纳米TiO2在拟南芥中的富集、转运及对其生长和生理的影响

为了探讨纳米材料对植物的生理效应,以拟南芥(Arabidopsis thaliana)作为受试生物,研究了纳米TiO_2在拟南芥中的富集、转运及对其生长和生理的影响.本研究将拟南芥分别暴露于浓度为0、0.05、0.1、0.5、1.0、1.5 mg·L-1的纳米TiO_2中,通过ICP-MS测定纳米TiO_2在根和叶中的生物积累量,并采用TEM技术观察纳米TiO_2转运至叶片后对叶绿体结构的影响.在处理0、7和14 d后,测定拟南芥生物量、根系活力、叶片相对电导率和超氧化物歧化酶(SOD)、丙二醛(MDA)、谷胱甘肽(GSH)、活性氧自由基(ROS)等生长生理指标的变化.结果显示:拟南芥能吸收纳米TiO_2并向地上部转运,但转运系数较低;TEM切片观察到纳米TiO_2能进入拟南芥体内并造成叶绿体内囊体中质体小球数目增多、体积变大.与对照组相比,幼苗地上部生物量、叶片相对电导率、叶肉原生质体活力呈下降的趋势,地下部生物量及根系活力呈上升趋势;纳米TiO_2还可引起叶片及根部活性氧(ROS)含量的变化,进而导致MDA、SOD、GSH等抗氧化体系酶活性的应激变化,同时与根部相比,叶片引起的毒性效应更强.说明纳米TiO_2在拟南芥中富集并转运至地上部后,对拟南芥叶片的生长具有显著的抑制作用,诱导其产生氧化应激.同时,一定浓度的纳米TiO_2胁迫下,拟南芥根部与叶片对纳米TiO_2的响应不同,敏感度存在差异,叶生长受到抑制的同时却对根有促进作用.     

Effects of nitrogen dioxide and its acid mist on reactive oxygen species production and antioxidant enzyme activity in Arabidopsis plants

Nitrogen dioxide (NO₂) is one of the most common and harmful air pollutants. To analyze the response of plants to NO₂ stress, we investigated the morphological change, reactive oxygen species (ROS) production and antioxidant enzyme activity in Arabidopsis thaliana (Col-0) exposed to 1.7, 4, 8.5, and 18.8 mg/m³ NO₂. The results indicate that NO₂ exposure affected plant growth and chlorophyll (Chl) content, and increased oxygen free radical (O₂⁻) production rate in Arabidopsis shoots. Furthermore, NO₂ elevated the levels of lipid peroxidation and protein oxidation, accompanied by the induction of antioxidant enzyme activities and change of ascorbate (AsA) and glutathione (GSH) contents. Following this, we mimicked nitric acid mist under experimental conditions, and confirmed the antioxidant mechanism of the plant to the stress. Our results imply that NO₂ and its acid mist caused pollution risk to plant systems. During the process, increased ROS acted as a signal to induce a defense response, and antioxidant status played an important role in plant protection against NO₂/nitric acid mist-caused oxidative damage.     

底泥对洋河水库微囊藻和鱼腥藻生长影响的研究

采用批量培养的方法研究洋河水库底泥浸出液对洋河水库微囊藻和鱼腥藻生长的影响.结果表明,厌氧条件底泥浸出液对鱼腥藻生长速率有促进作用,添加2%、20%、50%的厌氧底泥浸出液的鱼腥藻生长速率比M11培养基中分别高出36.6%、47.2%、36.0%;而添加厌氧底泥浸出液对微囊藻生长有抑制作用,微囊藻最大生物量随底泥浸出液的添加量增加而减小.与添加厌氧底泥浸出液相比,添加好氧条件的底泥浸出液对鱼腥藻生长速率也有一定的促进作用,添加20%的好氧底泥浸出液的鱼腥藻生长速率比M11培养基中高出37.2%;而添加好氧底泥浸出液对微囊藻生长影响不明显.在添加厌氧底泥浸出液的培养基中增加铁,则微囊藻的最大生物量显著增加,表明底泥浸出液对微囊藻生长的影响可能是较高浓度的有机质与铁的结合影响了微囊藻对铁的利用.     

模拟自然水体中藻-溞-草间的相互作用研究

为了解氮磷浓度对生物操纵效果及同时恢复水生植被的影响,以小球藻、大型溞和金鱼藻分别作为浮游植物、浮游动物和大型沉水植物的代表,模拟自然条件研究了不同氮磷浓度对三者生长和相互作用的影响.结果表明:金鱼藻和小球藻共培养时,在氮浓度介于2.92～12.60mg·L-1、磷浓度介于0.06 ～0.85 mg·L-1,金鱼藻增长不明显,甚至出现负增长;而小球藻的增长率则远高于金鱼藻.小球藻和大型溞共培养时,氮、磷浓度分别为1.26～ 10.53 mg·L-1和0.04～1.16 mg·L-1时均占据优势,对小球藻的抑制效果显著,抑藻及氮磷去除效果明显好于金鱼藻和小球藻共培养,而且磷的去除效果优于氮.三者共培养时,在氮浓度介于3.15 ～23.92 mg·L-1、磷浓度介于0.07 ～0.64 mg·L-1时,大型溞与金鱼藻的增长率都较高,而小球藻则维持在较低的增长水平,水质改善效果较好;当氮、磷浓度分别升至25.95 mg·L-1和1.18 mg·L-1时,大型潘和金鱼藻的增长率均下降,水质变差.大型溞和金鱼藻的联合控藻效果好于其单一的控制效果,该效果明显受到氮磷浓度的影响.     

Enhanced methane production in an anaerobic digestion and microbial electrolysis cell coupled system with co-cultivation of Geobacter and Methanosarcina

The anaerobic digestion(AD)and microbial electrolysis cell(MEC)coupled system has been proved to be a promising process for biomethane production.In this paper,it was found that by co-cultivating Geobacter with Methanosarcina in an AD–MEC coupled system,methane yield was further increased by 24.1%,achieving to 360.2 m L/g-COD,which was comparable to the theoretical methane yield of an anaerobic digester.With the presence of Geobacter,the maximum chemical oxygen demand(COD)removal rate(216.8 mg COD/(L·hr))and current density(304.3 A/m_3)were both increased by 1.3 and 1.8 fold compared to the previous study without Geobacter,resulting in overall energy efficiency reaching up to 74.6%.Community analysis demonstrated that Geobacter and Methanosarcina could coexist together in the biofilm,and the electrochemical activities of both were confirmed by cyclic voltammetry.Our study observed that the carbon dioxide content in total gas generated from the AD reactor with Geobacter was only half of that generated from the same reactor without Geobacter,suggesting that Methanosarcina may obtain the electron transferred from Geobacter for the reduction of carbon dioxide to methane.Taken together,Geobacter not only can improve the performance of the MEC system,but also can enhance methane production.     

农业废物好氧堆肥中环境因子对nirK、nirS和nosZ数量的影响

应用定量聚合酶链式反应(real-time PCR)技术对农业废物好氧堆肥过程中参与反硝化过程的功能基因(nirK、nirS和nosZ)丰度在堆体不同位置处随时间的变化情况进行了研究.结果表明,随着堆肥进程,3种基因数量整体呈现出先升后降的变化规律,且不同位置处的反硝化基因数量之间存在着显著的差异性.使用Canoco 4.5软件对获得的反硝化功能基因丰度数据与不同时期不同层次堆体温度、pH、含水率、NH4+-N、NO3--N和水溶性有机碳(WSC)等环境因子的相关性进行冗余分析(redundancy analysis,RDA).基于手动选择的RDA分析结果表明,WSC、NH4+-N和堆体温度对反硝化基因丰度有着显著的影响(P<0.05),且前2个因子达到了极显著水平(P<0.01).应用t-value回归分析方法单独分析每种环境因子与3种基因的相关性,其中nirK与温度和pH显著正相关(P<0.05),nirS与温度显著正相关(P<0.05),nosZ与NH4+-N显著正相关(P<0.05)、与WSC显著负相关(P<0.05).     

凤眼莲化感物质对铜绿微囊藻、斜生栅藻生长及细胞数相对比例的影响

为探索化感物质在蓝藻水华治理方面的应用潜力,选取在凤眼莲根系分泌物中发现的5种化感物质（亚油酸、亚油酸甘油酯、丙酰胺、N-苯基—2-萘胺和壬酸）,研究了3种剂量下（0.1、1.0、10.0mg.L-1）其对单一、混合培养铜绿微囊藻和斜生栅藻生长的影响.结果发现,化感物质成分、剂量和藻类培养方式对铜绿微囊藻和斜生栅藻生长...     

铜绿假单胞菌对白腐菌产木质纤维素降解酶的影响

采用固态发酵的方法,考察了两株不同型号的铜绿假单胞菌（AB93066和ATCC9027）对白腐菌（黄孢原毛平革菌）产木质纤维素降解酶（木素过氧化物酶LiP、锰过氧化物酶MnP和羧甲基纤维素酶CMCase）的影响,并对酶提取液的pH值、表面张力及稻草降解残渣中挥发性有机质含量的变化进行了分析.结果表明,添加5.72%的A...     

胶质芽胞杆菌对印度芥菜根际土壤镉含量及土壤酶活性影响

采用根袋法盆栽试验,研究分别接种活菌量浓度为1×1010CFU.kg-1(处理A)和2×1010CFU.kg-1(处理C)的胶质芽胞杆菌,对根际土壤镉含量和土壤酶活性的影响.结果表明,处理A、C对根际土壤镉的去除率分别达到37.62%、38.27%,是对照(24.47%)的1.54、1.56倍.胶质芽胞杆菌处理后土壤酶活性均有所增强,土壤脲酶、磷酸酶、过氧化氢酶活性在根际土壤大于非根际,随着时间延长土壤磷酸酶活性逐渐升高,脲酶和过氧化氢酶呈现先增高后降低的变化趋势,而脱氢酶活性在非根际土壤大于根际土壤,也呈现先增高后降低的变化趋势.对照组及处理A、C组中根际Cd含量与土壤磷酸酶、脲酶呈现显著或极显著负相关.研究表明,施入胶质芽胞杆菌不仅可以提高超富集植物对土壤Cd的净化效果而且对土壤脲酶、磷酸酶、过氧化氢酶及脱氢酶均有一定的积极作用,其结果可为该菌辅助植物修复镉污染土壤的机制性研究提供理论指导.     

白洋淀荷茎叶提取液对铜绿微囊藻及四尾栅藻化感效应

本研究探讨了活体荷不同部位(茎和叶)提取出液对铜绿微囊藻、四尾栅藻生长化感效应,为推广荷遏制水华暴发及制作抑藻制剂提供理论基础.实验设计了5个浓度梯度,结果表明,荷叶浸出液对藻类的抑制效果优于荷茎浸出液,当荷叶浸出质量浓度为25 g.L-1时,对铜绿微囊藻及四尾栅藻的抑制率分别为71.33%、78.14%.浸出液成分的GC-MS分析表明,荷叶和茎浸出液都含有丙酰胺,质量浓度分别为1.1 mg.L-1、0.2 mg.L-1.并根据概率计算法,分别计算了两种藻类的半浓度效应.     

荔枝落叶对铜绿微囊藻生长和光合作用的影响

利用浮游植物荧光分类仪对暴露于不同浓度荔枝落叶浸出液下铜绿微囊藻的生长、最大光合作用效率(Fv/Fm)、实际光合作用效率(YⅡ)、光能利用效率(α)、最大相对电子传递速率(r ETRmax)和光饱和系数(Ik)进行了为期15 d的检测,研究浸出液对铜绿微囊藻生长和光合作用的影响.结果发现,浸泡5 d的荔枝落叶浸出液可以抑制藻的生长,呈明显的浓度抑制型变化,随着时间的延长,抑制作用下滑.荧光参数Fv/Fm、YⅡ和α与浸出液浓度由负相关转为正相关或保持正相关关系,浸出液可能早期对藻光合作用发生胁迫,或通过提高光能利用效率来度过胁迫环境,r ETRmax、Ik和叶绿素a浓度与浸出液浓度由负相关转为显著负相关关系.三维荧光图谱结果表明,第15 d时,在投量为2.0 g·L-1时,色氨酸及酪氨酸荧光峰强度约为1.2g·L-1投量情况下的1/3,同时腐殖酸的荧光峰强度减弱.进一步研究藻细胞生长的半抑制浓度EC50值表明,与传统的农作物秸秆控藻比较,其EC50值较低,可能荔枝落叶化感控藻效果较强,只需较低的浸出液浓度而能达到较好的控藻效果.     

胶质芽孢杆菌对印度芥菜富集土壤Cd及土壤pH的影响

采用根袋法盆栽试验,研究接种活菌量浓度分别为1×1010 cfu·kg-1 (T1)和2×1010 cfu·kg-1(T2)的胶质芽孢杆菌,对印度芥菜富集土壤Cd、土壤有效态Cd含量及土壤pH的影响.结果表明,以不接种菌液作为对照,处理T1、T2地上部分生物富集系数分别为13.58、16.83,与对照相比分别提高42.95％、77.16％;地下部分生物富集系数分别为4.35、4.83,分别比对照提高24.64％、38.40％;土壤的净化率分别是对照的1.73、2.20倍.对照组土壤有效态Cd含量随着时间的延长而降低,根际和非根际土壤分别降低32.93％和45.54％;但T1和T2处理中,根际、非根际土壤有效态Cd含量分别提高15.15％、31.73％和36.54％、45.28％.收获时,处理T1、T2根际土壤pH降低率分别是对照的1.08、1.10倍.不同浓度胶质芽孢杆菌处理下土壤pH与有效态Cd含量均呈显著负线性关系.综上,胶质芽孢杆菌主要是通过改变土壤pH来影响土壤Cd生物有效性,从而促进超富集植物的修复效果.本研究可为微生物辅助植物修复重金属污染土壤提供一定理论依据和实践指导.     

氮负荷升高对螺-附着藻-苦草生态关系的影响

本文设计了双因子(氮负荷升高、有无螺类)受控实验,研究了氮负荷升高(太湖正常氮负荷的3倍)对螺-附着藻-苦草关系的影响.结果表明,氮负荷升高处理明显提高了水体总氮、总溶解氮、叶绿素a等指标的含量,显著增加了附着生物干重,进而抑制了苦草生长;与正常氮负荷处理组相比,3倍氮负荷处理组中苦草的相对生长率、株高和叶片数分别降低了33%、25%和13%.环棱螺降低了附着生物干重和水体叶绿素a含量,明显促进了苦草生长.氮负荷升高和环棱螺存在对水体各项理化指标、附着生物干重和苦草的各项生长指标均无交互作用.此外,氮负荷升高还降低了环棱螺的生长速率.分析认为,氮负荷升高对沉水植物生长的抑制机理主要体现在浮游藻类与附着生物生物量增加的抑制效应;环棱螺的存在虽然在一定程度上减弱了这种效应,但由于氮负荷升高还同时使环棱螺生长率降低,削弱了其对附着生物的牧食压力,从而使得附着生物对苦草生长的抑制作用加强.因此,氮负荷升高使螺-附着藻-沉水植物之间的生态关系失衡,也可能是氮浓度较高的富营养湖泊中沉水植被稀少的重要原因.     

海洋细菌Marinobacter adhaerens HY-3分离鉴定及对中肋骨条藻的化感作用

菌藻化感作用是一种极其复杂的生理、生态学现象.从虾蟹混养池分离得到1株海洋细菌,经16S rRNA序列比对确定为Marinobacter adhaerens HY-3,选择我国常见赤潮优势种中肋骨条藻(Skeletonema costatum)作为对象,研究海洋细菌与其种间化感效应,利用共培养和添加细菌胞外代谢物,以S.costatum生长量及叶绿素a含量为参数,研究细菌对S.costatum生长及光合作用的影响.结果表明,菌液浓度104以上对S.costatum生长产生抑制,培养至第10 d,104、106、108组藻生长量分别是对照组的70%、23%、22%;叶绿素合成量是对照组88%、62%、60%;抑制效应随菌浓度的增加有逐渐增加的趋势.添加细菌胞外代谢物,对S.costatum生长无影响;因此,M.adhaerens HY-3对S.costatum存在一定的化感作用,对其生长及光合作用均产生较大的影响;S.costatum与M.adhaerens HY-3的种间相互作用,是由菌藻细胞的直接接触进行,代谢物不存在化感作用因子.     

氮磷比对蛋白核小球藻和塔玛亚历山大藻种间竞争的影响

通过单独培养和共同培养的方法,以Na NO3和KH2PO3为氮源和磷源,研究了氮磷比(4、6、9、10、13、16、22、36和91)对蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa)和塔玛亚历山大藻(Alexandrium tamarense)生长和种间竞争的影响,并对其作用机制进行了探讨.结果表明:在单独培养模式下,蛋白核小球藻在N/P为4~22时生长适宜,N/P22时生长受抑制,而塔玛亚历山大藻在N/P为4和6时生长适宜,N/P6时生长受抑制;在共同培养模式下,蛋白核小球藻具有竞争优势,而塔玛亚历山大藻的生长受抑制,且N/P为13和16时蛋白核小球藻种群竞争优势最明显;蛋白核小球藻和塔玛亚历山大藻的培养滤液对彼此生长均未产生抑制作用,由此推测,两种微藻的种间竞争主要以资源利用性竞争为主.结果可为开发利用饵料藻进行赤潮生物防控提供一些理论依据.     

Microcystis aeruginosa/Pseudomonas pseudoalcaligenes interaction effects on off-flavors in algae/bacteria co-culture system under different temperatures

We conducted an experiment to study the interaction effects of Microcystis aeruginosa and Pseudomonas pseudoalcaligenes on off-flavors in an algae/bacteria co-culture system at three temperatures (24, 28 and 32°C). Gas chromatography–mass spectrometry was applied to measure off-flavor compounds dimethyl sulfide (DMS), dimethyl trisulfide (DMTS), 2-methylisoborneol, geosmin (GEO) and β-cyclocitral. During the lag phase of co-cultured M. aeruginosa (first 15 days), P. pseudoalcaligenes significantly increased the production of DMS, DMTS and β-cyclocitral at all three temperatures. In the exponential phase of co-cultured M. aeruginosa (after 15 days), M. aeruginosa became the main factor on off-flavors in the co-culture system, and β-cyclocitral turned to the highest off-flavor compound. These results also indicated that DMS, DMTS and β-cyclocitral were the main off-flavor compounds in our M. aeruginosa/P. pseudoalcaligenes co-culture system. Univariate analysis was applied to investigate the effects of M. aeruginosa and P. pseudoalcaligenes on the production of off-flavors. The results demonstrated that both M. aeruginosa and P. pseudoalcaligenes could increase the production of DMS and DMTS, while β-cyclocitral was mainly determined by M. aeruginosa. Our results also provide some insights into understanding the relationship between cyanobacteria and heterotrophic bacteria.     

应用O/E模型评价淮河流域典型水体底栖动物完整性健康的研究

本研究尝试采用我国已有的季风气候区底栖动物观测值(O)/期望值(E)比值模型,在无足够数量参照样点的情况下,建立淮河流域O/E指数健康评价指标体系,评价淮河流域典型水体底栖动物物种组成完整性现状.于2014年夏季(8月)和秋季(11月)分别调查了淮河流域20和25个典型水体的底栖动物和水质指标.O/E模型评价结果表明,监测点位在PC(Probabilities of Capture)0和PC≥0.5条件下,夏季和秋季的物种期望丰富度分别约为25和9.所有25个点位中,仅1个点位为健康,其余为一般或较差;模型控制自然梯度后O/E0和O/E50值均没有显著的季节性差异(p=0.565和0.229).环境胁迫因子(TN、EC、CODCr和p H)和土地覆盖数据(水体比例、湿地比例、裸地比例、森林比例和草地比例)对秋季O/E50和O/E50-null的解释量高于夏季,TN是能够解释淮河流域典型水体夏季O/E指数变异最多的环境因子,p H和CODCr是能够解释秋季O/E指数变异最多的环境因子.研究表明,在缺少有效参照点位构建评价指标体系的情况下,在淮河流域应用已经构建的季风气候区底栖动物O/E指数模型进行健康评价是比较可靠的方法.     

二级处理出水的UV-TiO2消毒及大肠杆菌和粪肠球菌光复活试验

对污水处理厂二级处理出水进行UV和UV-TiO2光催化消毒,研究了复活光强度(0~41μW·cm-2)对不同方法消毒后水中大肠杆菌和粪肠球菌复活的影响.结果表明,UV-TiO2消毒效率远高于单纯的UV消毒.大肠杆菌经UV-TiO2消毒后,只有在较强的复活光照射下才会产生一定的光复活,而单纯UV消毒后即使在较低的复活光强下也会出现较强的光复活.UVTiO2消毒对粪肠球菌的光复活现象抑制明显,在小于21μW·cm-2的低复活光照射下粪肠球菌经72 h照射后几乎不发生光复活现象,只有在较强的复活光照射下才会产生一定的光复活.     

美洲商陆和籽粒苋对接种伯克氏菌的生理生化响应及其对富集铯的影响

利用盆栽试验研究一株具有重金属耐性的伯克霍尔德氏菌(Burkholderia sp.D54)对美洲商陆和籽粒苋生长及对铯富集的影响.结果表明,接种菌株D54,美洲商陆和籽粒苋总干物重分别比对照处理增加19.8%～33.4%和22.9%～76.6%,美洲商陆和籽粒苋地上部铯含量分别增加4.9%～22.4%和8.1%～19.4%,根中铯含量分别增加6.8%～15.7%和1.1%～10.8%.同时,接种微生物还增加了植物对钾的吸收,提高供试植物的光合反应速率、气孔导度、蒸腾速率和水分利用率,增加铯胁迫条件下植物的抗氧化酶CAT、POD、SOD的活性,降低了MDA的含量.