石油污染土壤的生物修复技术及微生物生态效应

利用投菌法和生物刺激法对陕北子长石油污染土壤进行微生物修复研究.通过利用红外分光光度法测定不同处理方法对石油烃的去除效果确定了修复陕北石油污染土壤的最佳方案.修复过程中利用最大可能计数法(MPN)、PCR-琼脂糖电泳法、PCR-DGGE法分别测定了石油烃降解菌数目、催化基因、土壤微生物多样性对土壤微生物生态效应进行研究.结果发现石油污染土壤不同生物处理修复效果为:生物刺激(加入N、P营养物质)生物强化(投加降解菌)其他.土壤中石油烃降解率与可降解石油烃的催化基因含量之间存在正相关关系,修复过程中土壤中的石油烃和烷烃降解菌数量显著多于多环芳烃降解菌数量,投加外源降解菌SZ-1可以显著提高土壤细菌群落的多样性.研究结果有助于深入理解生物修复石油土壤过程中的微生物生态效应变化.     

生物菌剂对石油污染土壤生物修复作用的研究

在实验室条件下,研究了生物菌剂的投加量、投加方式及环境温度对石油污染土壤的修复作用 结果表明,土壤中石油烃的降解效果与生物菌剂的投加量呈正相关,当生物菌剂投加量为0.6mg·kg^-1时,修复,48 d 后,石油烃的降解率为87%.GC-MS分析结果表明,石油污染原土中烷烃的含量最高为82.1%其次为烯烃,含量为16%,还含有少量的胡萝卜烷、烷基萘、甾烷和藿烷% 添加生物菌剂修复40 d 后,峰的数量由32个减少为14个,表明异构烷烃、烯烃、胡萝卜烷全部被降解,残留的物质为较难降解的正构烷烃、藿烷和甾烷,呈现前高后低的峰形,即接种细菌优先降解高碳组分,将长链的烷烃降解为短链的烷烃,随着生物菌剂投加量的增加,土壤中残留石油烃的含量逐渐降低% 一次加入生物菌剂修复,48 d后的峰高明显低于分2 次加入的相应值,故一次性全部加入生物菌剂是最佳的投加方式% 温度是限制石油污染土壤生物修复的重要环境因素,当温度为30℃第,48 d 的降解率可达80%,当温度为20℃,第,48 d的降解率可达60%,温度高有利于土壤中石油烃的降解,加快修复     

CO2倍增和施氮对水稻不同生长期土壤反硝化细菌丰度的影响

随着全球气候变化的不断加剧,大气CO₂浓度呈明显增加趋势,这将间接影响土壤-植物-微生物系统的氮循环过程.为研究典型水稻土壤反硝化细菌对CO₂浓度升高的响应规律和机制,借助水稻密闭培养箱,运用实时荧光定量聚合酶链式反应（Real-Time qPCR）分子技术,设置不施氮（0 mg/kg）和常规施氮（100 mg/kg）2个处理,研究CO₂倍增对水稻不同生长期土壤关键反硝化功能细菌（narG、nirK和nirS型）丰度的影响.结果表明:①在2种施氮水平,CO₂倍增显著促进了水稻分蘖期、孕穗期、扬花期和成熟期水稻根系生长（增幅为2.96%~28.4%）、地上部生物量增加（增幅为7.1%~107.3%）以及成熟期籽粒干质量的增加（增幅为19.5%和38.0%）,具有显著的增产效应.②反硝化细菌丰度对CO₂倍增的响应与生育期及施氮水平有关,CO₂倍增在2个施氮水平均抑制分蘖期反硝化细菌的繁殖,显著增加孕穗期反硝化细菌数量;在水稻扬花期,CO₂倍增促进了施氮处理narG和nirS型反硝化细菌数量的增加,在成熟期抑制未施氮处理下narG、nirK和nirS型反硝化细菌的生长.另外,narG、nirK、nirS型反硝化细菌丰度整体表现为narG > nirS > nirK,且随水稻的生长,其在成熟期的丰度均呈降低趋势.nirK和nirS基因同属亚硝酸还原酶,但nirS基因丰度高于nirK,且对CO₂倍增和施氮的响应有所差异.研究显示,CO₂倍增可显著增加水稻生长和产量,不同施氮水平对稻田土壤反硝化细菌丰度的影响存在差异.      

重复接种菌群强化修复石油污染土壤

微生物技术在修复石油污染土壤中具有广阔的应用前景.重复接种是提高外部菌群在实际环境中的竞争力和适应性的潜在而有力的手段,是保证高效修复的关键.该研究选择了从石油污染环境中分离获得的2株烃降解菌(SW-1、SW-4)及2株生物表面活性剂产生菌(F、F2),按不同比例复配,构建高效烃降解菌群,研究了重复接种该菌群强化修复石油污染土壤的效果,监测了修复过程中石油降解率、细菌数量以及土壤酶活性的变化.结果 表明,由4株菌等比例组成的菌群在7d内降解率最高;与单次接种相比,重复接种显著提高了土壤中烃的降解率,GC-MS分析表明菌群对C15～C30烷烃有较好的降解效果,相关性分析表明降解率与土壤中细菌数量和酶活性的增加显著相关.研究结果将有助于微生物修复技术在石油污染环境中的广泛应用,具有重要的环境和经济效益.     

1株筛自柴油污染土壤的铜绿假单胞菌对萘的降解特性研究

从柴油污染土壤中筛选分离出1株萘降解菌HD-5,经16S r DNA序列分析鉴定为铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa),对功能基因进行PCR扩增证实该菌株中含有萘双加氧酶基因nah.采用生物强化、生物刺激以及二者相结合的方式修复萘含量为0.5%的自配污染土壤,综合比较了在不同修复方式下土壤中萘的降解率,修复过程中土壤FDA水解酶活和脱氢酶活的变化,以及运用定量PCR的方法动态分析了总细菌基因拷贝数和nah基因拷贝数.结果表明,在生物强化(B)、生物刺激(S)以及生物强化与生物刺激相结合(BS)这3种修复方式下,31 d后萘去除率分别为71.94%、62.22%和83.14%,BS组在修复过程中土壤FDA水解酶活和脱氢酶活明显高于另外两组,31 d后BS组土壤中总细菌基因拷贝数和nah基因拷贝数分别增长了约2.67×1011g-1和8.67×108g-1.上述研究结果表明筛选得到的萘降解菌株在土壤中具有良好的定植特性,在生物刺激与该降解菌株的共同作用下,可以有效地实现土壤中萘降解,这对此类污染生物修复过程研究具有一定的指导意义.     

脱氮菌剂在低溶解氧黑臭水体中氮代谢特征

研究在低溶解氧浓度下氨化细菌、硝化细菌、反硝化细菌氮代谢能力,明确不同菌剂脱氮效率和氮转化关系,为大湾区黑臭水体治理提供理论依据.通过不同菌剂浓度和不同底物浓度,检测筛选出的氨化细菌(Staphylococcus sp. Ay)、硝化细菌(Microbacterium sp. Xw)和反硝化细菌(Arthrobacter sp. Fy)制成的菌剂在污水处理厂排放的水中的氮代谢特征;然后在低溶解氧条件下,研究不同Ay、Xw和Fy菌剂浓度在同浓度黑臭水体中氮代谢变化情况、以及相同菌剂浓度在不同浓度黑臭水体中的氮代谢特征.结果表明:Ay菌剂细菌浓度增加3倍,氨化效率没有成倍增加,说明增加氨化细菌浓度不是增加氨化速率的最佳方法; Xw菌剂对硝态氮浓度变化影响显著,低菌剂浓度条件下60 h硝态氮浓度增加180%,高菌剂浓度为231%,Fy反硝化效率较高,在较低浓度下能很快去除硝态氮.总氮浓度的适当提高可以增加Ay菌剂的氨化效率,过高会抑制Ay菌剂的氮氮代谢效率.Xw菌剂硝态氮的生成率在总氮浓度25 mg·L~(-1)条件下达到最好效果,浓度提高3 736%; Fy菌剂对氨氮去除效果不明显.总氮浓度为25 mg·L~(-1)时,Fy菌剂对硝态氮的去除达到最好效果.得出:氨化细菌和反硝化细菌原菌剂直接投加,氮代谢速率较高,硝化细菌菌剂浓度增加,可以提高硝态氮生成速率.在一定范围内,增加底物浓度可以增加菌剂氮代谢效率,浓度过高将抑制氮代谢效果,可为大湾区黑臭水体问题的解决提供数据支持.     

高效石油降解菌修复石油污染土壤与强化机制分析

利用定向驯化高效石油降解菌系对石油污染土壤进行为期120 d原位修复,考察生物强化修复效果、土壤理化性质和酶活性的变化,结合宏基因组测序及生物信息学分析揭示其强化机制.结果表明,与空白对照组(Ctrl)相比,生物修复组(Exp-BT)总石油烃降解率显著提升,增幅达81.23%; 高效石油降解菌生物强化修复期间土壤pH变化稳定,体系氧化能力提高,电导率处于适宜农业活动范围内; 脂肪酶和脱氢酶在修复期间保持较高活性; 另对初始污染土壤样本(B0)、驯化所得高效石油降解菌系样本(GZ)和生物修复后土壤样本(BT)的分析显示,门水平上变形菌门与放线菌门相对丰度增加17.1%,属水平上Nocardioides、Achromobacter、Gordonia和Rhodococcus等丰度明显上升,COG和KEGG物种与功能贡献度分析证明以上菌属对石油烃降解有重要贡献; 修复后土壤中发现高丰度的石油烃相关代谢酶及5个降解基因:alkM、tamA、rubB、ladA 和alkB,分析表明外源石油烃降解菌群的引入增强了微生物相关酶的代谢活性与相应功能基因的表达.     

河北平原潮土中微生物对氮降解特征

了解土壤中微生物对氮素降解规律,对于土壤氮污染修复具有重要现实意义.从河北平原潮土中筛选出8种高效氨化细菌、硝化细菌、异养硝化好氧反硝化细菌,对所筛菌种进行16S r DNA分析,选出最适菌株通过固定化载体将菌种制成菌剂.探讨了用加入所筛菌种及拮抗菌的菌液和地表水分别滴灌小白菜对土壤中的氮降解产生的影响,并测定土样磷脂脂肪酸(PLFA)的值.结果表明:以硅藻土为载体硝化细菌的氨氮降解率达到38%,硝态氮合成率为205%;以硅藻土为载体的氨化细菌氨氮合成率为1 711%,异养硝化好氧反硝化细菌的硝态氮降解率达到367%.加所筛菌液滴灌对土壤总氮和氨氮的降解效果较好,硝化作用也较强,加菌后土壤中微生物量明显增加,且更快到达峰值.对不同土样不同时间磷脂脂肪酸数据分析发现,在白菜生长过程中,土壤中的微生物含量均产生了1次峰值,且加入所筛菌的先到达峰值.对于任丘和阜城土样来说,加入所筛菌后,土壤中微生物种类相应增多,对土壤微生物环境有所改善,微生物也比较活跃.     

酵母菌-细菌联合修复石油污染土壤研究

采用室内模拟方法研究热带假丝酵母菌(Candida tropicalis)和粪链球菌(Streptococcus faecalis)对石油污染土壤的联合修复,并监测修复过程中土壤脱氢酶活性、石油污染组分的变化. 结果表明:酵母菌-细菌混合菌剂在对石油烃的去除中表现出协同作用,连续培养32 d后混合菌处理组对总石油烃(TPH)的去除率达到29.9%,较单菌处理组高约50%;混合菌处理组脱氢酶活性高于单菌,并与石油烃去除率呈很好的相关性;前期低分子量烷烃降解效果明显,对于C15～C21的高分子量烷烃的降解效果主要在第32天时显现.     

真菌-细菌修复石油污染土壤的协同作用机制研究

提出并研究了真菌和细菌协同强化原位修复石油污染土壤.从中原油田石油污染土壤中筛选出刺孢小克银汉霉菌(Cunninghamella echinulata)和阴沟肠杆菌(Enterobacter cloacae),在泥浆体系中考察了Cun.echinulata和E.cloacae的生长及其对石油烃的降解过程.结果表明,混合培养体系中细菌和真菌的数量最高分别为其纯培养体系的3倍和20倍,细胞衰亡则被明显推迟;混合培养体系中石油烃的去除率高于真菌和细菌纯培养体系石油烃去除率的总和;采用多次接种新鲜菌种的培养方式能够强化混合培养体系对石油烃的降解.在石油烃污染土壤中接入由Cun.echinulata和E.Cloacae所组成的真菌-细菌微生物制剂实施原位修复,结果表明,Cun.echinulata和E.Cloacae的生长及其对石油烃的降解不受土著微生物的抑制,最适工艺条件为:水和木屑含量分别为25%和6%(质量分数),Cun.echinulata和E.cloacae接种量分别为2.5×104和2.5 × 107CFU/g.接种上述真菌-细菌40 d后石油烃去除率可达约65%,而土著微生物对石油烃去除率为16.0%.     

Pronounced temporal changes in soil microbial community and nitrogen transformation caused by benzalkonium chloride

As one typical cationic disinfectant, quaternary ammonium compounds (QACs) were approved for surface disinfection in the coronavirus disease 2019 pandemic and then unintentionally or intentionally released into the surrounding environment. Concerningly, it is still unclear how the soil microbial community succession happens and the nitrogen (N) cycling processes alter when exposed to QACs. In this study, one common QAC (benzalkonium chloride (BAC) was selected as the target contaminant, and its effects on the temporal changes in soil microbial community structure and nitrogen transformation processes were determined by qPCR and 16S rRNA sequencing-based methods. The results showed that the aerobic microbial degradation of BAC in the two different soils followed first-order kinetics with a half-life (4.92 vs. 17.33 days) highly dependent on the properties of the soil. BAC activated the abundance of N fixation gene (nifH) and nitrification genes (AOA and AOB) in the soil and inhibited that of denitrification gene (narG). BAC exposure resulted in the decrease of the alpha diversity of soil microbial community and the enrichment of Crenarchaeota and Proteobacteria. This study demonstrates that BAC degradation is accompanied by changes in soil microbial community structure and N transformation capacity.     

低能离子诱变产表面活性剂的烃降解菌研究

为有效治理石油污染土壤,从长期遭受石油污染的土壤中筛选出一株烃降解菌8-11作为出发菌,利用低能N+注入烃降解菌进行诱变,在能量为20 keV、剂量为90×2.6×1013ions/cm2条件下筛选出一株高效烃降解菌——诱变菌23。原油摇瓶发酵实验表明诱变菌对原油的降解率达到74%;降解后原油的全烃气相色谱图显示,经过7 d的作用,原油中的正构烷烃完全降解。诱变菌23能够产生大量的生物表面活性物质,傅里叶红外光谱分析表明其产生的生物活性物质为糖脂类化合物,该糖脂类生物表面活性剂能使发酵液的表面张力从空白对照的56.1 mN/m降低为29.3 mN/m。研究表明诱变菌23具有较高的烃降解能力,能有效降低表面张力,具有较大的应用潜力。     

转cry1Ab和epsps基因玉米C0030.3.5对土壤固氮细菌丰度和群落结构的影响

为评估转基因玉米种植对土壤氮周转功能微生物的潜在风险,以转cry1Ab和epsps基因玉米C0030.3.5(TM)及其亲本玉米DBN318(PM)为研究对象,于2015年拔节期、抽雄期、乳熟期、完熟期采集根际土和非根际土进行试验,并采用荧光定量PCR(quantitative real-time PCR,q PCR)和末端限制性片段长度多态性(terminal restriction fragment length polymorphism,TRFLP)技术分析土壤固氮微生物nif H基因丰度和多样性.结果表明,TM和PM根际土和非根际土固氮细菌nif H基因丰度随生长时期整体呈现先升高后降低的变化趋势,无论是根际土还是非根际土,同一生长时期2种玉米nif H基因丰度间差异均不显著.相关分析显示,土壤固氮细菌nif H基因丰度与有机质含量呈极显著正相关.T-RFLP结果表明,所获得的14种TRFs中,43 bp和155 bp片段所代表的固氮细菌为共有优势种群,无论是根际土还是非根际土,同一生长时期各T-RFs的相对丰度在TM和PM间差异同样不显著.土壤固氮细菌的Shannon指数和Evenness指数随生长期整体呈现出先升高后降低的变化趋势,无论是根际土还是非根际土,同一生长时期TM和PM的Shannon指数间及Evenness指数间均无显著差异.主成分分析(principal component analysis,PCA)表明TM和PM土壤固氮细菌群落结构组成无显著差异.冗余分析(redundancy analysis,RDA)显示土壤铵态氮和p H对固氮细菌群落结构组成影响显著.     

高效石油降解菌的筛选及石油污染土壤生物修复特性的研究

从陕北石油污染土壤中富集分离、优选出7株菌株,并进一步研究了7株菌的生理生化特性.菌株鉴定结果表明,SY21为不动细菌属,SY22为奈瑟氏球菌属,SY23为邻单胞菌属、SY24为黄单胞菌属、SY42为动胶菌属、SY43为黄杆菌属、SY44为假单胞菌属.7株菌的降油试验结果表明,降解8d后,加菌试样的石油烃降解率均达到80%左右,7株菌的石油烃降解速率高于目前已有的报道.接种量越大,石油菌数量越多,石油烃降解率随接种量的增加而提高.采用SY43和SY23菌株对土壤进行生物修复,试验结果表明,投加高效菌株SY43和SY23均可在较短的时间内将土壤中的石油污染物去除,去除率可达88.4%和73.4%,其中菌株SY43的修复效果优于SY23.     

牵牛花对石油污染盐碱土壤微生物群落与石油烃降解的影响

利用磷脂脂肪酸（PLFAs）生物标记法分析野生型牵牛花（Pharbitis nil （Linn.） Choisy）根际土壤微生物群落结构,探讨牵牛花生长对石油烃污染土壤微生物群落与石油烃降解的影响.结果表明,供试土壤微生物群落中,先后出现了24种PLFAs,包括标记细菌的饱和脂肪酸（SAT）、革兰氏阳性菌（G⁺）的末端支链饱和脂肪酸（TBSAT）、革兰氏阴性菌（G^-）的单不饱和脂肪酸（MONO）和环丙脂肪酸（CYCLO）、真菌的多不饱和脂肪酸（PUFA）和放线菌的中间型支链饱和脂肪酸（MBSAT）等六大类型.PLFAs的主成分分析（PCA）表明,牵牛花根际与对照组（未种牵牛花,CK）土壤微生物群落具有明显的差异,微生物多样性在春季增加83%、夏季增加140%、秋季增加50%;微生物的生物量在春季增加97.6%,夏季增加116.3%,秋季增加60.3%.牵牛花根际与对照组相比土壤中石油烃降解率明显提高,在春、夏、秋季分别提高了7.5%、34.2%和19.7%;并且,在牵牛花生长的不同季节石油烃的降解率有明显的差异,春季为22.3%,夏季为51.8%,秋季为38.0%.相关性分析表明,石油烃降解与土壤微生物总生物量具有中等程度的相关性（|r|=0.75）;与G⁺细菌、甲烷氧化菌的生物量具有高度相关性,相关系数|r|>0.8;与G^-的生物量具有中度相关性,相关系数为|r|=0.74;与真菌的生物量具有低度相关性,相关系数为|r|=0.36,与放线菌没有相关性,相关系数为|r|<0.30.     

堆肥-生物强化对重度石油污染土壤的修复作用

为解决微生物强化修复油污土壤过程中降解菌在低温环境下活性较低的问题,利用有机堆肥作为固体培养基对降解菌进行扩大培养,将获得的降解菌-堆肥制剂施入油污土壤中进行修复研究.利用重量法和GC-MS分析土壤中石油烃含量变化,利用Illumina Mi Seq对土壤微生物群落结构进行分析.结果表明,利用堆肥作为固体基质可对降解菌进行扩大培养.低温环境下利用堆肥-降解菌制剂对油污土壤修复30 d,土壤中石油烃、烷烃、多环芳烃去除率分别为27.0%、19.6%、10.0%;自然放置的土壤中3种烃去除率分别为4.5%、9.5%、2.3%.加入降解菌-堆肥制剂进行修复的土壤香农指数和Ace指数分别由4.42和1718.5增加为5.30和2170.5;土壤中变形菌门(Proteobacteria)和放线菌门(Actinobacteria)所占丰度由53.4%和25.9%分别降低至48.9%和14.1%,拟杆菌门(Bacteroidetes)所占丰度由5.0%增加至24.5%.属水平上,不动细菌属(Acinetobacter)和假单胞菌属(Pseudomonas)所占丰度由0.02%和3.4%分别提高至15.2%和4.6%.研究结果表明,在低温条件下向石油污染土壤中施入降解菌-堆肥制剂可提高土壤中的石油烃去除率,并使土壤微生物群落结构发生明显变化.     

玉米根际微生物氮磷转化的功能基因组学分析

化肥减量增效是保障农业生态环境安全的重要基础.微生物是调控土壤氮磷循环的关键驱动力,研究根际微生物氮磷转化功能可以为进一步提高土壤氮磷利用率提供微生物学调控途径.基于3种典型农田土壤（黑土、潮土和红壤）的田间微区试验,利用宏基因组测序技术研究玉米根际微生物在土壤氮磷转化过程中功能基因的差异及调控因子.结果表明,根际微生物功能多样性受土壤类型影响,黑土和潮土的根际微生物功能多样性主要受含水量和养分含量的影响,红壤受全磷（TP）和速效磷（AP）影响.在土壤氮转化方面,编码氮转化过程通路中相关酶的基因丰度以脲酶基因（ureC）和葡萄糖脱氢酶基因（gdh）丰度最高,分别为7.25×10^-5~12.88×10^-5和4.47×10^-5~7.49×10^-5.同化性硝酸盐还原的功能基因在红壤中总丰度要高于黑土和潮土,其它过程相关酶的功能基因总丰度以潮土最高.编码氮代谢过程相关酶的功能基因丰度主要受土壤细菌丰富度、全钾（TK）和TP含量的驱动.在土壤磷转化方面,催化有机磷矿化的碱性磷酸酶基因（phoD）数目为1093个,酸性磷酸酶基因（PHO）数目为42个.phoD丰度高出PHO丰度2个数量级,此外,同种土壤类型下施肥对phoD和PHO丰度没有显著影响.随机森林分析表明phoD和PHO丰度均受土壤水分、有机质（OM）和全氮（TN）显著影响,但AP含量对PHO丰度影响最大.从功能基因组水平研究了玉米根际微生物的氮磷转化特征,为利用微生物功能提高农田生态系统氮磷利用率提供了科学依据.     

添加生物炭对琼北地区双季稻田生物固氮的影响

生物固氮有助于植物对土壤中有效氮的利用,减少农业生态系统中无机氮肥的使用.生物炭可以通过其特殊物理结构调节土壤理化性质,提高土壤微生物的丰度和活性,然而关于生物炭对水稻土生物固氮方面的研究并未深入了解.试验共设置3个处理：施磷钾肥对照（CK）、当地常规施肥处理（CON）和常规处理配施20 t·hm^-2生物炭（B）,采用qPCR和高通量测序分析固氮基因（nifH）的丰度和群落结构变化,探讨生物炭添加对琼北地区双季稻田土壤固氮微生物的影响.结果表明,相比CK和CON处理,添加生物炭提高了土壤pH和土壤有机碳（SOC）含量以及作物产量.同时nifH基因丰度与土壤pH和SOC呈显著正相关.与CK处理相比,添加生物炭处理增加了nifH基因丰度以及显著改变了早稻季土壤固氮微生物的群落结构,常规施肥处理减少了nifH基因丰度而对固氮微生物群落影响相对较小.施用生物炭使固氮微生物群落优势属发生了变化,地杆菌属（Geobacter）、嗜糖假单胞菌属（Pelomonas）、固氮螺菌属（Azospirillum）、厌氧粘细菌属（Anaeromyxobacter）和铁氧化细菌属（Sideroxydans）等是所有处理中的优势菌属.相比CK处理,生物炭处理显著增加了嗜糖假单胞菌属的相对丰度,而常规施肥处理增加了地杆菌属的相对丰度.结果表明,生物炭添加具有一定的减肥潜力,为减少琼北地区稻田氮肥施用,提高氮肥利用率提供了理论依据.