砷污染湿地生境下土壤微生物多样性及群落结构特征

为研究As（砷）污染对微生物多样性的影响,找寻有利于As污染修复的抗As菌种,利用高通量测序技术分析As胁迫〔w（As）分别为0、80、100、150、200和400 mg/kg,依次记为AT0组、AT80组、AT100组、AT150组、AT200组和AT400组〕对湿地生境中土壤微生物多样性及群落结构特征的影响.结果表明:As污染会引起微生物多样性和群落结构的变化,但并不是简单的负相关.在各处理组中,AT80组的土壤中微生物多样性最高,OTU（operational taxonomic units）数高达1 849,较未经As处理的AT0组增加了58.9%,说明低As胁迫在一定程度上会刺激As敏感微生物的生长繁殖,如Desulfovibrio（脱硫弧菌属）和Allobaculum等菌属,使群落结构更加复杂多样.高w（As）（400 mg/kg）对微生物有明显的抑制作用,导致某些物种消亡和多样性下降.As胁迫会诱导抗As微生物〔如Pseuomonas（假单胞菌属）〕成为优势类群,群落结构趋于稳定、单一.微生物群落结构对不同w（As）胁迫有明显的响应特征,可作为As污染湿地土壤质量评价的灵敏指标.在AT400组中存在大量的Pseudomonas veronii,可为As污染湿地微生物修复提供借鉴.研究显示,微生物对As污染具有较为敏感的响应,其中,Proteobacteria（变形菌门）和Firmicutes（厚壁菌门）为As污染生境中微生物优势门类并且与非专性吸附态As和谷胱甘肽含量呈正相关.      

典型高原湿地底泥微生物对砷污染的响应

为了深入探讨典型高原湿地底泥微生物群落对砷胁迫的响应规律,通过砷添加(As浓度分别为0、100、150、300 mg·kg^-1,依次记为YZ1、YZ2、YZ3、YZ4)的淹水模拟湿地生境试验,利用高通量测序技术对样品中细菌16S rRNA的V3～V4区进行测序.结果显示,底泥中砷形态主要以专性吸附态砷（F2）和弱结晶度的铁铝水合氧化物结合态砷（F3）为主,且随着砷污染浓度的升高,活性态砷（F1、F2和F3）占比上升.砷污染会影响底泥微生物多样性和群落结构.与YZ1组相比,YZ2组在一定程度上刺激了砷敏感微生物的生长和繁殖,如拟杆菌门（Bacteroidetes）;YZ4组处理下明显抑制了该微生物生长,但会促进耐砷微生物生长,如厚壁菌门（Firmicutes）和变形菌门（Proteobacteria）使其成为群落主导.同时,在属水平上,YZ4处理组中具有As（V）异化还原功能的地杆菌属（Geobacter）细菌的占比也较YZ1组有所上升.基于功能预测结果表明,与YZ1处理组相比,其它3个处理组中均降低了底泥细菌的功能.研究显示,砷胁迫下,影响了底泥细菌的群落组成.高...     

阳宗海湖滨湿地环境因素对沉积物砷赋存形态的影响及浓度水平预测

湖滨湿地独特的水文条件区别于其他生态系统,环境因素变化频繁,对沉积物中污染物形态影响显著.以阳宗海南岸湖滨湿地表层沉积物为研究对象,探究不同季节的S-TAs（沉积物中总砷）、不同形态砷质量分数及环境因素时空分布特征,以及环境因素与不同形态砷分布的关系,同时基于逐步回归和BP神经网络模型对沉积物中4种不同形态砷（弱酸提取态砷、可还原态砷、可氧化态砷、残渣态砷）质量分数进行预测和比较.结果表明:①夏季ρ（W-TAs）（W-TAs为水体总砷）、w（S-TAs）（S-TAs为沉积物总砷）略高,且ρ（W-TAs）处于GB 3838-2002《地表水环境质量标准》Ⅲ级限值（0.05 mg/L）和Ⅴ类限值（0.1 mg/L）之间,冬季物理指标pH、ρ（DO）、E_h（氧化还原电位）、电导率（TDS）、w（OM）均较高,沉积物pH（记为S-pH）、ρ（DO）与E_h存在明显的季节性差异（P < 0.05）.②湖滨湿地沉积物中活性砷（弱酸提取态砷、可还原态砷、可氧化态砷）质量分数之和所占比例为17.70%~62.59%,80%采样点的活性砷的质量分数较低,对生态风险影响较小,S-pH、ρ（DO）、E_h对不同形态砷的质量分数影响显著（P < 0.05）,同时,不同季节湖滨湿地对砷均有明显的拦截作用.③与逐步回归模型相比,BP神经网络预测模型是通过输入层到输出层的计算完成,增强了非线性、自适应性处理能力,不同砷形态质量分数的实测值与预测值的拟合度高达0.999 5,而逐步回归仅为0.374 9,神经网络更准确地预测了不同形态砷的质量分数及时空变化规律.研究显示,湖滨湿地环境因素的变化对沉积物砷赋存形态具有显著影响,因BP神经网络比数理统计线性回归模型更能准确地反映沉积物不同形态砷与环境因子间复杂的非线性关系,预测效果更精确.      

雄黄矿区不同砷污染土壤中微生物群落结构及碳源利用特征

土壤砷污染是我国乃至世界范围内比较严重的环境问题.有关砷污染的生态毒理效应有很多研究,但对砷污染土壤中微生物群落的关注相对较少.本文以我国湖南省石门县雄黄矿地区长期砷污染土壤为例,采用PLFA及BIOLOG微平板技术考察了7个砷(As)污染程度不同的样点以及一个对照样点土壤微生物群落结构及碳源利用特征.结果发现,雄黄矿区存在多种重金属复合污染,除As含量较高以外,镉(Cd)和镍(Ni)的含量也超过了国家土壤环境质量三级标准.雄黄矿区土壤微生物的群落结构受到土壤有机碳(SOC)、有效磷(AP)、p H以及镁(Mg)、Cd、铁(Fe)、铜(Cu)含量的显著影响.各样点土壤微生物群落均以细菌为主,占微生物总量的71.54%~80.66%,真菌次之,放线菌最少.雄黄矿区土壤中的有效砷对微生物造成了较严重的胁迫.严重砷污染降低了微生物对于碳源利用的多样性以及均匀度.各样点微生物对于碳源的利用也表现出明显的差异.31种碳源中微生物利用较多的只有7类,分别属于糖类、胺类、羧酸类与多聚物,并且以糖类为主.     

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。     

微生物菌肥对养殖底泥中重金属含量和微生物群落结构及功能的影响

相对于人为施用的化肥、农药、抗生素及饲料等会污染养殖环境,导致养殖生态系统失衡,损害水产养殖健康发展,微生物菌肥具有改善养殖环境、提高水产养殖动物产量的作用。然而,微生物菌肥对养殖底泥中重金属含量和微生物群落结构及功能的影响仍未知。通过测定施加微生物菌肥前后养殖底泥的理化特性、重金属含量、细菌和真菌微生物群落结构及功能等,深刻剖析微生物菌肥对养殖底泥中重金属含量和微生物群落及功能的影响。结果表明：施加微生物菌肥后养殖底泥中有机质、氨氮、有效磷和总磷等营养化合物含量均有所下降;施加微生物菌肥前养殖底泥中重金属锰、砷、铜、汞和镉的含量均超过中国土壤重金属背景值,施加微生物菌肥后底泥中这五种重金属的含量分别下降了22.81%、11.93%、22.73%、20.84%和18.00%,并能使底泥中锰、铜和镉的含量恢复到正常水平;施加微生物菌肥前后养殖底泥中微生物群落结构及功能具有明显的差异,施加微生物菌肥后底泥中Chloroflexi, Proteobacteria, Firmicutes等能诱发河道水华、黑臭和耐重金属细菌的丰度下降了10.41%～34.01%,Chytridiomycota、...     

矿区土壤中砷污染对微生物群落的影响研究

采用梯度培养和PCR-DGGE技术,对大柳塔矿区矸石山及周边土壤的砷含量及其对土壤微生物群落的影响进行了研究,并通过测序研究了土壤微生物群落的结构。结果表明,矸石山及其周边自然表土的含水量较少,且十分相近;全磷和有机质含量普遍较高,p H呈中偏碱性;不同风化程度矸石山土壤砷含量对土壤微生物群落有显著的影响,不同砷污染负荷土壤中微生物群落的丰度存在差异;矸石山复垦年限不同,土壤理化性质会发生变化;土壤中砷含量的增高,对植物生长起关键作用的Gemmatimonas(甲烷单毛菌属)等微生物群落受到不同程度的抑制;Proteobacterium(变形菌门)具有较强的耐砷性;矸石山土壤特有的理化性质可为GASP-WA2W2_F11等微生物群落的演替创造了条件。     

浑河底泥微生物群落的季节性变化特征

为了解河流底泥微生物群落结构的季节性变化,利用PCR-DGGE技术对丰水期、平水期、枯水期浑河底泥中的微生物进行指纹图谱分析,并对优势条带进行测序和系统发育分析. 结果表明:浑河底泥微生物群落结构存在一定的时空异质性,在空间上可分为上游抚顺市地区(1~5号采样点)、中游沈阳市地区(6~11号采样点)和下游乡镇地区(12~14号采样点);平水期、枯水期、丰水期Shannon-Wiener多样性指数分别为3.04~3.88、2.66~3.66、3.04~3.45. 抚顺市地区和沈阳市地区不同水期底泥微生物Shannon-Wiener多样性指数差异较大,而乡镇地区则无明显变化趋势;平水期和枯水期底泥微生物Shannon-Wiener多样性指数从上游至下游呈先升后降趋势,而丰水期上、下游微生物多样性差异较小. 底泥微生物中以变形菌(Proteobacteria)最多,其次是拟杆菌(Bacteroidetes)和蓝藻菌(Cyanobacteria);而平水期优势种群数量最多. 研究显示,人类活动及丰水期对底泥微生物多样性有较大影响,掌握河流底泥微生物分布有助于深入了解河流物质的代谢过程.      

辽河保护区人工湿地微生物群落结构及分布规律

利用高通量测序技术,研究了辽河保护区盘锦段3种类型人工湿地(支流汇入口湿地、坑塘湿地、牛轭湖湿地)底泥和芦苇根际微生物群落结构与分布规律。结果表明: 3种类型人工湿地底泥微生物多样性、丰度和操作分类单元(optical transform units,OTUs)数目均大于芦苇根际微生物,且底泥和芦苇根际微生物多样性受季节变化影响,秋季高于春季;不同类型人工湿地微生物群落结构及分布大致相似,变形菌门(Proteobacteria)为相对丰度最高的优势种,以变形菌门为主的革兰氏阴性菌在人工湿地净化过程中起重要作用;不同类型人工湿地变形菌纲及其相对丰度不同,支流汇入口湿地以α-变形菌纲(Alphaproteobacteria)、δ-变形菌纲(Deltaproteobacteria)和γ-变形菌纲(Gammaproteobacteria)为主;坑塘湿地以γ-变形菌纲和α-变形菌纲为主;牛轭湖湿地中不同纲的微生物分布较均匀。     

利用磷脂脂肪酸表征人工湿地微生物群落结构

通过磷脂脂肪酸(PLFAs)分析,研究了复合垂直流人工湿地基质剖面的微生物群落结构及其分布特征.结果表明,湿地PLFAs组成以饱和脂肪酸、支链脂肪酸和单不饱和脂肪酸为主,多不饱和脂肪酸与环丙烷脂肪酸含量较少.特征脂肪酸的比值呈垂直分布.基质中好氧原核微生物为优势类群,其次为革兰氏阳性细菌及其他厌氧细菌,真核微生物所占比例最低.统计结果显示,好氧原核微生物的特征PLFAs相对含量在上行池表层最高;革兰氏阳性细菌、SRB及其他厌氧细菌的特征PLFAs相对含量在下行池中层显著高于其他位点,指示该区域为湿地系统主要的兼性厌氧功能区.     

潮汐流-潜流组合人工湿地微生物群落多样性研究

为研究潮汐流-潜流人工湿地组合的微生物群落空间分布,构建了潮汐流-潜流湿地组合实验装置对人工模拟生活污水进行净化处理,采用PCR-DGGE技术对组合工艺实验装置中微生物空间分布特征进行研究.结果表明,种植植物(香蒲)的人工湿地组合NH_4~+-N、NO_3~--N和NO_2~--N去除率分别为70.22%、28.42%和38.30%,未种植植物的人工湿地组合NH_4~+-N、NO_3~--N和NO_2~--N去除率分别为55.15%、65.26%和61.70%.两组湿地内优势微生物种类共有44种,潮汐流单元微生物种类空间分布差异性较小,系统内多为好氧微生物.潜流人工湿地单元微生物空间分布差异较大,上层以好氧微生物为主,中下层以缺氧和厌氧微生物为主.种植植物可以提高湿地系统中微生物量、微生物群落多样性和均匀性.潮汐流-潜流组合工艺在系统内实现了硝化-反硝化的组合,比一般的潜流和表面流人工湿地组合TN去除率提高了20%~30%.     

长江口潮滩沉积物古菌群落结构与多样性

以长江口潮滩为研究对象,采用高通量测序技术,研究了潮滩沉积物古菌群落结构与多样性及其影响因素.结果表明,沉积物中古菌群落OTUs数量为900~1417,Shannon指数为7.02~8.02,均表现出从低盐度向高盐度样点降低的变化特征.各采样点古菌群落特异性OTUs占各采样点总OTUs的24.2%~57.3%,而共有的OTUs仅占1.2%,说明各样点沉积物中古菌群落特异性较高.沉积物中古菌主要隶属于广古菌门（Euryarchaeota）和奇古菌门（Thaumarchaeota）,而深古菌门（Bathyarchaeota）也是古菌群落的重要组成部分,其相对丰度占到17.7%~25.9%.主成分和聚类分析表明芦潮港和东海农场沉积物中古菌群落结构相似,白龙港和浏河口群落组成相近,而浒浦与其他采样点的古菌群落组成差别较大.通过典范对应分析,研究区沉积物中古菌群落结构与沉积物盐度水平有着非常密切的关系.上述研究结果表明长江口潮滩沉积物中古菌群落结构组成和多样性具有高度的空间差异性,且沉积物盐度是群落差异的决定性影响因素.     

Comparative study of microbial community structure in different filter media of constructed wetland

Comparisons of microbial community structure, in eight filter media of zeolites, anthracite, shale, vermiculite, ceramic filter media, gravel, steel slag and bio-ceramic, were undertaken by analyzing the phospholipid fatty acid (PLFA) composition. A total of 20 fatty acids in the range of C_(11) to C_(20) were determined but only 13 PLFAs were detected in steel slag. They consist of saturated fatty acids, branched fatty acids, monounsaturated fatty acids, and polyunsaturated fatty acids. The variation of fatty acids was revealed in the relative proportions of these fatty acids in different media. The aerobic prokaryotes were the predominant group in all media. The PLFA composition showed significant differences among the eight different media by Tukey's honestly test. It was found that steel slag was significantly different in the microbial community as compared to other filter media, probably due to its alkaline effluent. Steel slag alone is probably not a good choice of substratum in constructed wetlands. The principle components analysis (PCA) showed that zeolites, bio-ceramic, shale and vermiculite had a similar microbial community structure while steel slag and ceramic filter media were distinct from other media.     

Comparative study of microbial community structure in di erent filter media of constructed wetland

Comparisons of microbial community structure, in eight filter media of zeolites, anthracite, shale, vermiculite, ceramic filter media, gravel, steel slag and bio-ceramic, were undertaken by analyzing the phospholipid fatty acid (PLFA) composition. A total of 20 fatty acids in the range of C11 to C20 were determined but only 13 PLFAs were detected in steel slag. They consist of saturated fatty acids, branched fatty acids, monounsaturated fatty acids, and polyunsaturated fatty acids. The variation of fatty acids was revealed in the relative proportions of these fatty acids in di erent media. The aerobic prokaryotes were the predominant group in all media. The PLFA composition showed significant di erences among the eight di erent media by Tukey’s honestly test. It was found that steel slag was significantly di erent in the microbial community as compared to other filter media, probably due to its alkaline e uent. Steel slag alone is probably not a good choice of substratum in constructed wetlands. The principle components analysis (PCA) showed that zeolites, bio-ceramic, shale and vermiculite had a similar microbial community structure while steel slag and ceramic filter media were distinct from other media.     

黄海西北部沉积物中细菌群落16S rDNA多样性解析

为揭示黄海西北部海域不同站位沉积物中细菌群落的多样性,采用16S rDNA文库技术,对黄海西北部辽东半岛和山东半岛近岸5个站位的沉积物中不同季节的细菌群落特征进行解析和评价.结果表明,沉积物中微生物种类丰富,主要分布于5~10个已知的门,另外还存在大量未被认知的序列;各站位沉积物中优势菌均为变形细菌门,占文库序列的46%~60%,其中γ-和δ-变形细菌纲为门中优势类群,但在各个站位中存在明显系统发育学分歧.微生物种群在不同地理区域和季节都存在明显差异,不同功能类群与其特殊生境密切相关.