水稻秸秆经漆酶预处理后产沼气研究

利用秸秆产沼气是秸秆无害化处理解决环境污染问题的可行手段.本研究针对秸秆特殊结构而导致产沼气少、启动慢、利用率低等问题,采用自培养漆酶预处理水稻秸秆,提高了秸秆产气率及利用率.通过研究发现,当漆酶添加量为40 mL、发酵温度为35℃、预处理7d的条件下,秸秆的产气量最高;同时发现,金属离子的添加对沼气产量有很大影响,其中Cu2添加后产气量提高最多.另外,研究发现预处理天数为24 d的秸秆木质素纤维素降解率最高.     

过量表达SlWD6基因增强番茄抗旱和耐盐功能

WD40蛋白广泛存在于真核生物体内,在生物体内协助细胞行使多种功能,目前关于WD40蛋白的研究多集中在拟南芥菜和水稻中.生物信息学分析显示,Sl WD6蛋白包含两个保守的WD-repeat结构域,属于WD40家族.为了解番茄中Sl WD6基因的功能,采用RT-PCR方法检测番茄的根、茎、叶、花和不同发育时期果实中Sl WD6基因表达量.利用RT-PCR方法获得Sl WD6基因全长,并且构建Sl WD6过量表达载体,通过农杆菌介导法获得转基因植株,利用Realtime PCR检测3个独立的转基因株系(WD6-393、WD6-418和WD6-421)中Sl WD6基因的表达量,并进行耐盐和抗旱性分析.结果显示,番茄Sl WD6基因为组成型表达,果实各时期表达量较高,在红果时期表达量达到最高;转基因株系中Sl WD6基因的表达量显著高于野生型;在干旱和高盐胁迫下,转基因植株叶片脯氨酸(Pro)含量显著高于野生型,丙二醛(MDA)含量与野生型相比则显著降低.用Na Cl和甘露醇介导耐盐和干旱胁迫,Sl WD6转基因植株T2代种子的根长和苗长显著高于野生型植株.综上,Sl WD6基因的过量表达能够显著增强番茄的抗旱和耐盐功能.     

活性污泥萃取液的安全性及对水稻苗期生长和土壤环境的影响

为进一步探讨活性污泥萃取液的农用安全性及应用效果,以水稻为试验材料,开展活性污泥萃取液安全性及与化肥不同配施量处理试验,通过设置5个处理组(CK,空白对照;CF,常规施肥对照;LMF,化肥减氮30%配施低量萃取液;HMF,化肥减氮30%配施高量萃取液;MF,化肥减氮100%配施全量萃取液),分析萃取液对水稻苗期生长性状、土壤理化性质和土壤微生物群落的影响. 结果表明:活性污泥萃取液中的重金属元素含量符合《含氨基酸水溶肥料》(NY 1429—2010)农用标准,0.33%~10%浓度的萃取液浸种可促进水稻种子萌发. 施用萃取液可促进水稻幼苗株高、茎宽、叶面积、地上部生物量与地下部生物量等生长指标的增加. 与常规施肥相比,配施萃取液后,土壤pH显著提高0.51%~13.8%,土壤电导率显著降低14.3%~66.3%,可溶性有机碳含量最高可显著增加68.0%. 高通量测序分析结果显示,相对丰度位于前10位的细菌门类在各处理土壤中均有分布,施用活性污泥萃取液改变了菌群分布比例,且对近根际土壤中菌群结构的影响最大. 施用活性污泥萃取液后,与碳循环相关的门类菌群显著增加,如变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、疣微菌门(Verrucomicrobia)等;常见于胁迫环境的厚壁菌门(Firmicutes)显著减少. 研究显示,活性污泥萃取液具有农用安全性,配施高量萃取液能显著促进水稻幼苗生长,改善土壤理化性质,优化土壤菌群结构,可与有机肥施用效能相当.      

富硅稻壳灰对水稻吸收砷的调控作用

通过向土壤中添加富硅稻壳灰提高土壤溶液中Si浓度可以有效抑制水稻对As的吸收. 为了探索富硅稻壳灰对水稻吸收As的内在调控机理,于2020年在湖南省永州市道县开展了大田试验. 结果表明:富硅稻壳灰的添加使土壤孔隙水中Si浓度较对照组显著增加了866.0%,这为水稻生长提供了充足的Si,使Si在与As的竞争吸收中占据主导作用,同时富硅稻壳灰促进了土壤铁氧化物的沉淀,使孔隙水中As浓度下降了20.3%,这一过程中由于铁氧化物的还原溶解而释放的As重新被固持. 水稻根系铁膜的形成对As的截留作用是抑制As向地上部转运的关键,富硅稻壳灰通过促进通气组织的形成来增加根系氧化能力,使水稻根表铁膜铁浓度(DCB-Fe)较对照组增加了47.3%,使根表铁膜As浓度(DCB-As)较对照组增加了41.0%. 富硅稻壳灰为水稻生长供应的足量Si,通过下调水稻根系中Si转运蛋白Lsi1和Lsi2的表达,从而限制了水稻根系对As(Ⅲ)的吸收,结果显示富硅稻壳灰使精米中无机As浓度降低了29.1%,低于GB 2762—2017《食品安全国家标准 食品中污染物限量》标准限值. 该研究通过大田试验,从土壤孔隙水、水稻根表铁膜以及Si与As在水稻茎叶和稻米运输中的竞争作用三方面系统论述了低温燃烧条件下制备的富硅稻壳灰对水稻吸收As的调控作用,结果表明以0.2%的施加比例施加富硅稻壳灰有效降低了水稻籽粒中无机As 含量,为As污染土壤的水稻安全生产利用提供有效的解决途径.      

土壤中磺胺二甲嘧啶赋存对水稻生长的影响

为探究土壤中残留抗生素对植物生长的影响,选取土壤中检出率较高的磺胺类抗生素磺胺二甲嘧啶作为外源污染物,分析水稻苗期和成熟期生长指标、根系和叶片生理生化指标、水稻各器官中抗生素残留量和富集转运因子的变化特性,并评价水稻籽粒中残留磺胺二甲嘧啶的健康风险.结果表明,磺胺二甲嘧啶对水稻株高和生物量的抑制作用存在于整个生长周期中,且苗期的影响大于生长成熟期,根部受到的影响大于苗部.苗期秧苗根系活力、硝酸还原酶活性和叶片叶绿素含量受到随抗生素含量增加而增大的抑制作用,而抗氧化酶活性的变化趋势表现出不同特征,具体为超氧化物歧化酶活性增强、过氧化氢酶和过氧化物酶先被激活后被抑制.磺胺二甲嘧啶在水稻各器官中的积累量表现为：根>叶>茎>籽粒,且水稻籽粒的抗生素风险评估结果显示EDI/ADI<0.1,不构成健康风险.生长成熟期土壤中磺胺二甲嘧啶对水稻富集因子和转运系数的影响大于苗期.综合磺胺二甲嘧啶对水稻的不利影响,在水稻种植中施加畜禽粪便作为有机肥和使用养殖水进行农田灌溉时,需要关注磺胺二甲嘧啶的生态效应,保障水稻等作物的安全生产.     

吐纳麝香长期暴露下蚯蚓体内金属硫蛋白和谷胱甘肽变化

吐纳麝香(AHTN)作为人工合成麝香中多环麝香的典型代表,具有挥发性、易生物富集等特性,由于其在环境中的浓度日益升高,呈现出一定的生物效应,可能对生态系统的稳态存在着潜在的威胁,为探讨上述课题,试验通过采用自然土壤法以赤子爱胜蚓(Eiseniafetida)作为试验动物,首次研究测定蚯蚓在AHTN的长期暴露条件下,其体内金属硫蛋白和谷胱甘肽含量的变化。试验结果得出低浓度的AHTN能够抑制机体内金属硫蛋白和谷胱甘肽的生成,使得金属硫蛋白和谷胱甘肽的含量显著减少,在一定浓度范围内的AHTN对机体无明显不利影响,而高浓度的AHTN能够诱导机体内金属硫蛋白和谷胱甘肽的生成,使得金属硫蛋白和谷胱甘肽的含量显著增多(P<0.05),从而对土壤环境存在着潜在的生态风险。     

厌氧氨氧化电子受体的研究

在无机条件下,以该课题组已经培养出来的厌氧氨氧化污泥作为接种污泥,分别以硫酸盐、硝酸盐和亚硝酸盐为电子受体来研究氨的氧化反应。从去除速率的角度来看,以NO2--N、NO3--N和SO42--S为电子受体的反应器,分别在运行的第24.5天、40天和31天时达到0.030 0 kg/(m.3d)NH4+-N去除速率,则氧化氨的能力由大到小依次是:亚硝酸盐>硫酸盐>硝酸盐;从标准吉布斯自由能变化来看,3种反应都是可以发生的;以亚硝酸盐为电子受体的反应过程是一个消耗酸度的生物过程,而以硫酸盐为电子受体的反应过程是一个消耗碱度的生物过程。