植物促生菌在重金属生物修复中的作用机制及应用

重金属污染是导致生态和环境退化的主要因素之一.土壤重金属污染会降低土壤质量、农作物产量和品质,甚至威胁人类健康.因此,优化土壤重金属污染治理措施,对于农业高产优质可持续具有重要意义.诸多国内外学者在重金属污染植物修复方面开展了大量研究,但由于受土壤和气候环境条件的影响,其修复效率受到制约.微生物与植物的协同修复被认为是环境胁迫条件下提高重金属污染修复效率的一种有效手段.耐重金属的植物促生细菌（PGPB）不仅可以促进植物生长,提高对生物胁迫（如病原菌）和非生物胁迫（如干旱、高盐、极端温度和重金属等）的抗性,还可以改变土壤中重金属的生物利用度和毒性,从而提高植物对重金属的修复效率.系统地梳理了耐重金属的PGPB在促进植物生长,增强植物抗逆性和影响重金属生物利用度方面的作用机制,并进一步综述了近年来国内外关于PGPB在生态修复中的应用和研究进展.     

同步脱氮除磷复配菌剂对河流水质净化效果研究

通过选择培养基、溴麝香草酚蓝（Bromothymol Blue,BTB）培养基筛选及脱氮除磷性能检测,从城市河道中成功筛选出6株异养硝化-好氧反硝化菌株,分别属于假单胞菌属（Pseudomonas）、产碱杆菌属（Alcaligenes）、无色杆菌属（Achromobacter）和陶厄氏菌属（Thauera）,其中3株菌株兼具硝化、反硝化和聚磷能力,菌株MC-5除磷能力最优.在此基础上,将筛选出的6株单菌株进行复配,考察了复配菌剂在不同COD/TN下的脱氮除磷性能.根据群落结构变化分析,发现复配菌剂中的产碱杆菌属在脱氮除磷中发挥了更为关键的作用.水中碳源耗尽时补加碳源能显著提升复配菌剂的脱氮除磷性能,氨氮和总磷去除率分别由55.87%和50.48%提高到100%和98.89%,而水中COD/TN高于20会对微生物产生抑制作用.探究复配菌剂处理受污染河水最佳投加量的试验结果表明,投加量为1.69 g·m-3时,总磷指标能够从地表水劣Ⅴ类提高至Ⅲ类水质标准,氮类指标能够提升至接近地表水Ⅴ类水质标准.适当提高菌剂投加量能提高氮、磷元素降解速率,缩短河道水质修复时间.这说明本研究中的同步脱氮除磷...     

抗生素菌渣催化热解特性的研究

为了将生物质转化为高品质的液体燃料,以青霉素菌渣为催化热解实验原料,在温度为400,500,600,700℃下进行热解实验,以生物质油产率最大化为目的,探究最佳热解温度。在此基础上,选用CoO/HZSM-5和NiO/HZSM-5作为催化剂,对青霉素菌渣进行催化热解实验,探究催化剂对生物油催化提质的作用。结果表明:不添加催化剂时,青霉素菌渣在500℃条件下热解所得的生物质油产率达到最高。在此温度条件下,添加催化剂CoO/HZSM-5和NiO/HZSM-5时,生物质油的产率相对降低,但催化热解后生物油中烃类物质含量分别增加8.66,7.41百分点,达到25.34%和24.09%;含氧类物质如醇类、酯类和醛类物质含量分别降低9.68,12.49百分点,为31.74%和30.34%;含氮杂环类物质含量分别降低5.96,12.49百分点,为32.51%和35.07%。天冬氨酸、组氨酸、谷氨酸和中间产物DKP的催化热解实验进一步解释了青霉素菌渣催化热解的机理。     

退役井场老化油污土壤的生物强化修复技术

退役井场油污土壤含油量低、原油重质化严重,为恢复其土壤属性,探索原位生物强化修复技术。在分析油污土壤中原油性质和土著菌群结构的基础上,优选配伍好的外源嗜烃菌,并应用生物促进剂,以及将菌剂固定化以提升其抗环境冲击能力,提升现场生物修复效率。结果表明:井场油污土壤平均含油率为14.6 mg/g,重质组分含量达到57%,土著菌群结构中缺少降解重质组分的微生物。室内优选2株具有协同效应的重质组分降解菌,在生物促进剂用量为500 mg/L和以锯末固定外源菌条件下,降解达标时间由120 d缩减至80 d。现场开展了2700 m2场地原位修复试验,采用地耕法工艺,修复8个月后含油率由14.6 mg/g降至3.30 mg/g,达到GB 36600—2018《土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准(试行)》建设用地Ⅱ类用地要求。优选的重质油降解菌剂能提升原油污染物的降解速率,通过促进剂和菌剂投加方式的优化,可有效缩短修复周期。     

填料优化反硝化脱硫工艺系统的生物强化效果研究

在反硝化脱硫工艺体系内投加填料,进一步促进了菌剂的生物强化效果,实现了核心功能菌群的优化调控,提升了反硝化脱硫工艺体系的效能。研究发现:填料系统将单质硫的生成效能提升到对照组的1.5倍左右。无生物强化时填料表面生物膜中优势菌属为Pseudomonas和Azoarcus;填料和菌剂共同作用,可以将单质硫生成效能提升到对照组的2倍,此时生物膜优势菌属为Pseudomonas和Arcobacter,生物强化促进了硫氧化功能基因的表达。投加Pseudomonas sp.gs1进行生物强化,提升了填料表面生物膜的抗冲击负荷能力,系统经过冲击后单质硫生成率可以迅速恢复。     

菌渣改良淤泥固化土及其促进黑麦草的生长

针对淤泥固化土板结程度高,养分不足等缺陷,采用菌渣辅以MgSO₄,通过物理掺和的方式改良固化土,用于园林绿化利用。通过对菌渣改良土的物理性状特性和养分含量分析、黑麦草种子发芽实验和盆栽实验,探究了菌渣掺量和粒径对淤泥固化土改良的影响。结果表明:淤泥固化土掺入40 g/kg的5~10 mm菌渣和0.2 g/kg MgSO₄后改良效果最佳,黑麦草株高增加了32.3%,干重提高了126.7%。菌渣的疏松多孔可改善土壤孔隙结构、降低土壤容重、提升土壤保水性;MgSO₄补充了缺失的有效镁和有效硫;菌渣自身的营养物质提升了土壤有机质、水解性氮、有效磷、速效钾等养分含量,进而提高土壤保肥能力。菌渣可作为土壤改良剂实现淤泥固化土的低成本改良利用。     

基于麦饭石与添加剂不同联用方式对猪粪堆肥过程的调控

针对单一添加剂施用于堆肥中作用有限,且多种添加剂混合施用效果不明的问题,向猪粪堆肥中添加麦饭石,以及其与竹炭和高温好氧菌剂的不同联用处理;通过对理化性质以及门水平上微生物群落的测定,了解各添加剂处理对堆肥过程的改善效果,并用冗余分析探究了微生物群落变化与环境因子的多元关系。结果表明,添加麦饭石及其联用剂对理化性质的优化不明显,尤其未明显加快堆肥速率;在堆肥过程中,门水平上的4种优势菌落数量均发生了变化,pH是该堆肥化过程微生物改变的主要驱动因素;堆肥过程CO₂、CH₄、NH₃及N₂O的排放主要与厚壁菌门和拟杆菌门的菌落活动相关。该研究结果可为堆肥生产中添加剂的混合施用提供参考。     

1株反硝化除磷菌的鉴定及其反硝化功能基因研究

研究反硝化除磷菌(denitrifying polyphosphate-accumulating organism,DPAO)的筛选、鉴定及反硝化功能基因.利用反硝化培养基分离得到菌株ZQN2,经好氧吸磷试验,硝酸盐还原产气试验并辅助异染颗粒和PHB颗粒染色,确定其为反硝化除磷菌.厌氧释磷/缺氧吸磷试验结果表明,菌株ZQN2在厌氧段释磷并合成PHB(poly-β-hydroxybutyrate),在缺氧段以NO3-为电子受体氧化PHB并过量吸磷,进行了同步反硝化除磷.对菌株ZQN2进行16S rRNA基因序列分析,并构建系统进化树,结果表明该菌株与GenBank数据库中多株Bacillus cereus菌株16S rRNA基因的同源性在99%以上.结合生理生化检测,判断菌株ZQN2为蜡状芽胞杆菌(Bacillus cereus).对其反硝化功能基因的研究表明,菌株ZQN2为nirS+和nirK-型,从分子生物学角度确认其具有反硝化功能;菌株ZQN2的nirS序列的系统发育分析结果表明,其nirS序列与多株Pseadomonas aeruginosa的亲缘关系最接近,这与基于16S rRNA的系统发育分析的结果不一致.     

阿特拉津低温降解菌的筛选及其降解特性研究

应用吉林吉化阿特拉津生产厂采回污泥样品筛选出一株AT低温降解菌,进行了系列实验,通过对其革兰氏染色、生理生化特性测定初步鉴定为革兰氏阴性兼性厌氧球菌,经BIOLOG自动微生物分析系统鉴定,该菌很可能为一新菌种。并对其降解特性进行了研究,得出其最佳降解条件,最适pH为7.5～8.3,温度适应范围较广,4～30℃对AT均有较好的降解效果,3d降解率可达95%,可用于地下水及土壤中AT污染的修复。降解动力学实验表明,在农药污染质阿特拉津的低浓度体系中,AT菌降解阿特拉津的反应符合一级动力学模式,属于米氏方程曲线的第一阶段的情形,并拟合出关系式V=0.9895S。最后,检测其降解产物。     

载体吸附培养黄孢原毛平革菌(Phanerochaete chrysosporium)和云芝(Trametes versicolor)对染料的脱色

比较研究了不同载体吸附培养的黄孢原毛平革菌(Phanerochaete chrysosporium)和云芝(Trametes versicolor)对染料连续脱色的效果。结果表明:(1)白腐真菌黄孢原毛平革菌和云芝分别在含有球形的木屑、玉米芯和花生壳载体的液体环境中振荡培养,菌体以膜状或团状形式大量附着生长在载体表面。(2)连续4轮脱色过程中,不论黄孢原毛平革菌还是云芝,都是木屑为载体的培养液的持续脱色和产酶能力最好,宜选择木屑为载体。其中,木屑为载体的黄孢原毛平革菌培养液经过2轮连续12d脱色后对活性黑RB5的最高脱色率仍能达到97%,在第3轮脱色中对活性红M-3BE的最终脱色率接近96%,并且能产生最高611U/L的锰依赖过氧化物酶(MnP)和1 477U/L的木质素过氧化物酶(LiP)。(3)在实际应用中应该将木屑为载体的黄孢原毛平革菌和云芝培养液都投加到含染料废水处理系统中,强化生物处理效果。