微生物的胞外电子传递界面

微生物胞外电子传递(Extracellular electron transfer,EET)在地球生物化学循环、生态修复、废水处理以及资源再生等领域发挥着重要作用.自然界中胞外电子传递的界面性质各异,导致反应速率和效率明显不同.本文介绍了胞外电子传递过程涉及的无机物-微生物界面和有机物-微生物界面,总结了反应物表面性质...     

电子穿梭体介导土壤锑还原成矿的微生物机制

微生物锑还原成矿有助于降低土壤锑的生物有效性和移动性,是土壤锑污染修复的重要策略之一。电子穿梭体AQDS能够加速土壤富集菌群锑还原速率,可能与其促进微生物呼吸及细胞生长有关。理解电子穿梭体（ES）介导微生物锑还原过程与机制可为土壤锑污染控制提供关键理论支撑。醌类和黄素类电子穿梭体（AQDS和FMN）存在时可能改变微生物呼吸代谢中的电子传递过程,然而ES介导下的微生物锑还原过程及转录响应机制尚不清楚。利用锑污染稻田土壤分离的兼性厌氧锑还原细菌Mesobacillus jeotgali PS1作为研究对象,探究醌类和黄素类电子穿梭体（AQDS和FMN）对菌株PS1锑还原过程及关键功能基因转录活性的影响。结果表明,菌株PS1驱动Sb(Ⅴ)还原为Sb(Ⅲ)过程中水溶态Sb(Ⅲ)随培养时间先累积后下降,培养72 h后水溶态锑去除率为64%,生成十四面体方锑矿,表明菌株PS1驱动锑还原成矿有助于锑的钝化。两种ES能够加速细菌锑还原反应,而对胞外生成的方锑矿晶型没有影响。通过定量分析菌株PS1潜在功能基因转录表达活性,结果表明AQDS相比FMN更能促进菌株PS1细胞膜二甲基亚砜还原酶（DMSOR）基...     

典型城市森林旱季土壤团聚体稳定性与微生物胞外酶活性耦合关系

为了探究典型城市森林土壤团聚体稳定性旱季变化特征及影响因子,以广州市不同演替阶段的针叶林(Pine forest,PF)、针阔混交林(Mixed pine and broadleaf forest,MF)、常绿阔叶林(Broad-leaved evergreen forests,BF)为研究对象,分析表层土(0—10 cm)和剖面土(10—30 cm)团聚体稳定性、理化性质和微生物生物量及胞外酶活性等相关因子特征,以及土壤团聚体稳定性驱动因素与影响因素的耦合关系。结果表明,(1)土壤团聚体机械稳定性的平均重量直径(D_(MW))随土壤深度增加呈减小趋势,相反,几何平均直径(D_(GM))和重量分形维数(D_m)随土壤深度增加呈增大趋势。土壤团聚体水稳性的D_(MW)和D_(GM)呈MFBFPF,而D_m变化与之相反。(2)土壤微生物酶活性易受磷限制,其受限制程度呈MFBFPF,与土壤团聚体水稳性在森林类型中变化规律一致。(3)土壤理化性质、微生物生物量、酶活性等因子对土壤团聚体机械稳定性整体空间差异解释程度为13.3%,而对土壤团聚体水稳性整体空间差异解释程度为40.0%。(4)土壤微生物熵和微生物胞外酶活性是土壤团聚体稳定性的主要驱动因子,水稳性主要受微生物生物量碳和酸性磷酸酶活性影响,而其机械稳定性主要受微生物生物量氮磷影响。(5)演替后期的针阔混交林和常绿阔叶林土壤表现出较高的碳利用效率及较低的氮利用效率,微生物可通过调控微生物生物量和调节碳氮元素利用效率来改善演替后期群落受磷限制状况,进而影响土壤团聚体稳定性。研究结果可为城市森林土壤质量评价和生态环境保护提供理论依据。     

堆肥过程中有机质和微生物群落的动态变化

利用3个容积约为50 L的平行生物反应装置研究堆肥过程中温度、湿度（水分含量）、pH值和有机质的动态变化情况。按照Van Soest方法根据有机质不同的溶解特性将其分为：溶于沸水的有机质H2O、溶于中性试剂的有机质SOLU、半纤维素（HEMI）、纤维素（CELL）和木质素（LIGN）。结果表明：反应装置内环境湿度调控在60%左右时,堆肥系统内借助生化反应,温度最高可达到约50℃。堆肥材料在反应初期呈现偏酸性（pH=6.5）,而随着反应的发生,pH逐渐变为中性或弱碱性（pH=7.4）。经过20 d的堆肥实验,有机质总量降解了约47%。在微生物作用下的各类有机质的降解率不同,按大小排序为H2O〉HEMI〉CELL〉SOLU〉LIGN,其降解率分别是85%、56%、36%、32%和27%。为了深入理解堆肥过程中有机质的降解机制,文章采用磷脂脂肪酸（PLFAs）技术对体系中的微生物群落变化进行了初步分析,发现微生物优势群落随反应温度的改变发生明显变化,在堆肥初期和堆肥中期,细菌占优势,而堆肥末期时真菌比例较高。在堆肥的过程中,革兰氏阴性菌的比例呈下降趋势,而革兰氏阳性菌的比例呈上升趋势。     

电子穿梭体及其介导的环境与地球化学过程研究进展

电子穿梭体是一类可通过自身氧化还原介导电子转移的化学物质的统称.在地球表层系统中,电子穿梭体可加速微生物向细胞外部进行的电子传递,参与矿物的微生物还原,驱动碳、氮、硫元素循环,并偶联有机污染物降解和重金属迁移转化.电子穿梭在自然界中存在广泛,对于元素循环、污染物环境行为以及微生物的生存行为影响深远,具有重要的环境地球化...     

胞外聚合物物理法提取过程的优化

对物理法提取活性污泥中的胞外聚合物(EPS)进行了优化.分别考察了超声时间、振摇时间、离心速度和时间以及加热时间对EPS的松散附着(LB)和紧密粘附(TB)提取的影响,得出污泥EPS物理法提取的优化方案.     

青霉素对土壤微生物群落结构的影响

利用Biolog-ECO技术分析不同青霉素浓度处理下土壤微生物的群落代谢活性及结构多样性,利用变性梯度凝胶电泳(denaturing gradient gel electrophoresis,DGGE)技术分析典型微生物群落结构变化情况,探讨青霉素对土壤微生物群落的生态毒理效应。主成分分析(PCA)结果表明,高浓度青霉素(400和800 mg·kg-1)处理能快速诱导土壤中以酚酸类化合物为碳源的微生物菌群富集。DGGE结果显示,在高浓度青霉素(800 mg·kg-1)胁迫初期,土壤中微生物多样性指数(Shannon-Wiener index)显著降低(P0.05);7 d后,主要微生物群落结构随土壤中青霉素降解又逐渐恢复。     

城市化对土壤微生物群落结构的影响

随着城镇化的推进,中原农业区大量的农业用地转变为城市用地,受城市化过程中人为活动的强烈影响,与城市化有关的土壤质量问题日益突出。而土壤质量与土壤微生物密切相关,后者对环境变化比较敏感,它能够较早地指示生态系统功能的变化,并反映出土壤的质量和健康状况。因此,研究土地利用方式的变化对土壤微生物的影响是评价土壤环境质量的重要指标。以"中部崛起"六省中城镇化率增长最快的地区之———河南省商丘市为例,采用以空间梯度代替时间顺序的方法,以城市建成区、城市外围的郊区及农田为研究对象,分别测定不同城市化水平下土壤微生物的数量和组成,研究土壤由农业用地转变为城市用地过程中,土壤微生物群落结构的变化。以城市中心为起点,分别在东、南、西、北四个方向上取样,在同一方向上沿城区—郊区—农田梯度上进行取样。采用平板涂抹计数法测定土壤中细菌、真菌、放线菌的数量。结果表明,农田、郊区和城市土壤微生物总数分别为14.68×106 cfu·g-1、8.19×106 cfu·g-1和10.99×106 cfu·g-1,即城市化使土壤中微生物总数量减少;同时,土壤微生物的组成和比例结构也发生变化,其中,城市建成区土壤中细菌和真菌所占微生物总数的比例高于郊区和农村,而放线菌在农村占的比例高于城市建成区和郊区。城市建成区不同用地类型下土壤微生物总数的变化趋势为公园校园居住区道路,其中,细菌占微生物总数的比例在公园土壤中最大,而放线菌和真菌则相反,二者占微生物总数的比例在道路土壤中最大,在公园土壤中比例最小。土壤微生物数量和组成的这些变化反映出土地由农业用地转变为城市用地过程中,土壤质量和健康状况及生态系统功能的变化,可以为评价土壤环境质量及土壤管理提供参考依据。     

兽药抗生素对土壤微生物群落的影响

兽药抗生素广泛应用于畜禽养殖业,用于预防、治疗动物疾病及促进动物生长。然而,养殖过程中使用的抗生素不能被动物完全吸收,其中40%～90%以母体或其代谢物的形式排出动物体外并随畜禽粪便进入土壤环境,对土壤微生物群落结构和功能产生影响。在汇总了畜禽粪便和土壤中兽药抗生素的残留特征之后,概述了抗生素对土壤微生物群落结构和功能的影响以及微生物产生的污染诱导群落耐性。重点探讨了抗生素微生物毒性的影响因素和近年来对微生物共耐性方面的研究,并对未来的研究方向及目标提出了建议。     

磺胺二甲嘧啶对沼气发酵过程中酶活性和微生物群落功能多样性的影响

随着畜禽养殖业的发展,兽用抗生素作为饲料添加剂被广泛应用于畜禽养殖,以促进畜禽生长和防病,导致畜禽粪便和抗生素污染总量增加。为了探讨抗生素对沼气发酵过程的影响,以猪粪和玉米秸秆为原料,研究磺胺二甲嘧啶(SMZ)对沼气发酵过程中脲酶、脱氢酶以及微生物群落代谢的影响。结果表明,在沼气发酵初期(3~6 d),20 mg·kg~(-1)SMZ和60 mg·kg~(-1)SMZ处理(T1、T2处理)对脲酶活性有激活作用,随着发酵时间的延长,SMZ对脲酶活性由促进变为抑制作用。120 mg·kg-1SMZ处理(T3处理)对脱氢酶活性表现为先抑制后促进作用。采用Biolog方法分析SMZ对沼气发酵过程中微生物群落功能多样性的影响,结果表明,T2和T3处理对平均颜色变化率(AWCD)具有先抑制后促进作用。对Shannon指数和Simpson指数分析表明,在沼气发酵的启动期(第6天),SMZ能够显著降低微生物群落的功能多样性和物种丰富度;随着沼气发酵时间的延长,在沼气发酵产气下降期(第35天),SMZ增加了微生物群落的功能多样性和物种丰富度。可见,SMZ对猪粪沼气发酵过程中水解酶活性和微生物群落功能多样性的影响较大,在沼气发酵不同时期,SMZ对水解酶活性和微生物群落多样性的影响也不同。     

高山草甸冬季凋落物分解过程中土壤动物对微生物群落结构的影响

于2013年11月至2014年4月,采用微生物磷酸脂肪酸(PLFA)分析方法,以川西高山草甸代表物种黄花亚菊(Ajania nubigena)和黑褐苔草(Carex atrofusca)凋落物为研究对象,在雪被形成期、雪被稳定期和雪被融化期研究了凋落物分解过程中土壤动物对微生物群落结构及其多样性的影响.结果表明:(1)整个冬季,土壤动物增加了黄花亚菊凋落物分解过程中微生物总P LFA含量、真菌PLFA含量以及细菌PLFA含量,提高了其真菌/细菌比例,减少了黑褐苔草中微生物总PLFA含量、真菌PLFA含量以及细菌PLFA含量,降低了其真菌/细菌比例;(2)在雪被形成期,黄花亚菊凋落物中土壤动物显著增加了真菌表征脂肪酸18:2ω6,9c的含量,但降低了细菌表征脂肪酸16:0、16:1ω9c、18:1ω7c的含量.黑褐苔草凋落物中土壤动物显著增加了细菌表征脂肪酸18:1ω7c的含量,但降低了真菌表征脂肪酸18:2ω6,9c的含量.雪被融化期,土壤动物显著增加了黑褐苔草凋落物中细菌表征脂肪酸16:1ω9c的含量,降低了细菌表征脂肪酸a15:0和微真核生物表征脂肪酸18:3和20:4的含量;(3)土壤动物对凋落物中微生物多样性的影响主要在雪被融化期,增加了黄花亚菊凋落物中微生物多样性、均匀性、丰富度和优势度指数,降低了黑褐苔草凋落物中微生物多样性和均匀性指数,增加了黑褐苔草凋落物中微生物丰富度和优势度指数.这些结果表明,冬季恶劣环境条件下高山草甸土壤动物仍然对微生物的数量、群落结构和多样性具有显著的影响.     

积雪覆盖变化对大兴安岭白桦次生林土壤微生物生物量和胞外酶活性的影响

为了解气候变化情景下积雪覆盖减少对土壤微生物的影响,选取大兴安岭白桦次生林为研究对象,采用人工遮雪法,探究不同时期自然积雪和遮雪处理下土壤微生物生物量和胞外酶活性的变化特征及其关键环境驱动因子.结果 显示:土壤微生物生物量碳(MBC)在积雪形成期最高、植被生长季初期最低,在积雪稳定期遮雪处理下MBC显著高于对照;在积雪...     

土壤结构和植被对土壤微生物群落的影响

土壤微生物是土壤中最活跃的组成部分,直接或间接参与成土过程、有机质分解、养分循环、植物根系对土壤的资源吸收、种子萌发等生态学过程,对陆地生态系统功能具有重要作用.在人类活动日益加剧的驱动下,土壤结构和植被类型变化及其交互作用对土壤中微生物群落结构和功能产生了多方面的效应,揭示其机理可为生态系统管理、生态恢复、农业发展提...     

天山北坡雪岭云杉森林土壤微生物群落及影响因素研究

土壤微生物是维持森林生态系统平衡与土壤养分的一个重要因素。雪岭云杉林是天山重要的生态屏障和珍贵生物资源,其生态系统的固碳能力持续提升。研究雪岭云杉森林土壤微生物群落特征及微生物与土壤养分之间的互作关系,对维持雪岭云杉森林生态系统质量,促进雪岭云杉森林生态系统可持续发展至关重要。以天山北坡雪岭云杉林表层土为研究对象,利用宏基因组技术,探究天山北坡雪岭云杉林土壤微生物群落组成和多样性及其影响因素。结果表明,天山北坡雪岭云杉林土壤微生物群落特征表现为细菌相对丰度82.5%,真菌1.3%,古菌0.5%,其他15.7%。细菌Alpha多样性在中东部和西部之间有显著性差异;古菌Beta多样性在中部与西部存在显著差异,且中部和东部之间极显著;细菌Beta多样性在3个区域之间均有显著差异,其中西部与东部极显著;真菌Beta多样性仅中部与东部存在极显著差异。古菌多样性主要受有机碳、总氮、pH和土壤湿度的影响;细菌多样性主要受氮素、pH、年均降水量和年均摄氏温度的影响;真菌群落多样性主要受微生物碳和年均摄氏温度的影响。综上说明,土壤因素和水热条件在天山北坡雪岭云杉林土壤微生物群落分布中起主要控制作用,其中...     

植物根系分泌物分析及对湿地微生物群落的影响研究

植物是人工湿地的重要组成部分,其通过根系分泌物对湿地中的微生物群落结构产生影响。本研究分析了美人蕉（Canna indica）、茭白（Zizania caduciflora）、千屈菜（Lythrum salicaria Linn）等3种湿地植物的根系分泌能力及分泌物组成。3种植物的根系分泌物主要组成物质相似,均含有小分子有机酸、酚类、芳香族蛋白质,但各组成比例有所差异。分泌能力则随生长周期持续下降,千屈菜的分泌能力远强于美人蕉和茭白。本研究利用醌指纹研究人工湿地中微生物群落结构,结果发现不同湿地植物对湿地中微生物的组成和多样性产生显著影响。     

黄土高原草地次生演替过程中微生物群落对植物群落的响应

采用时空替代法选取撂荒地(作为对照),自然演替20a、30 a和40a后的草地区域作为研究对象,分析黄土高原区植被恢复过程中植物群落与微生物群落特性的动态变化以及二者之间的相关性。结果表明:在草地次生演替过程中,植物覆盖度、丰富度、多样性、均匀度、生物量和生物量碳自演替初期至演替40 a分别增加了47.13%、41.20%、13.40%、10.34%、54.55%和11.85%,且均呈显著增加的趋势。随着植物群落的次生演替,细菌多样性整体呈现出显著增加的趋势,细菌相对丰度在1%以上的优势类群是放线菌(Actinobacteria)(34.8%)、变形菌(Proteobacteria)(26.0%)、酸杆菌(Acidobacteria)(15.0%)、绿弯菌(Chloroflexi)(7.5%)、芽单胞菌(Gemmatimonadetes)(8.7%)、硝化螺旋菌(Nitrospirae)(1.6%)、拟杆菌(Bacteroidetes)(2.1%)、疣微菌(Verrucomicrobia)(1.1%)和浮霉菌(Planctomycetes)(1.0%);真菌多样性在各演替阶段均呈增长趋势,但不同演替年限间没有表现出显著性差异,真菌相对丰度在1%以上的优势类群是子囊菌(Ascomycota)(67.19%)、担子菌(Basidiomycota)(16.23%)和接合菌(Zygomycota)(10.43%)。此外,微生物多样性与植物群落特性呈显著正相关,放线菌、变形菌、酸杆菌、芽单胞菌、硝化螺旋菌、浮霉菌和担子菌均与植物群落特性呈显著相关。总之,在草地次生演替过程中,植物群落是影响微生物群落的重要因素之一,二者相互联系、相互影响,共同调控着陆地生态系统的功能。     

微生物胞外聚合物对水体重金属和富营养元素的环境生化效应研究展望

综述了胞外聚合物(Extracellular polymeric substance,EPS)环境生物化学效应已有的研究成果,阐述了EPS对重金属和富营养元素环境生物化学效应的影响过程,指出了研究存在的问题和未来方向.EPS作为微生物分泌的产物,不仅对微生物的生存起到至关重要的作用,还对有毒重金属物质和富营养元素的环境生物化学效应影响显著.目前有关EPS环境效应的研究主要集中在实验室EPS提取、EPS凝絮性和EPS吸附动力学3个方面,而针对EPS与环境重金属和富营养元素的结合状态、EPS对重金属行为归宿的影响以及EPS与污染元素之间的微界面反应过程研究较少.     

秦皇岛近海养殖对潮间带微生物群落多样性的影响

潮间带微生物群落在驱动海岸带生态系统物质循环和能量流动中具有重要作用,近海养殖造成的环境问题日益凸显,但其对潮间带微生物群落结构的影响还缺乏研究。采用变性梯度凝胶电泳（DGGE）和限制性片段长度多态性（RFLP）的分子生物学技术,研究秦皇岛养殖区与旅游区潮间带沉积物中微生物多样性的差异,分析养殖区微生物的16S rRNA基因文库的组成特征。结果表明：养殖区的微生物群落结构与旅游区形成较大的差异,DGGE图谱中养殖区的特有条带主要集中于γ-变形菌纲（γ-proteobacteria）,还分布于α-变形菌纲（α-proteobacteria）,拟杆菌门（Bacteroidetes）,放线菌门（Actinobacteria）和厚壁菌门（Firmicutes）。影响潮间带微生物的群落结构的主要环境因子包括温度、盐度、pH和NO3-浓度,影响率达55.2%。对差异最大的洋河大桥南养殖区（Q1站）的微生物样品建立克隆文库分析群落结构,变形菌门（Proteobacteria）为优势菌群,占总群落的60%,其中γ-变形菌纲是主要存在的微生物纲,其余菌群包括放线菌门、拟杆菌门、蓝藻菌门（Cyanobacteria）和疣微菌门（Verrucomicrobia）的微生物。养殖区海岸带微生物群落中出现了与环境污染和赤潮密切相关的菌群,如拟杆菌门、肠杆菌属（Enterobacteriaceae）和α-变形细菌红细菌目（Roseovarius）的微生物。     

有机底物对活性污泥胞外聚合物的影响

研究了城市污水中常见的具有不同特性的有机底物(蛋白胨、葡萄糖、乙酸钠,以及乙酸钠和葡萄糖的混合物)分别在四个相同的反应器中所培养的活性污泥胞外聚合物的量和组成．结果表明：有机底物的特性影响胞外聚合物的组成和量,在乙酸钠为底物的污泥中,胞外多糖占大部分(糖类／蛋白质的比值为1．7—8.6,质量比),而以蛋白胨为底物时,胞外蛋白质占主要成分(糖类／蛋白质的比值为0.2-0.5);以乙酸钠为底物形成的胞外聚合物的总量较多,通过扫描电子显微镜和原子力显微镜对活性污泥进行观测,确证了胞外聚合物的存在及其形式,并得到了胞外聚合物层的大致尺寸．