBM removal from culture broth were investigated. In addition, indigenous earthworms were collected and applied to augment TBM degradation in lab-scale soil column experiments. Results demonstrated that Bacillus sp. strain BS2 and earthworms significantly increased TBM removal during soil column experiments.     

绿狐尾藻对铜绿微囊藻和羊角月牙藻的抑藻效应

分别将不同起始浓度(10~5、10~6、10~7、10~8和10~9ind.·L~(-1))的铜绿微囊藻和羊角月牙藻分组与绿狐尾藻进行共培养,连续10 d,每天测定各组铜绿微囊藻或羊角月牙藻的光密度值,用以确定绿狐尾藻对两种藻类不同浓度的生长抑制情况.结果表明,2. 5 g·(200 m L)~(-1)的绿狐尾藻对起始浓度为10~7ind.·L~(-1)和10~8ind.·L~(-1)的铜绿微囊藻具有明显的抑制作用;而对实验所设的所有起始浓度的羊角月牙藻生长均没有显著的抑制作用.并且,采用溶剂浸提与气相色谱-质谱联用(GC-MS)测定的方法,分析了绿狐尾藻粉末浸提液和绿狐尾藻生长液中可能存在的化感物质,通过分析,确定棕榈酸是绿狐尾藻分泌的化感物质之一,并且发现了3种可能是绿狐尾藻分泌的新型化感物质:3-乙基-3-甲基庚烷、磷酸三乙酯和酞酸二丁酯.     

Interspecific utilisation of wax in comb building by honeybees

Beeswaxes of honeybee species share some homologous neutral lipids; but species-specific differences remain. We analysed behavioural variation for wax choice in honeybees, calculated the Euclidean distances for different beeswaxes and assessed the relationship of Euclidean distances to wax choice. We tested the beeswaxes of Apis mellifera capensis, Apis florea, Apis cerana and Apis dorsata and the plant and mineral waxes Japan, candelilla, bayberry and ozokerite as sheets placed in colonies of A. m. capensis, A. florea and A. cerana. A. m. capensis accepted the four beeswaxes but removed Japan and bayberry wax and ignored candelilla and ozokerite. A. cerana colonies accepted the wax of A. cerana, A. florea and A. dorsata but rejected or ignored that of A. m. capensis, the plant and mineral waxes. A. florea colonies accepted A. cerana, A. dorsata and A. florea wax but rejected that of A. m. capensis. The Euclidean distances for the beeswaxes are consistent with currently prevailing phylogenies for Apis. Despite post-speciation chemical differences in the beeswaxes, they remain largely acceptable interspecifically while the plant and mineral waxes are not chemically close enough to beeswax for their acceptance.     

光倒刺鲃、白鲢协同投放抑制丝状藻(水绵)藻华围隔研究

为探究高效与安全抑制丝状藻藻华的方法,利用光倒刺鲃(Spinibarbus hollandi)、白鲢(Hypophthalmichthys molitrix)的食性特点,研究了不同密度(低密度(L)40 g·m-3、高密度(H)80 g·m-3)与不同投放比例(光倒刺鲃∶白鲢=3∶1、1∶1、1∶3)协同作用下,对围隔内水体丝状藻水绵(Spirogyra sp.)的抑制效果,以及对水生植物和水质的影响.结果表明,光倒刺鲃可以显著摄食丝状藻水绵,且在低密度、高比例(3∶1)时,即对丝状藻的生长具有明显抑制作用.高密度(80 g·m-3)投放光倒刺鲃、白鲢,无论比例如何,都会引起水体水质下降,引起轻微富营养化,并导致浮游藻类生物量上升,不适用于本试验水体.在本试验条件下,高密度(80 g·m-3)投放条件下,白鲢可以抑制浮游生物总量,H(1∶3)、H(1∶1)组中,呈现藻类小型化的趋势;而在低密度(40 g·m-3)投放条件下,未发现浮游藻类有小型化趋势.本试验L(3∶1)组,即光倒刺鲃30 g·m-3、白鲢10 g·m-3,可以有效控制试验水体丝状藻水绵滋生,且能够兼顾改善水质.     

松属植物地质历史及生物地理演变

松属（Pinus L.）约113种,是松科现代属中最原始的类群。松属植物种类丰富且研究领域广泛,对其已经积累的资料数据进行系统梳理总结十分必要。本文通过总结国内外松属大化石资料,结合分子系统发育、地质背景和地理隔离事件讨论了其地史分布及植物地理学意义;该属化石在早白垩世至全新世地层中均有记录。化石证据表明松属很可能在早白垩世（之前）起源于西欧地区,从这一起源地通过北大西洋陆桥扩散到北美洲东部,而东亚的类群可能是从北美洲西部经过白令陆桥散布的。在晚白垩世分化出双维管束松亚属Subgenus Pinus L.及单维管束松亚属Subgenus Strobus (D. Don) Lemmon,前者更接近祖先类群。古新世由于全球显著增温以及白垩纪末期大灭绝等地质事件的影响使松属数量急剧减少,在晚始新世至中新世时期随着气温转凉转冷再次分化扩散,中新世达到其发展高峰且分布面貌与现代类群近似。松属多样性时空历史可能和新生代气候变迁及晚新生代构造运动塑造的山地隆升等环境变化紧密相关。     

江苏陆地海岸线绿潮藻种类组成及分布特征

2012年12月—2013年5月对江苏启东蒿枝港至连云港西大堤长约730 km岸线内的69个岸滩堤坝站点进行了绿潮藻种类组成及数量分布调查.结果表明:绿潮藻出现的站点占总设置站点的26.09%,出现绿潮藻岸线长度约占整个江苏调查岸线长度的22.83%;岸滩上绿潮藻主要生长在沿岸石堤、养殖围坝和植被较浅相对稀疏的草滩上,绿潮藻种类组成主要有浒苔(Ulva prolifera)、曲浒苔(Ulva flexuosa)和缘管浒苔(Ulva linza).1—3月浒苔为主要优势种,4—5月曲浒苔为主要优势种,缘管浒苔在历次调查中其湿重生物量均很低.5月岸滩上固着绿潮藻量约36.7 t,不及海上飘来附着在岸滩上绿潮藻量的1/10,岸滩上固着绿潮藻中浒苔的量约为同期海上飘来浒苔湿重生物量的0.6%,岸滩堤坝不会是引起绿潮暴发的主要源头.