秸秆发酵乳酸菌复合系SFC-2的构建及其组成多样性研究

为了获得促进作物干秸秆乳酸发酵的微生物,以玉米秸秆和水稻秸秆的自然发酵物为菌种来源,用MRS蔗糖培养基,通过连续定向继代培养,筛选出pH下降迅速、乳酸含量高、组成稳定的乳酸菌复合系SFC-2.DGGE分析表明,SFC-2经过连续继代培养,从第25代开始其微生物组成基本稳定.SFC-2 培养12 h后pH下降至3.8,乳酸含量达10.64 mg/mL,其中64%为L-(+) 乳酸.通过平板分离获得4株细菌,全部为Lactobacillus,其近缘种分别为L. fermentum、L. plantarum、L. paracasei和L. paracasei sub sp.;通过16S rDNA克隆文库分析获得7个克隆,其近缘种主要为L. fermentum、L. plantarum及L.paracasei;在16S rDNA的克隆文库中,76.3%为L. fermentum的近缘种,20.3%为L. plantarum的近缘种,3.4%为L. paracasei的近缘种.     

高效纤维素分解菌在蔬菜-花卉秸秆联合好氧堆肥中的应用

以滇池流域典型的蔬菜废物和花卉秸秆为堆肥原料,以本实验室筛选、保存的17株纤维素降解菌和1株购买的产黄纤维单胞菌(Cellulomonas Flavigena)为复合接种剂,对不同接种条件和控温条件下的联合堆肥中试进行了研究.实验结果表明,在一次发酵的初始阶段,以体积分数0.5%的接种量向堆肥中接种纤维素降解复合菌剂可有效提高发酵过程堆料中纤维素降解菌的种群密度,并使其迅速成为优势菌群,尤其是当堆体处于控温55℃的工况条件时,其菌群密度可保持在3.84×10⁹～1.80×10¹⁰CFU/g;在二次发酵的初始阶段,以体积分数1%的接种量接种,可有效提高二次发酵阶段堆温的回升.对堆料中木质素和纤维素含量以及堆肥终产物的粒径分布指标--过筛率的检测表明,接种的复合纤维素降解菌可有效地降解堆料中的木质纤维素,接种处理中纤维素的降解率比不接种处理高23.64%,接种处理堆肥终产物的过筛率(2.0 cm)比不接种处理高18.28%.研究表明,用纤维素降解复合菌剂进行二次接种二次发酵,能够有效地促进蔬菜-花卉秸秆联合好氧堆肥中物料的纤维素组分的降解,达到加快堆肥进程,提高堆肥品质的目的.     

解淀粉乳酸细菌在厨余垃圾乳酸发酵中的应用

研究了水解淀粉乳酸细菌对厨余垃圾发酵生产乳酸的强化作用.从厌氧发酵的厨余垃圾中分离到6株水解淀粉的乳酸细菌,其中菌株FH164具有最高的淀粉降解率和乳酸产量.在pH5.5～6.0条件下,经48h发酵,菌株FH164从40.50g·L^-1的可溶性淀粉产生32.67g·L^-1的乳酸.根据形态、生理生化特征和16SrDNA序列分析结果,可将菌株FH164鉴定为链球菌属(Streptococcus sp.)细菌.接种菌株FH164可强化厨余垃圾的乳酸发酵,采用垃圾不灭菌的开放式发酵,菌株FH164可得到28.23g·L^-1的乳酸,比自然发酵(不接种的对照)的乳酸浓度高19.2%.     

接种内生细菌对龙葵吸收积累镉的影响

通过在LB培养基中加入不同浓度的镉,从镉超富集植物龙葵植株内分离到3株很强的镉抗性内生菌株N1、N2、N4,最高耐受镉浓度达300 mg·L^-1.通过生理生化鉴定和16S rDNA序列分析,初步确定N1为芽孢杆菌属（Bacillus sp.）细菌,N2为肠杆菌属（Enterobacter sp.）细菌,N4为巨大芽孢杆菌（Bacillus megaterium）.将龙葵种植在含有一定镉（50 mg·kg^-1）的土壤中进行盆栽试验,以灌根的方式分别接种分离到的3株细菌及其混菌组合,并对其株高、生物量及镉吸收能力进行分析.结果显示,N4菌株处理的龙葵叶、茎、根部镉含量比不接菌对照分别增加32.94%、14.50%、23.44%,差异显著（p<0.05）;接种N1+N2+N4混菌的处理龙葵叶、茎和根干重分别比不接菌对照高出118.22%、109.83%和113.01%,植株地上和地下镉吸收总量分别增加109.53%和83.01%,差异显著.试验表明供试菌株能显著促进植株生长,强化龙葵吸收土壤中镉的能力.     

解磷细菌Klebsiella sp. M2钝化重金属及阻控小麦吸收Cd和Pb效应

解磷微生物能够将土壤中难溶性的磷转化为可供植物吸收的磷,同时可溶性磷酸盐也能与重金属结合生成沉淀,降低土壤中有效态重金属的含量,进而阻控作物对重金属的吸收,在重金属污染土壤修复中发挥着重要的作用. 通过溶液培养试验研究解磷细菌Klebsiella sp. M2固定Cd和Pb以及释放PO₄^3-的规律,并通过盆栽试验探究菌株M2对小麦吸收Cd和Pb的影响及其微生物学机制. 结果显示,菌株M2通过细胞壁吸附和诱导磷酸盐沉淀降低溶液中Cd和Pb的浓度,并增加溶液中PO₄^3-的浓度. 盆栽试验表明,与不接菌和接灭活菌M2对照相比,接种活菌株M2后能够显著提高（123%~293%）土壤Ca₂-P和Ca₈-P的含量,降低小麦根际土壤中DTPA-Cd（34.48%）和DTPA-Pb（36.72%）的含量,进而阻控小麦籽粒对Cd和Pb的富集. 此外,高通量测序结果表明,菌株M2显著提高了小麦根际细菌群落的多样性,提高了小麦根际土壤中Proteobacteria、Gemmatimonadetes和Bacteroidota的相对丰度,同时增加小麦根际土壤中具有重金属固定和解磷促生特性细菌的相对丰度（主要为Sphingomonas、Nocardioides、Bacillus、Gemmatimonas和Enterobacter）,而这些菌属在钝化重金属和阻控小麦吸收重金属的过程中发挥了重要作用. 研究结果可为重金属污染农田的生物修复提供菌种资源和理论依据.     

餐厨垃圾乳酸发酵过程中的微生物多样性分析

采用PCR-DGGE等分析手段,研究了餐厨垃圾乳酸发酵过程中的微生物种群动态变化.结果表明,餐厨垃圾不灭菌而接种的开放式发酵体系中微生物的多样性高于灭菌后接种的非开放式发酵体系,而乳酸产量也是前者高于后者.说明发酵体系中的微生物多样性与乳酸产量有很大的相关性.通过对部分条带的测序可知,餐厨垃圾开放式发酵体系中除含有接种用的嗜淀粉乳杆菌外,还含有很多土著乳酸菌,如Lactobacillus sp.、Lactobacillus casei和Lactobacillus plantarum,以及土著水解菌,如假单胞菌属(Pseudomonas sp.)等,这些土著菌的存在是促进乳酸发酵的重要因素.PCR-DGGE结合技术对于成分复杂的餐厨垃圾中的细菌种群结构的动态变化分析是可行的.     

EDDS对土壤铜镉有效性及蓖麻吸收转运的影响

为探究螯合剂对植物吸收重金属的影响,以蓖麻（Ricinus communis L.）为供试植物,通过土培和盆栽试验,研究不同含量乙二胺二琥珀酸（EDDS）对土壤中铜镉形态和植物吸收、转运的影响.结果表明,EDDS显著增加了土壤有效态铜和镉含量,培养15 d时,增幅分别为43.01%~103.55%和51.78%~69.43%,同时促进了可还原态铜向弱酸提取态转化,增加了土壤铜的移动性.EDDS促进了蓖麻对铜的吸收、转运与富集.EDDS 2.5和EDDS 5.0处理时,地上部铜含量是对照的4.88倍和16.65倍（P< 0.05）,根部是对照的2.89倍和3.60倍（P<0.05）,铜转运系数显著提高了72.73%和381.82%.EDDS 5.0处理时,蓖麻地上部和根部的铜提取量分别是对照处理的14.08倍和2.16倍,总铜提取量是对照处理的4.70倍（P< 0.05）.此外,EDDS显著增加了蓖麻镉含量,EDDS 2.5处理时,地上部和根部分别增加了15.15%和57.42%,蓖麻总镉提取量显著提高了13.44%.综上可知,EDDS能增加土壤铜镉的有效性,促进蓖麻对铜镉的吸收,提高蓖麻的修复效率,其中5.0 mmol·kg^-1 EDDS更有利于蓖麻对铜的提取,而2.5 mmol·kg^-1 EDDS处理对镉的提取有较高的增加效果.     

土壤改良剂对再生水滴灌根际土壤菌群多样性及病原菌和抗生素抗性基因丰度的影响

基于再生水农业灌溉利用引发的人体健康和环境风险,通过施用土壤改良剂揭示再生水灌溉根际土壤菌群组成与多样性变化特征,并探讨土壤改良剂对根际土壤病原菌和抗生素抗性基因丰度变化的影响规律,对于土壤改良剂的合理施用具有指导意义.采用高通量测序技术和定量PCR检测方法,研究了生物质炭、生物有机肥、腐植酸、松土精和玉米酒糟对再生水滴灌根际土壤细菌群落多样性及特定基因丰度的影响.结果表明,生物质炭处理显著增加根际土壤有机质和总氮含量;生物有机肥处理显著增加EC值和有机质含量;玉米酒糟处理显著增加EC值、总氮和总磷含量（P<0.05）.除生物质炭处理外,其他各处理均能显著降低根际土壤pH （P<0.05）.5种改良剂处理下根际土壤细菌群落组成与多样性在纲和属水平上较相似,但其相对丰度存在差异.α-Proteobacteria、γ-Proteobacteria、Bacteroidia、Actinobacteria、Acidimicrobiia和Anaerolineae为所有处理中的优势菌纲,优势菌属组成包括：Pseudomonas、Sphingobium、Sphingomonas、Cellvibrio、Allorhizobium-Neorhizobium-Pararhizobium-Rhizobium、Flavobacterium和Algoriphagus（相对丰度>1%）.环境因子关联分析表明,根际土壤细菌群落组成与pH、EC、总氮和总磷含量之间存在较强的关联.病原菌与抗生素抗性基因的检出丰度分别在10³~10⁷ copies ·g^-1和10⁴~10⁸ copies ·g^-1.改良剂对病原菌和抗生素抗性基因检出水平存在较大差异,生物有机肥、松土精和玉米酒糟处理均会导致部分抗生素抗性基因丰度显著增加,而腐植酸和玉米酒糟处理下丁香假单胞菌、茄科雷尔氏菌和大肠菌群丰度显著降低（P<0.05）.弓形菌、蜡样芽孢杆菌、成团泛菌和粪拟杆菌与四环素类（tetA、tetB、tetO和tetQ）、磺胺类（sul1）和红霉素类（ermB和ermC）抗性基因丰度存在显著相关性.研究认为监测再生水灌溉下农业环境中病原菌和抗生素抗性基因的同时,也要关注土壤改良剂的合理施用避免加剧生物污染的散播.     

抗生素降解菌剂对猪粪堆肥腐熟和细菌群落演替的影响

接种抗生素降解菌可促进畜禽粪便中抗生素去除,但相关污染物降解菌对堆肥进程及土著微生物群落演替的影响研究甚少.分析一种以抗生素降解菌种为核心的复合微生物菌剂在猪粪抗生素去除中的作用,探究接种菌剂对猪粪堆肥理化进程以及细菌群落演替的影响.结果表明,抗生素降解菌剂接种处理猪粪中抗生素去除率达81.95%,与对照相比,其抗生素残留总量下降42.18%.在堆肥条件下,接种抗生素降解菌剂促进了猪粪堆肥升温,加速了堆体水分去除,降低了堆肥中氨气和硫化氢累积排放量,使得堆肥产物中氮磷钾总养分含量和萝卜种子发芽指数分别提高6.80%和68.33%,同时堆肥产物中稳定性有机质含量增加,纤维素和半纤维素等难分解物质含量下降.细菌群落结构分析指出,接种菌剂提高了堆肥中放线菌门和厚壁菌门细菌的相对丰度,其中与堆体升温正相关的嗜热菌丰度显著增加（P<0.01）,而致病细菌相对丰度下降.细菌群落共现网络分析表明,接种菌剂改变堆肥土著细菌群落互作模式,降低了细菌群落网络的复杂度和连通性,优化了有益细菌与其他菌群的生态关系,为建立新的和更加健康的堆肥细菌群落奠定了基础,可为抗生素降解菌剂在堆肥中的应用开发提供了科学依据.     

SO2暴露方式与油松生长的关系

苗龄为87d的油松(Pinus tabulaeformis Carr.)于2002-07-01～08-29在3个处理组进行SO₂暴露实验60昼夜,处理1和处理2在24h中SO₂浓度分别为0.1 mg·m^-3和0.2 mg·m^-3,处理3每日6h SO₂浓度为0.5 mg·m^-3,18h SO2浓度为0.1mg·m^-3.经SO₂暴露后,处理1油松针叶气孔保卫细胞、针叶颜色未见异常;叶绿素含量、类胡萝卜素含量、光合速率、蒸腾速率、单株干重、相对生长速率与对照组无显著差异;但针叶含硫量比对照增加17%,从针叶渗出的钾离子量比对照增加22%.处理2油松气孔保卫细胞、针叶颜色未见异常;叶绿素含量、光合速率、蒸腾速率与对照组无显著差异;类胡萝卜素含量下降5%,针叶含硫量增加92%,从针叶渗出的钾离子量比对照增加67%,单株干重下降4.5%,相对生长速率下降0.6mg·(g·d)^-1.处理3油松气孔保卫细胞、针叶颜色发现异常;叶绿素含量与对照组相似,但类胡萝卜素含量下降21%,含硫量增加104%,从针叶渗出的钾离子量比对照增加89%,光合速率下降5%,蒸腾速率增加8%,单株干重下降7.6%,相对生长速率下降1.3mg·(g·d)^-1.     

Effects of cultivation conditions on the diversity of microbes involved in the conversion of rice straw to fodder

To confirm the optimum cultivation conditions for analyzing lactic acid bacterial communities and to provide the cultivation foundation for lactic acid bacterial communities that were used to convert straw into fodder, fermented rice straw was inoculated into 13 different broths. After 48 h of cultivation, pH values, volatile products, and microbial diversity were analyzed. Except for LAB broth, the pH values of the other broths could decrease to approximately 4.5. GC/MS analysis showed that lactic acid in Tomato MRS broth, MRS broth, LAB broth, and Tomato juice broth was higher than that in the other broths. DNA concentration analysis showed that the counts of microbes in Tomato MRS broth were 2.5 times of those in other broths and that tomato juice favored the reproduction of the microbes. Denaturing gradient gel electrophoresis （DGGE） analysis showed that the number of lactic acid bacterial species in HYA broth, Tomato juice broth, and Tomato MRS broth were higher than those in the other broths.     

羧基稻草阳离子吸附剂的制备及其去除水溶液中亚甲蓝的研究

为促进工业废水处理并降低废水处理费用,研究了柠檬酸热化学酯化法改性稻草制备可生物降解阳离子吸附剂的方法.实验比较了天然和改性稻草去除溶液中阳离子染料(亚甲蓝)的能力,研究了不同实验参数(pH值、吸附剂量、染料浓度、离子强度、吸附时间)对亚甲蓝吸附效果的影响在pH为2～10范围内,天然稻草去除亚甲蓝的能力随pH值的增加而增加,而改性稻草在pH≥3时对染料的去除率达到最大.改性稻草用量大于1.5g·L-1时几乎能完全去除浓度为250mg·L-1亚甲蓝溶液中的染料.改性稻草用量为2.0g·L-1对浓度为50～450mg·L-1的亚甲蓝溶液去除率保持在98%以上.增加溶液的离子强度会导致亚甲蓝去除率降低.染料吸附等温线符合Langmuir模式.吸附过程符合准一级反应动力学方程.酯化改性使染料的吸附剂粒子内扩散速率常数(kid)大大增加.研究结果表明,改性稻草是良好的亚甲蓝吸附剂.     

温和湿热预处理对稻秸理化特性及生物产沼气的影响

为考察温和湿热预处理提高秸秆产气速率的可行性,以水稻秸秆为原料,在湿热预处理温度80℃、物料含水率60%条件下,通过分析湿热处理前后稻秸理化特性及厌氧生物产气特性的变化,研究不同湿热预处理时间对秸秆预处理及产沼气效果的影响.结果表明,温和湿热预处理促进了稻秸有机物的溶出,预处理后稻秸水浸提液pH值有较大幅度下降,而COD、TVFA和乙酸含量均大幅度增加,与对照组相比,T1、T2和T3处理秸秆水浸提液COD浓度分别增加了47.19%、55.18%和60.62%,TVFA浓度分别增加了22.34%、33.98%和50.12%,乙酸浓度分别增加了19.52%、34.02%和49.37%,并且乙酸占TVFA百分比均超过85%以上,差异显著性分析表明,处理T1水浸提液各理化特性指标与对照组相比呈极显著差异,而不同温和湿热预处理之间无显著差异;对稻秸纤维素组分破坏效果明显,但不同预处理时间对秸秆木质纤维组分破坏效果影响不大;厌氧发酵产气的结果表明,温和湿热预处理可明显提高稻秸厌氧生物产沼气,发酵20 d平均容积产气率可提高12.53%以上,累积TS产气率可提高36.17%以上.可见,温和湿热预处理提高秸秆厌氧生物产沼气效果是可行的,考虑到工程应用中预处理能耗成本因素,湿热预处理时间以T1处理(即6 h)为宜.     

稻草秸秆发酵液的抑藻效应及其机理

为有效利用农业废弃物稻草秸秆进行抑藻,本研究对不同稻草秸秆进行了特定方式的发酵,测定了发酵液对常见淡水藻类的化感效应,探讨了其中抑藻作用强的发酵液抑藻机理.结果表明：与普通稻草秸秆发酵液相比,水稻分蘖枝发酵液对铜绿微囊藻的抑制效果显著好于普通稻草秸秆发酵液（P<0.05）,作用72h水稻分蘖枝发酵液抑制率为93.21%,168h为97.96%,而稻草秸秆发酵液120h抑制率为68.20%,168h抑制率反而显著下降,只有27.65%;前者Eh₅₀为14.073h,后者为21.036h;水稻分蘖枝发酵液对蓝藻（铜绿微囊藻）和绿藻（蛋白核小球藻、斜生栅藻）3种淡水藻均有良好抑制作用,对铜绿微囊藻抑制作用最佳（P<0.05）.在水稻分蘖枝发酵液胁迫下,铜绿微囊藻叶绿素a以及藻蓝蛋白（PC）和别藻蓝蛋白（APC）含量下降,藻细胞叶绿素自发荧光值持续降低,藻细胞结构破坏.推测水稻分蘖枝发酵液的抑藻机制之一是将藻细胞光合系统作为其攻击的靶点从而抑制藻类生长,并最终破坏细胞结构,引起细胞凋亡.     

不同秸秆翻埋还田对旱地和水田土壤微生物群落结构的影响

以水稻、小麦、玉米秸秆和油菜、蚕豆青秆为研究对象,采用磷脂脂肪酸(PLFA)方法,并结合主成分分析方法,研究了不同秸秆翻埋还田对旱地和水田土壤微生物数量、菌群分布、群落结构特征等的影响.PLFA分析结果表明,旱地土壤PLFA总量变幅为8.35~25.15 nmol·g-1,大小顺序为油菜蚕豆玉米水稻小麦,5种秸秆翻埋还田均能提高土壤微生物PLFA总量,其中油菜、蚕豆处理分别是不加秸秆处理的2.18、2.08倍,差异显著;5种秸秆处理各菌群PLFA量均高于不加秸秆处理,其中真菌量均显著提高,微生物群落物种丰富度值也显著提高.水田土壤PLFA总量变幅为4.04~22.19nmol·g-1,大小顺序为水稻玉米小麦油菜蚕豆,其中油菜和蚕豆处理低于不加秸秆处理;除蚕豆外其余秸秆处理真菌PLFA量均显著高于不加秸秆处理,蚕豆处理细菌和PLFA总量均显著低于其他处理,各处理间放线菌、革兰氏阳性菌(G+)、革兰氏阴性菌(G-)无显著差异;水稻、小麦、玉米、油菜均能显著提高水田土壤微生物的物种丰富度指数和优势度指数.主成分分析结果表明蚕豆青秆对旱地土壤微生物群落结构影响最大,油菜青秆和小麦秸秆对水田土壤微生物群落结构影响最大.     

木质纤维素分解菌复合系WSC-6分解稻秆过程中的产物及pH动态

为了探明WSC-6分解稻秆过程中的代谢特性,本试验以稻杆为唯一碳源,50℃静止培养WSC-6,以一次性添加不同量稻秆和多次连续添加的方式,研究了WSC-6分解稻杆的相对分解率、绝对分解量、分解产物及pH变化特性.结果表明,一次性添加1%稻秆时,pH由初始的7.8迅速下降,第3 d降到6.0后逐渐回升,6 d后稳定在8.0左右,在此过程中DO值保持在0.01～0.12 mg·L-1微好氧条件.以GC-MS法在稻杆分解过程中检测到乙醇、乙酸、乳酸、甘油等10种以上有机物,其中乳酸的含量最高,为7.381 g·L-1.在90 d的实验中,一次性添加不同量稻秆时,随着稻秆量的增加,pH下降得快而低,且回升时间拖后,当稻秆量为5%时pH下降到5.0后不再回升.在多次连续添加稻秆的实验中,隔12d和15d添加的处理pH重复下降和回升的规律性变化,分解活性保持旺盛.90 d后隔15 d添加的处理相对分解率最高,为86.7%;绝对分解量以隔6 d添加的处理最高,为32.4 g.pH变化规律能够反映WSC-6对木质纤维素的分解进程及分解活性.     

不同生物炭对酸性农田土壤性质和作物产量的动态影响

为研究不同原料生物炭对农田土壤酸度、交换性能、磷素养分以及作物产量的综合动态影响,试验设置空白（CK）、水稻秸秆生物炭（RSB）、玉米秸秆生物炭（MSB）、小麦秸秆生物炭（WSB）、稻壳生物炭（RHB）和竹炭（BCB）这6种处理,生物炭按质量分数0.1%施入农田进行长期定点试验,测定水稻、油菜和玉米这3季作物产量和作物收割后的土壤理化性质.结果表明,添加不同原料生物炭可有效提高土壤pH和交换性能,降低交换性酸含量,作用效果随时间下降.生物炭对盐基离子组成的影响为提高交换性K⁺、Ca²⁺和Mg²⁺含量,降低Na⁺含量.生物炭能不同程度地增加土壤有机质（SOM）、速效磷、总磷和无机磷（Al-P和Fe-P）含量,作物产量较当季对照显著提高（P<0.05）,稻壳生物炭在改良酸性土壤理化性质和提高作物产量方面效果较好.     

以稻草秸秆为底物制取复合型生物絮凝剂的研究

以稻草秸秆作碳源,采用两段式发酵工艺制取复合型生物絮凝剂,首先通过纤维素降解菌HIT-3对稻草秸秆进行生物降解,再使产絮菌F2-F6利用秸秆糖化液替代葡萄糖制备生物絮凝剂,并定量分析了复合型生物絮凝剂的产量.结果表明,预处理后的秸秆还原糖产率达到10.6%,纤维素酶活性最大为0.13U/mL,TOC含量不断增加,TN含量不断减少,纤维素降解菌株对稻草秸秆具有很好的降解作用,生物絮凝剂絮凝率为90%.向秸秆糖化液中补加0.2g/L酵母膏调整发酵液营养比例,可使产絮高峰期提前,絮凝率达到95%.每t稻草秸秆可以制取复合型生物絮凝剂44kg.