低剂量臭氧的直接通加对活性污泥的活性、微生物种群及污泥减量化的影响

研究构建了2个容积为1.1 L的好氧活性污泥反应器（即1号和2号反应器）1,号反应器每天直接通加低剂量臭氧（投加量为0.01 g O3/g TSS）,不加臭氧的2号反应器作为对照平行运行,均采用每天换一次人工污水的充/排式操作。运行71 d的结果表明2,个反应器对人工污水COD的处理效果基本相同。反应器运行40 d后1,号反应器的污泥浓度比2号反应器的污泥浓度低1 400～1 700 mg/L并可稳定在8 200 mg/L,污泥减量化效果明显。低剂量臭氧的直接通加明显降低了胞内ATP浓度,并影响了微生物的抗氧化活性,2号反应器的平均超氧化物歧化酶和过氧化氢酶酶活比1号反应器分别高了24.3%和9.5%。PCR-DGGE对两反应器微生物种群的分析结果表明：Uncultured gammaproteobacteria bacteri-um、Nannocystis exedens和Uncultured actinobacterium为1号反应器的主要种群;而2号反应器的主要种群为Uncultured bacte-rium和Uncultured gammaproteobacteria bacterium。     

百乐克(BIOLAK)活性污泥宏基因组的生物多样性及功能分析

百乐克(BIOLAK)是一种在全球范围内得到成功推广的多级活性污泥工艺,然而,迄今对于百乐克工艺的核心元件——活性污泥的生物群落及其功能尚鲜见报道.以连云港市大浦工业区废水处理厂为例,借助于新一代高通量测序技术,获得百乐克活性污泥中大规模的宏基因组数据(428 588条高质量DNA序列).鉴定出47个门类、872个属及1 351个物种.细菌域(289 933条序列)中包含33个门,其中变形菌门Proteobacteria是生物量最丰富的门(62.54%),其次是拟杆菌门Bacteroidetes(11.29%)、硝化螺旋菌门Nitrospirae(5.65%)和浮霉菌门Planctomycetes(4.79%),显示这些生物类群在百乐克废水处理系统中发挥着关键作用.在748个细菌属中,硝化螺菌属Nitrospira(5.60%)最为丰富,为活性污泥氮循环过程中的关键菌群.其次为芽单胞菌属Gemmatimonas(2.45%),是生物除磷过程的重要菌属.在古菌域(1 019条序列)中鉴定出3个门及39个属.在真核域(1 055序列),鉴定出10个门及60个属,其中,纤毛虫门Ciliophora是最大的门(257条序列).同时,检测到448条病毒序列,主要为噬菌体.在百乐克活性污泥中,参与氮、芳香化合物和磷代谢的功能基因比例分别为2.50%、2.28%和1.56%,均高于美国和澳大利亚两个废水处理厂活性污泥中功能基因的比例.在氮代谢的4个过程中,反硝化相关基因所占比重最高,达到80.81%,其次是氨化(12.78%)、硝化(4.38%)和固氮(2.04%).总之,在百乐克活性污泥中蕴藏着惊人的生物多样性,同时,参与氮、芳香化合物和磷代谢的功能基因非常丰富.     

典型湿地沉积物中硝酸盐异化还原成铵的细菌群落结构的研究

为研究中国典型湿地沉积物硝酸盐异化还原成铵过程(Dissimilatory nitrate reduction to ammonium,DNRA)的群落组成,针对DNRA过程的功能基因nrfA进行高通量测序.选取中国典型湿地岸边带的表层沉积物8个样点,质控后每个样品得到60000条序列,在相似度≥90%得到279个OTUs进行生态学分析.由基因丰度值显示:8个湿地沉积物的丰度为(6.69±0.28)×10~7～(8.44±0.48)×10~8 copies g~(-1).多样性分析(OTUs水平)结果表明:本研究的湿地沉积物样点中,南方湿地沉积物样点的多样性要高于北方样点.对代表OTUs进行分类,共定义到8个门(Phylum),23个属(Genus).其中相对丰度最高的3个属为Anaeromyxobacter(24.71%)、Anaerolinea(9.70%)和Dokdonella(7.94%),表明三者在群落组成中占主导地位.PCoA分析(OTUs水平)表明南北方地区差异是导致中国湿地沉积物中DNRA菌群结构不同的最主要影响因素.结合沉积物理化因子分析,DNRA细菌的丰度与碳氮比、年平均降水量及年平均温度呈显著正相关.本研究在一定程度上揭示了中国典型湿地沉积物DNRA细菌的群落组成、多样性及其与环境因子的关系.     

密云水库入库河流微生物群落演替对氮素形态转化的影响

密云水库是北京市重要的地表饮用水源地,但近年来,密云水库库区及入库河流中的总氮（TN）浓度呈现连年上升的趋势.以密云水库上游典型入库河流牤牛河为例,考察各形态氮素变化的空间分布规律,并从微生物群落组成和功能预测的视角,解析氮素形态的转化,以期为密云水库的氮污染治理提供科学依据.结果表明,密云水库上游除TN外,其余水质理化指标均满足我国地表水环境质量标准（GB 3838-2002）的Ⅱ类标准.入库河流TN浓度显著高于库区（P<0.05）,且以NO₃^--N为主,占比为77.7%~92.9%.半城子水库库区的C/N较高,有助于反硝化脱氮的发生,表现出一定自净能力.牤牛河水体和底质中微生物群落结构具有显著差异,呈现一定的空间分布特征,高NO₃^--N浓度是影响微生物群落结构演替的主要环境因子.牤牛河中存在大量硝化和反硝化功能微生物,反硝化菌相对丰度高于硝化菌,且均呈现出底质略高于水体的特点.牤牛河优势硝化菌和反硝化菌分别为Nitrosopumilus和Pseudomonas.PICRUSt2功能预测结果表明,牤牛河微生物氮代谢以NO₃^--N还原模块为主,且主要发生于水体中;硝化过程的功能基因在水体中的丰度最高,主要为narGH;而参与NO₃^--N还原反应的主要功能基因为底质中的异养反硝化菌（DNRA）所携带的nirBD,而反硝化模块的功能基因主要为nirK.     

白洋淀及周边土壤重金属的分布特征及生态风险评估

为了解白洋淀土壤重金属污染现状和潜在生态风险,采集白洋淀区域表层土壤样本55个并检测锰（Mn）、铬（Cr）、铜（Cu）、锌（Zn）、砷（As）、镉（Cd）、铅（Pb）和镍（Ni）等8种重金属的含量.采用地统计学方法（莫兰指数和半方差函数）分析其空间变异结构和分布格局,运用地累积指数（I_geo）和潜在生态风险指数（E_rⁱ和RI）评估了重金属污染的程度及其风险.结果表明,研究区土壤重金属ω（Mn）、ω（Cr）、ω（Cu）、ω（Zn）、ω（As）、ω（Cd）、ω（Pb）和ω（Ni）平均值分别为467.75、43.59、28.57、89.04、12.32、0.18、19.26和30.56 mg ·kg^-1,均低于农用地土壤污染风险筛选值,但Cu、Zn和Cd明显高于背景值,其中,Cu （48.65%）和Cd （37.52%）为高度变异元素.莫兰指数显示Mn、Cu、Cd和Pb空间自相关不显著,半方差函数模型拟合显示Cd和Pb的块金系数均为100%,说明其空间变异由随机变异主导,受人为因素影响较大.重金属高值区主要分布在白洋淀的西南部地区,并且元素之间均有显著的相关性,表现为复合污染.重金属污染程度I_geo从高到低依次为：Cd>Cu>Zn>Ni>As>Pb>Mn>Cr,其中,Cd污染最为普遍,67.27%的样本为轻度污染.风险评估（E_rⁱ）显示,Cd的E_rⁱ平均值为58.81,属于中等程度生态风险;其他重金属均为轻微生态风险.研究区土壤重金属污染RI为轻微生态风险（87.81）,其中,Cd对RI的贡献率最高（66.39%）.因此,未来需要加强对白洋淀西南部重点区域重金属Cd污染的监测和治理.     

基于新一代测序技术的A2O与BIOLAK活性污泥宏基因组比较分析

本研究是A2O(anaerobic/anoxic/oxic,厌氧/缺氧/好氧)与百乐克(BIOLAK)活性污泥宏基因组比较分析的首份报告.在百乐克和A2O活性污泥宏基因组中,分别检测到47个和51个门类,超过了澳大利亚强化生物除磷(enhanced biological phosphorus removal,EBPR)、美国强化生物除磷和Bibby活性污泥中所检测到的生物类群.百乐克活性污泥中所发现的门类,均在A2O活性污泥中检测到.但是,有4个门类仅在A2O活性污泥中出现.Ignavibacteriae门在A2O活性污泥宏基因组中的比例(2.044 0%)是百乐克活性污泥(0.637 6%)的3.2倍.与此同时,芽单胞菌门在百乐克活性污泥宏基因组中的比例是2.467 3%,比其在A2O活性污泥中的比例(0.140 4%)高出17倍多;衣原体门在百乐克活性污泥宏基因组中的比例是0.219 2%,比其在A2O活性污泥中的比例(0.036 0%)高出6倍多.另外,在属的层级,有167个属仅在A2O活性污泥中检出;与此同时,有50个属仅发现于百乐克活性污泥中.因此,在门和属的层级,A2O与百乐克活性污泥的生物群落均存在巨大差异.然而,在百乐克和A2O两个活性污泥中,与氮、磷、硫和芳香族化合物代谢相关的功能基因比例均是非常接近的.此外,两个活性污泥中KEGG(Kyoto Encyclopedia for Genes and Genomes,京都基因与基因组百科全书)所有6个类别的排序均相同.同时,氮代谢相关的功能基因分类和通路分析表明,高丰度酶在百乐克和A2O宏基因组中具有相同的排序.因此,A2O和百乐克活性污泥宏基因组比较分析显示,两个不同的生物群落具有相似的功能分配.     

可培养细菌多样性及抗辐射-抗氧化相关性特征——以库姆塔格沙漠东缘为例

对库姆塔格沙漠东缘可培养细菌进行系统发育学多样性研究的基础上,对菌株的抗辐射和抗氧化能力进行筛选,利用辐射或氧化胁迫后细菌的存活率进行二者耦联关系的研究.研究表明,pH值、TOC和TN是影响库姆塔格沙漠东缘中可培养细菌群落结构的主要因素;分离出的105株细菌分别归属于放线菌门（Actinobacteria）、拟杆菌门（Bacteroidetes）、厚壁菌门（Firmicutes）和变形菌门（Proteobacteria）,在可培养细菌数量（9.96×10⁵CFU/g）和物种丰富度（9个属共72株菌）方面放线菌门均为最优势的门;除拟杆菌门以外,归属于放线菌门、厚壁菌门和变形菌门的可培养细菌中都筛选出了兼具抗辐射-抗氧化的菌株.通过抗辐射抗氧化性能研究表明可培养细菌的抗辐射能力与抗氧化能力具有一定的正相关性;UV-C辐照强度的D₁₀（致死率为10%）剂量高于100J/m²的菌株占可培养细菌总数的21.3%,过氧化氢耐受浓度的D₁₀剂量高于10mmol/L的菌株占70.2%,其中放线菌门的3株细菌K4-10、K5-3和K2-40兼具有很强的抗辐射和抗氧化能力.     

印楝素对亚洲玉米螟的生物活性及蛋白质合成的影响

室内生物测定表明,印楝素对玉米螟幼虫具有明显的毒杀作用和抑制生长发育的活性.浓度3×10-6 ~15×10-6印楝素处理幼虫,均出现活动性降低、化蛹延迟、蛹出现畸形的现象,甚至形成永久性幼虫,且与处理浓度有一定的相关性.同时发现,经印楝素处理后,亚洲玉米螟48h蛹蛋白质的含量和组分与对照相比出现明显的差异,含量与处理浓度有较好的相关性.SDS-PAGE结果显示, 经3×10-6 ~15×10-6印楝素处理,昆虫的蛹均出现分子量Mr55×103、50×103两种新蛋白组分,减少了21. 6×103、20×103两种蛋白组分;另外10×10-6和15×10-6印楝素处理还减少了22×103蛋白组分, 15×10-6处理还出现9×103新蛋白组分; 这6种差异蛋白可能是印楝素分子作用的相关蛋白. 图2表1参20     

Pb在豌豆幼苗细胞中的超微结构分布与毒性研究

伴随日趋严重的重金属环境污染问题,植物修复的可能机制及重金属胁迫下植物的损伤与抗性机理成为研究热点.采用透射电子显微镜和X-射线微区分析技术,研究了中度(50mg/L)和严重(200mg/L)Pb2 胁迫下豌豆幼苗根叶细胞的超微结构损伤和铅在植物器官和细胞器水平的区域化分布情况.结果显示,重金属对植物的毒害表现为对细胞的膜结构和各种细胞器的整体性伤害,且各细胞器的受损程度不同;豌豆对铅的相对耐性机理可能包括重金属胁迫下不同细胞器的差异反应、根系富集、细胞壁结合和液泡的区隔化作用等.图6参24     

自然生态循环的良性平衡和科技产业的发展

探求既能有效解决人类生存所面临的重大问题 ,又能实现可持续发展的途径是人类发展的永恒主题。本文以此为目的 ,根据对相关内容的深入分析得出 ,以恢复、保持和发展自然生态循环的良性平衡为锁定目标 ,发展、形成大规模或超大规模的巨大科技产业体系 ,是实现人类可持续发展的必由之路。在此基础上 ,本文进一步分析了科技产业的发展条件 ,指出科技与经济的有机结合是形成和实现科技产业的必要条件 ,同时就如何在知识经济的迅速兴起的环境中发展科技产业提出了建议。以“恢复、保持和发展自然生态循环的良性平衡”为锁定目标 ,建立造福人类的科技产业体系既是时代的要求 ,也是时代的迫切呼唤