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.     

稻田硝酸盐异化还原成铵细菌群落结构的垂向分布特性

硝酸盐异化还原成铵（Dissimilatory nitrate reduction to ammonium，DNRA）过程，可将土壤中的NO₃^-/NO₂^-还原成NH₄⁺-N以被作物吸收利用，有助于土壤中氮素的保存.选择位于广东韶关市和吉林安图县的两块稻田为研究对象，通过分子生物学方法和高通量测序技术，深入探究了两种稻田土壤（0~1 m）中DNRA细菌丰度和群落结构的垂向分布特性.结果显示：两种稻田土壤中DNRA细菌更多的存在于表层土壤（0~20 cm）中，丰度最低值均出现在深层土壤（90~100 cm）中，且表层样品群落结构的多样性大于深层样品；两个稻田样品间的群落结构体现出明显的空间异质性，安图稻田样品DNRA细菌的丰度和群落结构多样性均大于韶关稻田样品；其中，相对丰度较高的Anaeromyxobacter（28.67%）、Caldimicrobium（19.49%）、Nitrospira（10.90%）和Chthoniobacter（9.15%）是两个稻田中DNRA细菌群落组成中的关键菌属.相关性分析表明，总硫（TS）、有机质（TOM）、含水率（MC）、碳氮比（C/N）与DNRA细菌丰度之间均有显著正相关性（p<0.01，n=20），偏碱性、有机质丰富、氮源缺乏、碳源丰富且C/N较高的环境及适宜的含水率是稻田垂向生态系统中DNRA细菌适宜的生存环境.     

人工湿地沟壕系统中硝酸盐异化还原成铵细菌群落特征研究

硝酸盐异化还原成铵（Dissimilatory nitrate reduction to ammonium，DNRA）过程，是将易损失的NO₃^--N转化为NH₄⁺-N，而被植物或微生物重新吸收利用，从而有助于湿地沉积物的氮保留.本研究选取石臼漾人工湿地冬、夏两季沟壕中心、边缘表层沉积物，采用高通量测序等分析方法，研究了DNRA细菌群落结构特征.研究结果表明：在空间尺度上，沟壕中心DNRA细菌丰度高于沟壕边缘，分别为（2.26±1.19）×10⁹和（1.22±1.46）×10⁹ copies·g^-1.在时间尺度上，冬夏两季样品中DNRA细菌丰度具有显著性差异（p<0.05）.多样性分析表明，沟壕中心沉积物的DNRA群落丰富度高于沟壕边缘.所有样品中占比最高的DNRA属为Caldilinea（69.75%±3.64%）、Anaeromyxobacter（66.41%±1.19%）.Caldilinea属在夏季样品的占比（39.78%±5.15%）高于冬季样品（29.98%±0.57%），而Anaeromyxobacter属在沟壕中心的占比（35.14%±0.83%）高于沟壕边缘（31.28%±0.76%），且小沟（34.33%±1.40%）高于大沟（32.08%±1.33%）.主坐标分析（PcoA）结果表明，DNRA细菌群落结构具有明显的时间异质性.DNRA细菌丰度与有机质（TOM）、碳氮比（C/N）和含水率（MC）显著相关.本研究揭示了人工湿地沉积物中DNRA细菌的丰度、群落组成、多样性及其与环境因子的关系.     

碳源对生物滞留系统中硝酸盐异化还原成铵的影响研究

通过构建模拟实验,利用~(15)N同位素示踪技术研究在生物滞留系统中碳源对生物滞留系统中硝酸盐异化还原成铵(DNRA)的影响。结果表明:5个处理组(葡萄糖50,100,150,200,250 mg/L)中NO_3~-发生转化的量分别为41.1%、47.9%、50.7%、56.2%和57.6%。以葡萄糖为碳源,初始浓度为100 mg/L时,DNRA作用效果最显著,~(15)N-NH_4~+含量占初始添加~(15)N的24.7%;初始浓度为250 mg/L时,DNRA作用最弱,~(15)N-NH_4~+含量占初始添加~(15)N的13.7%。反硝化和DNRA作用同时进行,系统中~(15)N-NO_3~-含量的减少均伴随着DNRA过程中间产物~(15)N-NO_2~-含量的积累和最终产物~(15)N-NH+4含量的增加。     

污染土壤中植物根际细菌群落功能差异研究

为了对化工污染土壤进行生物修复,阐释污染胁迫下植物根际细菌群落结构特征与功能,该研究以化工污染场地中3种典型植物的根际与非根际土壤为研究对象,测定土壤理化性质。利用高通量测序技术对土壤细菌多样性及群落结构进行分析,并预测群落功能。4种土壤pH均超过8,4种土壤含水量介于25.6%～30.9%之间;全氮均多于444 mg/kg;全磷均多于462 mg/kg;氯化物含量介于22～29 mg/kg之间。根际微生物群落共检出细菌17门、43纲、87目、124科、174属,其中玉兰植物根际细菌群落多样性高于其他群落。基于UPGMA聚类树与LEfSe分析可知不同细菌群落结构相似但相对丰度差别较大,菌群相对丰度表现出植物特异性,莲子草根际微生物群落结构差异性最高,红叶石楠与玉兰根际细菌群落结构较为相似。FAPROTAX基因预测表明,莲子草根际细菌群落拥有更强的化能异养、光营养、甲醇电氧化、甲基营养、氢化物氧化、硝酸盐脱氮、硫化物氧化功能,而红叶石楠根际细菌群落只有固氮功能基因数量多于其他细菌群落,玉兰根际细菌群落中尿素分解、碳氢化合物降解功能基因数量较多。该文通过根际与非根际微生物群落及其功能研究了...     

高通量测序技术研究典型湖泊岸边陆向深层土壤中厌氧氨氧化细菌的群落结构

为研究具有富营养化特征的白洋淀湖泊岸边陆向深层土壤中厌氧氨氧化细菌的群落结构组成,针对厌氧氨氧化的功能基因hzs B(联氨合成酶关键基因)进行高通量测序.结果显示,白洋淀湖泊岸边陆向深层土壤共8个样品处理后共得到77082条序列,在相似度90%下聚类得到40个OTUs.多样性分析(OTUs水平)表明,在白洋淀湖泊岸边近湖岸交界处,上层土壤中厌氧氨氧化细菌的群落多样性要高于下层,而在远湖岸交界处则相反,下层土壤中厌氧氨氧化细菌的群落多样性要高于上层土壤.PCo A分析(OTUs水平)表明,近湖岸交界处采样点各不同深度土壤层之间的厌氧氨氧化细菌的群落结构更相似,而远湖岸界面处采样点各不同深度之间的厌氧氨氧化细菌的群落结构差异较大.群落结构分析表明,在白洋淀湖泊岸边陆向深层土壤中,序列隶属于Candidatus‘Brocadia anammoxidans’(34.07%)、Candidatus‘Brocadia fulgida’(24.66%)、Candidatus‘Jettenia sp.’(3.00%)、Candidatus‘Kuenenia sp.’(0.22%)、Candidatus‘Scalindua sp.’(0.08%)及与Genbank中已探明的厌氧氨氧化细菌亲缘关系较远的Anammox-like cluster(37.98%).相关性分析(p0.10)表明,在白洋淀湖泊岸边陆向深层土壤中,厌氧氨氧化细菌α-多样性指数中丰富度Chao指数与含水率(MC)呈负相关,多样性Shannon指数与氨氮(NH+4)呈负相关,优势度Simpson指数与NH+4呈正相关;但厌氧氨氧化细菌群落组成中Candidatus‘Brocadia anammoxidans’的富集与总碳(TC)及总硫(TS)含量呈正相关.综上,本文针对厌氧氨氧化功能基因hzs B扩增进行高通量测序,一定程度上揭示了具有富营养化特征的白洋淀湖泊岸边陆向深层土壤中厌氧氨氧化细菌的多样性、群落组成及其与土壤环境因子的关系.     

接种Penicilliumsp.和根际分泌物对土壤甲磺隆的协同降解研究

通过接种Penicillium sp.和模拟小麦根际环境的方法,研究了甲磺隆在Penicillium sp.和小麦根际分泌物协同作用下的生物降解特性.结果表明,根系分泌物丰富了土著微生物和外源微生物,对甲磺隆的降解具有显著的促进作用.接种Penicillium sp.的根际土壤中甲磺隆降解半衰期为8.6 d,其降解速率是接种Penicillium sp.的非根际土壤的1.8倍,是普通根际土壤的2.7倍.继续追加甲磺隆的试验表明,接种菌株Penicillium sp.对甲磺隆的降解具有可持续性.     

化肥减量配施有机肥对柠檬根际/非根际土壤细菌群落结构的影响

研究不同施肥方式对柠檬根际/非根际土壤理化性质及细菌群落结构的影响,可为果园科学合理地施肥提供理论依据.采用盆栽试验,设置对照(CK)、常规施肥(FM)、有机肥(P)、新鲜有机肥(NP)、 70%化肥+30%有机肥(70FP)和50%化肥+50%有机肥(50FP)这6个施肥处理.采用化学分析、实时荧光定量PCR技术和末端限制性片段长度多态性分析(T-RFLP)方法,研究不同施肥处理对根际/非根际土壤的理化性质、细菌16S rRNA基因的丰度和细菌群落结构的影响,并通过冗余分析(RDA)探究影响柠檬根际/非根际土壤细菌群落结构的环境因子.结果表明：(1)化肥减量配施有机肥(50FP和70FP)能显著提高根际/非根际土壤pH值、有机质、碱解氮、有效磷、速效钾和硝态氮的含量(P<0.05);与常规施肥(FM)和单施有机肥(P和NP)相比,化肥减量配施有机肥处理的土壤有效磷含量提高了24.76%～97.98%,速效钾含量提高了6.87%～45.11%,硝态氮含量提高了18.42%～55.82%.(2)化肥减量配施有机肥能显著提高土壤细菌丰度及土壤呼吸速率(P<0.05),其中50F...     

Cd2+、Pb2+在根际和非根际土壤中的吸附-解吸行为

采用1次平衡法对Cd2 、Pb2 在小麦根际和非根际土壤中的吸附-解吸行为进行比较研究.结果表明,根际土对Cd2 和Pb2 的吸附能力高于非根际土,2类土壤对Cd2 的吸附等温线与Freundlich方程有较好的拟合性,Pb2 的等温吸附过程可由Langmuir方程与Freundlich方程来描述.双常数方程是描述根际、非根际土Cd2 和Pb2 吸附动力学行为的最优模型,其次为Elovich方程,最差模型是一级动力学方程.Cd2 、Pb2 的解吸存在滞后现象,相比于非根际土,根际土吸附态Cd2 、Pb2 的解吸率更低,Cd2 、Pb2 的解吸量与其初始吸附量之间的关系符合2次幂方程.2类土壤Cd2 、Pb2 的解吸速率随重金属初始浓度的增加而增加,随解吸时间的延长而不断降低.描述根际和非根际土Cd2 、Pb2 的解吸动力学过程的最优模型均为双常数方程,其次为Elovich方程,一级动力学方程拟合效果不佳.     

崇明东滩湿地土壤硝酸盐异化还原成铵过程及其影响因素

以崇明东滩湿地为研究对象,采用同位素示踪结合泥浆实验,研究了从低潮滩向高潮滩变化的土壤硝酸盐异化还原成铵过程(DNRA)及其影响因素.结果表明,土壤硝酸盐异化还原成铵的潜在速率为0.17～0.71 nmol·g~(-1)·h~(-1),表现为低潮滩位较高、高潮滩位较低的空间变化特征.相关性分析表明,酸盐异化还原成铵潜在速率与氧化还原电位、可溶性有机碳、硝酸盐和硫化物呈显著相关性.此外,nrfA基因丰度与硝酸盐异化还原成铵潜在速率呈显著相关性.逐步回归分析发现,可溶有机碳和总有机碳是影响硝酸盐异化还原成铵潜在速率和nrfA基因丰度的关键性环境因子,分别贡献了总变异的78.8%和50.3%.通过估算得出,东滩湿地硝酸盐异化还原成铵过程将硝酸盐转化成铵盐的潜力为2.5～10.4 t·km~(-2)·a~(-1),贡献了长江口每年无机氮输入量的0.68%～2.85%,因此,硝酸盐异化还原成铵过程在控制河口湿地氮赋存方面具有着重要的作用.河口潮汐作用导致的湿地环境特征与有机质和硝酸盐含量的变化影响着硝酸盐异化还原成铵过程,进而对河口湿地生态系统中氮动态产生较大的影响.     

傀儡湖沉积物-水界面硝酸盐异养还原过程研究

反硝化（DNF）和硝酸盐异养还原为氨（DNRA）是水域生态系统中硝酸盐异养还原的2个主要过程.DNF和DNRA之间的竞争控制着硝酸盐在水域生态系统中的异养还原方式和最终归趋.选取太湖流域的傀儡湖为研究对象,采用室内培养实验和稳定氮同位素示踪技术,考察傀儡湖沉积物-水界面的DNF和DNRA速率及其对硝酸盐异养还原过程的贡献.结果显示,沉积物表现为NH₄⁺-N的源和NO₃^--N的汇,潜在DNF速率为18.89~54.00μmol/（kg·h）[均值（36.39±3.86）μmol/（kg·h）],DNRA反应速率为1.02~5.89μmol/（kg·h）[均值（3.21±1.15）μmol/（kg·h）].DNF与沉积物有机质含量和含水率存在显著的正相关关系,DNRA与沉积物需氧量（SOD）之间存在相关性.反硝化是傀儡湖中硝酸盐异养还原的主导过程,贡献率为84.23%~96.90%,而DNRA过程只占3.10%~15.77%.与海洋河口区域相比,淡水湖泊生态系统中DNRA速率和DNRA在硝酸盐异养还原中所占的比重均较小.     

活性污泥体系中C/N/S对硝酸盐还原过程的影响

采用序批式活性污泥反应器(ASBR),通过调整进水C/N和S/N,在活性污泥体系中探究电子受体有限的条件下,不同电子供体(有机物或者S2-)对反硝化和硝酸盐氮异化还原成铵(DNRA)过程的影响.结果 表明:较高的C/N进水条件,有利于反硝化过程的进行;而较高的S/N进水条件,更有利于DNRA过程的发生;DNRA过程的特...     

菌株Desulfovibrio sp. CMX的DNRA性能和影响因素

微生物的硝酸盐异化还原为铵(DNRA)过程对自然界中铵根离子的存在和转化具有重要影响,然而关于SRB菌株DNRA过程影响和机制尚未探明.本文考察了实验室筛选的SRB菌株Desulfovibrio sp.CMX的DNRA能力、影响因素及其影响机制.结果表明,无外加氮源的情况下,分别以10 mmol·L-1NO_3~-和NO_2~-作为唯一电子受体,菌株Desulfovibrio sp.CMX最终NH_4~+生成率分别达到85.8%和97.3%,且无N2和N2O等副产物产生.实验探究了不同外加氮源、不同初始浓度的SO_4~(2-)、S~(2-)对菌株DNRA过程的影响.酵母浸粉作为外加氮源可促进菌株的生长和代谢从而促进菌株DNRA过程;SO_4~(2-)对于NO_3~-还原为NO_2~-阶段起促进作用,而对NO_2~-还原为NH_4~+阶段起抑制作用,综合两方面影响,最终表现出对菌株DNRA过程的抑制作用;S~(2-)对菌株生长及DNRA过程都表现出抑制作用,且S~(2-)浓度越高抑制作用越强,当S~(2-)浓度达到6 mmol·L-1后,S~(2-)对于NO_3~-还原为NO_2~-阶段的抑制作用强于NO_2~-还原为NH_4~+阶段的抑制作用,NO_3~-还原为NO_2~-速率低于NO_2~-还原为NH_4~+速率,此时体系中不再有NO_2~-的积累.     

Effects of cathode potentials and nitrate concentrations on dissimilatory nitrate reductions by Pseudomonas alcaliphila in bioelectrochemical systems

The effects of cathode potentials and initial nitrate concentrations on nitrate reduction in bio- electrochemical systems （BESs） were reported. These factors could partition nitrate reduction between denitrification and dissimilatory nitrate reduction to ammonium （DNRA）. Pseudomonas alcaliphilastrain MBR utilized an electrode as the sole electron donor and nitrate as the sole electron acceptor. When the cathode potential was set from -0.3 to -I.1 V （vs. Ag/AgC1） at an initial nitrate concentration of 100 mg NO~-N/L, the DNRA electron recovery increased from （10.76 ± 1.6）% to （35.06 ± 0.99）%; the denitrification electron recovery decreased from （63.42 ± 1,32）% to （44.33 ± 1.92）%. When the initial nitrate concentration increased from （29.09 ± 0.24） to （490.97 ± 3.49） mg NO3-N/L at the same potential （-0.9 V）, denitrification electron recovery increased from （5.88 ± 1.08）% to （50.19 ±2.59）%; the DNRA electron recovery declined from （48.79 ±1.32）% to （16.02 ± 1.41）%. The prevalence of DNRA occurred at high ratios of electron donors to acceptors in the BESs and denitrification prevailed against DNRA under a lower ratio of electron donors to acceptors. These results had a potential application value of regulating the transformation of nitrate to N2 or ammonium in BESs for nitrate removal.     

外源稀土在根际与非根际土壤中的存在形态

采用根际袋法研究了稀土在春小麦根际土壤与非根际土壤中存在形态的差别.结果表明,外源稀土进入土壤后,在根际土壤与非根际土壤中主要以残渣态形式存在,各形态含量的大小顺序为:残渣态>碳酸盐结合态>可交换态>铁锰氧化物结合态>有机质结合态.小麦根系活动明显影响根际土壤中的稀土存在形态,根际土壤中的可交换态和铁锰氧化物结合态含量明显大于非根际土壤中的含量,而碳酸盐结合态有所下降,有机质结合态无明显变化.