微生物降解石油烃的代谢机制及研究进展

石油烃类污染物是复杂的有机化合物,对生态环境和公众健康具有较大危害。目前微生物技术已成为修复石油烃污染环境的主要方法,微生物可利用目标污染物作为碳源,通过一系列的酶催化对其进行代谢降解。研究了微生物降解石油烃的代谢机制,可通过合理设计降解途径中关键步骤的酶,降低限制因素对石油烃微生物降解的影响,提高限速步骤的反应速度,从而提高对石油烃的降解率,以更好地应用于石油烃污染场地的修复。通过梳理总结石油烃的主要组成和结构、代谢途径、功能基因和关键酶种类,以及组学和合成生物学技术在石油烃降解代谢机制研究中的应用现状,为进一步优化提升微生物修复技术在石油烃污染领域的应用前景提供参考。     

污水处理厂中微生物群落特性与基因功能探究

为了探究污水处理过程中微生物多样性及其功能,文章以哈尔滨市某城市污水处理厂为研究对象,采用高通量测序及水化学分析方法对进水口、曝气池及出水口的水质样本分别进行细菌群落结构及环境因子的测定分析。结果表明,该污水处理工艺对COD、BOD₅、NH₄⁺-N、TP、TN均有明显的去除作用,其中除TN外去除率均在93%以上,NH₄⁺-N的去除率最高,达99%。污水中微生物群落鉴定检出细菌分属于15门、28纲、64目、92科和115属。通过细菌微生物群落Alpha多样性分析发现,曝气池中细菌群落多样性最高。其中环境中的优势菌门为变形菌门(Proteobacter)、拟杆菌门(Bacteroidota)、厚壁菌门(Firmicutes)、弯曲杆菌门(Campilobacterota)、髌骨细菌门(Patescibacteria)。其中Bacteroidota与Campilobacterota在H1中丰度最高,分别为44.62%、24.62%,Patescibacteria在H2中丰度最高,为2...     

炼油废水致毒物质甄别及微生物群落响应关系研究

文章以某石化废水处理厂炼油废水为研究对象,对处理流程各阶段废水进行毒性测试,评价各阶段对生物毒性的削减效果;为探明主要毒性来源及其对系统微生物群落结构的影响,该研究结合毒性鉴别评价技术甄别各处理阶段主要致毒环境因子类别,并利用高通量测序技术探究致毒类环境因子与微生物群落结构响应关系。毒性测试结果显示,系统对废水急性毒性与遗传毒性削减效率分别为(90.25%±3.19%)和(97.17%±1.95%),调节池与A/O池分别表现出对急性毒性与遗传毒性的显著削减效果。毒性鉴别评价结果表明,系统主要致毒环境因子类别为非极性有机物和金属阳离子。致毒类环境因子与微生物群落结构相关性分析结果表明,Ca(r²=0.80,p=0.01)和总石油烃(r²=0.90,p=0.01)显著影响系统微生物群落结构。研究结果为炼油废水处理工艺的优化提供了理论基础,为探究废水毒性物质对生物处理阶段潜在影响提供了实例参考。     

基于多尺度方法研究微生物生长对多孔介质渗透率的影响

建立了孔隙尺度微生物生长与REV尺度多孔介质渗透率衰减的耦合算法,分析了微生物生长对多孔介质渗透率衰减的影响规律,为有效控制地下水回灌过程中的微生物堵塞提供了理论依据。多尺度耦合模型的孔隙尺度部分采用LBM-IBM耦合模型模拟多孔介质中流场,CA模型描述微生物生长。宏观尺度部分采用通用渗流模型描述流体在多孔介质内的流动。结果表明：由于流体和营养物的优先渗流性,微生物生长在空间上呈明显的非均匀性。多孔介质进口处微生物生长最快,远离进口的多孔介质骨架上微生物生长量与上下游位置关系不大,而与优势流直接相关。将不同营养物进口浓度工况下的局部当量孔隙率动态变化曲线用于REV计算,发现REV尺度的营养物进口浓度每增加1倍,多孔介质开始发生堵塞的时间可缩短18.0%～30.7%。     

不同类型富营养化微型水体藻华暴发期微生物群落结构变化分析

与藻华有关的微生物群落对水体中的氮、磷循环起着关键性的作用,了解富营养化水体中细菌和藻类演替的驱动因素以及规律对预防藻类暴发和控制水体污染具有重要意义.本研究以岩口水库上游点源污染和面源污染池塘为研究对象,分析了藻华暴发期水质参数之间的相关性,并采用16S和23S测序分析了不同微型水体中细菌和藻类的群落结构组成特征,对细菌和藻类群落结构与水质参数之间的偶联关系进行了分析.相关性分析表明,不同微型水体中的叶绿素a浓度与其他水质参数之间的相关性并不明显;高通量测序结果表明,变形菌门、放线菌门和拟杆菌门均为不同微型水体中相对丰度较大的细菌门类;蓝藻和硅藻是点源污染池塘中的相对丰度较大的优势藻类,而蓝藻和裸藻是面源污染池塘中的相对丰度较大的优势藻类.冗余分析结果表明,总磷、高锰酸盐指数和不同形态氮浓度是影响点源污染池塘中菌藻群落结构的主要因素;高锰酸盐指数和不同形态氮磷浓度是影响面源污染池塘中菌藻群落结构的主要因素.本研究对富营养化微型水体藻华暴发期细菌和藻类的群落结构变化及其主要驱动因素进行了探究,可为富营养化微型水体的藻华控制以及污染治理提供科学依据.     

硫酸盐还原介导下土霉素的降解及其对微生物的胁迫效应

采用硫酸盐还原上流式厌氧反应器研究了土霉素(Oxytetracycline,OTC)的降解与脱毒.实验结果表明,经过40 d的驯化,在OTC初始浓度为10 mg·L^-1的条件下,在接种硫酸盐还原菌(SRB)的反应器中添加硫酸盐可将OTC的降解率从53.9%±0.6%提高到81.0%±0.5%,而且OTC降解产物显示出较低的毒性.3D-EEM荧光光谱和微生物电子传递系统活性测试结果表明,OTC的暴露可增强SRB中胞外聚合物(EPS)中类络氨酸蛋白的合成,促进甲酸脱氢酶活性进而提高烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)的产生量,而且腺苷三磷酸酶(ATP)活性和谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-PX)活性也有一定的增强.本研究可为硫酸盐废水中抗生素的去除提供理论指南.     

亚热带城市河流浮游细菌群落的季节演替及构建机制

细菌是河流生态系统的重要组成部分,在污染物降解、物质循环和能量流动等方面扮演着重要角色.然而亚热带城市河流细菌群落的季节演替和构建机制(确定性和随机性过程)仍不明晰.以流溪河及广州珠江段为研究对象,采用16S rRNA高通量测序分析探讨了不同季节(丰水期和枯水期)水体细菌群落的变化及其构建机制.结果表明：不同季节水体细菌群落的组成存在显著差异,丰水期,变形菌门和异常球菌-栖热菌门的丰度更高;而枯水期,拟杆菌门和厚壁菌门的丰度更高.细菌群落的α和β多样性同样具有显著的季节差异,T、NH₄⁺-N、TOC、pH、EC、DO、NO₃^--N和DSi是影响细菌群落季节变化的主要环境因子.水体细菌群落的生态网络具有典型的模块化结构,物种间以正相关作用(合作关系)为主,且丰水期物种间的合作关系强于枯水期.随机性过程主导了细菌群落的构建,尤其以扩散限制贡献最大,且细菌群落在枯水期面临的扩散限制要高于丰水期.     

基于高通量测序分析的生物修复石油污染土壤菌群结构变化

利用高通量测序技术对微生物修复石油污染土壤过程中的微生物群落结构变化进行研究.结果表明,经修复处理的土壤微生物群落结构及多样性发生明显变化.利用生物强化修复处理(BA)的土壤中,微生物丰富度与均匀度明显降低,土著菌群受到抑制,外加变形菌门(Proteobacteria)成为主要的优势菌门,相对丰度由修复前的37. 44%增加为87. 44%.假单胞菌属(Pseudomonas)成为土壤中的优势菌属,丰度由2. 99%增加为76. 37%;进行生物刺激修复处理的土壤(BS)菌群丰富度和均匀度与原污染土壤相比略有降低.菌群结构组成上,原优势菌门变形菌门(Proteobacteria)丰度由37. 44%降低为10. 90%,厚壁菌门(Firmicutes)丰度由9. 16%增加为35. 32%,属水平上,原优势菌属微小杆菌属(Exiguobacterium)和原小单胞菌属(Promicromonospora)丰度由8. 49%和18. 96%分别降低为2. 19%和14. 97%,诺卡氏菌属(Nocardioides)和芽孢杆菌属(Bacillus)丰度由5. 56%和0. 29%分别增加至28. 95%和22. 70%,成为主要优势菌属.生物强化修复处理引起土壤菌群多样性和结构发生明显变化,生物刺激修复处理可基本保持土壤菌群结构多样性不被破坏,土壤菌群结构的稳定有利于石油烃的生物降解.     

环境因子对土壤微生物呼吸及其温度敏感性变化特征的影响

在田间条件下研究土壤微生物呼吸及其温度敏感性(Q10)的变化特征及其影响因素对准确理解地区的气候变暖潜力具有重要意义.本研究依托长武农田生态试验站的裸地处理,利用土壤碳通量系统(Li～8100)连续6 a (2008～2013年)监测裸地处理下的呼吸速率、土壤温度和水分,探究土壤微生物呼吸及其温度敏感性的变化特征及其影响因素.在日变化尺度上,土壤微生物呼吸速率的变化特征呈单峰曲线,且这种变化趋势主要与土壤温度有关(P 0. 05),然而日平均土壤微生物呼吸速率和Q10在不同土壤水分含量条件下不同.均呈现出:适度的土壤水分条件较高的土壤水分条件较低土壤水分条件的趋势[土壤微生物呼吸速率:1. 20μmol·(m~2·s)~(-1)、0. 95μmol·(m~2·s)~(-1)、0. 79μmol·(m~2·s)~(-1); Q10:2. 12、1. 93、1. 59].在季节尺度上,土壤微生物呼吸速率和Q10均呈现出雨季大于非雨季的趋势[土壤微生物呼吸速率:1. 11μmol·(m~2·s)~(-1)、0. 90μmol·(m~2·s)~(-1); Q10:1. 96、1. 59],且这种变化趋势与土壤温度和水分的变化有关(P 0. 05),然而土壤温度和土壤水分的双变量模型比土壤温度或者土壤水分的单变量模型能解释更多的土壤微生物呼吸季节变异性(R~2:0. 45～0. 82、0. 32～0. 67、0. 35～0. 86;模拟值和实测值的拟合系数:0. 76、0. 64、0. 58).在年际尺度上,年累积土壤微生物呼吸变化于226 g·(m~2·a)~(-1)和298 g·(m~2·a)~(-1)之间,Q10变化于1. 48～1. 94之间,而年累积土壤微生物呼吸和Q10的年际变异性主要与年平均土壤水分含量有关(P 0. 05),且年平均土壤水分别可以解释39%和54%的年累积土壤微生物呼吸和Q10年际变异性.在裸地处理上,土壤有机碳由试验初的6. 5 g·kg~(-1)下降到目前的5. 5 g·kg~(-1),但是年累积土壤微生物呼吸却高达255 g·(m~2·a)~(-1),即裸地处理的呼吸流失量比土壤有机碳的流失量高20倍以上.     

长期施肥下水稻根际和非根际土壤微生物碳源利用特征

以红壤丘陵区典型稻田长期定位施肥试验土壤为研究对象,选取不施肥(CK)、化肥(NPK)、秸秆还田+化肥(NPKS)、30%有机肥+化肥(LOM)和60%有机肥+化肥(HOM)这5种处理,研究长期不同施肥条件下水稻根际和非根际土壤微生物碳源利用特征.基于~(18)O-H_2O示踪的结果表明,土壤微生物量碳(MBC)和微生物生长速率(CGrowth)均以HOM处理最高,CK处理最低.根际土中,土壤微生物基础呼吸速率以HOM最高,CK和NPK最低;微生物碳源利用效率(CUE)以NPK最高,LOM和HOM最低.非根际土中,不同施肥处理的基础呼吸速率和CUE均无显著差异. MicroResp~(TM)结果显示,非根际土中微生物对外源碳源代谢能力高于根际土.施用有机物料(秸秆或有机肥)均能提高微生物对羧酸类、氨基酸、碳水化合物的代谢速率,且土壤微生物利用羧酸类碳源的活性最高,其次为氨基酸类和碳水化合物类碳源,对复杂化合物的代谢速率较低. RDA分析表明,微生物对不同碳源代谢情况的聚类总体以根际土与非根际土分开,CK与施肥处理分开,且NPK与NPKS相对聚集,LOM与HOM相对聚集,NPK、NPKS与LOM、HOM分开,即不同施肥处理显著改变土壤微生物对外源碳源代谢特征.结果表明,施肥未改变微生物CUE和基础呼吸速率,但有外源碳源输入(如根系分泌物)的情况下,施用有机物料增加基础呼吸、降低CUE.