好氧堆肥微生物代谢多样性及其细菌群落结构

好氧堆肥是农业废弃物无害化处理和资源化利用的一条有效途径.为了探究好氧堆肥过程中微生物群落的代谢特征和细菌群落演替现象,了解起关键作用的微生物菌群,通过筛选强降解菌种改善堆肥工艺、提高堆肥效率,采用Biolog法和宏基因组法分析了玉米秸秆和牛粪联合好氧堆肥过程中微生物的碳源代谢能力和细菌群落多样性.结果表明:在第2次翻堆（第14天）时,微生物利用碳源的能力最强,初次建堆时（0 d）和其余翻堆时（第8、20、26天）次之,发酵结束时（第34天）最弱.Simpson、Shannon-Wiener和McIntosh多样性指数表明,建堆时及翻堆时的菌群优势度、丰富度和均匀度均极显著优于好氧堆肥结束.不同好氧发酵时间的微生物群落对同一碳源代谢有差异,同一好氧发酵时间微生物群落对不同碳源的利用率不同.糖类、酸类和醇类是区分好氧堆肥不同时间微生物碳源利用差异的敏感碳源.好氧堆肥不同时间细菌的种类和丰度不同,共享的优势菌门有厚壁菌门（Firmicutes）、变形菌门（Proteobacteria）、拟杆菌门（Bacteroidetes）、绿弯菌门（Chloroflexi）、放线菌门（Actinobacteria）和浮霉菌门（Planctomycetes）,在第0、8、14、20、26、34天这6个时间内它们的相对丰度之和分别达90.27%、90.34%、94.26%、84.21%、84.31%和77.61%,且6种门类在不同发酵时间的丰度表达存在消长变化状态.研究显示,参与好氧堆肥不同时间的微生物群落在碳源代谢能力上存在多样性,在细菌菌群的种类和丰度上也存在多样性.      

不同催花肥对莲雾根际土壤细菌群落多样性的影响

为了解在反季节催花期间不同催花肥处理下莲雾根际土壤细菌群落结构的影响,采用Illumina MiSeq高通量测序技术对细菌16S rRNA V3-V4区进行检测,并结合土壤理化性质,比较分析不施肥（CK）与两种不同浓度施肥处理组（IF组,即无机肥处理组;GM组,即羊粪有机肥处理组）下的根际土壤细菌群落结构多样性.结果表明:①所有样品中共检测到10 925个OTU（operational taxonomic unit,操作分类单元）,包括239 639条有效序列,可分为28个门411个属.②多样性指数分析显示,细菌群落多样性顺序为IFM（中浓度无机肥处理）> GML（低浓度羊粪有机肥处理）> IFL（低浓度无机肥处理）> GMM（中浓度羊粪有机肥处理）> CK（对照）> IFH（高浓度无机肥处理）> GMH（高浓度羊粪有机肥处理）.其中,酸杆菌门（Acidobacteria）、绿弯菌门（Chloroflexi）、变形菌门（Proteobacteria）、放线菌门（Actinobacteria）为主要菌群,所占比例超过总数的67.33%.③不同施肥条件下莲雾根际土壤细菌群落结构特征分析显示,CK、IF组和GM组所特有的OTU数量分别占总数的0.51%、7.08%和2.60%,表明不同肥料的添加对土壤细菌群落多样性产生一定的影响,在IFH和GMH处理下,酸杆菌门的Subgroup_2_norank属与绿弯菌门的JG37-AG-4_norank属的相对丰度最高,分别为13.13%和15.89%.④环境因子的相关性热图分析表明,装甲菌门（Armatimonadetes）、硝化螺旋菌门（Nitrospirae）、酸杆菌门、放线菌门、厚壁菌门（Firmicutes）这五类菌群与不同环境因子的显著性关系如下:装甲菌门群落结构与pH呈现出极显著正相关,硝化螺旋菌门群落结构分别与w（TN）和w（有机质）呈现出显著负相关,酸杆菌门群落结构与w（速效磷）呈现出显著负相关,放线菌门群落结构与w（速效磷）呈现出显著正相关,厚壁菌门群落结构分别与w（速效磷）和w（速效钾）呈现出极显著正相关.研究显示,适量施加无机肥或羊粪有机肥,可以显著提高土壤细菌的丰度和多样性,有利于土壤生态环境的改良与维系.      

黄土高原典型林木根际土壤微生物群落结构与功能特征及其环境指示意义

通过研究黄土高原典型林木根际土壤微生物群落结构,为正确评价该生态恢复区土壤环境恢复状况提供理论依据.利用湿筛倾析法、涂平板法和BIOLOG法研究了陕北黄土高原4种典型林木丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)孢子密度与土壤微生物群落结构多样性.结果表明,沙棘AMF孢子密度为刺槐的2.24倍,顺序为沙棘>狼牙刺>柠条>刺槐,不同林木土壤细菌和放线菌数量达极显著差异(p<0.01),真菌数量差异不显著(p>0.05).同一林木土壤细菌对BIOLOG-ECO板中碳源的利用优势种类和利用程度呈现明显的差异性;主成分分析表明对主成分1和主成分2贡献大的碳源为14种和8种,柠条和沙棘土壤典型变量值的变异(离散)较小,而狼牙刺和刺槐土壤典型变量值的变异较大.相关性分析表明,AMF孢子密度与细菌数量、氨基酸类、多胺类和芳香化合物类碳源呈极显著正相关(p<0.01),与真菌数量、放线菌数量和细菌总代谢活性呈显著正相关(p<0.05),但是与羧酸类、糖类和多聚物类碳源相关性不显著(p>0.05).AMF孢子密度可以作为评价陕北黄土高原林木土壤细菌生理代谢类群及其多样性的环境生物学指标.     

黄土高原植被演替不同阶段植物系数的变化与适应性评价

用4年长期定位试验资料,利用植物系数、蒸散量、土壤含水量和土壤水分对植物的有效性等指标,研究了黄土高原植被群落不同演替阶段(草本群落→灌木群落→早期森林群落→顶级群落)的耗水特性与生态适应性。结果表明:不同演替阶段,群落实际蒸散量主要受降水控制,群落间差异不显著(P＞0.05);土壤含水量是早期森林群落明显高于其它群落,草本群落明显高于灌木群落(P＜0.05);植物系数是灌木群落＞草本群落＞乔木群落,而顶级群落大于早期森林群落;土壤水分对植物的有效性是早期森林和顶级群落明显高于草本和灌木群落(P＜0.05)。因此,进行植被建设不但要考虑植物系数还要考虑土壤水分对不同植物的有效性。     

表层沉积物中6:2氟调醇生物降解对细菌群落结构的影响

6∶2氟调醇(6∶2 FTOH)是一种多氟烷基物质,近年被广泛用于工业和消费品中,对环境有潜在威胁,但目前关于6∶2FTOH及其降解产物对沉积物中微生物群落结构的影响还不清楚.本研究的目的是通过基因分析方法探索6∶2 FTOH生物降解对表层沉积物中细菌群落结构的影响.从天津海河采集表层沉积物和河水,在实验室进行微宇宙实验,通过LC-MS/MS测定6∶2 FTOH及其降解产物的浓度,通过变性梯度凝胶电泳和高通量测序分析细菌的群落结构.结果表明,6∶2 FTOH在微生物的作用下可发生降解(半衰期小于3 d),生成6∶2 FTCA、6∶2 FTUCA等中间产物和5∶2 FT Ketone、5∶2 s FTOH、PFHx A、PFPe A、PFBA、5∶3 Acid等稳定产物,该过程对沉积物细菌群落结构产生明显影响,引起细菌群落丰富度和多样性的变化.在6∶2 FTOH降解的不同阶段,细菌的变化和优势菌群略有不同.根据100 d的实验结果,从门的分类水平看,6∶2 FTOH生物降解引起绿弯菌门丰度大幅上升(+24.8%)、变形菌门和厚壁菌门丰度大幅下降(-17.8%和-15.9%).从纲的分类水平看,6∶2 FTOH生物降解引起丰度上升较大的有厌氧绳菌纲(+19.6%)和δ-变形菌纲(+4.3%),引起丰度下降较大的有ε-变形菌纲(-20.0%)、梭菌纲(-10.1%)、芽孢杆菌纲(-5.8%)和γ-变形菌纲(-4.2%).从属的分类水平看,6∶2 FTOH生物降解引起丰度上升较大的有Anaerolineaceae_uncultured(+19.1%)和硫碱球菌属(+13.3%),引起丰度下降较大的有弧菌属(-14.1%)、硫单胞菌属(-13.2%)、芽孢杆菌属(-5.1%)、Sulfurovum(-4.2%)和Fusibacter(-4.1%).这些结果有助于预测环境中细菌对多氟烷基物质污染的响应及筛选可降解多氟烷基物质的细菌.     

苯高效降解菌群富集及其降解机理研究

微生物绿色、低耗、原位修复去除污染土壤与地下水中可降解污染物日益受到关注.本研究从江苏某农药厂苯系物污染土壤中以苯为唯一碳源富集获得苯降解菌群.在28℃、pH=8.0、添加100 mg·L^-1酵母粉条件下,该菌群在6 h内完全降解100 mg·L^-1的苯,利用Q-TOF解析出苯酚和邻苯二酚等主要代谢产物,并通过PCR扩增出苯酚单加氧酶基因（GenBank登录号：MW388722）.该菌群30 h内可完全降解30 mg·L^-1的苯、甲苯和乙苯混合物,高通量测序结果显示该菌群主要含有Cupriavidus、Arthrobacter、Dyella、Corynebacterium、Microbacterium等菌属,其中Cupriavidus为优势菌,菌群群落结构稳定且可高效降解苯,具有潜在的应用前景.     

废弃矿井微生物群落演替特征实验研究

矿井被关闭前后,井下环境条件有很大的差异,尤其是温度、压力、光照、水质、氧化还原条件会发生明显的改变,由此引起废弃矿井中微生物群落结构、多样性、演替规律发生变化,微生物的演替也将影响到井下污染物的降解和矿井水水质。该研究利用井下原煤、煤泥、矿井水进行了废弃矿井封闭和半封闭状态下的模拟实验,探讨了2种模拟中的微生物群落演替及多样性变化特征,实验周期为135 d。实验结果表明,矿井关闭后,细菌为环境中可培养好氧微生物的绝对优势菌群,占比例达到90%以上。封闭和半封闭条件下细菌丰度和多样性均呈增加趋势,但受环境中氧含量的影响,封闭条件下厌氧微生物丰度和多样性出现明显的增加。利用高通量测序技术,分析了细菌群落的演替规律,结果表明,封闭及半封闭条件下实验体系中优势细菌主要为芽孢杆菌(Bacillus)和乳球菌(Lactococcus)等兼性厌氧菌,随着时间变化,亚硝化单胞菌(Nitrosomonadaceae)、硝化螺菌(Nitrospira)和节杆菌(Arthrobacter)等好氧菌逐渐衰亡,乳酸杆菌(Lactobacillus)、拟杆菌(Bacteroides)、链球菌(Streptococcus)、明串珠菌(Leuconostoc)等厌氧菌含量逐渐增加。     

分子生物学技术在污水处理微生物检测中的应用

对现代分子生物学技术在污水生物处理系统微生物检测和群落分析中的应用进行了系统总结,重点对应用较多的PCR技术、FLSH技术进行了介绍并对其优缺点进行了探讨.通过对生物处理系统中微生物检测和生态学研究,可以分析确定系统中功能微生物的数量,群体结构和活性,从而实现构建人工强化生态系统,提高废水生物处理效率的目的.分析认为,以DNA序列和相关的结构基因为基础的分子生物学技术已经在污水生物处理系统的种群分析方面得到了广泛和成功的应用,而且必将会对深入认识和优化污水生物处理过程,加快新工艺的开发和应用以及强化处理工艺的过程控制方面起到更大的作用.     

改良剂对土壤铜镉有效性和微生物群落结构的影响

以一次性添加木炭、石灰和磷灰石稳定化修复4年后的土壤为研究对象,探讨了土壤中铜镉有效性和土壤微生物群落结构的变化.结果表明,3种改良剂的添加提高了土壤pH值,降低了土壤交换性酸和交换性铝的含量,使铜镉由活性态向非活性态和潜在活性态转化,其中磷灰石和石灰的处理效果优于木炭处理; Biolog测试发现,培养192h,木炭、石灰和磷灰石处理土壤AWCD值(0.61、0.76和0.70)分别是对照的1.33、1.65和1.52倍;且Shannon和McIntosh指数均较对照有所提高,表现为:石灰 > 磷灰石 > 木炭,表明改良剂处理后增加了土壤微生物对碳源的利用能力,提高了其功能多样性.PCR-DGGE分析结果显示,改良剂处理后土壤细菌优势群的数量显著增加,木炭、石灰和磷灰石处理Shannon指数分别比对照提高了0.22、0.39和0.24.相关性分析表明,土壤酸度和重金属有效性是影响稳定化修复重金属污染土壤细菌结构多样性差异的主要因素.     

三峡工程三期蓄水初期长江口水域春季浮游动物群落特征及其与环境的关系

三峡工程于2010年10月26日达到三期正常蓄水位,为了研究三期蓄水后初期长江口的生态环境特征,于2011年4月对长江口水域24个站位进行了浮游动物的采集,分析了其种类、丰度、优势种及其与环境的关系.结果表明,调查海域共发现浮游动物97种(含20种浮游幼体),其中,桡足类33种,水母类13种,介形类5种,毛颚类5种,还有一些其它浮游种类.夜光虫和中华哲水蚤是该水域的绝对优势种.根据各站位浮游动物种类组成及其丰度,采用聚类分析法将该水域的浮游动物分为4组群落区域:外海高盐区、冲淡水和外海水混合区、长江口南支附近、长江口北支附近.物种丰度和多样性在空间分布上呈相反的趋势,在长江冲淡水和外海水的混合水域丰度最高,多样性指数最低.物种与环境的CCA(典范对应分析)显示,影响长江口春季浮游动物群落结构的主要环境因子为盐度、营养盐和水温.