外源性典型N-酰化高丝氨酸内酯类化合物(AHLs)信号分子对污水处理过程N2O产生的影响

群体感应信号分子对污水处理过程中微生物行为和功能微生物含量具有重要影响,但目前其对生物脱氮过程中氧化亚氮(N₂O)产生的影响尚不明确.为探明群体感应与N₂O产生的关联机制,选取两种N-酰化高丝氨酸内酯类化合物(AHLs)信号分子C₆-HSL(N-己酰L-高丝氨酸内酯)和C₈-HSL(N-辛酰-L-高丝氨酸内酯),在AO工艺中研究其外源性投加对污水处理效果、N₂O产生特征及微生物群落结构的影响.结果表明:①信号分子C₆-HSL和C₈-HSL能够显著提高处理系统的生物脱氮效率,2个反应器的硝化速率显著升高,NH₄+-N去除率分别提高了1.7%和2.2%,TN去除率分别提高了7.6%和5.4%,但COD_Cr去除率没有发生明显变化.②信号分子对N₂O产生量影响显著,投加C₆-HSL和C₈-HSL的反应器N₂O产生总量分别增加了39.0%和11.0%,N₂O增量的主要产生途径为好氧处理阶段的硝化细菌反硝化反应.③微生物分析结果显示,污泥中的微生物群落结构,以及与生物脱氮相关的功能微生物含量发生显著变化,投加C₆-HSL和C₈-HSL的反应器氨氧化细菌(AOB)相对丰度由0.3%分别提至0.5%和0.4%,硝化细菌(NOB)相对丰度由0.03%分别增至0.07%和0.08%,反硝化细菌(DNB)的相对丰度由6.3%分别升至8.5%和7.5%.研究显示,AHLs类外源性信号分子能够显著提高污水生物脱氮过程中关键功能微生物AOB、NOB和DNB的相对丰度,进而提升污水处理效果,但同时增加系统N₂O释放量.      

外源群体感应-好氧反硝化菌强化生物膜脱氮研究

重点研究了外源添加高AHLs调控能力的群体感应-异养硝化好氧反硝化菌(QS-HNAD)过程中生物膜反应器的运行、生物膜生理生化特征、信号分子浓度、脱氮功能基因含量、群落组成和空间结构的变化.结果表明,高C/N比(8～14)条件更有利于其促进反应器脱氮效能:添加群体感应Pseudomonas mendocina促进了反应器的反硝化,而添加Pseudomonas putida提高了氨氮的去除.与水相比,生物膜相信号分子对于环境变化具有更灵敏的响应,C6-HSL是潜在调控生物膜修复和强化脱氮的信号分子.荧光定量qPCR表明,外源添加QS-HNAD有效促进了氨氧化、硝酸盐还原和一氧化氮还原过程.微生物群落结构分析表明,添加不同外源QS-HNAD菌的生物膜微生物群落结构差异较大,P.mendocina菌促进了放线菌、TM7、变形菌在生物膜中富集.     

基于群体感应的水处理膜生物污染控制研究进展

生物污染是水处理膜分离应用面临的主要问题之一。生物膜的形成受细菌群体感应系统调控,群体感应抑制是控制膜生物污染的新兴技术。介绍了群体感应机制及其参与生物膜形成的有关研究。通过干扰和阻断细菌的信息交流通路,可阻止群体感应依赖型基因表达从而抑制细菌的特定群体行为。综述了基于细菌群体感应和群体淬灭的水处理膜生物污染控制研究,考察了各类群体感应抑制剂在膜法水处理系统中的应用,以及抑制剂固定化、膜材料改性等研究进展,展望了群体感应理论在膜生物污染控制中的研究方向。     

微生物与重金属相互作用过程与机制研究进展

重金属污染对土壤、地下水和农作物等会产生重大影响,并通过生物链危害人体健康.微生物在环境中广泛存在,在矿物分解、元素释放、迁移、沉淀和再富集过程中起着重要作用,进一步发掘对不同重金属具有耐受性的特异性菌株,探究其对重金属的解毒和耐受性的机制,可更好地为微生物用于环境修复工作提供理论依据.综述了微生物与环境中重金属的相互作用过程与机制以及微生物在修复重金属污染中的应用,结果表明:①微生物自身生长过程中产生的大量氨基酸、蛋白质和多肽等物质可与重金属鳌合,促进重金属的溶解和吸附过程.②重金属对微生物产生毒性影响,微生物通过氧化还原、生物矿化和甲基化等作用改变重金属元素的化学形态,降低重金属的毒性.③微生物对重金属的修复效果与重金属的存在形态有关,在实际应用中可先将重金属元素转化为易于被微生物吸附的形态,再利用特异性菌株进行生物修复.④根际微生物对植物吸收重金属起着重要的调控作用,但植物根系分泌物和微生物的新陈代谢产物对重金属形态及生物有效性的协同拮抗作用机制及其微观的界面过程尚未明晰,有待进一步研究.      

环境功能材料界面性质对生物膜形成过程与代谢功能的调控机制

材料表面生物膜形成对环境与人类生产的影响纷繁复杂,关于环境功能材料与微生物之间的界面作用关系尚无系统阐述。介绍了材料表面生物膜的形成过程,重点解析了材料表面疏水性、形态特征、表面电荷、磁性、物质释放与电子传递等物理化学性质对生物膜形成的调控机制;综述了材料对生物膜微生物群落结构与代谢功能的影响,并且论证了不同环境功能材料与生物膜在水处理系统、废气生物处理和土壤生态修复领域协同降解污染物的潜在机制和应用情况;最后展望了材料与微生物相互作用的未来研究方向。拟为环境功能材料表面生物膜的形成与控制调控,充分发挥两者协同作用以及定向指导材料合成提供理论和技术支撑。     

微生物在多孔介质中环境行为研究

多孔介质中的致病细菌及病毒等病原微生物迁移研究对保护饮用水资源具有重要意义.在归纳总结国内外已有研究资料的基础上,对微生物在多孔介质中迁移行为进行了分析.研究表明病原微生物作为生物胶体的一种,在迁移过程中受多种迁移机制共同作用.除常见水动力条件和水化学条件外,微生物在迁移过程中还受自身性质,介质颗粒及环境因素的影响.在此基础上,分别讨论了微生物在饱和多孔介质与非饱和多孔介质中的迁移行为,并对近年来研究热点及进展进行了简要概括.目前微生物在地下水中迁移研究日益丰富,但由于地下环境复杂性,微生物的易变异性,对于地下水系统中微生物造成的污染去除修复还需进一步探讨.     

群体感应在Pseudomonas aeruginosa生物强化反硝化中的应用研究

采用模拟废水研究了群体感应对反硝化菌株定植（即生物强化作用）及反硝化作用的影响.反硝化功能基因napA表达结果表明,菌株Pseudomonas aeruginosa能够在反应器中成功定植.通过对不同反应器中信号分子的测定发现,群体感应有利于菌株的定植,硝酸盐的去除效率由55%±3.0%提升至81%±3.8%.在菌株定植成功的反应器中加入群体感应淬灭酶后,信号分子失活,促使反应器中硝酸盐的去除率进一步提升至95%以上.     

尾矿重金属的释放迁移及其生物有效性研究概述

矿山开采导致矿区周围环境中重金属污染问题日益严重,尤以尾矿的不合理处理而导致的污染更为引起广泛关注。尾矿渣颗粒细小,所含重金属极易在酸性环境条件下释放,随多种介质向周围环境迁移。重金属元素释放迁移过程受到物理、化学、生物等多种因素的共同影响,迁移释放机制复杂多变,从而表现出不同的特点。同时,虽然尾矿库周围环境中重金属含量普遍偏高,但这些重金属往往有不同的赋存形态,其中只有具有生物有效性的部分重金属才可以被生物利用,进而进入生态系统。文章综述了国内外关于尾矿中重金属的释放迁移过程的机制及行为学研究,总结了重金属形态分析和生物有效性的研究概况,以期为矿区重金属污染评价和重金属污染治理提供理论借鉴。     

人工纳米颗粒对水生生物的毒性效应及其机制研究进展

随着纳米科技的飞速发展和纳米产品的普及,人工纳米颗粒(NPs)的生物毒性效应研究逐渐成为国内外关注的热点.以水环境和水生生物为对象,综述了近几年来NPs对水生生物的毒性效应、毒性机制等方面的研究进展.文中按NPs的分类总结了NPs对微生物、藻类、原生动物和鱼类等水生生物的毒性效应,着重论述了NPs的可能毒性机制及其与NPs的独特物理化学性质之间的关系,并在细胞和分子水平上探讨了NPs的摄取、跨膜运输等方面的可能机制.在自然水体中,NPs因其化学行为受水化学条件等影响而表现出不同于实验室研究中的生物毒性效应,本文也对这方面的研究进行了讨论和总结.最后分析了目前水生生物纳米毒性研究中的瓶颈和方法、技术方面的问题,并对以后应注重开展的研究进行了展望.     

AHLs群体感应信号分子对硝化污泥附着生长及硝化效果的影响

污水生物脱氮系统中的硝化菌生长慢、易流失,人为添加N-酰基高丝氨酸内酯类(AHLs)群体感应信号分子,可能会强化硝化菌生物膜的形成,从而有助于富集硝化菌,提高硝化效率.本研究以采用低碳氮比(C∶N=8)人工配置废水驯化100 d后的硝化活性污泥为菌源,人为外加2μmol·L-1的AHLs信号分子(C8-HSL或OHHL),分析了两种信号分子对硝化污泥静态附着、氨氮动态降解及微生物生长速率的影响.研究结果表明,信号分子OHHL能快速强化微生物附着生长,且能在一定时间内持续发挥作用,有助于硝化生物膜的形成;而信号分子C8-HSL则能明显提高硝化污泥的氨氮降解速率;两种信号分子都能促进硝化污泥生长,提高微生物生长速率,增强硝化污泥活性,加速硝化污泥生物量累积.人为添加C8-HSL或OHHL信号分子,不仅能保证氨氮降解效率还能降低出水硝氮浓度,减轻氮污染.     

环境中放射性铯的迁移进展研究

介绍了环境中放射性铯的污染来源及危害;对放射性铯在环境中的迁移研究现状和进展进行了三个方面的分析总结：切尔诺贝利及福岛核事故释放的核素铯在环境中的迁移研究现状;核素铯在土壤环境中的迁移,研究发现释放到环境中的放射性铯主要分布在表层土壤中等结论;核素铯在岩石、矿物及水等环境介质中的迁移研究现状.通过综述核素铯在核事故和土壤、岩石及水等环境介质中的迁移进展,以期为评估放射性铯对环境和人体健康的影响提供理论资料.     

酸性土壤环境石油烃生物降解效应

污染场地酸性土壤环境和生物修复土壤酸化,使得酸性土壤环境石油烃生物降解效应影响与有效调控成为污染土壤修复的重要内容.本文通过监测酸性和偏碱性土壤中微生物数量、活性以及石油烃含量变化,探讨酸性环境对除油微生物及烃降解效率的影响.通过投加富集菌液和生物载体,调控酸性土壤微生态环境,揭示微环境调控对于烃生物降解效应影响.研究结果表明,pH为5.4～5.7的酸性土壤,对土著除油微生物活性和数量具有显著抑制性,烃降解处于停滞状态.投加富集菌液未能有效地减弱酸性环境对除油微生物的强烈抑制作用.微生物数量在14d内从10⁶个/ g减至0,微生物FDA(FluoresceinDiacetate)活性很低,约0.10Abs/g .生物载体的投加,能有效改善介质界面微生态环境,明显减弱酸性环境的抑制效应,减缓除油微生物死亡速率.19d时土壤中降解微生物由原来的2×10⁶个/g下降到2.2×10²个/g ,第49d石油烃的生物降解率为13.02%.     

生物降解芳香族化合物的分子检测技术研究进展

编码环羟基化加氧酶的基因常作为评价环境中微生物降解芳香族化合物能力的分子标记.近年宏基因组学技术的出现极大地加速了对环境中功能基因及功能类群的研究.本文总结了目前关于芳香族化合物环羟基化加氧酶基因的数据库,介绍了微生物降解芳香族化合物（苯系物、萘及其它多环芳烃）过程中发挥重要作用的各类功能基因,总结了环境检测中使用的分子引物,并综述了它们在各类复杂环境样本中的检测应用,此外对使用宏基因组技术来研究微生物在环境中降解芳香族化合物的能力进行了总结与展望.     

三种含钙物质对土壤砷植物有效性的影响

综述含钙物质（生石灰（CaO）、熟石灰（Ca （OH）₂）及石灰石（CaCO₃））对土壤理化性质（pH值、有机质成分及其含量）、土壤微生物群落结构和As赋存形态及生物有效性的影响与机制,及其对植物As吸收积累和As耐性的影响与机制.综述内容可为准确理解含钙物质影响土壤As的生物有效性和植物对As吸收积累的过程机制,进而合理选择含钙物质调控土壤理化性质降低土壤As生物有效性及其生态环境风险提供理论依据和技术参考,对保障土壤种植安全和作物食品安全具有一定现实意义.     

微塑料对环境介质中氮循环的影响研究进展

微塑料作为一种新污染物,在全球范围内引发了广泛关注.微塑料在威胁生物体健康的同时,也会通过定殖微生物等途径影响氮素正常的循环过程,但相关研究仍相对匮乏.本文在简述当前微塑料污染现状的基础上,介绍了微塑料对污泥、水、沉积物和土壤4种环境介质中氮循环的影响研究进展,并重点分析了微塑料作用下不同环境介质中氮转化过程的响应及作用机制.结果表明:当前微塑料影响氮循环的研究主要集中于污泥和土壤,对水环境和沉积物中的研究相对较少;环境介质和微塑料的聚合物类型、浓度、粒径等因素都会导致微塑料对氮循环的影响产生明显差异.进一步分析发现,微塑料主要通过影响氮转化相关的微生物、酶活性和功能基因以及改变氧通量等来影响硝化和反硝化等过程,其中,微生物受塑料添加剂释放的影响较大,微塑料自身也可能作为有机底物促进相关功能菌的生长;硝化和反硝化过程中关键酶及功能基因也会对微塑料的影响产生响应,进而影响氮循环过程.此外,微塑料能够通过改变沉积物的孔隙度增加氧通量,增强硝化作用.在后续研究中应重点关注微塑料参与氮循环的环境驱动机制,阐述其在潜流带等地球关键带中的作用路径,为全面评估微塑料对生态环境健康的影响提供支持.      

宏组学方法及在污水生物处理系统研究中的应用

近年来随着测序、质谱等技术的高速发展,基于核酸分子信息为基础的包含宏基因组学、宏转录组学、宏蛋白组学与代谢组学等核心内容的生物分子宏组学方法逐渐成熟,成为揭示污水生物处理系统中的关键微生物菌群结构和功能特征的有力工具,也在检测污水系统中多种ARGs以及探究其传播机制上发挥出无法替代的巨大优势,在污水生物处理研究中应用宏组学,对于深化认知污水处理系统本质、提高污水处理效率以及控制ARGs在环境中的传播具有重要指导意义.本文对宏组学方法进行了简单的介绍,着重综述了其在污水生物脱氮、强化生物除磷及探究抗生素抗性基因等方面的进展,并展望了其在污水生物处理系统中的广泛应用前景.     

纳米材料及其技术在水处理中的应用及环境效应

纳米材料及其技术的发展一方面为解决水污染问题提供了机遇,另一方面也给生态环境带来了负面的影响。综述了纳米材料及其技术在污染物吸附、膜分离、光催化、消毒和微生物控制等水处理中的应用,分析了纳米材料的优势、机理、处理效果和不足等,概述了纳米材料在环境中的释放与迁移、分布与转化、毒性作用机制与毒性效应以及目前研究中存在的问题,总结并展望了纳米材料在水处理领域的应用前景和环境安全性问题。     

环境中生物氧化锰的形成机制及其与重金属离子的相互作用

微生物参与形成的锰氧化物是环境中一种高活性的锰氧化物.研究表明,锰氧化菌主要通过分泌多铜氧化酶来氧化Mn(Ⅱ)而形成锰氧化物.微生物形成锰氧化物过程的主要初级产物是与δ-MnO₂或与酸性钠水锰矿类似的层状锰酸盐.生物氧化锰是环境中重要的吸附剂、氧化剂和催化剂.通过吸附、氧化作用,生物氧化锰影响着重金属离子在环境中的迁移转化,在重金属元素生物地球化学循环中起重要作用.研究锰氧化物的生物形成过程、生物氧化锰的结构特征及其与重金属离子之间的相互作用,对于了解生物氧化锰在重金属元素生物地球化学循环过程中的作用以及在重金属污染修复中的应用有着重要意义.本文综述了环境中生物氧化锰的形成机制、性质、结构特点及其吸附、氧化重金属离子的机制.     

矿物超细颗粒的形成机制、结构特征及其环境行为和效应

矿物超细颗粒在自然环境中普遍存在,具有独特的环境行为和效应,对元素地球化学循环、污染物迁移转化和生态环境演变等有重要影响.矿物超细颗粒的环境行为和效应与其形成过程和结构特征密切相关.综述了物理、化学和生物过程驱动的矿物超细颗粒的形成机制,介绍了用于表征矿物超细颗粒结构特征的显微镜、光谱、质谱和同步辐射技术,分析了矿物超细颗粒在环境中的迁移转化及其与污染物的吸附、氧化还原和催化转化作用,总结了矿物超细颗粒的食物链积累、生物和生态毒性等环境效应,并对颗粒结晶路径、风险管控和微纳界面调控等重要研究方向进行了展望.超细颗粒是连接微观物质与宏观矿物晶体之间的桥梁,全面认识复杂基质中矿物颗粒的环境属性及其与污染物的微观作用机制,有助于指导矿物超细颗粒在环境污染修复中的应用,从而优化功能材料的设计,促进绿色低碳纳米技术的发展.     

国内地质封存CO2泄漏的生态影响研究

以回顾CCUS技术在应对全球变化中的作用为基础,梳理了国内地质封存CO_2泄漏的生态影响研究方法,总结了CO_2泄漏对土壤及其微生物、植物与作物、水质及鱼类、陆生动物影响的研究进展,分析了CO_2泄漏对土壤、地表水和地下水等环境介质的影响,对植物及作物、土壤微生物、动物及鱼类等不同类型生命体的影响,以及CO_2泄漏生态监测指标筛选等不同领域研究的现状和问题;提出了地质封存CO_2泄漏对环境介质影响中的多因素、跨介质及流体流态影响机制,生态影响中的适应-抑制机制及指示性生态监测指标筛选,以及由室内外模拟到实施项目野外调查的研究方法转变三个方面的研究趋势。