适冷微生物研究进展及应用现状

适冷微生物(包括嗜冷微生物、耐冷微生物)是在低温下仍具有生存和繁殖的能力的一类微生物,低温会对微生物产生如酶活性降低、膜流动性变差、蛋白质冷变性、不适当的蛋白质空间折叠和低温下细胞内部构造破坏等不利影响。适冷微生物能克服低温带来的消极影响,并能在极端环境下生长及代谢。随着宏基因组测序、蛋白质组学以及其它分析手段在环境微生物中的应用,作者对低温微生物的一些适应性改变有了新的认识。酶活性中心结构的改变、膜中脂质成分含量的增加,冷适应蛋白的快速表达等都被证明在对低温适应中起着重要作用。文章综述了适冷微生物的适冷机理及其在污染控制领域的应用,为适冷微生物的实际工程应用提供参考,为适冷微生物在环境工程中的进一步广泛应用奠定基础。     

生物结皮的发育演替与微生物生物量变化

生物结皮在荒漠地区的生态恢复中具有重要的生态学意义,且不同发育演替阶段的结皮具有不同的生态功能.通过野外调查、显微观察结合微生物定量分析对腾格里沙漠东南缘沙坡头地区生物结皮的发育演替进行了研究.结果表明该地区的生物结皮一般按照"藻结皮→地衣结皮→藓结皮"的模式发育演替.随着结皮的发育演替,光合生物生物量逐渐增加,微藻生物量却呈现先增加后减少的趋势.其中,具鞘微鞘藻(Microcoleus vaginatus)作为结皮藻类中的第一优势种,在藻结皮中生物量最大,达到0.33 mm3·g-1,而爪哇伪枝藻(Scytonema javanicum)和(一种)念珠藻(Nostoc sp.)在晚期的地衣结皮中生物量达到最大.另外,研究发现异养微生物生物量在藻结皮中开始增加,但在地衣结皮中呈下降的趋势,最后在藓结皮中异养微生物生物量再次增加并达到最大.其中细菌数量的增加与结皮有机碳、Na+含量的增加显著相关(P<0.05),真菌数量的增加与K+、Na+含量的增加显著相关(P<0.05).本研究观察了沙坡头地区生物结皮发育演替的模式,并从环境适应与功能需求的角度探讨了生物结皮发育演替过程中微生物生物量的变化特征,对于理解结皮的发育演替以及荒漠化地区生态恢复过程中结皮的维护管理具有重要的理论与实践意义.     

Heavy metal availability and impact on activity of soil microorganisms along a Cu/Zn contamination gradient

All the regulations that define a maximum concentration of metals in the receiving soil are based on total soil metal concentration. However, the potential toxicity of a heavy metal in the soil depends on its speciation and availability. We studied the effects of heavy metal speciation and availability on soil microorganism activities along a Cu/Zn contamination gradient. Microbial biomass and enzyme activity of soil contaminated with both Cu and Zn were investigated. The results showed that microbial biomass was negatively affected by the elevated metal levels. The microbial biomass-C （Cmic）/organic C （Corg） ratio was closely correlated to heavy metal stress. There were negative correlations between soil microbial biomass, phosphatase activity and NH4NO3 extractable heavy metals. The soil microorganism activity could be predicted using empirical models with the availability of Cu and Zn. We observed that 72% of the variation in phosphatase activity could be explained by the NH4NO3-extractable and total heavy metal concentration. By considering different monitoring approaches and different viewpoints, this set of methods applied in this study seemed sensitive to site differences and contributed to a better understanding of the effects of heavy metals on the size and activity of microorganisms in soils. The data presented demonstrate the relationship between heavy metals availability and heavy metal toxicity to soil microorganism along a contamination gradient.     

稳定性同位素DNA-SIP示踪中性紫色土的氨氧化过程

研究表明酸性土壤中氨氧化作用主要是由氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea,AOA)催化进行;而在中性和碱性土壤中则主要是由氨氧化细菌(ammonia-oxidizing bacteria,AOB)主导.虽然AOA在中性土壤中具有很高的丰度,但其对硝化过程的贡献仍不清楚.因此本文选取p H为7. 2的中性紫色土为研究对象,通过稳定性同位素核酸探针技术结合克隆测序探究中性紫色土中活性氨氧化微生物群落组成.结果表明中性紫色土的净硝化速率为9. 68 mg·(kg·d)~(-1),AOA和AOB在中性紫色土中均有较高的丰度且共同推动硝化作用的进行.系统发育分析结果表明培养初期(0d)在数量上占优势的AOB为Nitrosospira Cluster 3a. 1,而Nitrosospira Cluster 3a. 2只占较小的一部分,经过56d的培养后Nitrosospira Cluster 3a. 2替代了Nitrosospira Cluster 3a. 1成为主导氨氧化的活性AOB.培养初期(0d)在数量上占优势的AOA是Nitrososphaera Subcluster 9,但经过培养后变为Nitrososphaera Subcluster 3. 2/3. 3.在培养期间AOA和AOB的群落结构均发生了改变.对~(13)C标记DNA的测序分析证明AOA和AOB在硝化过程中都起着重要作用,主导氨氧化的活性AOA和AOB主要分别隶属于Nitrososphaera Subcluster 3. 2/3. 3和Nitrosospira Cluster 3a. 2.本研究明确了AOA及AOB对中性紫色土氨氧化过程的推动作用并从微生物层面探究硝化作用的发生机制,为进一步研究紫色土中硝化作用提供理论基础.     

EM菌强化SBR脱氮除磷的试验研究

重点讨论了有效微生物群（EM）在SBR反应器中对生活污水的TP，NH3－N和TN和TN的去除效昆，结果表明，当EM投加量（VEM／V污水）为1／1000－1／1000时，能显著提高SBR工艺对TP，NH3－N和TN的去除率和降解速度，具有节能降耗的优点，当EM投加量（VEM／V污水）在1／1000－5／1000范围内，TN的去除率随EM量的增加而逐渐提高。     

高效纤维素分解菌在蔬菜-花卉秸秆联合好氧堆肥中的应用

以滇池流域典型的蔬菜废物和花卉秸秆为堆肥原料,以本实验室筛选、保存的17株纤维素降解菌和1株购买的产黄纤维单胞菌(Cellulomonas Flavigena)为复合接种剂,对不同接种条件和控温条件下的联合堆肥中试进行了研究.实验结果表明,在一次发酵的初始阶段,以体积分数0.5%的接种量向堆肥中接种纤维素降解复合菌剂可有效提高发酵过程堆料中纤维素降解菌的种群密度,并使其迅速成为优势菌群,尤其是当堆体处于控温55℃的工况条件时,其菌群密度可保持在3.84×10⁹～1.80×10¹⁰CFU/g;在二次发酵的初始阶段,以体积分数1%的接种量接种,可有效提高二次发酵阶段堆温的回升.对堆料中木质素和纤维素含量以及堆肥终产物的粒径分布指标--过筛率的检测表明,接种的复合纤维素降解菌可有效地降解堆料中的木质纤维素,接种处理中纤维素的降解率比不接种处理高23.64%,接种处理堆肥终产物的过筛率(2.0 cm)比不接种处理高18.28%.研究表明,用纤维素降解复合菌剂进行二次接种二次发酵,能够有效地促进蔬菜-花卉秸秆联合好氧堆肥中物料的纤维素组分的降解,达到加快堆肥进程,提高堆肥品质的目的.     

堆肥添加剂降低碳氮损失的微生物学机制研究

为了探明添加剂如何影响堆肥微生物优势群落的演替进而影响碳氮损失,以玉米秸秆和鸡粪为原料,添加不同量的生物质炭和凹凸棒作为添加剂,设置5个处理（CK （鸡粪+玉米秸秆）、BC1（鸡粪+玉米秸秆+5%（干重）生物质炭）、BC2（鸡粪+玉米秸秆+10%（干重）生物质炭）、PG1（鸡粪+玉米秸秆+5%（干重）凹凸棒）和PG2（鸡粪+玉米秸秆+10%（干重）凹凸棒））进行堆肥.结果表明,相较于CK,BC1、BC2、PG1、PG2处理的碳和氮损失分别减少了8.60%、12.05%、2.03%、6.14%和14.54%、20.14%、8.40%、11.23%.优势微生物菌群与碳氮损失的冗余分析表明,添加10%生物质炭和添加10%凹凸棒都显著促进了堆肥过程中固氮类细菌相对丰度,而抑制反硝化细菌的相对丰度,且添加10%生物质炭效果更佳;KEGG分析表明,添加10%生物质炭显著影响氨基酸代谢和碳水化合物代谢功能基因,而添加10%凹凸棒显著影响氨基酸代谢功能基因.由此可见,10%添加剂的碳氮损失都低于5%添加剂的处理,添加生物质炭的碳氮损失都低于凹凸棒处理,添加剂通过影响优势微生物群落及其氨基酸代谢和碳水化合物代谢功能基因抑制堆肥过程中的碳氮代谢,从而减少碳氮损失.     

固定化微生物对低温河水脱氮效果的中试研究

利用微生物净化受污染河水是目前常用的地表水体修复方法,但低温条件下微生物代谢缓慢,酶活性下降,在寒冷季节难以维持对河水的净化效果.本研究采用固定化的方法提高微生物的低温耐受性,通过中试试验考察自然挂膜的固定化微生物、经低温驯化的预挂膜固定化微生物及预挂膜固定化微生物耦合生物促生剂这3种方法对低温河水中COD及氮素类污染物的去除效果.结果表明,在低温条件下3种方法均能有效提升河水的净化效果,静止条件下,河水中COD、NH₄⁺-N、NO₃^--N和TN的去除率由分别由21.3%、37.2%、8.5%和6.9%提升至72.3%~77.9%、48.6%~62.7%、35.3%~42.3%和26.2%~31.9%.COD去除率在2~3 cm·s^-1流速下明显优于静止条件,总氮去除率在2 cm·s^-1流速下最高.自然挂膜和预挂膜微生物对河水中污染的去除无明显差别,添加促生剂对固定化微生物的净化作用没有进一步的提升,但功能菌群的微生物群落结构有所不同.促生剂的添加提高了河水中的微生物活性与群落多样性,但对固定化载体上的微生物无明显影响.固定化载体上的优势菌群均为低温下具有脱氮功能的Proteobacteria.此外,具有低温适应性的脱氮功能菌属Rhodoferax、Pedobacter及Pseudomonas在3组固定化载体上均有较高丰度,而自然挂膜的载体上及其河水中分别对Malikia属及hgcI_clade属具有显著特异性的富集（p<0.05）,这两种菌属均具有低温脱氮功能.     

不同温度下微生物和纤维素酶对发酵猪粪理化特性的影响

采用恒温发酵培养试验,研究了5℃和25℃时分别接种纤维素酶(X)、枯草芽孢杆菌(K)和EM菌(E)及其组合对新鲜猪粪发酵中的全氮、铵态氮、有机质、p H及微生物数量的影响.结果表明,5℃条件下,猪粪中微生物生长受抑制,细菌、真菌、放线菌数量均明显低于25℃,发酵终期猪粪有机质含量为70%~83%,p H值为7.16~7.36;25℃条件时,发酵终期猪粪有机质含量降至61%~72%,p H值升至8.09~8.94.与对照相比较,25℃下添加微生物和纤维素酶的处理有机质含量降低了2.95%~7.70%(除了K和XE处理),C/N值降低了4.04%~37.59%(除了XK处理),p H值增加了1.7%~26.8%.在总的添加量一致的条件下,发酵剂组合KE、XE、XK、XKE对猪粪发酵的效果优于单一发酵剂的X、K、E处理.     

膨胀污泥中丝状菌的分离鉴定与特性分析

为了阐明膨胀污泥中的丝状菌种类和特性,利用培养法、显微镜检和分子生物学分析技术从城市污水处理厂的膨胀污泥中分离鉴定丝状菌,并对典型丝状菌进行特性分析.利用高氏一号培养基和淀粉培养基分离出的丝状菌可归入18个属,其中链霉菌属(Streptomyce)、细杆菌属(Microbacterium)属于放线菌门,其余均属于真菌.青霉菌属(Penicillium)、枝孢菌属(Cladosporium)、链格孢属(Alternaria)、曲霉菌属(Aspergillus)、毛孢子菌属(Trichosporon)在培养基上的出现频次较高.毛孢子菌、链霉菌、青霉菌和链格孢菌都能在pH中性或偏酸性条件下良好生长.高浓度的Na Cl能够抑制毛孢子菌和链霉菌,但对青霉菌和链格孢菌的抑制作用不明显.除毛孢子菌外,链霉菌、青霉菌和链格孢菌都可有效地利用蔗糖、淀粉和纤维素,碳源浓度增加会促进它们的生长.r DNA-ITS区高通量测序结果表明膨胀污泥中存在大量未知真菌.