Biolog法在环境微生物功能多样性研究中的应用

微生物是生态系统的重要组成部分,它不仅要受到外界环境的影响,其自身的结构和功能变化也会对环境产生持续的作用,而这种作用主要是通过群落代谢功能差异来实现的,因此研究微生物群落功能多样性更能够揭示微生物与环境间相互作用的内在机制.Biolog法是目前已知的研究微生物代谢功能多样性的很有力的方法.为了使该项技术在更大范围上得...     

海河口沉积物nirS型反硝化微生物多样性研究

以海河口典型淡水、淡海水以及海水环境的沉积物样品为研究对象,采用克隆文库及典范对应分析等方法研究了nirS型反硝化微生物群落结构的多样性。3个站位共获得154条有效序列,97%序列相似性水平划分为66个OTUs,海水环境的沉积物站位nirS型反硝化微生物多样性最高。系统进化分析显示,全部OTUs序列被划分为7个簇,最相近序列的微生物主要来源于河口、富营养化海湾、人工湿地及海水养殖沉积物等环境。海河口具有独特的反硝化微生物群落分布格局,典范对应分析结果表明该区域的盐度、有机碳以及氮相关营养盐水平是影响其群落特征的重要因素。     

土壤生态系统微生物多样性技术研究进展

土壤微生物多样性主要研究土壤环境中微生物种群的类别、丰度、分布、结构变化及微生物群落功能的多样性,是土壤生物多样性研究的主体部分。19世纪末,传统的微生物分离培养方法应用于土壤微生物多样性解析。至20世纪70年代,建立了以磷脂脂肪酸图谱分析法(PLFA)和BIOLOG微量分析法为代表的对土壤微生物群落多样性评价的生物化学方法。20世纪90年代后期,随着分子生物学技术的快速发展,建立了变性梯度凝胶电泳(DGGE)、末端限制性片段长度多样性(TRFLP)、克隆文库和高通量测序等土壤微生物多样性研究方法。本文综述了土壤微生物多样性研究技术的原理、进展,并对不同技术的优缺点及应用进行探讨,并对相关领域研究提出思考。     

土壤微生物对环境胁迫的响应机制

微生物在生态系统物质循环和能量流动过程中起重要作用.研究土壤微生物对各种环境胁迫的响应有助于认识微生物对环境变化的适应与演变机理,维持土壤生态系统功能的稳定.土壤微生物群落多样性是衡量土壤生态系统稳定性的一个重要指标.多数研究表明,土壤微生物群落多样性越高,土壤生态系统越稳定.本文在总结土壤微生物群落多样性及其与环境胁迫响应关系的基础上,进一步讨论了土壤微生物对环境胁迫响应的生态学机制,包括:①抗性微生物的出现及抗性基因的水平转移.该过程导致了土壤微生物群落结构和多样性的改变,产生了更多抵抗能力较强的微生物类群,从而达到对外源干扰的适应,使土壤微生物群落对环境胁迫的抵抗力和恢复力随之提高.②土壤微生物群落功能的冗余.这些冗余程度越高,冗余组分缓冲维持生态系统正常功能的能力越强,从而提高微生物群落对环境胁迫的抵抗力和恢复力.研究土壤生态系统的稳定性与微生物多样性之间的关系,不仅有助于揭示土壤生态系统稳定性的内在机制,为合理调控提供科学依据,也可以为土壤环境质量管理提供参考.     

不同沼灌年限稻田土壤微生物群落分析

为了探明不同沼灌年限稻田耕层土壤微生物群落多样性变化,明确稻田耕层土壤微生物群落多样性对不同沼灌年限的响应,本文原位系统采集了不同沼灌年限的稻田土壤,并采用高通量测序技术对不同沼灌年限稻田土壤的微生物群落结构进行了分析.结果表明,随着沼灌年限的增加,土壤pH值逐渐下降,有机质、硝态氮、磷酸盐等养分逐渐累积.沼灌不利于水稻产量的形成.高通量测序技术较全面和准确地反映了不同沼灌年限稻田土壤微生物群落结构在门、纲、目、科、属这5个水平上的分布,在沼灌稻田微生物群落多样性的表征方面具有明显的优势.随着沼灌年限的增加,稻田土壤微生物群落的物种丰富度逐渐降低,微生物群落的多样性也逐渐降低.典型对应分析的结果表明,土壤溶解性有机碳(F=2.67,P=0.09)是影响沼灌稻田土壤微生物群落结构的主要环境因子.     

北京城市发展对土壤微生物群落功能多样性的影响

为研究城市发展对土壤微生物功能多样性的影响,以北京市建成区为例,采用Biolog-ECO微平板技术分析不同环路内3种类型绿地(居民区内绿地、街道边绿地、公园内绿地)土壤微生物群落功能多样性的变化.结果表明:二环内各绿地类型土壤微生物群落的AWCD(average well color development,平均颜色变化率)相对较高,分别为1.107、1.192、1.007,表明其土壤微生物群落代谢活性较高,利用碳源能力较强,其他环路土壤微生物群落利用碳源能力相对较弱;其中,各绿地类型土壤微生物群落对羧酸类碳源的利用能力最弱.城市环路梯度下居民区对土壤微生物群落多样性的影响相对较大;街道对土壤微生物群落功能多样性无显著影响(或者城市环路梯度下街道边绿地土壤微生物群落功能多样性趋同);四环～五环公园内绿地土壤微生物群落功能多样性与其他环路之间存在显著差异.对土壤微生物群落碳源利用能力进行主成分分析的结果显示,居民区内绿地、街道边绿地、公园内绿地提取的与土壤微生物碳源利用相关的主成分累积贡献率分别为86.79%、87.09%、84.92%,对主成分分离起主要作用的碳源主要是氨基酸类、糖类、多聚物类和羧酸类物质.冗余分析(RDA)表明,pH、土壤含水量是影响土壤微生物群落代谢能力和功能多样性的主要因素.城市绿地类型和环路因子对土壤微生物利用碳源分异存在一定影响,但对碳源代谢能力变异的解释量(5.91%)低于土壤理化因子的解释量(16.26%).研究显示,城市环路对土壤微生物功能多样性产生一定影响,但各环路街道边绿地土壤微生物功能多样性无显著差异,并且二环内、二环～三环、三环～四环各绿地类型土壤微生物多样性也无显著差异,说明城市发展可能使土壤微生物群落功能多样性趋于同质化.      

土壤多功能性对微生物多样性降低的响应

土壤微生物群落在驱动多种生态系统功能和生态过程中发挥着重要作用,是维持生物地球化学循环的主要驱动力.鉴于全球背景下观察到土壤微生物多样性随着土地利用集约化、气候变化而降低的现象,对土壤微生物多样性的减少是否会对土壤多功能性产生影响进行调查显得尤为重要.利用稀释灭绝法构建土壤微生物多样性梯度,结合高通量测序等技术手段,探究细菌、真菌和原生生物多样性降低对土壤多功能性的影响.结果表明,与未灭菌土壤相比,稀释处理土壤微生物α多样性（丰富度指数和香农指数）显著降低.主坐标分析（PCoA）表明,未灭菌土壤微生物群落结构与稀释处理土壤存在显著分异,而且细菌和真菌群落对稀释处理的响应高于原生生物.回归模型显示,土壤多功能性与微生物多样性指标呈显著的负线性关系,表明土壤微生物群落变化是调节土壤多功能性的关键因素.其次,通过集成推进树（ABT）和回归模型预测分析发现,一些特定的微生物类群如真菌短柄菌属（Solicoccozyma）、瓦湖胶珊瑚菌（Holtermanniella）和细菌属Rudaea相对丰度与土壤多功能性显著负相关,说明关键微生物类群在生物过程中发挥了指示性作用.进一步通过结构方程模型揭示,细菌、真菌和原生生物多样性都对土壤多功能性存在直接或间接影响,其中细菌是驱动土壤多功能性变化的关键生物因子.研究为土壤微生物多样性对土壤多功能性的影响提供了试验证据,并认为在单一农业生态系统中维持一定的土壤微生物群落多样性,特别是关键微生物类群的多样性对未来生态系统功能的可持续发展具有重要意义.     

污水处理厂中微生物群落特性与基因功能探究

为了探究污水处理过程中微生物多样性及其功能,文章以哈尔滨市某城市污水处理厂为研究对象,采用高通量测序及水化学分析方法对进水口、曝气池及出水口的水质样本分别进行细菌群落结构及环境因子的测定分析。结果表明,该污水处理工艺对COD、BOD₅、NH₄⁺-N、TP、TN均有明显的去除作用,其中除TN外去除率均在93%以上,NH₄⁺-N的去除率最高,达99%。污水中微生物群落鉴定检出细菌分属于15门、28纲、64目、92科和115属。通过细菌微生物群落Alpha多样性分析发现,曝气池中细菌群落多样性最高。其中环境中的优势菌门为变形菌门(Proteobacter)、拟杆菌门(Bacteroidota)、厚壁菌门(Firmicutes)、弯曲杆菌门(Campilobacterota)、髌骨细菌门(Patescibacteria)。其中Bacteroidota与Campilobacterota在H1中丰度最高,分别为44.62%、24.62%,Patescibacteria在H2中丰度最高,为2...     

不同气候类型下污水厂活性污泥中微生物群落比较

污水处理厂的微生物群落对于水质净化十分关键,这关系到公众饮水安全和环境健康.探究中国不同气候下,污水厂微生物群落结构和多样性的变化趋势及其主要环境影响因子.应用荟萃分析方法,筛选公开数据库中采用16S rRNA基因Illumina MiSeq高通量测序技术的样品,分析中国3种气候类型（Dwa、Cfa和Cwa）下污水厂微生物群落结构和多样性变化趋势,采用凝聚力模型分析不同气候类型污水厂微生物群落的核心菌群及其相互作用,并采用分段结构方程模型（PSEM）分析不同气候类型对微生物群落结构及其多样性的影响.3种气候类型下,污水厂微生物群落结构和多样性显著不同,其群落主要受进水的水温、pH、电导率和氮浓度影响.PSEM分析发现在较大空间尺度上,纬度改变可直接影响微生物群落β多样性,而纬度改变则通过改变混合液电导率和水温来间接影响微生物群落α多样性.凝聚力模型分析发现,微生物群落稳定性在Dwa气候下最高,在Cfa气候其次,此时微生物群落通过增强一小部分关键物种间的负凝聚力来增强群落稳定性.而Cwa气候下微生物群落稳定性较低,不存在具有较强负凝聚力的关键物种.污水处理厂微生物群落结构、多样性和稳定性对气候类型敏感,其群落α多样性和β多样性对纬度变化的响应机制存在较大不同.     

五台山不同退化程度亚高山草甸土壤微生物群落分类与功能多样性特征

土壤微生物在草地生态系统功能中发挥着重要作用,但其多样性对草地退化的响应尚未得到充分研究.采用宏基因组测序技术对五台山亚高山草甸4个不同退化阶段[未退化(ND)、轻度退化(LD)、中度退化(MD)和重度退化(HD)]土壤微生物分类和功能多样性特征及其影响因素进行分析.结果表明,4个不同退化阶段亚高山草甸之间放线菌门、拟杆菌门、硝化螺旋菌门和Parcubacteria的相对丰度存在显著差异(P<0.05).与ND草甸相比,退化草甸增加了与碳代谢、氨基酸生物合成、丙酮酸代谢、柠檬酸循环、丙酸代谢、丁酸代谢和脂肪酸代谢相关的基因比例,表明亚高山草甸退化改变了土壤微生物群落能量代谢和营养循环的潜力.草地退化改变了土壤微生物分类和功能α多样性,特别是MD和HD草甸中微生物功能多样性显著降低.亚高山草甸退化过程中土壤微生物物种分类和功能组成均显著变化(P<0.05).土壤总氮、pH值和有机质含量对微生物群落分类和功能组成具有显著影响.植物群落β多样性与微生物群落分类和功能β多样性显著相关(P<0.05),具有强耦合性.研究结果揭示了草地退化过程中地下微生物分类和功能多样性的变化及...     

环境荷尔蒙物质及其监测与分析

介绍了环境荷尔蒙物质的种类，致毒机理培的分布情况，并对ｐｐｔ，ｐｐｑ量级的超微量环境污染物质主要是二恶英物质的监测分析方法进行了评述。对监测分析今后的发展，如解决监测信息代表性，多种有机成分同时分析技术，污染综合指标监测及二恶英类物质的监测和存在问题提出了见解。     

伶仃洋海域允许负荷研究

系统地研究了海域允许负荷的分析与计算方法。从海域污染物输入-水质响应关系出发,分析了伶仃洋沿岸污染物输入-海域水质响应的宏观规律,对污染源的重要性进行了排序,计算出了不同环境功能分区下海域允许负荷量,从而指出了该海域为实现其水质目标所应采取的污染控制方案。本成果为伶仃洋海域的污染控制提供了依据。      

环境水体中无机砷现场分析方法研究进展

砷是一种环境中普遍存在的类金属元素,并与人类健康息息相关.砷被列为一类致癌物,地下水中砷导致的慢性中毒是全球性健康问题.环境水体中砷的形态多样和毒性不尽相同,且在采样和运输过程中易于转化,而使实验室分析结果出现误差.因此开发砷的现场分析方法和获得准确的数据是研究砷的形态转化和生物吸收过程和准确判断其毒性的基础.在过去的几十年中,砷的实验室内分析方法迅速发展并逐渐成熟,但砷的现场分析仍然存在着巨大的困难和挑战.总结归纳了近10年来（2011~2022年）环境水体中砷分析方法相关的综述,讨论了砷的比色法、发光法和电化学法等现场分析方法的研究进展,并展望未来环境水体中砷现场分析方法的发展方向,为新方法的建立与应用提供参考.     

海岛污水处理厂中水回用环境可行性分析—以平潭金井湾污水处理厂为例

基于污水处理厂的特点和区域的规划资料,本研究利用经验系数法、湖泊完全混合衰减方程和二维扩散方程解析解近似方程等方法,分析了平潭金井湾污水处理厂中水回用环境可行性。中水水量和水质可满足湖泊景观用水、冲厕用水、绿化用水、道路洒水等用途; 中水排入湖泊后可以满足相邻海域的环境功能区水质要求。在事故性排放情况下,湖泊出海口处的有小面积水域的水质超过了海域功能区的水质要求,应采取相应措施加强管理,防范事故性排放; 随着城市化的推进和工业的发展,中水用途将更趋于多样化。     

层次分析法在生态环境综合评价中的应用

文章以云南省生态环境质量综合评价为例,分析了层次分析法在生态环境质量综合评价指标权重确定中的应用,并论述了层次分析法应用于生态环境质量综合评价中的优劣性。结果表明:云南省生态环境质量较好;层次分析法作为一种定量研究方法,对于生态环境质量而言不仅可以确定指标的相对重要性,而且还可以用于综合定量分析。     

应急监测分析方法存在的问题及建议

环境污染事故应急监测工作是处置突发性环境污染事故的前提和保证,而应急监测分析方法则是开展环境污染事故应急监测工作的基础和手段.通过对中国环境应急监测分析方法的现状、使用情况的阐述,同时结合三个实际案例,指出了存在的主要问题;并针对性的提出了建立和完善环境监测分析方法体系、对现有环境监测分析方法进行技术分级、重视应急监测期间的质量保证/质量控制(QA/QC)工作、加强监测人员应急监测技术培训等四点建议.     

短链氯化石蜡分析方法、环境行为与健康效应的研究进展

氯化石蜡(chlorinated paraffins, CPs)是我国目前广泛应用在工业生产中的阻燃剂和增塑剂,其中短链氯化石蜡(short chain chlorinated paraffins, SCCPs)作为新污染物,因具有持久性、高毒性、长距离迁移特性和生物蓄积性等持久性有机污染物(persistent organic pollutants, POPs)特性引起了国内外的关注,尤其是SCCPs的环境赋存对环境健康的危害亟需进一步研究. 国内对SCCPs的研究集中在分析方法与环境行为等方面,对SCCPs的环境健康效应研究较少. 本文总结了近年来SCCPs分析方法的研究进展,并对其环境健康效应进行了梳理. 结果表明,SCCPs已被证实具有潜在的毒性效应,并且随着时间的推移,SCCPs在环境介质中的暴露浓度越来越高,因此SCCPs的环境外暴露对人体健康的潜在威胁越来越大. 研究显示,我国尚未停止SCCPs的生产与使用,因此在我国“十四五”规划之际,应加快SCCPs分析方法的研究进程,利用高分辨质谱将SCCPs的分析方法规范与标准化,并且在研究SCCPs的环境行为、迁移转化机制与毒性效应的基础上,深入开展SCCPs人体暴露风险与健康效应评估的研究,建立有效的环境健康风险评价模型与机制.      

影响环境监测质量的主要因素及相应对策浅析

从采样质量、测试系统和仪器、测试环境、分析方法和人员素质等方面分析了目前影响环境监测质量的因素,并从减少分析误差、采样、质量控制、趋势综合分析等方面提出了提高监测质量的对策和建议。     

环境模型库与地理信息系统的耦合

针对基于GIS开发的环境信息系统多数存在环境专题分析能力不强与环境专题模型缺乏有效的整合和协同运行的问题 ,建立了一个基于面向对象的环境模型库 ,并耦合在GIS的平台之上 ,有效地对环境模型进行管理与选型 ,利用GIS的空间优势直观地分析解决环境问题 ,从而为环境信息系统增加新的强大功能。最后以区域大气环境管理决策支持系统的研究与开发为例子介绍了其框架结构和应用情况。     

钙同位素方法在环境地球化学研究中的应用与进展

概述了钙同位素分馏机理、分析测定以及在环境地球化学研究中的应用。自然界中钙同位素组成及其分馏过程与生成环境密切相关,可以很好地反映其地质成因及地质作用过程。近年来,随着钙同位素的测量技术的创新和改进,钙同位素地球化学的研究领域不断拓宽:它在研究环境生态系统中钙同位素变化规律、海洋钙循环、示踪古海洋和古气候等方面取得初步成效。先前的研究表明不同的样品中的44Ca /40Ca比值变化较小,δ44 Ca的变化在-2.88‰~+ 0.92 ‰之间。