塔克拉玛干沙尘暴源区空气微生物群落的代谢特征

采用BIOLOG生态微平板(BIOLOG EcoPlateTM)技术,对采集自塔克拉玛干沙漠南北缘5个地区的空气样品进行研究,目的是了解空气微生物群落碳代谢功能的特点与差异.结果表明,5个地区空气样品的平均吸光度(AWCD)在培养10 d没有达到饱和且差异显著,AWCD值最高的为莎车县,和田县最低,分别为0.24和0.1;碳源利用水平表明这5个地区空气微生物对聚合物类碳源利用率最高,其次是碳水化合物、氨基酸类、羧酸类碳源,而酚类和胺类最低;主成分分析(PCA)发现有20种碳源与PC1显著相关,12种与PC2显著相关,并且这5个地区也被分为两类,和田和皮山聚为一类,乌恰、莎车和轮台聚为一类;典范对应分析(CCA)和相关分析表明一些非生物因素对空气微生物群落碳代谢强度和单一碳源的利用能力具有不同程度的影响,如风速、海拔、湿度等;进一步的研究也表明非生物因素对空气微生物群落利用的能力影响显著,其中β-甲基D-葡萄糖苷、D-半乳糖醛酸和腐胺的光密度值与纬度显著正相关(P<0.05),2-羟苯甲酸和α-D-乳糖与风速显著正相关(P<0.05),D-葡萄胺酸与气压显著正相关(P<0.05)且与海拔为显著负相关(P<0.05).综上可知,塔克拉玛干沙尘暴源区周边地区空气微生物群落碳代谢能力较低,呈现区域性特征,非生物因素显著影响空气微生物群落碳代谢强度及微生物群落对31种单一碳源的利用.     

微生物多样性对土壤碳代谢特征的影响

土壤微生物群落在生态系统过程中发挥着重要的作用,而关于土壤微生物多样性对生态系统功能的影响无一致结论.为了研究微生物多样性对土壤碳代谢特征的影响,将稀释10~(-1)、10~(-3)和10~(-5)倍(D1、D3和D5)的庞泉沟阔叶混交林土壤悬浮液接种在灭菌的土样中.通过碱式滴定法和Biolog Eco板等实验方法测定了不同多样性梯度下土壤碳矿化速率和碳代谢利用模式的变化.结果表明培养6周后,D1处理的碳矿化速率、累积碳矿化量、平均孔颜色变化率(AWCD)和多样性指数(Shannon、Mc Intosh和丰富度指数)均显著高于D5处理.且相关分析表明,累积碳矿化量和AWCD与丰富度呈显著负相关.对碳源吸光度做主成分分析(PCA)和单因素方差分析发现微生物多样性梯度的土壤碳源利用模式也存在差异.因此,微生物多样性下降影响土壤的碳矿化速率和碳源利用模式,导致陆地生态系统的功能发生改变,在森林土壤管理中,应重视土壤微生物物种多样性变化对生态系统功能的影响.     

汶川地震灾区不同气候区土壤微生物群落碳源代谢多样性

为探讨汶川地震灾区不同气候区土壤微生物群落功能代谢的变化,采用Biolog-ECO生态板技术,研究了亚热带湿润季风气候和半干旱干热河谷气候未受损区、受损治理区、受损未治理区土壤微生物碳源代谢的多样性变化特征.结果表明,平均颜色变化率(AWCD)在未受损区和受损治理区表现为亚热带湿润季风气候区半干旱干热河谷气候区,在受损未治理区表现为半干旱干热河谷气候区亚热带湿润季风气候区,不同气候区内受损未治理区AWCD值均处于最低水平;亚热带湿润季风气候区土壤微生物的碳源利用类型明显多于半干旱干热河谷气候区,在不同气候类型区内碳源利用种类均表现为受损治理区未受损区受损未治理区的趋势;不同气候区土壤微生物群落碳源代谢多样性特征差异显著,其中多样性指数和均匀度指数均表现为未受损区受损治理区受损未治理区,而受损治理区均具有最高的丰富度指数;土壤微生物群落的碳源代谢特征与土壤养分、地上植被生物量及植被覆盖度具有一定的相关性,表明地震及其次生灾害主要通过对地表植被和土壤环境的作用间接影响土壤微生物群落的碳源利用能力,在不同气候类型区与不同的受损治理情况下土壤微生物群落的碳源代谢特征具有显著差异.     

有机物料还田对稻田土壤DOM碳源代谢能力的影响

以成都平原典型稻麦轮作长期定位施肥试验土壤为研究对象,设置常规施肥(T1)、猪粪替代50%氮肥(T2)和猪粪替代50%氮肥+秸秆全量还田(T3)这3种处理,采用Biolog-ECO方法,研究长期有机物料还田下土壤和土壤可溶性有机质(DOM)的碳源代谢能力.结果表明,T3处理较T1和T2处理显著增加了土壤的碳源代谢能力,平均颜色变化率(AWCD)分别增长16%和48%;同时T3处理提高了土壤DOM的碳源代谢能力,其AWCD值为0.43.从微生物碳代谢功能多样性指数来看,土壤和土壤DOM中微生物的碳代谢功能多样性指数均以T3处理最高,其中土壤DOM中微生物的Shannon、 Simpson和McIntosh指数分别为2.73、 0.91和3.75.主成分分析和富集分析结果显示,不同施肥处理下土壤和土壤DOM的主要利用碳源类型存在差异,对于DOM而言,T1和T2处理的DOM主要利用碳源仅为糖类,而T3处理增加了对氨基酸类、羧酸类、聚合物类和胺类的利用.土壤pH和质地的改变是引起土壤DOM碳源代谢能力差异的主要因素.综上,猪粪配合秸秆施用显著增加了土壤和土壤DOM的微生物群落多样性和碳源代谢能...     

杭州市空气微生物群落碳代谢特征研究

利用Biolog技术,研究了杭州市4个样点,即延安路商业街(Yan’an Road Business Street,YRBS)、天目山路与教工路口(Tianmushan Jiaogong Cross Road,TJCR)、浙江工商大学教工路校区(Zhejiang Gongshang University Jiaogong Campus,ZJGUSJC)、西湖曲院风荷(Breeze-ruffled Lotus at Quyuan Garden,BLQG)空气微生物群落碳代谢特征.结果表明,不同样点空气微生物样品平均颜色变化率(Average Well Color Development,AWCD)在培养240 h后达到稳定,并且4个样点的AWCD值即对单一碳源的利用能力具有显著差异,YRBS>TJCR≈ZJGSUJC>BLQG;YRBS、TJCR、ZJGSUJC和BLQG空气中微生物物种的多样性和丰富度依次减少;不同样点空气微生物对糖类和氨基酸类碳源利用程度较高,对其它碳源利用程度较低,且同一样点对不同单一碳源的利用程度也存在显著差异,YRBS对糖类碳源的利用程度最高,对聚合物类碳源利用程度最低,BLQG对糖类碳源的利用程度最高,对胺类碳源利用程度最低;不同样点空气微生物群落碳代谢基质主成分1(PC1)贡献度为43.8%,主成分2(PC2)贡献度23.4%,YRBS、BLQG和TJCR的空气微生物群落差异较大,碳代谢功能差异显著,而TJCR与ZJGSUJC碳代谢功能无显著差异.     

阳江高本底辐射土壤微生物群落代谢特征研究

为了探索高本底辐射对土壤微生物群落的影响。研究采用Biolog-Eco生态板法对广东阳江高本底辐射区及周边正常本底辐射地区的土壤微生物群落功能代谢进行了调查。通过对不同本底辐射样品土壤微生物群落平均颜色变化率(AWCD)、碳源利用类型、微生物群落多样性的差异分析,主成分分析及土壤理化性质与微生物群落代谢特征相关性分析。分析表明,尽管各样品间AWCD变化差异显著,但土壤微生物群落代谢特征与辐射背景的高低间无明显变化规律。相关性分析表明,微生物代谢特征与本底辐射强度呈现中度或弱相关,但相关性均不显著,两者间无统计学意义,说明高本底辐射对土壤微生物群落分布影响极小或无影响。     

生物炭复合青霉菌修复砷污染土壤对其微生物群落功能多样性的影响

真菌修复砷污染土壤是一种能够有效吸附固化环境中砷的重要措施.生物炭作为目前修复重金属的热点,其多空疏松的结构、较高的离子交换量、丰富的有机碳含量等都说明了其在土壤修复中的地位.为了探究生物炭与青霉菌在修复砷污染土壤的同时对土壤中微生物活性及其多样性的影响,在室内孵育条件下,运用Biolog法研究了3×3随机区组试验（3个生物炭梯度分别为0%、2%、4%,3个青霉菌梯度分别为0%、10%、20%）下土壤微生物对不同类型碳源的利用能力以及多种功能性指数的影响.结果表明:①添加青霉菌与生物炭后,土壤中有效砷含量较对照组显著下降,从而影响其微生物群落功能多样性.②砷污染土壤中微生物群落功能多样性、碳源利用丰富度随生物炭浓度梯度的升高呈先升后降的趋势.③高接菌量（20%）与低接菌量（10%）对砷污染土壤中微生物群落功能多样性的影响没有显著性差异.④2%生物炭与10%青霉菌处理土壤中微生物群落功能多样性、碳源利用丰度最高.⑤青霉菌对胺类及少部分酸类碳源的利用能力较弱（AWCD < 0.5,AWCD为Biolog微平板孔中溶液吸光值平均颜色变化率）,对氨基酸类中大部分碳源以及脂类碳源的代谢能力较强（AWCD>1.0）,对糖类、酚酸类的代谢能力稍弱（AWCD为0.3~1.0）,青霉菌对D-半乳糖醛酸、L-天冬酰胺酸、L-丝氨酸、L-精氨酸、r-羟基丁酸这5种碳源的利用率最高（AWCD>1.2）.研究显示,低浓度生物炭可增加砷污染土壤中微生物群落多样性,生物炭含量的继续增加会对微生物产生抑制作用;青霉菌添加到砷污染土壤后,会显著提升砷污染土壤中微生物的群落功能多样性,改善砷污染土壤中微生的物群落结构;青霉菌的优势碳源大多为植物根系分泌物,可为后续青霉菌与超积累植物复合修复砷污染土壤提供参考.      

北京城市公园绿地土壤微生物群落碳源代谢活性特征

为深入理解城市土壤微生物碳源代谢活性,以北京城市公园绿地土壤为研究对象,采用Biolog-ECO微平板技术,研究了不同历史年限公园[AT（奥林匹克森林公园）、CHY（朝阳公园）、YYT（玉渊潭公园）、TRT（陶然亭公园）、RT（日坛公园）、TT（天坛公园）,其建设历史年限分别为8、32、52、317、486、592 a]土壤微生物群落碳源代谢特征.结果表明:北京市不同城市公园绿地土壤微生物利用碳源能力不同,AT的AWCD（平均颜色变化率）显著低于其他历史年限较长的公园（P < 0.05）.不同城市公园绿地土壤微生物群落对不同类型碳源利用能力存在差异,AT土壤微生物对多聚物类碳源代谢能力较强,其他公园绿地土壤微生物对糖类和氨基酸类碳源的利用能力较强,所有公园绿地土壤微生物群落对羧酸类碳源的利用能力相对较弱.AT土壤微生物群落功能多样性显著低于其他公园（P < 0.05）.对土壤微生物群落碳源利用能力进行主成分分析显示,提取与土壤微生物碳源利用相关的主成分的累计贡献率为89.00%,对主成分分离起主要作用的碳源为糖类和氨基酸类物质.冗余分析（RDA）表明,不同城市公园绿地土壤微生物碳源代谢能力的主要影响因素是总碳（TC）,但值得注意的是,公园历史年限对不同城市公园绿地土壤微生物碳源代谢能力也有很强的影响.      

复垦红壤中牧草根际微生物群落功能多样性

通过盆栽试验研究了浙江省诸暨铜矿区复垦红壤牧草根际微生物生物量及群落功能多样性的变化.结果表明,种植不同牧草使矿区土壤根际微生物生物量碳发生了显著的变化,其影响大小因矿区土壤污染程度而异.无污染和轻度污染土壤根际微生物生物量碳变化表现为黑麦草+三叶草>三叶草>黑麦草>未种植土壤,处理间差异均达显著水平(P<0.05),重度污染环境下各处理间差异不明显.Biolog数据分析显示,种植不同牧草的矿区土壤根际微生物群落结构和功能多样性也发生了相应改变,根际土壤微生物群落代谢剖面(AWCD)均显著高于未种植牧草土壤,处理间差异达极显著水平(P<0.001).典型变量分析揭示了不同牧草根际微生物群落利用碳源种类和数量存在明显差异.     

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.      

PAEs污染下2种基因型菜心根际土壤微生物特征及差异性

设置邻苯二甲酸酯(PAEs)3个污染水平(T1,T2,T3)和对照处理(T0),盆栽2种基因型菜心(油青60天菜心和特青60天菜心),研究2种菜心不同生长期根际土壤微生物生物量碳氮(Cmic、Nmic)和总体代谢活性(AWCD)的动态变化特征及差异性,初步揭示2种菜心吸收累积PAEs差异的根际微生态机理.结果表明,2种菜心根际土壤Cmic分别介于84.45~213.30mg/kg和98.33~229.85mg/kg,Nmic分别介于9.00~25.86mg/kg和12.69~34.36mg/kg,显著高于未种植物的处理. AWCD值分别介于0.744~1.075和0.847~1.318,特青60天菜心显著高于未种植物的处理. 2种基因型菜心相比,特青60天菜心根际土壤Cmic, Nmic以及AWCD值均大于油青60天菜心(T3处理开花期除外),部分处理间差异显著. 2种基因型菜心茎叶和根系中PAEs含量与Cmic、Nmic和AWCD之间的相关性均未达到显著程度,说明2种基因型菜心茎叶和根系中PAEs含量可能与其他因素有关.     

稻草还田对土壤微生物群落功能多样性的影响

为了探讨稻草还田的微生物学过程与效应,借助平板涂抹法和BIOLOG检测法,比较研究了免耕条件下3种不同稻草还田量(33%、67%和100%,以稻草不还田土壤为对照)对晚稻田土壤微生物群落功能多样性的影响.结果表明:①土壤细菌数量差异显著,以67%稻草还田处理为最高,稻草不还田处理最低,稻草还田提高了土壤细菌数量;②碳源平均颜色变化率(AWCD法)在培养早期各处理间的差异不大,但随着培养时间的延长,67%和100%稻草还田处理土壤微生物的AWCD值显著大于对照和33%稻草还田处理组;③土壤微生物代谢多样性指数(丰富度和多样性)在3种稻草还田量处理土壤中也表现出明显差异,67%和100%稻草还田处理的土壤中微生物功能多样性显著大于33%稻草还田处理和对照;④67%和100%稻草还田处理显著改善了土壤微生物的功能多样性.以67%稻草还田处理改善土壤微生物群落结构和功能的效果最为显著.     

鄱阳湖不同区域沉积物细菌群落结构、功能变化及其与环境因子的关系

为了解鄱阳湖湖区内具有不同形态、功能的沉积物微生物群落的空间差异,采用T-RFLP（末端限制性片段长度多态性）和Biolog-Eco微平板法,对松门山（主湖区）、饶河（入湖口）、南矶山（碟形湖）和白沙洲（湖汊）样地表层沉积物进行细菌遗传多样性和微生物代谢功能多样性进行分析.结果表明:鄱阳湖具有不同形态、功能的样地间细菌群落结构及微生物功能多样性存在协同的空间异质性,显示饶河样地与其他样地之间差异显著（P < 0.05）.基于T-RFLP结果,饶河样地与其他样地细菌群落结构的差异主要来源于中等相对丰度（0.20%~2.00%）的TRFs片段.此外,饶河样地微生物代谢活性显著低于其他样地（P < 0.05）,主要是因为饶河样地微生物对多聚物类和碳水化合物类碳源的利用能力显著降低.基于微生物群落与环境因子的冗余分析（RDA）结果显示,营养物质（有机质、TOC、TN）和重金属（Zn）是影响细菌群落结构的主要因子,而水深、pH、速效氮[w（NH₄+-N）、w（NO₃--N）]、重金属[w（Zn）、w（Cu）、w（Cd）]是影响微生物代谢多样性的显著因子.研究显示,重金属（Zn）对鄱阳湖沉积物细菌群落结构及微生物功能多样性具有显著影响.研究结果可为探索大型淡水湖泊底栖微生物群落结构和功能的空间异质性以及探讨微生物群落结构与功能对环境因素的响应提供理论依据.      

紫外-生物过滤联合工艺和单一生物过滤工艺中微生物代谢特性的比较

为了系统阐述紫外预处理对生物过滤塔中微生物代谢特性的影响,比较分析了紫外-生物过滤联合工艺和单一生物过滤工艺中微生物代谢特性的变化规律.研究结果表明,联合工艺和单一工艺中微生物的平均代谢活性(AWCD)分别为0.023～0.038和0.024～0.045cm-1.h-1,联合工艺中微生物平均代谢活性高于单一工艺.不同工艺中微生物对碳源的代谢特性存在显著差异:联合工艺中微生物对胺类、醇类和糖类碳源的代谢能力优于单一工艺,对酯类、氨基酸类和羧酸类碳源的代谢能力与单一工艺相当,而对于聚合物类碳源的代谢能力则弱于单一工艺.     

人工湿地空气微生物群落碳源代谢特征

采用BIOLOG-GN微平板分析自由表面流人工湿地空气微生物群落碳源代谢特征,阐明空气微生物群落代谢功能与环境因子相关性.结果表明,不同季节人工湿地空气微生物AWCD值、优势群落及Mc Intosh指数均存在差异,春季和夏季空气微生物碳源代谢强度明显高于秋季和冬季(P0.01);4个季节人工湿地空气微生物优势群落依次为羧酸类代谢群落、糖类代谢群落、聚合物类代谢群落和羧酸类代谢群落,夏季空气微生物对6类化合物的利用水平高于其他季节(P0.05).主成分分析显示,秋季和冬季空气微生物碳源代谢特征相似,但与春季和夏季差别较大,胺类是区分人工湿地夏季与春季、秋季和冬季的主要碳源类型,羧酸类是区分春季与秋季和冬季空气微生物代谢差异的主要碳源类型.不同季节人工湿地空气微生物群落结构主导影响因子存在差异.     

土壤中邻苯二甲酸酯类物质的降解及其对土壤酶活性的影响

邻苯二甲酸酯类物质(PAEs)是一类在环境中广泛存在的有毒有机化合物,本研究探讨了不同浓度梯度的4种PAEs在土壤中的降解,及其对不同土壤酶活性的影响.用GC-MS法测定土壤溶液中PAEs的浓度,结果表明,土壤中的微生物对PAEs的降解起主要作用,对降解数据拟合发现,PAEs降解符合一级动力学方程,并且碳链越短的酯降解效果越好,降解速率越高.在相对高浓度的PAE30环境中,碳链较长的DnOP的降解效率要低于相对低浓度时的降解率,且在40 d后只能降解73%.采用标准方法测定基质酶的活性,在PAEs加入土壤之后,β-葡萄糖苷酶、磷酸酶、脲酶、蛋白酶的活性均有变化.磷酸酶的活性先降低后升高,β-葡萄糖苷酶活性缓慢下降,蛋白酶活性先升高后降低,脲酶则呈逐渐升高的趋势.但是随着胁迫时间的延长(20 d后),除了β-葡萄糖苷酶的活性继续降低,其他酶活性都逐渐恢复,并超过了对照组.     

生物滴滤塔同步降解多组分挥发性有机物的实验研究

采用定向驯化活性污泥接种生物滴滤塔(BTF)同时处理甲苯、甲醇、丙烯酸乙酯挥发性有机化合物(VOCs)混合废气,考察BTF的长期稳定运行性能及微生物平均代谢活性.结果表明,混合气进口浓度低于910mg/m3时,BTF对VOCs混合废气总去除率可维持在80%以上,BTF可高效同步净化中低浓度VOCs混合废气;当进气负荷>120g/(m3·h)时,去除负荷趋于稳定,为100g/(m3·h)左右;CO2的生成量与混合废气的去除负荷的比值为1.731,表明BTF对此3种混合废气有较高程度的矿化;BTF对甲苯、甲醇、丙烯酸乙酯的降解行为符合Michaelis-Menten动力学模型,单位体积最大降解速率rmax分别是为90.9,50.5,58.5 g/(m3·h).平均吸光度(AWCD)值分析结果表明塔内微生物具有较高的代谢活性.     

原始红松林退化演替后土壤微生物功能多样性的变化

为了全面了解原始红松林退化演替为次生林后土壤生境及土壤微生物功能多样性的变化规律,以小兴安岭典型的原始阔叶红松林、退化演替后先锋阶段的白桦林及亚顶级阶段的硬阔叶林为研究对象,采用Biolog-ECO微平板检测法,分析三者0~ < 10 cm和10~20 cm表层土的土壤微生物功能多样性变化规律.结果表明:各林型土壤微生物的AWCD值（平均颜色变化率）随培养时间的延长而增加,培养初期表现为原始阔叶红松林>硬阔叶林>白桦林;培养末期表现为原始阔叶红松林>白桦林>硬阔叶林,三者的AWCD值在0~ < 10 cm土层分别为1.06、0.86、0.81,10~20 cm土层分别为0.68、0.47、0.45,原始林显著高于次生林（P < 0.05）,说明原始林土壤微生物对单一碳源的代谢活性显著高于次生林;同一林型下土壤微生物的AWCD值均表现为0~ < 10 cm土层显著高于10~20 cm土层（P < 0.05）. Shannon-Wiener多样性指数、Simpson指数、McIntosh指数和Richness丰富度指数也均表现为原始林显著高于次生林（P < 0.05）.原始林土壤微生物对各类碳源的综合利用强度均大于次生林,不同林型下土壤微生物群落的优势碳源类型存在一定的差异,碳水类、氨基酸类、羧酸类和多聚物类碳源是原始林退化演替后土壤微生物群落在碳源利用上发生变化的敏感碳源.