新乡市镉污染土壤细菌群落组成及其对镉固定效果

重金属污染土壤中具有丰富的微生物群落组成,为生物修复提供了微生物资源.本研究以新乡市某电池厂周边Cd污染土壤为研究对象,采用高通量测序和平板分离方法分析其细菌群落组成.传统培养方法表明新乡市重金属污染土壤细菌由厚壁菌门、放线菌门、变形菌门和拟杆菌门这4个门,芽孢杆菌属、节杆菌属和根瘤菌属等30个属组成;高通量测序表明,其由变形菌门、放线菌门和酸杆菌门等25门及400属组成.相较于培养方法,高通量测序群落组成更为丰富.基于高通量测序的分子生态网路分析表明其关键细菌分别为Arthrobacter、Marmoricola、Nocardioides、Ferruginibacter、Flavitalea、Nitrospira和Lysobacter等组成.对分离的159株可培养菌株进行Cd摇瓶吸附实验,结果表明Aneurinibacillus、Arthrobacter和Bacillus等11个属的30株菌具有较好地固定效果.效果验证实验表明,Ochrobactrum sp. 1-6、Bacillus sp.2-11和Pseudomonas sp.1-9等6株高效菌株能提高青菜(鸡毛菜)生物量、降低青菜不同组织中的Cd含量.本研究为新乡市重金属污染土壤修复提供菌种资源,同时为重金属污染土壤细菌群落和功能提供参考依据.     

Methylopila sp.SD-1与大豆联合修复苯磺隆污染土壤

分离得到1株苯磺隆降解菌株SD-1,根据表型、生理生化特征及16S rRNA基因序列分析,将其鉴定为Methylopila sp.SD-1,为首次报道能够降解苯磺隆的Methylopila属菌株,其在4d内完全降解50mg/L苯磺隆,最适降解温度、pH值分别为30℃和7.0,降解中间产物对大豆的毒性显著降低.大豆根系分泌物能促进菌株SD-1的生长,培养5d,菌株SD-1的数量由1.0×10⁷CFU/mL增至6.7×10⁷CFU/mL.分泌物中含有16种氨基酸,菌株SD-1对其中的Asp、Glu和Phe表现出明显的趋化性.接种菌悬液至苯磺隆污染土壤（3mg/kg）并种植大豆幼苗,培养4d,菌株SD-1依赖趋化性向大豆根系运动并定殖,存活率提高,根际土壤中苯磺隆的降解率相较于未种植大豆的处理提高36.0%.     

镉胁迫对芒草根际细菌群落结构、共发生网络和功能的影响

芒草（Miscanthus）作为第二代能源植物,已用于重金属污染土壤修复研究,但目前该过程中土壤细菌群落组成和功能研究开展较少.以芒草品种南荻（M.saccariflorus）为研究对象,通过高通量测序结合分子生态网络分析和PICRUSt功能预测,分析研究100 mg·kg^-1 Cd的胁迫对芒草根际细菌群落组成、共发生网络和功能的影响.MiSeq测序表明芒草根际细菌群落由32个门和425个属的细菌组成,包含鞘氨醇单胞菌属（Sphingomonas）、芽孢杆菌属（Bacillus）、芽单胞菌属（Gemmatimonas）和链霉菌属（Streptomyces）等植物促生细菌（PGPR）种群.相似性分析（ANOSIM）和非参数多元方差分析（Adonis）表明,Cd的添加能显著影响芒草根际细菌群落组成,降低其群落多样性.同时分子生态网络分析表明Cd的添加降低了芒草根际细菌之间的相互作用,导致其网络结构更为简单;降低了网络缓冲环境变化的能力;提高了负相关连线数,使根际细菌物种之间的竞争关系更强;改变关键细菌组成.PICRUSt功能预测分析表明Cd的胁迫降低了芒草根际土壤细菌功能.本研究初步分析了芒草根际细菌群落组成及其对镉胁迫的响应,为后续调控芒草修复效率提供了基础.     

丹江口库区库滨带植被土壤细菌群落多样性及PICRUSt功能预测分析

微生物是土壤元素生物地球化学循环的主要驱动力,目前库滨带植物截留和消减污染物质过程中细菌群落及其功能研究尚未清楚.本研究选取适宜丹江口库区库滨带生长的4种典型植物(草本植物香根草、芦苇、乔木植物杜梨和灌木植物假奓包叶),采用16S r DNA Miseq高通量测序技术研究根际细菌群落组成,发现其主要由变形菌门、拟杆菌门、放线菌门等31个门、343个属的细菌组成,表现出群落组成的丰富性.细菌群落分析表明香根草和芦苇细菌群落结构较为相似,但和杜梨细菌群落结构差异最大.PICRUSt功能预测分析表明,库滨带植物根际细菌主要涉及次生产物代谢的生物合成、转录、多糖生物合成和代谢、细胞生长和死亡等38个子功能,表现出功能上的丰富性.库滨带植物根际细菌代谢能力整体趋势为假奓包叶芦苇香根草杜梨.本研究初步探讨了丹江口库区库滨带不同植物根际细菌群落和功能,为丹江口水库库滨带植被构建及其水环境保护提供了参考依据.     

嗪草酮降解菌Rhodococcus sp.MA的降解特性及固定化应用

从农田土壤中分离得到1株嗪草酮高效降解菌株,命名为MA,该菌5 d对50 mg·L^-1嗪草酮的降解率达到74.8%,最适反应温度和pH分别为30℃和7.0.根据表型与生理生化特征及16S rRNA序列分析,将其鉴定为Rhodococcus sp.MA.利用气相色谱-质谱联用（GC-MS）鉴定菌株MA降解嗪草酮的中间产物为脱氨基嗪草酮.以海藻酸钠为包埋剂,经正交试验表明,3%海藻酸钠、2% CaCl₂、包埋比8：1和固定时间6 h条件下,菌株对嗪草酮的降解效率最高,为71.2%.将固定化菌体细胞用于修复实验,结果表明,未固定化处理的菌液对湖水及池塘水中嗪草酮（15 mg·L^-1）的去除率分别为72.1%和69.9%;固定化处理后可提高对嗪草酮的去除率,分别达到87.3%和82.6%,具有良好的应用前景.     

产多胺细菌阻控空心菜富集Cd和Pb效应

通过产多胺筛选培养基,借助超高效液相色谱技术,本研究从重金属污染农田空心菜根际土壤中筛选具有钝化重金属的产多胺细菌,并通过水培试验研究功能菌株对空心菜生长、多胺含量和抗氧化酶活性以及Cd和Pb吸收的影响.结果显示,从空心菜根际土壤中共分离到9株高产多胺的细菌菌株,其中Enterobacter bugandensisYX6能够分泌精胺和亚精胺,Klebsiellaquasivariicola YX8能够分泌腐胺.在LB培养基中,菌株YX6和YX8对Cd和Pb吸附去除率均大于80%.水培试验表明菌株YX6和YX8能够显著提高空心菜地上部和根部多胺（29.3%~180%）的含量以及可食用部分超氧化物歧化酶（18.5%-42.7%）和过氧化物酶（46.2%~100%）的活性,进而显著提高了空心菜地上部（21.2%~40.9%）和根部（43.3%~68.2%）的干重,同时降低了空心菜地上部和根部Cd（45.8%~69.5%）和Pb（42.4%~63.6%）的含量.产多胺细菌E.bugandensisYX6和K.quasivariicola YX8不仅能够提高空心菜生物量和抗氧化酶活性,还能低空心菜对Cd和Pb的吸收,为重金属超标农田安全利用和减少蔬菜中的重金属含量提供菌种资源.     

丹江口水库调水前后表层沉积物营养盐和重金属时空变化

旨在探明中线工程调水前后(2011~2016年)丹江口水库表层沉积物中营养盐和重金属的时空分布特征和环境风险,对丹江口水库5个典型生态位点表层沉积物中p H值、有机质(OM)、总磷(TP)、总氮(TN)及铬(Cr)、锰(Mn)、铜(Cu)、锌(Zn)、镉(Cd)和铅(Pb)这6种金属元素的含量及时空变化特征进行研究,同时采用加拿大淡水水生环境沉积物质量指导值(CCME)为标准来进行潜在生态风险评价.结果表明,丹江口水库表层沉积物中OM、TP和TN含量分别为25.85、0.57和1.34 g·kg~(-1);Cr、Mn、Cu、Zn、Cd和Pb这6种重金属的含量分别为57.96、521.78、13.91、195.74、0.37和12.92 mg·kg~(-1),6种重金属的含量除Zn和Cd处于土壤环境质量二级标准,其他重金属元素含量均低于土壤环境质量一级标准.TN、Mn和Zn在调水后呈上升趋势,TP及其余重金属元素在调水后呈下降趋势.除p H值外,丹江口水库表层沉积物营养盐和所测重金属含量在生态空间上分布差异均达到极显著水平(P0.01).沉积物中OM除与TN和Pb呈负相关外,与其他指标均呈正相关性.潜在生态风险评价结果显示,丹江口水库表层沉积物中Cd、Cu和Pb均不会对生物产生不良效应;OM、TN、Cr和Zn为低生态风险;TP介于无生态风险与低生态风险之间;但库心和黑鸡嘴点位Cr、Zn和TN在部分时间有较高生态风险,需引起重视.     

重金属固定植物促生细菌的筛选及其阻控小麦富集重金属效应

由于工业和采矿业等人类的活动造成农田土壤Cd和Pb污染日益严重,并可通过食物链严重影响人类健康,必须采取有效措施阻控农作物对重金属的吸收.本研究依据细菌的重金属抗性和植物促生特性筛选功能菌株,并通过摇瓶吸附实验和小麦砂培实验验证其对小麦生长和阻控小麦吸收Cd和Pb的影响.结果显示,从狗尾草根际土壤中共分离到具有固定重金属和促生能力的菌株18株,其中巨大芽孢杆菌N3和液质沙雷氏菌H12效果最好,均能抵抗高质量浓度的Cd(650mg·L~(-1))和Pb(2 700 mg·L~(-1)),分泌吲哚乙酸(IAA)(56. 6 mg·L~(-1)和69. 1 mg·L~(-1))、铁载体和1-氨基环丙烷羧酸(ACC)脱氨酶.静置培养实验表明,菌株N3和H12显著提高溶液中NH4+的质量浓度和p H值,降低溶液中Cd(63. 1%～73. 8%)和Pb(69. 1%～81. 8%)的质量浓度.砂培条件下,与不接菌相比,菌株N3和H12不仅能够显著增加小麦根(47. 2%～97. 4%)和地上部(65. 3%～153%)的干重,还能够显著降低小麦根和地上部中Cd(49. 2%～68. 3%)和Pb(27. 4%～84. 5%)的含量.本研究结果为Cd、Pb污染农田的修复和农作物的安全生产提供菌种资源和理论依据.     

重金属污染农田生菜根际重金属固定细菌群落组成及其阻控效应

为了了解高含量重金属对蔬菜根际土壤可培养细菌和重金属固定细菌群落的影响,发掘其中的微生物资源,从河南省新乡市郊区采集一份高含量重金属污染(HY)和一份低含量重金属污染(DK)意大利生菜根际土壤,通过可培养分离技术和溶液吸附实验比较其重金属固定细菌的群落差异,通过水培实验研究功能菌株对生菜生长和富集Cd和Pb的影响.从HY和DK样品中各分离出400株细菌:HY样品中的400株细菌隶属于3门14属,其中β-Proteobacteria是优势门,而DK样品中的400株细菌隶属于4门30属,Firmicutes是优势门.HY样品中的400株细菌中有146株细菌对Cd和Pb的吸附率均大于80%,Brevundimonas、Serratia、Arthrobacter和Pseudarthrobacter为主要的属.而DK样品中的400株细菌中有44株细菌对Cd和Pb的吸附率均大于80%,Bacillus为主要的属.与不接菌对照相比,重金属固定细菌Serratia liquefaciens HY-22、Bacillus thuringensis HY-53和Acinetobacter lwoffii HY-157均能显著提高意大利生菜和花叶生菜根部(7. 5%～77. 6%)和地上部(15. 4%～67. 2%)干重,降低意大利生菜根部和地上部Cd(38. 7%～66. 6%)和Pb(34. 7%～62. 5%)的含量,此外Bacillus thuringensis HY-53能够使意大利生菜和花叶生菜新鲜叶片中Cd和Pb的含量达到食品安全国家标准.研究结果为Cd和Pb污染农田的修复和农作物的安全生产提供菌种资源和理论依据.     

Methylopila sp.SD-1与大豆联合修复苯磺隆污染土壤

分离得到1株苯磺隆降解菌株SD-1,根据表型、生理生化特征及16S rRNA基因序列分析,将其鉴定为Methylopila sp.SD-1,为首次报道能够降解苯磺隆的Methylopila属菌株,其在4d内完全降解50mg/L苯磺隆,最适降解温度、pH值分别为30℃和7.0,降解中间产物对大豆的毒性显著降低.大豆根系分泌物能促进菌株SD-1的生长,培养5d,菌株SD-1的数量由1.0×10⁷CFU/mL增至6.7×10⁷CFU/mL.分泌物中含有16种氨基酸,菌株SD-1对其中的Asp、Glu和Phe表现出明显的趋化性.接种菌悬液至苯磺隆污染土壤（3mg/kg）并种植大豆幼苗,培养4d,菌株SD-1依赖趋化性向大豆根系运动并定殖,存活率提高,根际土壤中苯磺隆的降解率相较于未种植大豆的处理提高36.0%.