塔克拉玛干沙尘暴源区空气微生物群落的代谢特征

采用BIOLOG生态微平板(BIOLOG EcoPlateTM)技术,对采集自塔克拉玛干沙漠南北缘5个地区的空气样品进行研究,目的是了解空气微生物群落碳代谢功能的特点与差异.结果表明,5个地区空气样品的平均吸光度(AWCD)在培养10 d没有达到饱和且差异显著,AWCD值最高的为莎车县,和田县最低,分别为0.24和0.1;碳源利用水平表明这5个地区空气微生物对聚合物类碳源利用率最高,其次是碳水化合物、氨基酸类、羧酸类碳源,而酚类和胺类最低;主成分分析(PCA)发现有20种碳源与PC1显著相关,12种与PC2显著相关,并且这5个地区也被分为两类,和田和皮山聚为一类,乌恰、莎车和轮台聚为一类;典范对应分析(CCA)和相关分析表明一些非生物因素对空气微生物群落碳代谢强度和单一碳源的利用能力具有不同程度的影响,如风速、海拔、湿度等;进一步的研究也表明非生物因素对空气微生物群落利用的能力影响显著,其中β-甲基D-葡萄糖苷、D-半乳糖醛酸和腐胺的光密度值与纬度显著正相关(P<0.05),2-羟苯甲酸和α-D-乳糖与风速显著正相关(P<0.05),D-葡萄胺酸与气压显著正相关(P<0.05)且与海拔为显著负相关(P<0.05).综上可知,塔克拉玛干沙尘暴源区周边地区空气微生物群落碳代谢能力较低,呈现区域性特征,非生物因素显著影响空气微生物群落碳代谢强度及微生物群落对31种单一碳源的利用.     

人工湿地空气微生物群落碳源代谢特征

采用BIOLOG-GN微平板分析自由表面流人工湿地空气微生物群落碳源代谢特征,阐明空气微生物群落代谢功能与环境因子相关性.结果表明,不同季节人工湿地空气微生物AWCD值、优势群落及Mc Intosh指数均存在差异,春季和夏季空气微生物碳源代谢强度明显高于秋季和冬季(P0.01);4个季节人工湿地空气微生物优势群落依次为羧酸类代谢群落、糖类代谢群落、聚合物类代谢群落和羧酸类代谢群落,夏季空气微生物对6类化合物的利用水平高于其他季节(P0.05).主成分分析显示,秋季和冬季空气微生物碳源代谢特征相似,但与春季和夏季差别较大,胺类是区分人工湿地夏季与春季、秋季和冬季的主要碳源类型,羧酸类是区分春季与秋季和冬季空气微生物代谢差异的主要碳源类型.不同季节人工湿地空气微生物群落结构主导影响因子存在差异.     

不同森林土壤微生物群落对Biolog-GN板碳源的利用

应用Biolog方法研究了不同森林恢复类型（人工恢复的湿地松林、杉木林、油茶林和自然恢复的天然次生林）土壤微生物群落对Biolog-GN板不同类型碳源的利用情况,结果表明,自然恢复的天然次生林土壤微生物群落的碳源代谢能力比3种人工林强,其次是油茶林.4种森林类型土壤微生物群落比较偏好、利用率较高的3类碳源是糖类、羧酸类和氨基酸类.对4类森林恢复类型土壤微生物群落具有分异作用的主要碳源类型亦为糖类、羧酸类和氨基酸类,这3类碳源是研究森林恢复后导致土壤微生物群落变化的敏感碳源.     

紫外-生物过滤联合工艺和单一生物过滤工艺中微生物代谢特性的比较

为了系统阐述紫外预处理对生物过滤塔中微生物代谢特性的影响,比较分析了紫外-生物过滤联合工艺和单一生物过滤工艺中微生物代谢特性的变化规律.研究结果表明,联合工艺和单一工艺中微生物的平均代谢活性(AWCD)分别为0.023～0.038和0.024～0.045cm-1.h-1,联合工艺中微生物平均代谢活性高于单一工艺.不同工艺中微生物对碳源的代谢特性存在显著差异:联合工艺中微生物对胺类、醇类和糖类碳源的代谢能力优于单一工艺,对酯类、氨基酸类和羧酸类碳源的代谢能力与单一工艺相当,而对于聚合物类碳源的代谢能力则弱于单一工艺.     

有机物料还田对稻田土壤DOM碳源代谢能力的影响

以成都平原典型稻麦轮作长期定位施肥试验土壤为研究对象,设置常规施肥(T1)、猪粪替代50%氮肥(T2)和猪粪替代50%氮肥+秸秆全量还田(T3)这3种处理,采用Biolog-ECO方法,研究长期有机物料还田下土壤和土壤可溶性有机质(DOM)的碳源代谢能力.结果表明,T3处理较T1和T2处理显著增加了土壤的碳源代谢能力,平均颜色变化率(AWCD)分别增长16%和48%;同时T3处理提高了土壤DOM的碳源代谢能力,其AWCD值为0.43.从微生物碳代谢功能多样性指数来看,土壤和土壤DOM中微生物的碳代谢功能多样性指数均以T3处理最高,其中土壤DOM中微生物的Shannon、 Simpson和McIntosh指数分别为2.73、 0.91和3.75.主成分分析和富集分析结果显示,不同施肥处理下土壤和土壤DOM的主要利用碳源类型存在差异,对于DOM而言,T1和T2处理的DOM主要利用碳源仅为糖类,而T3处理增加了对氨基酸类、羧酸类、聚合物类和胺类的利用.土壤pH和质地的改变是引起土壤DOM碳源代谢能力差异的主要因素.综上,猪粪配合秸秆施用显著增加了土壤和土壤DOM的微生物群落多样性和碳源代谢能...     

长期施肥下水稻根际和非根际土壤微生物碳源利用特征

以红壤丘陵区典型稻田长期定位施肥试验土壤为研究对象,选取不施肥(CK)、化肥(NPK)、秸秆还田+化肥(NPKS)、30%有机肥+化肥(LOM)和60%有机肥+化肥(HOM)这5种处理,研究长期不同施肥条件下水稻根际和非根际土壤微生物碳源利用特征.基于~(18)O-H_2O示踪的结果表明,土壤微生物量碳(MBC)和微生物生长速率(CGrowth)均以HOM处理最高,CK处理最低.根际土中,土壤微生物基础呼吸速率以HOM最高,CK和NPK最低;微生物碳源利用效率(CUE)以NPK最高,LOM和HOM最低.非根际土中,不同施肥处理的基础呼吸速率和CUE均无显著差异. MicroResp~(TM)结果显示,非根际土中微生物对外源碳源代谢能力高于根际土.施用有机物料(秸秆或有机肥)均能提高微生物对羧酸类、氨基酸、碳水化合物的代谢速率,且土壤微生物利用羧酸类碳源的活性最高,其次为氨基酸类和碳水化合物类碳源,对复杂化合物的代谢速率较低. RDA分析表明,微生物对不同碳源代谢情况的聚类总体以根际土与非根际土分开,CK与施肥处理分开,且NPK与NPKS相对聚集,LOM与HOM相对聚集,NPK、NPKS与LOM、HOM分开,即不同施肥处理显著改变土壤微生物对外源碳源代谢特征.结果表明,施肥未改变微生物CUE和基础呼吸速率,但有外源碳源输入(如根系分泌物)的情况下,施用有机物料增加基础呼吸、降低CUE.     

抚顺盆地西露天组油页岩微生物碳代谢多样性分析

为探讨油页岩微生物的碳代谢功能多样性,以抚顺盆地西露天组油页岩为研究对象,利用Biolog-GN2和GP2微孔板检测法,在连续7d的培养期内,测定油页岩本源微生物群落水平生理图谱(CLPP),并根据化学基团的不同,分析微生物对不同类型碳源的代谢能力和代谢差异.结果显示,微生物对不同类型碳源的代谢程度和代谢速率存在明显的差异.革兰氏阴性和阳性细菌群落均对氨基类碳源的利用较好,其次是羧酸类以及糖和糖衍生物,而对磷酸糖利用较差.连续多点测算Shannon-Wiener,Simpson和McIntosh多样性指数,分析表明微生物群落碳代谢功能多样性总体较高,但是随着培养时间的增加,多样性略有降低.     

蚯蚓对城市污泥蚯蚓堆肥过程中微生物特征变化的影响

为揭示蚯蚓对城市污泥中微生物特征的影响和作用,本研究采用赤子爱胜蚓处理城市污泥,以无蚯蚓处理为对照,探讨蚯蚓对污泥堆肥中微生物数量、活性和种群变化的影响.结果显示:蚯蚓在前期能够显著提升脱氢酶的活性和细菌16S r DNA的丰度;从而加速有机物的降解,促进后期堆肥产物的腐殖质化.高通量测序结果表明:从60 d开始,蚯蚓组和对照组的细菌种群结构出现明显差异,蚯蚓处理能够显著增加最终产物的细菌种群的Chao1和Shannon指数.最终产物中,对照组的优势菌群为变形菌门(56%)、拟杆菌门(16.3%)和厚壁菌门(15.4%);蚯蚓组的优势种群有变形菌门(31.3%)、拟杆菌门(27.1%)、放线菌门(21.1%).与对照组相比,蚯蚓粪中放线菌和根瘤菌的丰度分别提高了13.1%和2.5%,表明蚯蚓的作用提升了堆肥产物作为微生物肥料的潜力.     

美洲商陆（Phytolacca Americana L.）对铀的富集特征及根际微生物群落功能多样性的响应

在模拟低(25 mg·kg-1)、中(50 mg·kg-1)、高(100 mg·kg-1)剂量铀污染的条件下,采用盆栽试验,研究了美洲商陆富集铀的特点及铀污染对根际微生物群落的影响.结果表明,铀污染对美洲商陆生长的影响可能存在一个阈值,该阈值介于25~50 mg·kg-1之间,低于该阈值时,铀污染能够促进美洲商陆的生长,反之,则会抑制美洲商陆的生长.美洲商陆成熟时,根、茎和叶的最大铀富集量分别为131.69、9.87和45.33μg,是一种较为理想的修复铀尾矿的植物.Biolog-Eco测试结果表明,土壤中铀会对美洲商陆根际微生物群落产生负效应,铀胁迫可使根际微生物代谢迟缓,对碳源的选择发生转移,对糖类、羧酸类和胺类碳源的利用显著减少,对酚酸类碳源的利用显著增加;同时,铀胁迫可导致根际微生物群落功能多样性指数、均匀度指数及优势微生物种类降低.最后,利用培养96 h的平均吸光值进行聚类和主成分分析.结果表明,铀胁迫下美洲商陆根际微生物群落异于对照,美洲商陆根际微生物对铀胁迫的适应是以降低对糖类、羧酸类和胺类等碳源的利用为代价的.     

温度对蚯蚓处理城镇污泥稳定化过程的影响

在蚯蚓堆肥过程中,温度会对微生物和蚯蚓活性产生影响,进而影响堆肥效率.将城镇脱水污泥制成5 mm的颗粒,通过比较3个温度条件下(15、20、25℃)赤子爱胜蚓(Eisenia foetida)处理城镇污泥过程中理化、生化指标的变化,研究温度对蚯蚓堆肥稳定化过程的影响.结果显示,在整个稳定化过程中,随温度升高,有机质(OM)、微生物量碳(MBC)降低,电导率(EC)、NH_4~+-N、NO_3~--N升高,而脱氢酶活性(DHA)随温度变化不具有明显规律性.主成分分析(PCA)结果表明,蚯蚓堆肥稳定化过程依次经历以有机质生物降解、氨化和硝化为特征的3个阶段.以蚯蚓适宜生长温度控制蚯蚓堆肥,将更有利于蚯蚓与微生物协同作用的高效发挥.温度能改变蚯蚓堆肥的稳定化效率,但并不改变稳定化路径.     

蚯蚓处理对污泥中微生物碳量及脱氢酶活性的影响

将含水率80.6%的脱水污泥制成5 mm的污泥颗粒,以添加蚯蚓(赤子爱胜蚓)为处理组,无蚯蚓为对照组,测定不同时期污泥的理化性质、微生物碳量(MBC)和脱氢酶活性(DHA)的变化,重点研究了蚯蚓对污泥降解过程中MBC和DHA变化的影响.结果表明,相比对照组,蚯蚓处理组p H变化幅度较小;实验结束时,蚯蚓处理组的电导率(EC)和溶解性有机碳(DOC)显著高于对照组,而有机质(OM)显著低于对照组.实验前30 d,蚯蚓处理组MBC显著高于对照组,40 d至实验结束,蚯蚓处理组MBC显著低于对照组.DHA的结果表明,蚯蚓处理组和对照组在前30 d并没有显著性差异,40 d后蚯蚓处理组的DHA显著低于对照组,DHA稳定在2.98~6.40 mg·g-1·h-1(以TPF计).相关分析表明,DHA、MBC和OM之间显著正相关.研究表明,接种蚯蚓在实验前期显著提升了系统的微生物量,加快污泥有机质的降解,从而导致后期产物的微生物量及其活性较低,最终产物更稳定.     

基于活体微生物揭示蚯蚓对污泥耐药基因转归的影响

为削减污泥蚯蚓堆肥产物中耐药基因(ARGs),以无蚯蚓组为对照,采用叠氮溴化丙锭对蚯蚓堆肥样品进行预处理,探究蚯蚓对污泥中活微生物种群及其ARGs的影响.结果显示,与对照组相比,蚯蚓堆肥产物中有机物矿化度与降解量分别显著提升82.5%与5.2%(P<0.05).并且接种蚯蚓使其产物中放线菌门的丰度显著增加了65.6%(P<0.05),而厚壁菌门和拟杆菌门的丰度分别显著降低了74.7%和34.6%(P<0.05).相较于对照组,蚯蚓堆肥致使sul1、sul2、ermF和tetM基因丰度分别显著减少了66.5%、82.8%、72.8%和77.6%(P<0.05),但ermB的丰度显著增加了5.7倍(P<0.05).蚯蚓堆肥产物中intI1基因丰度比对照组显著降低了67.2%(P<0.05),蚯蚓处理后ARGs总绝对丰度为4.19×10¹³copies/g,ARGs总去除率为82.6%,比对照组高45.4%.研究表明,蚯蚓可通过改变活细菌种群结构,减少ARGs潜在活体宿主的丰度,进而降低其传播扩散的潜在风险.     

白线蚓对蚯蚓处理城市污泥的影响

蚯蚓处理污泥反应器中,常伴大量的白色线蚓(寡毛纲、线蚓科).因此,本文以蚯蚓处理城市污泥为研究对象,初步探讨了白线蚓(Enchytraeus Spp.)接种密度对赤子爱胜蚓(Eisena fetida)处理城市污泥的影响.结果表明,白线蚓的密度显著影响了蚯蚓堆肥后产物的物理化学性质和蚯蚓的生物量.白线蚓接种密度与蚯蚓堆肥产物的pH值、电导率(EC)、总氮(TN)呈负相关;与其总有机碳(TOC)、有效磷(AP)、重金属Cu、Zn、Pb、Cr及Cd的含量呈正相关.同时较高的白线蚓接种密度显著降低了蚯蚓的生长率,但蚯蚓的卵数未受显著影响.由此可知,蚯蚓和白线蚓在反应器中存在食物链竞争关系.本研究建议对蚯蚓处理污泥反应器中的白线蚓采取一定的控制措施.     

污泥蚯蚓堆肥过程中胞外聚合物的结构变化

为揭示污泥胞外聚合物(EPS)特征与蚯蚓堆肥产物腐熟的关系,以无蚯蚓为对照组,探究蚯蚓堆肥对污泥EPS结构变化的影响。结果表明,蚯蚓堆肥显著加快了蚯蚓堆肥产物有机质的矿化速率,其电导率和硝酸盐氮含量比对照组产物分别显著提升了0.64和0.22倍(P<0.05)。蚯蚓堆肥产物EPS层中的蛋白质和多糖的总含量比对照组产物分别降低了32.77%和31.54%。三维荧光结果表明,蚯蚓堆肥过程中蛋白质的荧光强度下降速率比对照组更高,其腐殖质在堆肥后期一直处于较高水平。污泥蚯蚓堆肥产物的紧密结合层(TB-EPS)和松散结合层(LB-EPS)中的色氨酸含量比对照组分别减少7.69%和13.62%,而LB-EPS和粘液层(SEPS)中腐殖酸含量比对照组分别增加了25.1%和7.82%。蚯蚓堆肥期间的硝酸盐氮含量和电导率均同SEPS、LB-EPS结构中的DOC、蛋白质和多糖含量呈显著正相关(P<0.05),其总DOC含量与EPS各层中的DOC及多糖含量呈显著相关性(P<0.05)。实验过程中对照组仅有机质和DOC含量同EPS各层多糖含量呈显著相关(P<0.05)。研究表明,蚯蚓堆肥能够破坏污泥EPS结构以促进有机物的分解,加快污泥的腐殖化和稳定化进程,且污泥EPS结构的变化可作为反映污泥蚯蚓堆肥产物腐熟程度的关键指标。     

生物炭复合青霉菌修复砷污染土壤对其微生物群落功能多样性的影响

真菌修复砷污染土壤是一种能够有效吸附固化环境中砷的重要措施.生物炭作为目前修复重金属的热点,其多空疏松的结构、较高的离子交换量、丰富的有机碳含量等都说明了其在土壤修复中的地位.为了探究生物炭与青霉菌在修复砷污染土壤的同时对土壤中微生物活性及其多样性的影响,在室内孵育条件下,运用Biolog法研究了3×3随机区组试验（3个生物炭梯度分别为0%、2%、4%,3个青霉菌梯度分别为0%、10%、20%）下土壤微生物对不同类型碳源的利用能力以及多种功能性指数的影响.结果表明:①添加青霉菌与生物炭后,土壤中有效砷含量较对照组显著下降,从而影响其微生物群落功能多样性.②砷污染土壤中微生物群落功能多样性、碳源利用丰富度随生物炭浓度梯度的升高呈先升后降的趋势.③高接菌量（20%）与低接菌量（10%）对砷污染土壤中微生物群落功能多样性的影响没有显著性差异.④2%生物炭与10%青霉菌处理土壤中微生物群落功能多样性、碳源利用丰度最高.⑤青霉菌对胺类及少部分酸类碳源的利用能力较弱（AWCD < 0.5,AWCD为Biolog微平板孔中溶液吸光值平均颜色变化率）,对氨基酸类中大部分碳源以及脂类碳源的代谢能力较强（AWCD>1.0）,对糖类、酚酸类的代谢能力稍弱（AWCD为0.3~1.0）,青霉菌对D-半乳糖醛酸、L-天冬酰胺酸、L-丝氨酸、L-精氨酸、r-羟基丁酸这5种碳源的利用率最高（AWCD>1.2）.研究显示,低浓度生物炭可增加砷污染土壤中微生物群落多样性,生物炭含量的继续增加会对微生物产生抑制作用;青霉菌添加到砷污染土壤后,会显著提升砷污染土壤中微生物的群落功能多样性,改善砷污染土壤中微生的物群落结构;青霉菌的优势碳源大多为植物根系分泌物,可为后续青霉菌与超积累植物复合修复砷污染土壤提供参考.      

2种表居型蚯蚓处理污泥的比较研究

用微小双胸蚓(Bimastus parvus)和赤子爱胜蚓(Eisenia foetida)2种表居型蚯蚓处理城市生活污泥,研究了污泥理化性质和污泥减量以及蚯蚓生物量的变化,比较2种蚯蚓对污泥的处理效果.结果表明,2种蚯蚓对污泥的矿化、降解及减量能力基本一致.接种双胸蚓和爱胜蚓污泥的pH分别降至6.27、7.07,接种双胸蚓使污泥的N、P、K含量分别增加了31.96%、5.76%、17.91%,C/N、C/P降低了44.14%、30.69%;接种爱胜蚓使污泥的N、K含量分别增加了35.48%、11.58%,P含量、C/N、C/P降低了10.12%、46.73%、20.50%.接种双胸蚓和爱胜蚓均能降低污泥中重金属含量,其降低次序分别为ZnCuPbCr和CuZnPbCr.实验结束后,2种蚯蚓的体重、卵数均显著增加,其生长率和生产率分别为76%～86%、156%～131%.