废水生物强化处理技术研究进展

生物强化技术具有高效去除目标污染物、加速系统启动、提高系统抗水力及有机负荷能力以及优化系统菌群结构和增强功能稳定性等功能,在废水生物处理实际应用中潜力巨大.总结了国内外废水生物强化处理技术研究进展,在功能微生物选育方面,通过传统选育手段与基因工程手段并举来实现;在功能菌应用与生物强化处理工艺方面,主要通过所投加的功能菌直接作用或是利用基因水平转移(HGT)来实现生物强化;在分子检测技术方面,随着分子生物学的发展,一些技术如变性梯度凝胶电泳(DGGE)、核糖体间隔基因分析方法(RISA)及荧光原位杂交(FISH)等在与微生物生态学研究中得到了广泛应用.分析认为,应用分子生物学等先进技术手段,探讨废水生物强化处理工程应用过程中的微生物生态学机制,并以此为指导研发高性能菌剂,将是本领域的研究重点与方向之一.     

Bt肠毒素基因与plcR基因的相关性及肠毒素对小鼠的急性毒性

用PCR方法检测溶血肠毒素BL、肠毒素T和肠毒素S三种肠毒素基因(hblA、becT、entS)及毒素调控基因plcR在30株苏云金芽胞杆菌株(Bt)中的分布.结果表明,含有hblA基因、entS基因、becT基因及plcR基因片段的Bt菌株分别占66.7%、70%、70%和73.3%.其中,含有plcR基因的菌株都至少含有一种肠毒素基因,不含肠毒素基因的菌株也未检测到plcR基因,说明plcR基因与肠毒素基因有着密切的关系.用3个Bt菌株WB9、HD2和HD9(都含有hblA、becT、entS和plcR基因片段,HD2和HD9经RPLA与TECRA肠毒素检测试剂盒检测具有高滴度)对小白鼠进行口服急性毒性试验.结果表明,所有3种供试菌株的发酵上清液对小白鼠行为和健康没有明显影响,对内部器官(心、肝、肺等)也没有产生病理现象.图5表3参14     

环境污染物发育毒性机制研究的系统生物学方法进展

基因调控网络(gene regulatory network,GRN)是用于研究基因调控的一种新兴的系统生物学方法,尤其适合描述生物体早期发育的调控系统和机制。由于它能体现出调控过程的网络特性和动态关系,从整体的角度全面审视环境扰动所造成的真实影响,因此有望在内分泌干扰物等环境污染物的发育毒性机制研究中发挥重要作用,解决多年来一直困扰相关研究的种种难题。针对基因调控网络的结构、研究方法、应用成果和案例进行综述,并对将这一方法应用于污染物发育毒性机制研究的前景做出展望。     

Effects of imazethapyr spraying on plant growth and leaf surface microbial communities in Arabidopsis thaliana

Imazethapyr (IM) is an acetolactate synthase (ALS)-inhibiting herbicide that has been widely used in recent years. However, IM spraying can lead to the accumulation of herbicide residues in leaves. Here, we determined the effects of IM spraying on the plant growth and leaf surface microbial communities of Arabidopsis thaliana after 7 and 14?days of exposure. The results suggested that IM spraying inhibited plant growth. Fresh weight decreased to 48% and 26% of the control value after 7 and 14?days, respectively, of 0.035?kg/ha IM exposure. In addition, anthocyanin content increased 9.2-fold and 37.2-fold relative to the control content after 7 and 14?days of treatment, respectively. Furthermore, IM spraying destroyed the cell structures of the leaves, as evidenced by increases in the number of starch granules and the stomatal closure rate. Reductions in photosynthetic efficiency and antioxidant enzyme activity were observed after IM spraying, especially after 14?days of exposure. The diversity and evenness of the leaf microbiota were not affected by IM treatment, but the composition of community structure at the genus level was altered by IM spraying. Imazethapyr application increased the abundance of Pseudomonas, a genus that includes species pathogenic to plants and humans, indicating that IM potentially increased the abundance of pathogenic bacteria on leaves. Our findings increase our understanding of the relationships between herbicide application and the microbial community structures on plant leaves, and they provide a new perspective for studying the ecological safety of herbicide usage.     

Diversity and structural characteristics of nitrogen-fixing bacterial community in tobacco-growing soils at different elevations in Panzhihua北大核心CSCD

固氮细菌在土壤氮素转换过程中发挥重要作用.为深入认识攀枝花地区农田土壤固氮细菌群落特征及其与土壤理化性质的关联性,以攀枝花米易县不同海拔高度(1 600 m、1 800 m、2 000 m)植烟土壤为研究对象,采用高通量测序技术(high-throughput sequencing)对nifH基因进行测序,分析固氮细菌群落结构特征和多样性.结果显示,固氮酶活性随海拔升高而逐渐降低,并与土壤有机碳及全氮呈极显著正相关(P <0.01);固氮细菌群落多样性指数在海拔1 800 m处达到最大值.3个海拔土壤共获得高质量序列1 159 980条,所检测到的固氮细菌分属于4个门、11个纲、19个目、29个科、40个属.基于门分类水平分析结果,变形菌门(Proteobacteria)在所有海拔土壤中均为优势固氮菌群,相对丰度达64.69%-78.36%;而蓝细菌门(Cyanobacteria)仅在海拔高度2 000 m时为优势类群.在属水平上,伯克霍尔德菌属(Burkholderia)、克雷伯氏菌属(Klebsiella)相对丰度分别为海拔高度1 800 m与2 000 m土壤优势菌属,而类伯克霍尔德氏菌属(Paraburkholderia)是所有海拔土壤中的主要菌属.采用随机森林分析评估和筛选标志物种,确认Azohydromonas对固氮细菌群落结构差异存在重要影响.结合Pearson相关性分析与冗余分析结果,土壤含水量、硝态氮、碱解氮与有效磷是造成不同海拔土壤固氮细菌群落特征差异的主要环境因子.本研究表明海拔梯度及响应其变化的土壤理化因子,对调控固氮细菌群落结构与多样性有较大影响.(图8表3参41)     

煤矿矿区复垦植被类型对土壤微生物功能基因和酶活的影响

煤炭的长期开采严重破坏了当地土壤结构和生态环境,通过植被复垦可有效改善生态环境,目前对土壤理化特征和微生物群落结构研究较多,但对土壤矿区土壤功能微生物的研究较少.以山西省大同市晋华宫矿区5个不同植被类型复垦地（侧柏、云杉、油松、樟子松和桧柏）为研究对象,对其土壤理化性质、碳氮磷硫功能基因丰度和土壤酶活进行测定.结果表明,恢复类型对土壤理化性质、土壤酶活和75种功能基因丰度均有显著影响,桧柏林具有最高的总碳、总氮和总硫含量;云杉林具有最高的脱氢酶和脲酶活性,但碱性蛋白酶活性最低,樟子松林的碱性蛋白酶活性最高;云杉林功能基因丰度最高,但多样性指数显著低于其他样地,这可能是由于云杉林中的ureC、acsA和mct丰度占到了52%以上所导致的;土壤脲酶与六大类功能基因丰度有显著相关性;不同植被类型土壤中功能微生物群落β多样性差异显著,可见功能基因能较好地解释植被类型对微生物功能的影响;综合肥力指标指数最高和最低分别是樟子松和侧柏样地.总之,土壤功能基因是指示不同复垦模式对土壤微生物影响的敏感指标,樟子松和云杉是在该矿区更为适宜的复垦树种.     

农村污水膜生物反应器系统中微生物群落解析

农村污水的随意排放和未加限制的灌溉回用可能会导致水源地环境污染加剧,并且其中潜在的病原微生物对周边淡水资源安全和农村居民的身心健康造成潜在的威胁.为了解农村污水的微生物群落组成,为后续污水灌溉的病原微生物风险评价提供理论依据,采用末端限制性片段长度多态性(T-RFLP)和16S r DNA基因克隆文库技术研究农村污水膜生物反应器(MBR)系统中的微生物群落多样性,并结合实时荧光定量PCR方法监测处理前后典型病原菌——弓形菌(Arcobacter spp.)以及总细菌数量的变化.从未处理的农村污水中获取的73个阳性克隆测序结果表明,其主要细菌类群为变形菌门(91.8%)、厚壁菌门(2.70%)、拟杆菌门(1.40%),以及部分不可培养细菌(4.10%).其中弓形菌属是ε-变形菌门的优势菌,也是农村污水中的优势菌株,占克隆总数的68.5%.TRFLP的结果表明,不同处理工艺阶段的主要细菌类群及丰度明显不同,调节池的物种丰度(S)、Shannon-Wiener(H)和物种均匀度(E)最高,分别为43.0、3.56和0.95.定量PCR结果显示未处理的农村污水中弓形菌数量高达(1.09±0.064 0)×1011copies·L-1,该结果与克隆文库结果均表明弓形菌在污水中确实占较高比例.与未处理的农村污水相比,处理后的出水中所监测的弓形菌及细菌总拷贝数分别减少了2~3个数量级,说明MBR处理系统在一定程度上能够去除微生物.处理后的再生水理化指标及指示菌卫生指标均符合农田灌溉用水标准,但其中残留病原微生物引发的健康风险仍需进一步评价.