Microbial diversity accumulates in a downstream direction in the Three Gorges Reservoir

Organic and inorganic materials migrate downstream and have important roles in regulating environmental health in the river networks. However, it remains unclear whether and how a mixture of materials (i.e., microbial species) from various upstream habitats contribute to microbial community coalescence upstream of a dam. Here we track the spatial variation in microbial abundance and diversity in the Three Gorges Reservoir based on quantitative PCR and 16S rRNA gene high-throughput sequencing data. We further quantitatively assess the relative contributions of microbial species from mainstem, its tributaries, and the surrounding riverbank soils to the area immediately upstream of the Three Gorges Dam (TGD). We found an increase of microbial diversity and the convergent microbial distribution pattern in areas immediately upstream of TGD, suggesting this area become a new confluence for microbial diversity immigrating from upstream. Indeed, the number of shared species increased from upstream to TGD but unique species decreased, indicating immigration of various sources of microbial species overwhelms local environmental conditions in structuring microbial community close to TGD. By quantifying the sources of microbial species close to TGD, we found little contribution from soils as compared to tributaries, especially for sites closer to TGD, suggesting tributary microbes have greater influence on microbial diversity and environmental health in the Three Gorges Reservoir. Collectively, our results suggest that tracking microbial geographic origin and evaluating accumulating effects of microbial diversity shed light on the ecological processes in microbial communities and provide information for regulating aquatic ecological health.     

Microbial flocculant and its application in environmental protection

１ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＡｌｏｔｏｆｖａｒｉｅｄｆｌｏｃｃｕｌａｎｔｓｈａｖｅｂｅｅｎｕｓｅｄｉｎｗａｓｔｅｗａｔｅｒｔｒｅａｔｍｅｎｔ，ｄｒｅｄｇｉｎｇｄｏｗｎｓｔｒｅａｍｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇａｎｄｓｏｍｅｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｆｉｅｌｄｉｎｃｌ...     

两相一体式污泥浓缩消化(TISTD)反应器微生物多样性研究

针对课题组开发的两相一体式污泥浓缩消化反应器(TISTD),采用16S rDNA、PCR-TGGE等分子生物学技术,对反应器在不同阶段稳态下的内、外反应室中微生物的多样性和种群结构进行了研究.结果表明:TISTD反应器内外反应室中微生物群落均呈现高度的多样性分布,优势菌群明显,群落结构差异性很大,且外反应室较内反应室具有更多的微生物种群数量,外室是水解酸化的场所,污泥在外室经过微生物的水解酸化后进入内室,内室是严格厌氧的产甲烷场所;从反应器运行的不同时期来看,反应器中微生物优势种群呈现一定的差异,随着反应器负荷的改变,微生物的群落结构和种群数量也呈现出明显的演替过程,优势种群的功能地位处在动态变化中.微生物种群之间通过协同和竞争作用,形成了特定生态位的群落结构.研究结果解释了TISTD反应器同时浓缩和消化的工作机理,并为其推广、应用及优化调控提供了理论基础.     

北京城市发展对土壤微生物群落功能多样性的影响

为研究城市发展对土壤微生物功能多样性的影响,以北京市建成区为例,采用Biolog-ECO微平板技术分析不同环路内3种类型绿地(居民区内绿地、街道边绿地、公园内绿地)土壤微生物群落功能多样性的变化.结果表明:二环内各绿地类型土壤微生物群落的AWCD(average well color development,平均颜色变化率)相对较高,分别为1.107、1.192、1.007,表明其土壤微生物群落代谢活性较高,利用碳源能力较强,其他环路土壤微生物群落利用碳源能力相对较弱;其中,各绿地类型土壤微生物群落对羧酸类碳源的利用能力最弱.城市环路梯度下居民区对土壤微生物群落多样性的影响相对较大;街道对土壤微生物群落功能多样性无显著影响(或者城市环路梯度下街道边绿地土壤微生物群落功能多样性趋同);四环～五环公园内绿地土壤微生物群落功能多样性与其他环路之间存在显著差异.对土壤微生物群落碳源利用能力进行主成分分析的结果显示,居民区内绿地、街道边绿地、公园内绿地提取的与土壤微生物碳源利用相关的主成分累积贡献率分别为86.79%、87.09%、84.92%,对主成分分离起主要作用的碳源主要是氨基酸类、糖类、多聚物类和羧酸类物质.冗余分析(RDA)表明,pH、土壤含水量是影响土壤微生物群落代谢能力和功能多样性的主要因素.城市绿地类型和环路因子对土壤微生物利用碳源分异存在一定影响,但对碳源代谢能力变异的解释量(5.91%)低于土壤理化因子的解释量(16.26%).研究显示,城市环路对土壤微生物功能多样性产生一定影响,但各环路街道边绿地土壤微生物功能多样性无显著差异,并且二环内、二环～三环、三环～四环各绿地类型土壤微生物多样性也无显著差异,说明城市发展可能使土壤微生物群落功能多样性趋于同质化.      

土壤微生物对环境胁迫的响应机制

微生物在生态系统物质循环和能量流动过程中起重要作用.研究土壤微生物对各种环境胁迫的响应有助于认识微生物对环境变化的适应与演变机理,维持土壤生态系统功能的稳定.土壤微生物群落多样性是衡量土壤生态系统稳定性的一个重要指标.多数研究表明,土壤微生物群落多样性越高,土壤生态系统越稳定.本文在总结土壤微生物群落多样性及其与环境胁迫响应关系的基础上,进一步讨论了土壤微生物对环境胁迫响应的生态学机制,包括:①抗性微生物的出现及抗性基因的水平转移.该过程导致了土壤微生物群落结构和多样性的改变,产生了更多抵抗能力较强的微生物类群,从而达到对外源干扰的适应,使土壤微生物群落对环境胁迫的抵抗力和恢复力随之提高.②土壤微生物群落功能的冗余.这些冗余程度越高,冗余组分缓冲维持生态系统正常功能的能力越强,从而提高微生物群落对环境胁迫的抵抗力和恢复力.研究土壤生态系统的稳定性与微生物多样性之间的关系,不仅有助于揭示土壤生态系统稳定性的内在机制,为合理调控提供科学依据,也可以为土壤环境质量管理提供参考.     

毒死蜱和咪草烟对土壤微生物呼吸的影响

土壤微生物是土壤生态系统中重要的组成部分,也是土壤肥力的一个重要指标。不同品种除草剂对不同土壤微生物的影响是不同的,有些除草剂在田间常用量的条件下,对土壤微生物会产生明显的影响,而选择性除草剂在常规用量下一般不会引起土壤微生物区系的改变,且有的微生物以除草剂作碳源,施用后使微生物增殖。本文采用密闭静置培养测CO2法,测定了毒死蜱和咪草烟对土壤中微生物呼吸的影响。结果表明：两种农药对土壤中微生物的影响不大,属于低毒与无实际危害级农药。     

13C-PLFA分析方法及其在土壤微生物研究中的应用

磷脂脂肪酸（PLFA）是重要的生物标志物之一,能够提供有关微生物群落结构的信息。将PLFA分析与稳定性同位素¹³C示踪技术结合（¹³C-PLFA）,可以指示微生物群落对于环境变化的响应及微生物群落间的相互作用。该技术在土壤生态系统的研究中已得到广泛应用。本文主要基于¹³C-PLFA技术的研究现状,介绍了该技术的原理和分析方法,举例阐述了¹³C-PLFA技术在土壤微生物生态学中的应用,包括植物-土壤系统中碳的微生物利用、外源碳的微生物利用、污染物的微生物降解以及在甲烷氧化菌等特定微生物群体的应用。同时分析了¹³C-PLFA技术在应用中的优缺点,并展望了其未来应用。     

土壤生态系统微生物多样性技术研究进展

土壤微生物多样性主要研究土壤环境中微生物种群的类别、丰度、分布、结构变化及微生物群落功能的多样性,是土壤生物多样性研究的主体部分。19世纪末,传统的微生物分离培养方法应用于土壤微生物多样性解析。至20世纪70年代,建立了以磷脂脂肪酸图谱分析法(PLFA)和BIOLOG微量分析法为代表的对土壤微生物群落多样性评价的生物化学方法。20世纪90年代后期,随着分子生物学技术的快速发展,建立了变性梯度凝胶电泳(DGGE)、末端限制性片段长度多样性(TRFLP)、克隆文库和高通量测序等土壤微生物多样性研究方法。本文综述了土壤微生物多样性研究技术的原理、进展,并对不同技术的优缺点及应用进行探讨,并对相关领域研究提出思考。     

土壤多功能性对微生物多样性降低的响应

土壤微生物群落在驱动多种生态系统功能和生态过程中发挥着重要作用,是维持生物地球化学循环的主要驱动力.鉴于全球背景下观察到土壤微生物多样性随着土地利用集约化、气候变化而降低的现象,对土壤微生物多样性的减少是否会对土壤多功能性产生影响进行调查显得尤为重要.利用稀释灭绝法构建土壤微生物多样性梯度,结合高通量测序等技术手段,探究细菌、真菌和原生生物多样性降低对土壤多功能性的影响.结果表明,与未灭菌土壤相比,稀释处理土壤微生物α多样性（丰富度指数和香农指数）显著降低.主坐标分析（PCoA）表明,未灭菌土壤微生物群落结构与稀释处理土壤存在显著分异,而且细菌和真菌群落对稀释处理的响应高于原生生物.回归模型显示,土壤多功能性与微生物多样性指标呈显著的负线性关系,表明土壤微生物群落变化是调节土壤多功能性的关键因素.其次,通过集成推进树（ABT）和回归模型预测分析发现,一些特定的微生物类群如真菌短柄菌属（Solicoccozyma）、瓦湖胶珊瑚菌（Holtermanniella）和细菌属Rudaea相对丰度与土壤多功能性显著负相关,说明关键微生物类群在生物过程中发挥了指示性作用.进一步通过结构方程模型揭示,细菌、真菌和原生生物多样性都对土壤多功能性存在直接或间接影响,其中细菌是驱动土壤多功能性变化的关键生物因子.研究为土壤微生物多样性对土壤多功能性的影响提供了试验证据,并认为在单一农业生态系统中维持一定的土壤微生物群落多样性,特别是关键微生物类群的多样性对未来生态系统功能的可持续发展具有重要意义.     

常温厌氧MBR中微生物群落结构与膜污染研究

为考察微生物群落结构与膜污染的关系,在常温下运行厌氧膜生物反应器,并应用末端限制性片段长度多态性分析(T-RFLP)技术,对膜丝表面微生物群落结构变化进行了研究,同时考察了微生物群落结构变化与反应器中溶解性微生物产物(SMP)、胞外聚合物(EPS)的关系.结果表明:在常温状态下膜污染周期约为18d,CODCr的去除率约为93%,运行效果稳定;微生物代谢产物的浓度随着微生物种群的演替呈逐渐升高的趋势,加速了膜污染进程;膜压(pTM)处于缓慢上升期时,膜丝表面微生物优势菌群为Raoultella、Owenweeksia hongkongensis,膜压(pTM)处于稳定上升期时,膜丝表面的优势菌群演替为 Delftia acidovorans、Halothiobacillus neapolitanus,最后当膜压(pTM)处于快速上升期时,bp78的微生物成为了膜丝表面的顶级群落.膜压(pTM)处于缓慢上升期和稳定上升期时,膜压(pTM)与微生物群落结构的多样性呈显著正相关;膜污染进入快速上升期时,膜丝表面出现了顶级群落,此时微生物群落多样性明显降低且与膜压升高呈弱相关;膜丝表面微生物群落均匀度随着膜压(pTM)的升高呈现出先增高后降低的趋势,膜丝表面微生物群落经历了不断附着,相互竞争至顶级群落出现的演替过程.     

微生物对放射性核素吸附行为的研究进展

利用微生物处理放射性废物和废水的研究以及应用已成为目前国内外十分关注的一个研究领域,相比于现在的固化处理方法更效率,更环保。通过研究微生物对放射性核素的吸附行为,可实现微生物处理放射性废物和废水的工艺化目标。综述了微生物吸附放射性核素机理,影响吸附行为的因素以及预处理后的微生物细胞对核素的吸附行为等方面的国内外研究进展,讨论了目前微生物吸附放射性核素的应用情况。     

微生物胞外电子传递过程强化机制及污染物高效转化

微生物水处理技术因运行成本低、处理量大、环境影响小等优点,被广泛的用于市政污水和工业废水的处理.微生物水处理的本质过程是生物催化氧化,涉及不同微生物种群间物质、能量和电子传输过程,而微生物胞外电子传递过程是影响其处理效率的关键因素之一.本研究立足于微生物氧化的原理,从介体材料强化、光电磁强化及微生物电化学强化等角度,系统论述了铁基材料、碳基材料、光、电、磁等对微生物电子传递过程的影响与机制.在此基础上,本论文总结了微生物电化学系统原理,分析了该系统中各类强化材料、强化技术对微生物胞外电子传递的影响,揭示了强化条件下污染物高效转化的作用机制,介绍了基于各种强化原理的系统构建因素及应用现状,并展望了该技术的发展趋势及存在的挑战.     

沸石一蛭石曝气生物滤池低温低浓度条件下生物膜特性研究

研究了低温（4～8℃）沸石一蛭石曝气生物滤池处理污水厂尾水稳态运行时生物膜形态、生物量和微生物活性变化特征,分析了反应器内生物量和微生物活性的空间变化规律。结果表明,曝气生物滤池的生物膜形态、生物量及微生物活性有沿水流方向渐变的特点,生物量及微生物活性沿水流方向呈现递减的趋势．且生物量、微生物活性呈正相关。     

茂兰保护区小生境土壤微生物活性研究

以茂兰国家级自然保护区内三种植被（原生林、次生林、灌木林）下的土壤为研究对象,探讨了小生境土壤微生物数量、微生物量碳（BC）、微生物量氮（BN）、微生物熵（qSMBC）、基础呼吸及代谢熵（qCO2）的变化特征。结果表明：微生物数量、BC、BN、基础呼吸、qSMBC基本呈现石沟〉土面的趋势,qCO2则表现为土面〉石沟,即...     

污水处理系统微生物群落时空分布和构建机制研究进展

探索微生物群落时空分布和构建机制一直是环境微生物生态学研究的目标和挑战。近年来,微生物生态学规律和理论逐渐在工程系统中得到应用,分类群-面积关系、分类群-时间关系和距离-衰减效应等规律已在污水处理系统的微生物群落分布中得到验证。随着研究的发展,微生物时空分布研究已从群落分布规律的发现和描述,拓展到驱动群落分布的因素,即群落构建机制的探索。介绍了污水处理系统微生物群落时空分布规律和构建机制的研究进展,并对未来的方向进行了展望,强调了将生态理论和工程实践相结合的重要性。未来应在污水处理系统核心微生物研究、微生物群落的生物多样性、构建机制与污水处理性能的关联、多组学技术在微生物时空分布和构建机制研究中的应用等方面有所突破。     

水质净化生物滤池工艺的微生物群落特征及运行效果研究

为探讨水质净化生物滤池(生物强化滤池和生物活性炭滤池)工艺的微生物群落特征和运行效果,采用Biolog和PCR-SSCP (单链构象多态性)技术分析生物滤池中的微生物群落代谢功能与结构,测定生物滤池进出水NH⁺₄-N、NO^-₂-N、高锰酸盐指数、UV₂₅₄和BDOC等指标,考察其净水效果. 结果表明,原水经过生物滤池后,出水微生物群落代谢活性显著降低,说明生物滤池截留了原水中的活性微生物. 工艺运行6个月后,2个生物强化滤池中微生物群落代谢特征相似,其碳源利用率分别为73.4%和75.5%. 2个生物活性炭滤池中微生物群落代谢特征存在明显差异,颗粒活性炭生物滤池微生物群落碳源利用率79.6%高于柱状活性炭生物滤池的53.8%(p>＜0.01). PCR-SSCP分析表明各生物滤池微生物群落呈多样性,优势菌群基本一致. 研究还发现,生物强化滤池中的填料对微生物群落结构和代谢功能的影响较小,2种生物强化滤池净水能力无统计学差异(p>＞0.05);而生物活性炭滤池的颗粒活性炭填料有利于微生物群落生长繁殖,微生物群落有较强的代谢活性,其滤池对NH⁺₄-N、高锰酸盐指数、BDOC的去除效果优于柱状活性炭生物滤池(p>＜0.05);这也提示生物滤池运行效果与滤池中微生物群落代谢能力有关.     

石油污染土壤生物修复中试系统对微生物特性的影响

微生物作为土壤石油烃生物降解的主体,其活性是提高石油降解效率的关键要素.在石油污染土壤生物修复过程中,环境条件的改变造成微生物特性及其降解活性的相应变化.与现场调研的土壤相比,生物修复中试系统中微生物密度提高了1个数量级,FDA活性提高了1.5倍.由于环境胁迫产生的诱导作用,除油微生物优势明显.中试系统运行稳定后,除油微生物密度比微生物总密度低1个数量级,污染土壤中微生物的活性与除油微生物的密度变化更趋于一致.扫描电镜和显微镜观察结果表明,生物修复系统微生物以杆菌、球菌为主,革兰氏染色呈阳性.生物修复不同时期土壤与现场土样相比,其种群构成呈现各自的特点.在生物修复后期,微生物种群多样性有所降低,在强化生物修复中试系统中更为明显.这主要是因为随着反应的进行,环境胁迫对微生物的种群多样性及其相对丰度都产生了诱导.      

砷污染湖滨湿地底泥微生物群落结构及多样性

为研究高原砷污染湖滨湿地底泥微生物群落结构及多样性特征,探寻底泥砷含量及砷形态与微生物之间的联系,采集云南省阳宗海东、西、南、北岸湖滨湿地底泥样品,利用16S rRNA高通量测序技术,研究了砷污染湖滨湿地底泥微生物丰富度特征,探讨了不同砷形态差异对微生物群落的影响.结果显示,底泥砷含量对微生物丰富度影响显著,砷含量高的南岸区域微生物的丰富度较高,OTU为1286~1473.而砷含量较低的西岸区域微生物丰富度也随之较低,OTU为693~1339.阳宗海湖滨湿地底泥微生物群落结构稳定,主要优势类群为Proteobacteria（变形菌门,15.6%~59.6%）、Chloroflexi（绿弯菌门,10.1%~44.9%）及少量的Actinobacteria（放线菌门）和Acidobacteria（酸杆菌门）.底泥中砷形态主要以残渣态砷（F5）和无定型氧化物结合态砷（F3）为主,无定型氧化物结合态砷（F3）对底泥微生物类群影响最为显著.同时,底泥中生物有效态砷（非专性吸附态砷+专性吸附态砷+无定型氧化物结合态砷）占到19.3%~58.6%,存在环境释放风险.研究结果加深了对砷污染高原湖泊底泥中微生物群落的认识,为湖泊砷污染防治提供微生物治理的理论基础和科学依据.     

曝气生物滤池生物量和生物活性的试验研究

采用上流式曝气生物滤池(BAF)处理城市纳污河水,应用脂磷法和TTC-脱氢酶活性法测定填料表面的生物量和生物活性,并得出其随填科高度的变化规律.同时研究了填料高度对溶解性有机物(SCOD)和氨氮去除率的影响.结果表明,曝气生物滤池生物量和生物活性的沿程分布不均匀,沿水流方向生物量和生物活性逐渐减小,进水端约40cm厚的填料集中了生物总量的60%以上,生物总活性的65%以上.有机物浓度对于生物量和生物活性的大小有很大影响,有机物浓度较低时会成为微生物生长的限制因子,导致生物量和生物活性都比较低.生物量和生物活性的大小对污染物的沿程去除率影响较大,74.6%的有机物在进水端40cm厚的填料层内得到降解,而氨氮(NH4 -N)的硝化集中在上层填料层内.     

不同相伴阴离子对镉污染红壤微生物区系及群落功能多样性的影响

通过外加醋酸镉和氯化镉的室内培养试验研究了不同相伴阴离子对镉污染红壤中微生物区系及群落功能多样性的影响 .结果表明 :在相同镉浓度下相伴OAc-对镉污染红壤的细菌、放线菌和真菌数量及微生物群落功能多样性的抑制作用大于相伴Cl-.统计分析显示 ,在供试红壤中OAc-与Cl-对其微生物区系及微生物群落代谢剖面 (AWCD值 )、Shannon指数的影响均达到显著差异 (P <0 0 5 ) ,且在红砂土上表现更为明显 .外加醋酸钾和氯化钾的培养试验结果表明 ,阳离子为钾时 ,相伴OAc-与Cl-对红壤微生物区系结构及群落功能多样性没有产生明显抑制作用 ,相伴OAc-甚至存在一定的刺激作用 .可见 ,相伴OAc-对镉污染红壤微生物的毒害作用大于相伴Cl-,其原因并非是阴离子本身的毒性效应 ,而镉的生物有效性变化可能是不同相伴阴离子镉盐导致毒性差异的原因之一 .