六价铬细菌还原的分子机制研究进展

工业化进程中铬(Cr)的广泛使用造成了严重的环境污染,其中Cr(Ⅵ)由于具有致癌、致畸变作用以及极强的水相迁移性使其成为Cr污染的主要形式,而Cr(Ⅲ)在环境中易形成沉淀且毒性较小,因此将Cr(Ⅵ)还原成Cr(Ⅲ)被认为是一种有效的Cr(Ⅵ)污染治理策略.Cr(Ⅵ)还原成Cr(Ⅲ)可以通过化学反应或微生物转化,其中细菌介导的Cr(Ⅵ)还原是一种极具潜力的铬污染修复方式,具有反应温和、能耗低且无二次污染等特点,因此其还原过程的分子机制受到了越来越多的关注.本文总结了已发现的Cr(Ⅵ)还原细菌种类以及在污染治理中的应用,并详细阐述了Cr(Ⅵ)还原的分子途径和具体的功能蛋白,逐级深入的展示了目前已研究的Cr(Ⅵ)细菌还原的分子机制,对目前该领域存在的科学问题及未来的发展方向进行了归纳和总结.     

芽孢杆菌SeRB-2还原亚硒酸盐的动力学研究

微生物还原亚硒酸盐的动力学研究具有重要的现实意义,可以为Se (IV)污染场地的微生物修复设计提供理论依据。本文研究了兼性厌氧菌Bacillus sp.SeRB-2对亚硒酸钠的还原动力学。通过指数方程模型、对数方程模型和米氏方程模型的分析可知,Se (IV)的细菌还原符合一级反应动力学,还原反应主要集中在对数期和稳定生长前期,米氏方程模型能更好的反映细菌对亚硒酸盐的还原过程。通过对不同Se (IV)浓度下的米氏常数(K_m)和最大反应速率(V_max)的分析发现,当Se (IV)浓度较低时,K_m值较小,V_max值较大,这表明Se (IV)浓度越低,还原亚硒酸盐的酶与Se (IV)的结合能力越强,此时细菌对亚硒酸盐的还原速率越大、还原效率也越高。在本研究中,当Se (IV)浓度为1 mmol/L时,其还原效率最高可达90%,能够有效去除或降低Se (IV)污染,说明该菌在Se (IV)污染场地的生物修复上具有应用潜力。     

Microbial diversity of soil bacteria in agricultural field contaminated with heavy metals

In this study we evaluated the bacterial diversity in a soil sample from a site next to a chemical industrial factory previously contaminated with heavy metals. Analysis of 16S rDNA sequences amplified from DNA directly extracted from the soil revealed 17 different bacterial types （genera and/or species）. They included Polyangium spp., Sphingomonas spp., Variovorax spp., Hafina spp., Clostridia, Acidobacteria, the enterics and some uncultured strains. Microbes able to tolerate high concentrations of cadmium （500μmol/L and above） were also isolated from the soil. These isolates included strains of Acinetobacter （strain CD06）, Enterobacter sp. （strains CD01, CD03, CD04 and CD08） （similar strains also identified in culture-independent approach） and a strain of Stenotrophomonas sp. The results indicated that the species identified from direct analysis of 16S rDNA of the soil can be quite different from those strains obtained from enrichment cultures and the microbial activities for heavy metal resistance might be more appropriately addressed by the actual isolates.     

水源水及底泥中细菌总数及其优势种群初探

经测定广州市西村水厂水源水及底泥中的细菌总数分别为2.3×10~3个/mL和2.7×10~6个/g。底泥中的NH_4-N降解菌总数为1.31×10~6个/g,占底泥中细菌总数的48.5％。从水中分离出优势菌41株,经鉴定分别为芽胞杆菌属(Bacillus)、假单胞杆菌属(Pseudomonas)、气单胞杆菌属(Aeromonas)、亚硝化杆菌属(Nitrosococcus)、硝化杆菌属(Nitrobacter)、黄单胞杆菌属(Xanthomonas)、棒状杆菌属(Corynebactertium)、产碱菌属(Alcaligener)等8个属。用亚硝化培养基从底泥中分离了NH_4-N降解优势菌20株,经鉴定,分别为Bacillus、节杆菌属(Arthrobacter)、Pseudomonas、Xanthomonas、Nitrosococcus和Nitrobacter等6个属。     

不同轮作模式下土壤细菌群落特征及其对土壤全碳、全氮与温室气体释放潜力影响

为了探讨不同轮作模式下农田土壤细菌群落特征对土壤全碳(TC)、全氮(TN)含量及温室气体释放潜力的影响,以安徽铜陵两种不同轮作模式农田土壤为研究对象,设置旱-旱轮作(姜-菜)及水-旱轮作(姜-稻)两种轮作模式样地,测定并分析土壤细菌群落及其多样性、土壤TC、TN含量及CH₄和N₂O释放潜力.结果表明,旱-旱和水-旱轮作模式下姜季均降低了土壤TC、TN含量,水-旱轮作模式下稻季增加了土壤CH₄释放潜力(p<0.05),其他时期CH₄和N₂O释放潜力差异不显著.不同轮作模式对土壤细菌群落多样性影响不同,细菌多样性指数表现为水-旱轮作模式>旱-旱轮作模式(p<0.05).水-旱轮作相比于旱-旱轮作节杆菌属(Arthrobacter)相对丰度增加,鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)和芽胞杆菌属(Bacillus)相对丰度降低.芽胞杆菌属、Gaiella、Paenibacillus、Blastococcus等菌属在不同轮作模式下呈显著差异(p<0.05).Bryobacter、Bradyrhizobium和Mycobacterium与土壤C/N呈显著正相关(p<0.05).Acidothermus、Geodermatophilus、Blastococcus、Bacillus、Paenibacillus菌属对土壤N₂O释放有显著负效应(p<0.05).Conexibacter、Acidothermus和Geodermatophilus菌属对土壤CH₄释放具有显著正效应(p<0.05).本研究的开展对农田管理方式的选择及可持续生产均具有重要意义.     

3种碳添加对退化农田土壤固碳细菌群落结构多样性的影响

为研究秸秆、生物炭和纳米碳添加对退化农田土壤固碳细菌群落结构多样性的影响,利用高通量测序技术,对3种碳源添加后黑龙江省嫩江县退化农田土壤的固碳细菌群落结构及多样性进行研究.结果表明:①在97%相似度水平下,秸秆、生物炭添加后土壤固碳细菌的Chao1指数、Observed species和Shannon指数高于纳米碳添加后的土壤.②群落组成方面,在门水平上,变形菌门(Proteobacteria)为优势菌门,在生物炭添加后的相对丰度最高,为94.35%;在纲水平上,γ-变形菌纲(Gammaproteobacteria)为优势菌纲,在纳米碳添加后的相对丰度最高,为67.45%;在目水平上,着色菌目(Chromatiales)为优势菌目,在纳米碳添加后的相对丰度最高,为50.83%;在科水平上,节外硫红螺菌科(Ectothiorhodospiraceae)为优势菌科,在纳米碳添加后的相对丰度最高,为34.34%;在属水平上,硫碱弧菌(Thioalkalivibrio)、Sulfurifustis、Thiobacillus为优势菌属,分别在生物炭、纳米碳和秸秆添加后的相对丰度最高,相对丰度分别为17.02%、16.40%、13.03%.③层次聚类和主成分分析结果显示,生物炭和纳米碳添加后土壤固碳细菌群落结构差异显著,进一步进行组间差异显著性分析表明,显著差异标记主要富集在生物炭添加的土壤中,主要为硫碱弧菌和硫腺菌(Thiocystis)最为显著.④冗余分析结果表明,土壤固碳细菌群落结构受土壤pH、有机碳、全氮、全磷、碱解氮及有效磷的综合影响,其中,土壤pH和全氮含量是影响土壤固碳细菌群落结构的主要理化性质.上述结果表明,秸秆添加对土壤固碳细菌群落结构及多样性影响较小,生物炭添加可显著提高土壤固碳细菌群落多样性,纳米碳添加对土壤固碳细菌的影响具有一定特异性;土壤固碳细菌群落结构受土壤pH和全氮含量显著影响.     

高密度微阵列基因芯片技术在微生物分子生态学研究中的运用

应用基于16S rDNA 的高密度微阵列基因芯片(Microarray)技术对膜生物反应器内的微生物多样性进行研究.结果表明,膜生物反应器具有较高的微生物多样性,Microarray共检测到1 019种微生物.Proteobacteria是其中的优势种,共含有657种微生物,占总种群数量的64.5%左右.gamma Proteobacteria是Proteobacteria中的优势种,占35.8%左右,但相对含量一般并不高.beta Proteobacteria虽然种群数量稍少,但其在荧光强度最高的前25种和50种微生物中比重最大,分别占40%和36%左右.通过比较微生物的相对荧光强度,发现Clostridia是系统中的优势微生物种属.一些常见的硝化细菌如Nitrosomonadaceae、Nitrospiraceae等也具有较高的含量.Microarray作为一种实时、高效、准确的分子生物学手段,可应用于废水处理中的微生物多样性研究.     

产氢发酵新菌Ethanoligenens sp.B49对铁的依赖性及产氢途径初探

采用典型产氢途径的丁酸梭菌和阴沟肠杆菌作为对比菌株,铁元素作为限制性因子,研究Ethanoligenens sp.B49的产氢代谢过程对铁的依赖性以及产氢机制.铁限制性培养结果表明,与完全培养条件相比,在铁浓度限制在2 mg·L-1条件下B49仍保持很好的生长状态和产氢性能,其产氢不受铁元素不足的影响,即其产氢行为不具有铁依赖性;这一性质与梭菌型产氢途径的丁酸梭菌表现出相似的规律,完全区别于阴沟肠杆菌铁依赖型的产氢机制.初步判断高效产氢菌B49的产氢代谢途径类似于梭菌型产氢途径.     

铁矿区内重金属对土壤氨氧化微生物群落组成的影响

以密云水库上游某铁矿区为研究对象,采用荧光定量PCR和变性梯度凝胶电泳(DGGE)分析了矿区内不同采样点的土壤中氨氧化微生物的数量和群落结构的变化,结果表明,土样中氨氧化细菌(AOB)和氨氧化古菌(AOA)的数量变化范围分别为3.01×107~1.08×109copies/g干土和8.65×107~2.69×109copies/g干土.重金属含量与氨氧化微生物数量的相关性分析以及氨氧化微生物群落结构的冗余分析结果表明,该矿区内重金属污染改变了土壤中的氨氧化微生物的数量和结构.Cu污染对AOA的数量起到了显著抑制作用(r= -0.653*, P<0.05),但是对AOB则没有明显作用;Zn污染对尾矿库区域土壤的AOA/AOB比值影响显著(r= -0.606*, P<0.05);Cd污染改变了AOB的种群分布,降低了AOB的多样性水平.土壤中Cr长期干扰并没有改变氨氧化微生物的数量和结构,但是明显得抑制了氨氧化速率,表明重金属污染在一定程度上也影响了土壤生态系统的氮循环.     

利用有机物厌氧发酵生物制氢的研究进展

主要介绍利用有机物厌氧发酵生物制氢工艺的基本原理和主要途径,并对国内外在厌氧生物制氢领域内的研究现状进行了综述,对厌氧生物制氢在未来的进一步发展进行了分析和展望。