大气O3浓度升高对2种基因型矮菜豆丛枝菌根(AM)结构及球囊霉素蛋白产生的影响

以臭氧敏感性不同的2种基因型(O3敏感型:S156;O3耐受型:R123)矮菜豆(Phaseolus vulgaris L.)为宿主植物,在模拟的大气臭氧浓度升高环境中研究臭氧胁迫对2种基因型植物的AM结构和球囊霉素蛋白产生的影响,旨在了解大气臭氧浓度升高对AM真菌生长和AM结构形成的影响.结果表明,与自然大气臭氧水平(20 nL.L-1)相比,臭氧浓度升高(70nL.L-1)显著降低了S156和R123植物的菌根侵染率,特别是S156植物,下降了43.6%.臭氧浓度升高明显影响了2种基因型植物的AM结构组成,表现在根室和菌丝室外生菌丝量、单位根长丛枝数的大幅下降,以及根室和菌丝室孢子数的显著增加,特别是S156植物变化更为明显;但2种基因型植物的单位根长泡囊数随臭氧浓度变化不显著.臭氧浓度升高对2种基因型植物的菌根际和菌丝际总球囊霉素蛋白量影响不显著,但导致菌根际和菌丝际的易提取球囊霉素蛋白量大幅增加;不过2种基因型植物间差异不显著.本研究表明,大气臭氧浓度升高显著影响植物菌根侵染率、AM结构形成和易提取球囊霉素蛋白的产生,特别是对臭氧敏感型植物影响更大.     

不同湿地植物脱氮效果与根际土壤微生物群落功能多样性特征分析

为研究水平潜流型人工湿地中不同植物脱氮效果及对土壤微生物的影响,采集水样测定脱氮效率,采集芦苇根际土壤、香蒲根际土壤和对照土壤（不种植物）,利用Biolog技术研究不同处理土壤微生物群落代谢功能多样性特征.结果表明:①与对照相比,种植芦苇和香蒲可提高水平潜流型人工湿地7%~33%的NH₃-N去除率.②芦苇和香蒲根际土壤的碳源利用率增加,并显著高于对照土壤;香蒲根际土壤的碳源利用率高于芦苇根际土壤.芦苇和香蒲根际土壤微生物均对碳水化合物的相对利用率较高（> 48.0%）,对照土壤微生物对碳水化合物和聚合物的相对利用率均较高,分别为34.4%和32.7%.③芦苇和香蒲根际土壤微生物的丰富度指数、Shannon-Wiener多样性指数和Shannon-Wiener均匀度指数均显著高于对照土壤.④主成分分析（principal component analysis,PCA）结果表明,芦苇和香蒲根际土壤微生物与对照土壤微生物对碳源的利用特征均存在显著差异,而不同植物对土壤微生物碳源利用多样性的影响较小.研究显示,种植植物可改善水平潜流型人工湿地的脱氮效率,增加根际土壤微生物群落功能多样性,而不同植物（芦苇和香蒲）对脱氮效率和根际土壤微生物群落组成的影响无显著差异,因此在种植植物时可根据当地条件进行选择.      

增施CO2对C3和C4植物根际氯氰菊酯残留浓度的影响

CO2减排和土壤污染修复是我国实现经济和环境可持续发展必须解决的两大难题.基于生物固碳对根际微环境的影响,本研究提出通过增施CO2强化土壤有机污染的植物修复过程,为同时解决CO2减排和土壤污染植物修复面临的困境提供新思路.在模拟的CO2增施环境中,以C3植物菜豆和C4植物玉米为供试植物,以氯氰菊酯为目标污染物,研究增施CO2对C3和C4植物根际氯氰菊酯残留浓度的影响.结果表明,增施CO2可显著增加C3植物菜豆的地上和地下干重,在氯氰菊酯添加浓度为0、20、40 mg.kg-1时地下干重分别比自然CO2水平时增加了54.3%、31.9%和30.0%.增施CO2提高了未添加氯氰菊酯土壤的菜豆根际微生物数量,但降低了添加氯氰菊酯土壤的菜豆根际微生物数量.增施CO2对未添加氯氰菊酯土壤的菜豆根际氯氰菊酯残留浓度没有显著影响,但降低了菜豆根际氯氰菊酯的残留浓度,分别比自然CO2水平时下降24.0%（20mg.kg-1）和16.9%（40 mg.kg-1）.然而,对C4植物玉米而言,增施CO2对植物生物量、根际微生物、根际氯氰菊酯残留浓度下降没有明显促进作用,甚至有抑制作用.本实验表明,增施CO2降低了C3植物根际氯氰菊酯残留浓度,可以考虑将增施CO2作为C3植物修复土壤污染的强化措施,但对C4植物的影响还有待进一步研究.     

臭氧浓度升高与土壤湿度对农田土壤微生物呼吸温度敏感性的影响

为研究臭氧浓度升高条件下土壤湿度对农田土壤微生物呼吸温度敏感性的影响,采集经过3个生长季臭氧(100 nL.L-1)熏蒸及对照(CK)处理的农田土壤,在不同土壤湿度下研究土壤微生物呼吸对温度升高的响应规律.结果表明,在土壤湿度适宜的情况下,无论臭氧浓度升高处理还是对照处理中的土壤微生物呼吸均与土壤温度呈现出极显著的指数回归关系.就整个培养试验阶段的平均值而言,CK和100 nL.L-1臭氧处理下的平均土壤呼吸速率分别为0.48和0.33μmol.(m2.s)-1,前者比后者高约45%.臭氧浓度升高显著抑制了土壤微生物呼吸速率,并且显著降低了土壤微生物呼吸的温度敏感性.进一步的结果表明,正常土壤中土壤微生物呼吸的Q10随土壤湿度增加(20%～35%)而下降,而臭氧浓度升高改变了土壤中两者间的这种规律.综合本研究中的结果与以往关于土壤呼吸温度敏感性的研究结果,将Q10与土壤湿度(体积含水量)进行回归分析,可见两者间呈现极显著的二次函数关系,由此可推断其最大Q10值对应的土壤含水量在20%～25%范围内.     

冬季湿地植物根际微生物群落结构多样性分析

文章研究了冬季北运河(通州段)沿岸人工湿地植物的根际土壤微生物群落结构。选择千屈菜、香蒲、鸢尾、芦苇等4种植物作为研究对象,采用磷脂脂肪酸生物标记法对其根际土壤微生物群落结构进行剖析。结果发现,4种湿地植物根际微生物PLFAs总量存在明显的差异,千屈菜的PLFAs总量最低,且多样性最小;相较于香蒲和鸢尾,芦苇根际土壤微生物的均匀度与多样性都较小。对根际土壤各类群微生物比例进行分析发现,不同植物根际土壤各类群微生物的含量呈现出显著性的差异,其中鸢尾根际土壤厌氧微生物比例最高,不利于冬季有机污染物的好氧分解。综合考虑各种因素,相较于千屈菜、鸢尾和芦苇而言,种植香蒲更有利于寒冷地区人工湿地的实际运行。主成分分析的结果表明,千屈菜和香蒲对根际土壤微生物群落结构的影响区分很明显,鸢尾和芦苇差异变化相近,差异不明显。文章从冬季不同湿地植物根际土壤微生物群落结构多样性角度对寒冷地区人工湿地中植物的选择提供了一定的依据。     

铜胁迫对小麦根系微域微生物群落的影响

小麦是我国主要的粮食作物,土壤重金属污染会严重威胁作物生长和粮食安全.大量研究表明根际微生物在调控作物发育和抗逆性方面具有非常重要的作用.因此,本研究通过高通量测序技术研究铜胁迫条件下小麦根际微生物群落的变化,从微生物学角度揭示铜污染胁迫对小麦根际的影响作用.采用盆栽培养试验对铜污染处理中小麦非根际、根际以及根内微生物进行测序后,分别比较小麦不同根系分区环境中的微生物群落结构和多样性.结果发现,所有处理中小麦的根内微生物多样性均显著（P<0.001）低于根际和非根际微生物多样性,表明根表作为微生物进入根内环境的门户,对根内微生物的定殖起着过滤和筛选的作用.铜污染胁迫降低了根际土环境中的微生物多样性,且差异显著（P<0.05）;而在非根际和根内环境中,尽管铜污染胁迫降低了对应根系分区中的微生物多样性,但差异不显著（P>0.05）.变形菌门（Proteobacteria）和放线菌门（Actinobacteria）是小麦根际和非根际环境中的共有优势菌群,通过比较发现铜污染胁迫对这两种优势菌门的影响作用较小.另外,芽孢杆菌属（Bacillus）、假黄色单胞菌属（Pseudoxanthomonas）和鞘氨醇单胞菌属（Sphingomonas）等菌属具有较强的抗逆性,能够在铜污染胁迫下存活且能够为植物提供营养物质.     

冬季野鸭湖湿地植物根际微生物群落结构分析

文章应用磷脂脂肪酸(PLFA)技术研究野鸭湖湿地扁秆藨草、芦苇和茭白根际土壤微生物的群落结构,同时分析了根际微生物与微生物量磷的相关关系。结果表明,扁秆藨草根际微生物量最高,达60 nmol/g,其次为茭白和芦苇。3种植物根际土壤中的优势菌是以16∶0、18∶0、i16∶0为代表的好氧菌;根际土壤中也出现以18∶2ω6,9、18∶1ω9c为代表的真菌。影响冬季扁秆藨草、茭白根际微生物量及群落结构的主要因素分别是枯落物和气温,而芦苇的特殊根系使其在冬季有较好的适应性。植物根际微生物含量与土壤微生物量磷相关性较好,其中细菌含量与微生物量磷呈显著正相关关系。因此,根际微生物受植物种类影响较大,建议寒冷地区人工湿地根据扁秆藨草、芦苇、茭白的不同特点交错种植,且植物进入衰亡期进行收割有利于污染物去除。     

5种矿区土著植物对铅污染土壤的修复潜力研究

为评估我国西北某矿区茵陈蒿、蒲公英、苜蓿、大叶苦菜和车前草5种土著作物对含铅（Pb）土壤的修复潜力,采用盆栽实验,设置4种不同Pb含量水平（0、2‰、3‰和5‰,质量分数）,测定作物不同组织器官中和种植前后土壤中Pb含量,以及根际与非根际土壤微生物生物量碳含量、过氧化氢酶活性等指标。结果表明:茵陈蒿和车前草适合种植于铅含量为2‰、3‰、5‰的土壤中,可去除12%~32%的土壤Pb,车前草根系和茵陈蒿茎叶对Pb的累积量最高分别达到3617,720 mg/kg,显著高于其他植物,作为土壤铅污染修复植物的潜力较大。根际土壤微生物生物量碳含量比非根际土壤微生物生物量碳含量高2.37%~13.89%。土壤Pb抑制了根际与非根际土壤过氧化氢酶活性,使其活性低于对照组0.44%~22.3%,根际土壤过氧化氢酶活性比非根际过氧化氢酶活性高0.89%~8.09%。研究结果可为Pb污染矿区废弃地植物修复和土壤环境质量评价提供理论依据。     

13CO2示踪臭氧胁迫对水稻土壤微生物的影响

本研究采用具有日变化的熏蒸方式,利用13C同位素示踪方法,结合PLFA技术,模拟分析了臭氧浓度升高对水稻土壤微生物结构的影响.实验设置2个臭氧浓度处理,即空气对照(CF,臭氧浓度约4~10 nL·L-1),臭氧浓度升高处理(O3,8 h平均浓度为110 nL·L-1).分别在水稻熏气1个月和2个月时进行13C同位素标记实验.结果发现,臭氧熏蒸一个月的时候对土壤微生物生物量碳没有影响,但此时输入到土壤微生物的即时光合产物13C已经显著低于对照;随臭氧熏蒸时间的延长,无论是总的土壤微生物量碳还是即时光合产物13C对土壤微生物的输入都显著低于对照处理.PLFA主成分分析结果表明,熏蒸一个月时臭氧对13C-PLFA的结构组成并没有显著影响,但熏蒸两个月后则臭氧明显改变了13C-PLFA的组成,但两次标记后PLFA单体的Δδ13C‰值已受到臭氧的影响.臭氧胁迫前期,只有细菌脂肪酸的13C分配(13C%)受到臭氧的明显影响,而胁迫后期则臭氧主要影响的是分配给放线菌和真菌的13C.     

根际微生物在污染水体植物修复中的作用

综述了近年来国内外有关水生植物根际微生物在污染水体和湿地修复中的作用研究成果,深入探讨了植物修复的机理。指出水生植物对污染环境的修复主要依赖环境、水生植物和微生物以及三者之间的联合作用,植物和微生物的耦合作用是水生植物应用于水体修复的重要机制。人工湿地对氮的去除主要通过微生物的硝化-反硝化作用途径;根际微生物和植物的联合作用可以改变磷的存在形态,从而加速磷的去除;在有机物和重金属污染环境中,根际微生物通过增强植物对环境的适应性促进污染物的去除。     

Structure and function of rhizosphere and non-rhizosphere soil microbial community respond differently to elevated ozone in field-planted wheat

To assess the responses of the soil microbial community to chronic ozone(O_3), wheat seedlings(Triticum aestivum Linn.) were planted in the field and exposed to elevated O_3(e O_3)concentration. Three treatments were employed:(1) Control treatment(CK), AOT40 = 0;(2) O_3-1, AOT40 = 1.59 ppm·h;(3) O_3-2, AOT40 = 9.17 ppm·h. Soil samples were collected for the assessment of microbial biomass C, community-level physiological profiles(CLPPs), and phospholipid fatty acids(PLFAs). EO_3 concentration significantly reduced soil microbial carbon and changed microbial CLPPs in rhizosphere soil, but not in non-rhizosphere soil.The results of the PLFAs showed that e O_3 concentrations had significant effects on soil community structure in both rhizosphere and non-rhizosphere soils. The relative abundances of fungal and actinomycetous indicator PLFAs decreased in both rhizosphere and non-rhizosphere soils, while those of bacterial PLFAs increased. Thus the results proved that e O_3 concentration significantly changed the soil microbial community function and composition, which would influence the soil nutrient supply and carbon dynamics under O_3 exposure.     

大气对流层臭氧浓度升高下AM真菌对小麦生长的影响

利用中国唯一的开放式空气组分增高(free-air component enrichment,FACE)稻麦轮作试验平台,研究大气对流层O3浓度升高条件下接种外源AM真菌对小麦生长及土壤微生物生物量的影响.结果发现,O3浓度升高处理小麦苗期AM真菌侵染率有升高趋势,而从孕穗期起逐渐显示出对小麦生长的不利影响,收获时植株地上部生物量、株产与千粒重均显著下降(p0.05),分别降低22%、29%和9%,土壤微生物生物量N也下降了37%,但籽粒全N含量从2.2%显著提高到2.6%(p0.05).O3浓度升高条件下接种外源AM菌剂对小麦根系AM真菌侵染具有促进作用,孕穗期AM真菌侵染率与植株地上部生物量均显著高于不接种对照(p0.05),收获时植株受灾程度降低了50%,土壤微生物生物量N也显著升高(p0.05),虽然小麦产量没有提高,但籽粒全N含量下降到与当前O3浓度处理没有显著差异的水平上.结果表明,O3胁迫下小麦通过提高苗期AM真菌侵染来增强其抗胁迫能力,接种外源AM真菌可以促进小麦营养生长,并可通过改善根系分泌物等来提高土壤微生物生物量.     

南京夏季大气臭氧光化学特征与敏感性分析

对流层臭氧（O₃）主要由氮氧化物（NO_x）和挥发性有机物（VOCs）经过一系列光化学反应生成,反应过程呈现复杂的非线性关系.为深入了解O₃的光化学特征及生成机制,利用2018年夏季大气O₃与VOCs的观测数据,结合大气零维框架模拟模型F0AM-MCM,研究O₃超标日和非O₃超标日的O₃光化学特征之间的差异性.观测结果表明,O₃超标日期间φ（O₃）和φ（TVOCs）的平均值分别为47.8×10^-9和49.0×10^-9,为非O₃超标日期间O₃（26×10^-9）和TVOCs（30×10^-9）体积分数的1.8倍和1.6倍.使用F0AM模型,借助EKMA曲线和RIR分析等识别O₃敏感性,发现南京市O₃超标日和非O₃超标日O₃的形成均主要受VOCs和NO_x的协同控制.F0AM-MCM模拟结果表明,在O₃超标日,·OH和HO₂的日平均混合比分别是非O₃超标日的1.3倍和1.8倍,表明O₃超标日期间具有更强的大气氧化能力,且·OH和HO₂的形成和损失速率也有明显的增加,表明自由基循环的增强.此外,O₃超标日的O₃生成速率明显高于非O₃超标日,从而导致了O₃超标日的O₃净生成速率明显高于非O₃超标日.以上发现提高了对南京夏季O₃超标日大气O₃光化学特征的认识.     

GAC-O3/H2O2体系去除准好氧矿化垃圾床渗滤液尾水中难降解有机物的研究

为了降低准好氧矿化垃圾床渗滤液尾水中有机物浓度和提高体系可生化性,构建了GAC(粒状活性炭)-O_3/H_2O_2体系催化降解矿化垃圾床渗滤液尾水中有机物.同时,考察了体系O_3、GAC和H_2O_2投加量、初始pH值对GAC-O_3/H_2O_2体系处理渗滤液尾水的影响,并使用分子量分布、紫外-可见光谱和三维荧光光谱解析了难降解有机物在GAC-O_3/H_2O_2体系的转化机制.结果表明:在GAC投加量为10 g·L-1,O_3投加量为32.16 mg·min-1,H_2O_2投加量为3 m L·L-1,初始pH值为5的条件下,反应20 min后,其渗滤液尾水的COD和UV245分别从700.08 mg·L~(-1)和0.488下降到393.85 mg·L~(-1)和0.244,COD和UV254的去除率分别为43.80%和50.00%.经GAC-O_3/H_2O_2体系处理后,得益于含芳香环有机物的有效降解,渗滤液尾水中大分子有机物(大于50 k Da)明显减少,分子量小于1 k Da的有机物比例增多.与此同时,紫外区类富里酸荧光区及可见光区类富里酸荧光区峰值也大幅降低,其去除率分别为70.20%和58.69%,B/C从0.04增加到0.35,这也使得废水可生化性大幅提高.     

铁碳促进O3/H2O2体系深度处理准好氧矿化垃圾床渗滤液尾水中难降解有机物

构建了铁碳-O_3/H_2O_2体系降解矿化垃圾床渗滤液尾水中有机物,并考察了体系O_3、铁碳及H_2O_2投加量、初始pH值和反应时间对铁碳-O_3/H_2O_2体系处理渗滤液尾水的影响.结果表明,在铁碳投加量为3 g·L~(-1),O_3投加量为9.798 mg·min~(-1),H_2O_2投加量为2 mL·L~(-1),初始pH值为3的条件下,反应10 min后,渗滤液尾水的COD和UV_(245)分别从711.96 mg·L~(-1)、0.19下降至295.04 mg·L~(-1)、0.10.类比实验结果表明,铁碳-O_3/H_2O_2体系对渗滤液尾水有机物具有较高的去除率,且可生化性得到提高(BOD/COD从0.04增加至0.40).紫外-可见和三维荧光光谱显示,废水中难降解有机物转化为小分子有机化合物且腐殖质的分子缩合度降低.最后,采用SEM-EDS、XRD和XPS技术对铁碳-O_3/H_2O_2体系的反应机理进行了解析,发现铁碳-O_3/H_2O_2反应的机理为铁碳微电解反应、铁氧化物-H_2O_2非均相芬顿反应、O_3/H_2O_2、铁碳-O_3非均相的高级氧化作用和铁基胶体对有机物的吸附沉淀作用.研究表明,铁碳-O_3/H_2O_2体系是一种能够有效去除矿化垃圾床渗滤液尾水中难降解有机物的方法.     

Structure and function of rhizosphere and non-rhizosphere soil microbial community respond differently to elevated ozone in field-planted wheat

To assess the responses of the soil microbial community to chronic ozone (O₃), wheat seedlings (Triticum aestivum Linn.) were planted in the field and exposed to elevated O₃ (eO₃) concentration. Three treatments were employed: (1) Control treatment (CK), AOT40 = 0; (2) O₃-1, AOT40 = 1.59 ppm•h; (3) O₃-2, AOT40 = 9.17 ppm•h. Soil samples were collected for the assessment of microbial biomass C, community-level physiological profiles (CLPPs), and phospholipid fatty acids (PLFAs). EO₃ concentration significantly reduced soil microbial carbon and changed microbial CLPPs in rhizosphere soil, but not in non-rhizosphere soil. The results of the PLFAs showed that eO₃ concentrations had significant effects on soil community structure in both rhizosphere and non-rhizosphere soils. The relative abundances of fungal and actinomycetous indicator PLFAs decreased in both rhizosphere and non-rhizosphere soils, while those of bacterial PLFAs increased. Thus the results proved that eO₃ concentration significantly changed the soil microbial community function and composition, which would influence the soil nutrient supply and carbon dynamics under O₃ exposure.     

类芬顿调理污泥用于微生物电解池产氢与磷回收的研究

为提高微生物电解池(MEC)利用剩余污泥产氢气和磷回收的效率,采用Fe~(3+)、原儿茶酸(PCA)和H_2O_2体系预调理污泥,探究中性PCA/Fe~(3+)/H_2O_2体系的试剂投加量对污泥液相总磷含量和溶解性化学需氧量(SCOD)的影响.在单因素试验的基础上,通过表面响应法(RSM)优化得到Fe~(3+)和H_2O_2投加量分别为12.96 mmol·L~(-1)和0.45 mol·L~(-1),液相总磷含量和SCOD含量实际值分别为(60.14±0.08) mg·L~(-1)和(3357.67±66.37) mg·L~(-1),模拟效果显著.与未处理的剩余污泥MEC反应器出水相比,经过调理后的剩余污泥MEC反应器出水中的总化学需氧量(TCOD)、多糖和蛋白质的去除率分别提高了30.03%、50.16%和97.31%,氢气转化率提升了1.31倍,有效提升了MEC产氢效率.通过鸟粪石结晶回收MEC污泥上清液中的磷,发现在初始pH值为10、Mg~(2+)浓度为0.056 mol·L~(-1)和NH~+_4浓度为0.08 mol·L~(-1)时效果最佳.鸟粪石晶体质量浓度最高可达7.6 g·L~(-1),晶体纯度最大为88.30%,上清液中77.55%的磷以鸟粪石的形式得到回收.在本研究最优化条件下进行中性PCA/Fe~(3+)/H_2O_2体系调理剩余污泥微生物电解池产氢与磷回收全过程中产出经济价值达到2.36元.实验研究最终表明,经过Fe~(3+)/PCA/H_2O_2体系调理污泥可促进污泥中磷的释放和MEC处理污泥的产氢效率,为探究污泥资源化提供了新的研究思路.     

湿生环境中丛枝菌根(AM)对香蒲耐Cd胁迫的影响

湿生植物在城市景观绿化和美化中应用越来越多,但也经常遭遇环境污染胁迫的问题.大量研究证实丛枝菌根(AM)可提高陆生植物耐受环境污染胁迫的能力,但对湿生植物的影响却鲜有认识.通过水培实验,探索接种AM真菌(Glomus etunicatum)对香蒲(Typha latifolia)耐受Cd2+(0、2.5、5.0 mg·L-1)胁迫的影响,旨在为评估菌根技术能否用于提高湿生植物抗耐环境污染胁迫的能力提供参考.结果表明,在湿生环境中AM真菌可与香蒲建立良好的共生关系,侵染率高于30%,但菌根化香蒲移入水溶液1个月后侵染率均呈下降趋势,最大下降25.5%(P0.05).AM增加了香蒲子叶的色素含量和POD酶活性,提高了根系的泌氧速率,但仅显著促进了5 mg·L-1Cd2+下香蒲的生长.虽然高浓度Cd2+抑制了香蒲的生长且侵染率下降,但AM仍能促进两个Cd2+浓度下香蒲对Cd的吸收,地上、地下部Cd含量最大增加40.24%和56.52%.本研究表明,AM具有增强湿生植物抗耐和修复环境重金属污染的潜力.