石油污染对场地中细菌群落的影响及其反馈机制

石油污染场地细菌群落的组成与分布差异性较大,且受多种因素影响.石油污染过程如何驱动场地中细菌群落变化仍然不明确,石油污染场地的细菌群落组装过程仍待研究.为了探明石油污染场地细菌群落结构及其与污染物之间的关系,以甘肃省某石化场地为研究区域,调查了油泥、石油污染土壤、未污染土壤及受污染含水层中沉积物的石油浓度、细菌群落结构多样性及其群落组装过程.结果表明:在好氧环境下,高石油浓度的油泥环境可以选择出具有降解石油能力的基因型（alkB基因和nah基因）,油泥环境中好氧降解基因拷贝数高达107 copies/g;而在含水层沉积物等厌氧环境下,好氧降解石油的基因拷贝数仅为106 copies/g,ass和bamA等厌氧降解基因也没有在厌氧环境中得到高效表达.石油污染土壤后,细菌群落的α-多样性降低,且与石油浓度呈显著负相关（P < 0.05）.与未污染土壤相比,油泥和受污染沉积物中细菌群落α-多样性降低了50%左右,而石油污染土壤中细菌群落的α-多样性降低了大约33%.在油泥、石油污染土壤和未污染土壤等地表环境中,群落组装主要受多样化和漂变等随机性过程主导,而与污染程度无关.在受污染含水层沉积物等厌氧环境中,微生物的群落组装主要受环境选择、种间竞争等确定性过程主导.研究显示,石油污染场地中的细菌群落多样性主要受石油浓度驱动,但是其对环境的反馈,例如降解基因的选择、群落组装过程等则需要较高的石油浓度才有所显示.      

石油污染土壤微生物群落结构与分布特性研究

针对污染胁迫下土壤微生物群落结构与分布问题,基于PCR-DGGE分析与系统发育树等现代分子生物学分析方法,探讨典型油田区石油污染土壤微生物群落结构特征,污染水平与微生物群落分布的关系.结果表明,污染土壤石油含量的差异是造成微生物群落结构相似度差异的主要因素;微生物群落结构相似性指数与土壤石油污染水平具有显著相关性;随着土壤污染程度的增加,微生物群落的均匀度指数降低,菌属分布不均匀,表现出土壤微生物群落结构和种属的污染胁迫与分异现象;石油污染土壤中存在明显的优势菌属:Gulosibacter、Halomonas、Petrobacter、Methylocystis、Pseudoalteromonas.本研究结果为认识石油污染土壤微生物特性提供基础.     

筑坝蓄水对不同水深浮游微生物群落结构和种间互作模式的影响

微生物群落之间通过直接或间接的关系相互作用,在生态过程中发挥重要作用,然而目前对于水库微生物种间互作模式的关注仍然较少.选择江苏省横山水库为研究区域,分别采集表层及深层水样,探究浮游微生物群落结构和分子生态网络对水深变化的响应规律,并辨识不同水深处浮游微生物群落的关键物种.结果发现,表层浮游微生物丰富度及均匀度均高于深层,且不同深度浮游微生物群落结构具有显著差异.水深通过改变环境异质性间接对浮游微生物群落产生影响,其中总有机碳（TOC）、硝酸盐（NO^-₃）、铵盐（NH⁺₄）和磷酸盐(PO₄^3-)等指标对浮游微生物群落结构影响最为显著.此外,深层浮游微生物分子生态网络的节点数和边数均显著高于表层,且深层浮游微生物群落中关键物种数目和种类均显著高于表层,表明深层浮游微生物群落网络规模更大,但表层浮游微生物群落种间协同合作关系和网络连通性更强.上述结果将为水库微生物群落种间相互作用研究提供科学依据,对预测水库生态系统中微生物的生态规律及全球物质循环影响具有重要意...     

乙草胺铜离子复合污染对黑土农田生态系统中土著细菌群落的影响

采用传统毒性评价手段和现代分子生物学技术相结合的方法 ,研究乙草胺和金属铜的复合污染对黑土农田生态系统中土著细菌群落的影响 .结果表明 ,乙草胺 铜复合污染比其单一污染更能降低细菌总数以及固氮菌、硅酸盐细菌和矿化磷细菌活菌量和土壤脱氢酶的活性 ,更能促进土壤呼吸强度的增加 ;利用以 16SrDNA为基础的变性梯度凝胶电泳 (DGGE)分析各处理样品间的相似程度 ,发现复合污染明显影响微生物群落结构 .由相似系数结果表明 :长期未施农药土壤、农药单一与复合污染土壤 3者间存在细菌群落的显著差异 ,并且乙草胺 Cu2 复合污染土壤与长期施用农药土壤具有较高相似性 (相似系数达 74 1% ) .     

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.     

长期复合重金属污染对土壤解磷微生物的影响

为进一步了解长期重金属污染压力下解磷微生物群落分布及潜在功能的变化,采用宏基因组学技术系统分析了北京某金矿周边土壤中含phoD基因或pqqE基因的解磷微生物对不同程度的复合重金属污染的响应.结果表明:重金属对解磷微生物确有影响,随重金属浓度增加,解磷微生物相对丰度逐渐降低,酸杆菌门(Acidobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)是重金属复合污染土壤中的解磷微生物的优势菌门.重金属是与解磷微生物群落最显著相关的因素,重金属As、Pb、Zn对解磷微生物影响较大,Nitrospirae、Acidobacteria、Gemmatimonadete、Proteobacteria更易受到重金属的影响发生群落结构改变,其中Nitrospirae对Cr、Cu、Pb、Zn、As、Cd多种重金属表现出敏感性.有效磷浓度与解有机磷微生物多样性呈显著正相关关系(P<0.05),碱性磷酸酶活性与解无机磷微生物多样性显著负相关,而土壤有机质、总氮、pH值对重金属污染土壤中解磷微生物多样性无显著影响.研究结果为进一步探索长期重金属污染压力下解磷微生物的生态适应机制提供参考.     

石油污染土壤微生物修复过程中植物毒性变化规律

植物幼苗生长发育和叶片的生化指标能综合反映土壤石油污染的程度及其生态毒性的强弱.为探究植物对石油污染土壤生态毒性的指示效果和污染土壤在生物修复过程中毒性的变化规律,本研究采用3株对石油烃具有良好降解效果的降解菌构建混合菌体系,开展石油污染土壤模拟微生物修复实验.文章考察了5种典型植物指示不同修复时期土壤生态毒性强弱的可行性与敏感性,并进一步从生态学角度揭示修复过程中石油污染土壤生态毒性的变化规律.结果表明,小麦和萝卜相对于莴苣、黑麦草和小青菜而言,更适宜作为石油污染土壤的指示生物.石油污染土壤的生态毒性随着微生物修复过程的进行呈先上升后下降的趋势,石油污染土壤生态毒性在修复的第8 d达到最大.不同的供试植物对石油污染的响应存在一定的差异.小麦和萝卜的生长发育指标能较为敏感地指示石油污染土壤在微生物修复过程中的生态毒性,可作为石油污染土壤微生物修复效果的指示生物.     

采油井场土壤微生物群落结构分布

为了评价采油井场石油污染的微生物修复潜力,选取油井旁持续污染区(W)、井场曾经污染区(S)、原泥浆池区(M)和周边农田区(F)这4个不同位置,对0~400 cm不同深度土壤进行调查取样.利用高通量测序技术,对样品16S rRNA基因V4区序列进行测定,结合石油含量、三氮等物化性质,分析了微生物的生物多样性、群落组成及其和环境因子的关系.结果表明,石油污染减少了土壤的生物多样性,石油含量、盐度是造成微生物群落结构差异的最主要环境因子.通过组间差异分析发现,W和M土壤不仅存在着大量的石油降解细菌,其中的高盐样品中还含有嗜盐石油降解古菌.S与F具有相似的群落结构,表明石油烃的自然衰减.因此,该井场具有丰富的石油修复菌种资源,具有很好的微生物修复潜力.     

石油污染土壤理化性质对微生物代谢特征的影响

采用Biolog技术研究了克拉玛依油田5种不同石油污染梯度下土壤微生物群落代谢特征的变化,探讨石油烃污染程度及土壤理化性质对微生物群落功能多样性的影响。研究表明:随着石油烃污染梯度的增加,土壤微生物代谢活性和细菌数量呈先升高后降低的趋势;中度污染土壤中微生物对不同碳源的相对利用率显著高于其他土样(P<0.05),石油污染土壤微生物代谢模式由氨基酸类转变为羧酸类和聚合物类;经微生物群落多样性指数分析可知,丰富度指数(H)、均一度指数(U)和优势度指数(1/D)均达到极显著差异(P<0.01),石油污染土壤的微生物群落结构复杂但均一性差;冗余分析表明:pH、含水量与碳源的利用程度呈正相关,石油含量与碳源的利用程度呈负相关。     

水库水深变化对不同浮游微生物群落及网络互作关键种的影响

为揭示水库水深变化对不同浮游微生物类群多样性及生态网络的影响,于2021年在横山水库采集表层及深层水样,利用16S和18S rDNA分子标记进行高通量测序,探究水深变化对不同微生物类群群落结构、种间互作网络和关键种的影响机制.结果发现,横山水库表层(0.5 m)和深层(5 m)中细菌群落多样性(Richness、 Simpson、 Shannon和Pielou’s Evenness指数)均高于真核微生物群落.细菌群落在不同水深处的主要优势物种为变形菌门、放线菌门和拟杆菌门,其相对丰度在门水平上无明显差异;真核微生物群落在不同水深处群落组成基本相同,但其相对丰度差异较大,包括节肢动物门、纤毛门和淡色藻门等.此外,表层水体微生物网络的图密度、平均聚类系数等均高于深层,表明表层微生物物种间具有较强的关联性,能够较好地传递物质、能量和信息,且对外界变化的响应速度更快;细菌群落分子生态网络节点和边的数量、关键物种数目和种类均高于真核微生物群落,表明细菌群落网络规模更大,种间协同合作关系和网络连通性更强.不同水深处的细菌群落和真核微生物群落间相互作用皆以正相关为主导,两个类群在水库深层的负相关性均...     

长江中下游两种典型水稻土微生物对砷污染的响应

基于温室盆栽实验,利用磷脂脂肪酸分析(PLFA)方法研究了As污染、土壤类型和水稻品种对水稻抽穗期土壤微生物群落的影响.结果表明,水稻土土壤中微生物生物总量(总PLFAs)以及微生物组成均不同程度的受到了As污染、土壤类型及水稻品种的影响;As污染增加了土壤总PLFAs,黄泥田的土壤总PLFAs、真菌/细菌(F/B)、革兰氏阳性细菌/阴性细菌(G+/G-)、腐生真菌/丛枝菌根真菌(SF/AMF)显著高于红泥田;在黄泥田中,种植籼稻品种的土壤总PLFAs较杂交稻和粳稻品种平均减少30.0%,而在红泥田中平均增加24.8%.偏Mantel检验和冗余分析(RDA)表明土壤pH值、DOC、NH4+和As浓度是驱动水稻土微生物群落演变的主控因子,其中受As影响较大的特征PLFAs包括20:0、i17:1ω9c、18:1ω9c、cy17:0和18:3ω6c;ABT预测模型显示水稻品种和土壤类型对总PLFAs、F/B、G+/G-和SF/AMF指标的贡献相对较大,而As处理的影响较小.     

油田区土壤微生物种群构成及系统分类初步研究

通过直接从土壤中提取总DNA,并对其16S rDNA 片段作PCR-DGGE分析,对油田区土壤微生物种群及其分布进行初步研究.结果表明,本研究改进的方法DNA提取率提高到现有方法的1.4～2.2倍,纯度提高到1.8～2.0;不同区域环境下石油污染土壤的微生物种群构成存在差异,CQ油田和DQ油田种群构成相似性较高,SL油田和YM油田则差异显著,其影响因素包括含油率、含水量等土壤基本特性;各油田土壤微生物与参考序列的相似性达89%～100%;油田区土壤香农-威纳指数分布在0.5～1.2之间,且随着微生物数量和活性的升高略有增加.通过上述研究可为评价区域环境下石油污染土壤的微生物群落结构,调控和优化污染土壤的微生态环境以及识别优势群落提供客观、可靠的技术依据.     

退役井场老化油污土壤的生物强化修复技术

退役井场油污土壤含油量低、原油重质化严重,为恢复其土壤属性,探索原位生物强化修复技术。在分析油污土壤中原油性质和土著菌群结构的基础上,优选配伍好的外源嗜烃菌,并应用生物促进剂,以及将菌剂固定化以提升其抗环境冲击能力,提升现场生物修复效率。结果表明:井场油污土壤平均含油率为14.6 mg/g,重质组分含量达到57%,土著菌群结构中缺少降解重质组分的微生物。室内优选2株具有协同效应的重质组分降解菌,在生物促进剂用量为500 mg/L和以锯末固定外源菌条件下,降解达标时间由120 d缩减至80 d。现场开展了2700 m2场地原位修复试验,采用地耕法工艺,修复8个月后含油率由14.6 mg/g降至3.30 mg/g,达到GB 36600—2018《土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准(试行)》建设用地Ⅱ类用地要求。优选的重质油降解菌剂能提升原油污染物的降解速率,通过促进剂和菌剂投加方式的优化,可有效缩短修复周期。     

黑土真菌群落互作及其与梯度有机质碳分子结构的关系

真菌在土壤有机质积累、转化以及养分循环中发挥着重要功能.本文利用高通量ITS扩增子测序和固态~(13)C核磁共振波谱技术,比较低有机质(2%～5%)和高有机质(7%～9%)条件下,土壤真菌各类群间的互作关系及其与有机碳官能团结构的联系.~(13)C-NMR分析结果表明,O-Alkyl C占总有机碳的比例随着有机质含量的升高而增大(25.8%～35.9%).有机质含量越高,A/A-O(Alkyl C/O-Alkyl C)越小,有机质分解程度越低.真菌群落中粪壳菌纲(Sordariomycetes, 14.33%～28.17%)和被孢毛霉菌纲(Mortierellomycotina, 7.32%～23.14%)为优势类群,其相对丰度均随着土壤有机质含量的升高而显著增加(P0.05).网络分析结果表明,相比高有机质土壤,低有机质土壤中真菌生态网络的节点数、连接数和平均聚类系数较小,真菌互作关系更简单,且真菌与有机碳官能团联系更紧密,尤其与LOC联系更紧密.随机森林模型显示LOC对低有机质土壤真菌互作关系的解释量最高(10%),其次是难分解碳组分(ROC).相比LOC对高有机质土壤真菌互作关系的贡献相对较小(7.4%).在全球土壤碳损失日益严重的背景下,碳资源的限制,特别是LOC的减少,可能会降低土壤真菌群落的稳定性和多功能性.     

土壤-青菜系统中铅污染对土壤微生物活性及多样性的影响

采用盆栽方法研究了青菜种植条件下2种不同类型的人为铅污染土(黄松田土和黄红壤)中不同处理对土壤微生物生物量、生理生态参数以及群落结构的影响.结果表明,2种土壤在外源铅含量为100和300 mg·kg-1时,土壤微生物生物量有微小增加,而高浓度铅污染使土壤微生物生物量显著降低.在高浓度铅污染土壤中,微生物生理生态参数发生明显变化,微生物生物量碳/土壤有机质碳(Cmic/Corg)逐渐下降,代谢熵(qco2)明显上升,表明土壤微生物群落处于胁迫状态.结果还显示,铅污染对土壤微生物的影响与不同的管理方式(青菜种植情况)以及土壤中有机质、粘粒含量等有关,在种植青菜、有机质和粘粒含量高的土壤中,土壤微生物各项参数变化要小.对21种磷脂脂肪酸(PLFA)的图谱进行分析,结果表明,受铅污染土壤的微生物群落结构组成伴随着功能参数的变化而发生了改变;随着铅污染程度的增强,指示真菌和放线菌类的脂肪酸增加,而革兰氏阳性菌与革兰氏阴性菌脂肪酸比值下降.     

土壤微生物活性对石油原油、铅镉及其复合污染的响应

随着工农业生产的迅猛发展、石油原油及重金属等原材料的广泛开采与使用,使石油原油、重金属及其复合污染日趋加重,对环境及人类的危害也越来越大.采用室内培养试验,利用人工模拟污染土壤,研究石油原油、铅镉及其复合污染胁迫对土壤微生物活性的影响.试验设置4个处理:1新鲜土壤(S)作为对照;21000 mg·kg~(-1)石油原油污染土壤(SP);3500 mg·kg~(-1)铅和50 mg·kg~(-1)镉污染土壤(SH);41000mg·kg~(-1)石油原油污染、500 mg·kg~(-1)铅和50 mg·kg~(-1)镉复合污染土壤(SPH).结果表明:与对照相比,SH、SP、SPH处理土壤基础呼吸强度最高分别增加约100.99%、36.61%、25.80%,铅镉污染(SH)对土壤基础呼吸影响最显著,反映出重金属污染对土壤基础呼吸的激活作用最强;石油原油污染(SP)与石油原油及铅镉复合污染(SPH)刺激土壤微生物量碳增加,SP处理最高增加了90.25%,而铅镉污染(SH)则使土壤微生物量碳减少.不同土壤酶对污染处理的响应不同,其中,石油原油污染(SP)对FDA水解酶及脱氢酶活性表现为激活作用;石油原油或石油原油及铅镉复合污染(SP、SPH)对脲酶及过氧化氢酶活性主要表现为激活作用,而铅镉污染(SH)对脲酶及过氧化氢酶活性主要表现为抑制作用.该研究表明,石油原油及铅镉复合污染对土壤微生物活性的影响与石油原油或铅镉污染的影响不同,它们之间存在着明显的交互作用.     

基于QMEC分析的青藏高原不同类型冰川前缘地土壤微生物功能潜力

微生物通过多种功能代谢过程主导着因气候变暖裸露的冰川前缘地土壤元素的地球化学循环.以青藏高原的海洋型冰川、亚大陆型冰川和极大陆型冰川的前缘地土壤为研究对象,分析不同类型冰川前缘地土壤的微生物功能特征.依次选择玉龙冰川、天山乌鲁木齐1号冰川和老虎沟12号冰川作为三类冰川的典型代表,采用高通量功能基因芯片(QMEC)检测土壤微生物的功能基因特征.结果表明,在三类冰川前缘地土壤中,半纤维素降解基因和还原型乙酰辅酶A途径相关的碳固定基因丰度最高,三者主要的氮功能基因和氨化作用有关,磷、硫功能基因则主要与有机磷矿化过程和硫氧化过程相关.其中,水热条件较好的海洋型冰川的微生物功能基因的种类与丰度最高,其次为环境较为干燥的极大陆型冰川.三类冰川前缘地土壤的微生物功能基因结构的显著差异,证实了地理环境差异对微生物功能特征的影响,也为不同类型冰川前缘地土壤微生物的功能及其介导的元素地球化学循环研究提供了基础.     

氯酚污染土壤的生物强化修复及其微生物种群动态变化的分子生物学监测

在氯酚污染的土壤中接种氯酚降解菌,研究了受污染土壤的生物强化修复.利用传统的微生物计数方法和现代分子生物学手段,研究了生物强化修复过程中微生物种群的动态变化情况.在受氯酚污染的土壤样品中,以氯酚为唯一碳源和能源,分离出了多株对氯酚具有较高降解能力的微生物,利用16S rDNA序列分析方法对部分微生物进行了种属鉴定.土壤中存在的土著的氯酚降解菌可以对低含量的氯酚(100mg·g-1)进行降解;但是当土壤中氯酚含量较高(500 mg·g-1)时,土著微生物的降解能力受到限制,这可能是高浓度的氯酚对土著的氯酚降解菌会产生毒性作用.接种外来微生物后,土壤中可以培养的氯酚降解菌的总数从开始的106CFU·g-1增加到108CFU·g-1,并且,在氯酚含量为100 mg·g-1的土壤样品中,微生物数目的增加比在氯酚含量为500 mg·g-1土壤样品中更快.这表明接种的外来微生物可以在土壤中很好地生长繁殖,有效地促进土壤中氯酚的生物降解.接种外来微生物可以减轻土壤中氯酚对土著微生物初期产生的不利影响.土壤中的氯酚可能会改变微生物种群结构.DGGE分析结果表明,在未受氯酚污染和受氯酚污染的土壤样品中,存在一些共同的DNA谱带,但谱带强度有明显的差异.在受污染的土壤中接种外来微生物进行生物强化,可以促进污染物的生物降解过程,是生物修复过程中的一种重要手段,有着广泛的应用前景,将在我国受污染环境的生物修复中发挥重要作用.     

镉胁迫下稻田土壤微生物基因多样性的DGGE分子指纹分析

采用现代分子生物学技术,避开传统的分离培养过程,探讨重金属镉污染条件下稻田土壤微生物种群的基因多样性.经过直接从土壤中抽提总DNA,并对总DNA中16S rDNA及其中 V3可变区序列作PCR扩增、变性梯度凝胶电泳(DGGE)分析等,对镉胁迫下稻田土壤总DNA、微生物种类分布进行了初步的研究,发现不同浓度镉胁迫下稻田土壤间的菌种有明显差异,DGGE技术可以用于污染环境下微生物多样性研究.同时对DGGE分子指纹图谱的生物信息学分析作了初步尝试,为污染环境下土壤微生物多样性研究提供了新的实验方法与依据.