微生物对砷的氧化还原竞争

滤池被广泛运用于饮用水厂中,前期研究发现某水厂生物滤池处理含砷地下水时,一方面三价砷可被生物氧化锰氧化为五价砷,另一方面滤池系统中存在的微生物砷还原酶可促使五价砷还原为三价砷,而滤池表面存在的这种微生物竞争关系会影响滤池的稳定性及处理效率.为探讨其内在机制,本研究选取1株锰氧化模式菌(Pseudomonas sp.QJX-1)和1株砷还原模式菌(Brevibacterium sp.LSJ-9),考察在Mn2+、As(As3+、As5+)共存时,两菌株对空间、营养物质以及对砷氧化/还原的竞争关系.结果表明,不同的反应时间,Mn、As质量浓度/价态不同,三价及五价砷体系中,Pseudomonas sp.QJX-1生成的锰氧化物在砷的氧化还原反应中占主导地位,即能迅速氧化本身存在的As3+(三价砷体系)和砷还原菌产生的As3+(五价砷体系),最终两体系中砷都主要以As5+的形式存在.PCR及RT-PCR结果表明,反应过程中锰氧化菌功能基因(cum A)抑制了砷还原酶(ars C)的表达,锰氧化菌16S rRNA表达量始终比砷还原菌高两个数量级,即锰氧化菌在生长竞争过程中占优势.实验结果表明滤池的水力停留时间是决定出水中砷价态的一个重要因素.     

模拟氮沉降对太岳山油松林土壤呼吸的影响及其持续效应

以太岳山油松林为研究对象,对林地分别作3种凋落物处理:对照(C)、去凋(B)、去凋+切根(A),并设计了4个氮水平:对照(CK,0 kg·hm-2·a-1,以N计,下同)、低氮(LN,50 kg·hm-2·a-1)、中氮(MN,100 kg·hm-2·a-1)和高氮(HN,150 kg·hm-2·a-1),研究了土壤呼吸速率在施氮后的连续变化,以及与温度、湿度、微生物生物量C、N、土壤酶活性的关系.结果表明:去凋+切根、去凋、对照样方不同施氮水平下土壤呼吸速率基本都在施N后的第1 d处在最高峰,随即下降,切根+去凋、去凋处理样方的土壤呼吸速率在施氮后第3 d趋于稳定,而对照处理样方的土壤呼吸速率一直处于下降状态.施氮在一定程度上抑制了切根+去凋处理的土壤呼吸速率,而促进了去凋处理、对照处理的土壤呼吸速率,并且土壤微生物生物量C、N的变化与土壤呼吸速率变化一致,土壤呼吸速率与土壤酶活性、土壤湿度的拟合关系不显著(p0.05),而与土壤温度的拟合关系显著(p0.05).以土壤温度、土壤湿度构建的复合模型R s=aebTWc预测土壤呼吸的准确性高于单因子模型,施氮降低了每种凋落物处理指数关系模型(R s=aebT)的决定系数R2,并且施氮降低了切根+去凋、去凋处理的温度敏感性指数Q10,而对对照处理的Q10无明显影响.     

新型锰氧化菌株Pseudoxanthomonas mexicana S5-3-5X的分离及锰氧化机理研究

锰氧化微生物能催化氧化Mn^II生成锰氧化物（Mn^IV&III）,而生成的锰氧化物可强化水处理体系（如锰砂滤池、湿地）中的微量有机污染物降解及底泥中甲烷的厌氧氧化,因而受到广泛研究.从环境中分离出更多种属和生态位的锰氧化菌是生物强化环境中锰氧化过程的重要基础.依据锰氧化菌株对低浓度营养物的潜在偏好,本研究梯度稀释常用的锰氧化菌培养基（PYG培养基）,配置出5级营养物梯度浓度的培养基.相对于原培养基,从较低浓度的4级培养基中多分离出6个菌属的锰氧化菌株,提高了锰氧化菌株的分离效率.分离出的Pseudoxanthomonas（假黄色单胞菌属）菌属的锰氧化菌株（Pseudoxanthomonas mexicana S5-3_-5X）,属中文文献首次报道.研究发现该菌株能在环境常见条件（pH 6.0~7.8、低营养物浓度（如稀释5~625倍PYG培养基）、50 μmol·L^-1 ~1.6 mmol·L^-1的Mn^II浓度）生长并产生锰氧化活性;可以产生胞外超氧化物和锰氧化蛋白等锰氧化活性物质;基因组具有编码锰氧化模式菌株Pseudomonas putida GB-1的3个Mn^II氧化蛋白的同源基因,并且具有降解一些有机污染物的代谢通路.因此,该菌株具有较好的工程应用潜力.     

高分子量多环芳烃降解菌LD29的筛选及降解特性研究

采用硅油-水双液相富集体系,以蒽为富集碳源,从原油污染土壤富集分离多环芳烃降解菌,分离出1株能降解菲、蒽、荧蒽、芘、苯并[a]芘的细菌,经形态特征、生理生化和16S rDNA鉴定为矢野口鞘氨醇菌(Sphingobium yanoikuyae),编号为LD29.采用高效液相色谱(HPLC)对LD29在无机盐培养基中对PA...     

新型单室无质子膜微生物燃料电池性能研究

采用不锈钢金属丝阳极构建了管状单室无质子交换膜空气阴极微生物燃料电池(MFC),并以葡萄糖为唯一电子供体,研究MFC的性能.在室温下,初始ρ(CODCr)为496 mg/L,外接电阻为1 000 Ω时,该MFC可以连续产电,最高电压达235.11 mV,开路电压为461.00 mV,内电阻约2 820 Ω.实验条件下测得该MFC的最大功率密度为137.1 mW/m2,库仑效率为32.4%.采用该MFC进行了啤酒酿造废水处理对比实验,在进水ρ(CODCr)为15 900 mg/L,停留时间为96 h下,MFC对废水CODCr的去除率达40%～55%,比厌氧生物处理效率高5%～10%.表明MFC技术可以在获得电能的同时,强化有机废水的生物处理过程.     

运输应激对二花脸和皮特兰猪血浆应激和代谢相关激素水平的影响

比较二花脸和皮特兰猪在2h运输过程中血浆ACTH、皮质醇、胰岛素和T3、T4水平的动态变化模式,以分析内分泌激素变化的品种特征.选用雄性二花脸猪10头,皮特兰猪6头,体重达20kg时安装颈静脉瘘管,1wk后运输试验,运输过程中不同时间点采集血样,放射免疫分析法测定血浆激素水平.上车后两品种猪ACTH水平缓慢上升,60min后达到峰值,下车后15min恢复至基础水平,运输过程中ACTH水平及变化幅度均未表现显著的品种差异;运输前皮质醇水平二花脸显著高于皮特兰猪,上车后两品种皮质醇均迅速上升,出发后15min达到峰值,下车后15min均快速恢复至基础水平,运输过程中皮特兰皮质醇上升的幅度显著高于二花脸猪;两品种胰岛素水平上车后均呈下降趋势,二花脸胰岛素水平总体上显著高于皮特兰猪;T3水平在上车后也表现快速下降,无论是T3水平还是其变化幅度均不表现显著的品种差异;皮特兰猪上车后T4水平稍微下降而二花脸猪显著下降,皮特兰T4水平总体显著高于二花脸猪.运输应激伴随血浆ACTH和皮质醇水平升高,而胰岛素、T3和T4水平下降,皮质醇水平升高的幅度能够反映猪的应激敏感性.图1参25     

微生物种间相互作用产生锰氧化的普适性及其潜在应用

锰氧化微生物的催化作用能将二价锰的氧化速率提高几个数量级,影响自然界锰元素的价态变化和归趋.以往研究大都关注锰氧化单一菌株,而笔者前期研究揭示了两株细菌(Sphingopyxis sp. QXT-31和Arthrobacter sp. QXT-31)的种间相互作用能够触发Arthrobacter sp. QXT-31产生锰氧化活性.为了进一步揭示其发生的普适性、机制及潜在工程应用,以另外3种Sphingopyxis菌株为研究对象,采用纯培养、比较基因组学和转录组分析等研究手段,发现其中1株菌也能触发Arthrobacter sp. QXT-31产生锰氧化活性,表明微生物种间相互作用触发锰氧化具有一定的广泛性.进一步筛选了可能参与菌株相互作用的基因,发现Sphingopyxis的抗生素合成基因转录水平普遍上升,表明其可能参与了触发Arthrobacter sp. QXT-31产生锰氧化活性.基于以上发现,最终在反应器中验证了利用微生物种间相互作用强化二价锰氧化去除的可行性.     

FISH-NanoSIMS技术在环境微生物生态学上的应用研究

微生物分子生态学技术的不断发展,使得同时分析复杂生态系统中微生物的分布和功能特征成为可能.为了研究荧光原位杂交-纳米二次离子质谱技术(fluorescence in situ hybridization-Nano secondary ion mass spectroscopy,FISH-Nano SIMS)在环境微生物生态学上的应用,本研究采用稳定同位素标记的化合物13C-C6H12O6、15N-NH4Cl作为C源和N源,分别对纯培养锰氧化细菌假单胞菌Pseudomonas sp.QJX-1(培养基加锰及不加锰两种条件下),以及浅层土壤及厌氧污泥两种环境样品进行培养.利用FISH-NanoSIMS技术检测培养后样品中微生物体内12C-、13C-、12C14N-、12C15N-的分布特征及其丰度值,进而探讨纯菌及环境样品中微生物利用同位素碳氮源的情况.结果显示所有样品细菌分布区域对应的同位素碳氮(13C、15N)的含量均显著大于其自然丰度值,这表明Pseudomonas sp.QJX-1及环境样品中的微生物均能代谢13C-C6H12O6和15N-NH4Cl.研究进一步发现,Pseudomonas sp.QJX-1在碳氮源消耗至较低浓度时才进行锰氧化;浅层土壤和厌氧污泥中可能都存在同步硝化反硝化细菌群落.FISH和Nano SIMS技术联用能同时分析环境样品中特定微生物的分布特征及代谢功能,进而能更好地掌握环境样品中微生物群落的生理生态学特征.     

Pseudomonas sp. QJX-1的锰氧化特性研究

从锰矿土壤样品中分离、纯化出1株高效锰氧化细菌(QJX-1),经16S rDNA序列鉴定为Pseudomonas sp.QJX-1.研究表明,Pseudomonas sp.QJX-1含有锰氧化的必需成分多铜氧化酶基因CumA,当初始Mn2+为5.05 mg·L-1,菌密度D600为0.020时,该菌可在48 h内将Mn2+转化,且转化率高达99.4%.在寡营养条件下该菌锰氧化速率较富营养条件下有显著提高;添加石英砂滤料促使生物膜的快速形成,进而促进Mn2+的生物转化.根据研究结果推测地下水处理过程中生物锰氧化速率较快.     

水源水中摇蚊幼虫的孳生与生态控制

摇蚊幼虫（红虫）在城市供水系统中的出现，成为困扰水厂正常生产运行的又一水处理难题。首先对其生理特性与环境因子之间的关系进行了论述，然后从生态学角度出发，利用生态群落中的食物链关系，分析了富营养化水体中摇蚊幼虫大量孳生的原因。在此基础上提出了利用合理的生物操纵技术，通过鱼类与水生生物间的“下行效应”，以达到恢复生态平衡并控制摇蚊幼虫孳生为目的的生态治理方案。