稳定同位素技术在污染环境生物修复研究中的应用

稳定同位素技术主要应用于地球化学,它是将人工合成的同位素标记特定的化合物,追踪标记物在生命活动中的变化规律,目前该项技术也广泛应用于环境微生物学、生态学、生物医学等领域.生物修复是利用存在于土壤、地下水和海洋等环境中的生物特别是微生物将有毒、有害的污染物降解为二氧化碳和水,或转化为无害物质,从而使污染的生态环境修复为正常生态环境的过程.这些降解微生物都来自于小部份可培养微生物,对于大部份未可培养降解微生物,通常在实验室条件下很难得到.而利用稳定同位素技术,如13C标记底物,收集利用该底物的微生物核酸,就可以得到具有降解作用的功能微生物,为环境污染生物修复提供重要的菌源和功能基因.环境中的许多物质都可以用SIP来标记,这些标记物主要有PLFA-SIP、DNA-SIP、RNA-SIP等,它们都可以用来在复杂样本中进行有特殊代谢功能微生物的鉴定和分析,在利用微生物进行生物修复中具有重要的意义.图2表1参42     

城市污泥堆肥过程中微生物研究

采用平板计数法和最大概率法测定城市污泥堆肥干污泥中主要微生物类群的变化。结果表明,中、高温好氧菌在第6d达到最大值,分别为1.05×1015g-1、5.08×1012g-1;中、高温厌氧菌在第9d达到最大值5.50×105g-1和1.11×105g-1;中、高温好氧纤维素分解菌分别在第3d和第6d达到最大值,分别为2.66×104g-1、3.26×106g-1;整个堆肥过程中,高温厌氧纤维素分解菌数量不断增加;高温放线菌在第3d达到最大值,为1.12×106g-1;中温放线菌、真菌、中温厌氧纤维素分解菌、中温淀粉分解菌、蛋白质分解菌和油脂分解菌在发酵初期迅速下降至零;高温淀粉分解菌、蛋白质分解菌和油脂分解菌在发酵前6d数量上升,随后开始下降。发酵后期,好氧菌中兼性厌氧菌逐渐增多,严格好氧菌逐渐减少;厌氧菌中的兼性厌氧菌逐渐减少,严格厌氧菌逐渐增多。     

绿色生态滤池处理城镇污水的中试研究

利用由微生物和以蚯蚓为代表的微型动物组成的人工生态系统对城镇污水中的污染物质进行降解处理。该系统由布水区、蚯蚓滤床和排水区 3部分组成 ,集物理过滤、吸附、好氧和厌氧生物处理以及污泥堆肥处理等功能。蚯蚓在滤床中起分解和利用污水和污泥中的有机物、清通滤床防止堵塞以及促进含氮有机物硝化 反硝化过程的重要作用。本研究中生态滤池对城镇污水的CODCr、BOD5、SS、氨氮等污染物均有较高的去除率。     

Fe_2（SO_4）_3与Fecl_3对黄液厌氧处理的影响

本文报道了黄液厌氧反应中Ｆｅ２（ＳＯ４）３与Ｆｅｃｌ３对厌氧微抑制生物作用的研究；发现了混凝预处理后黄液中残存的或ｃｌ－浓度较低，不影响后继的厌氧处理过程中微生物活性。     

餐厨垃圾废水制备液态解磷菌剂研究

本研究探讨了餐厨垃圾废水用作发酵基质生产液态解磷巨大芽孢杆菌菌肥的可行性.结果表明,餐厨垃圾废水培养的巨大芽孢杆菌经过3~4d的调整期即进入对数生长期,第6~7d活菌数达到最大,而经过湿热预处理得到的II类废水较I类废水更适宜用作巨大芽孢杆菌的培养基质,其菌液活菌数是I类废水培养的活菌数的5倍（4.8×10¹⁵CFU/mL）.废水中的盐分对巨大芽孢杆菌的生长代谢影响显著：活菌数随着NaCl含量的增加先升高后快速降低,最利于菌种培养的NaCl浓度为10g/L.pH值和温度极显著影响巨大芽孢杆菌的生长,而摇床转速和接种量对菌株培养影响不显著,正交试验确定的较优培养条件为pH=8、T=35℃、转速80r/min、接种量2%（V/V）.餐厨垃圾废水制备的解磷菌肥可实现土壤中固化磷的有效磷化：施用0.025‰~2.5‰质量比例解磷菌剂的土壤生长的黄豆苗干重可达到按照5‰质量比例施加无机复合肥生长的黄豆苗的70.7%~84.5%,其中微生物菌肥的最佳施用量为0.25‰.     

河流底泥施用对土壤微生物群落功能多样性和小麦生长的影响

设置0（对照）、20、60和100g·kg-1 3个底泥施用量水平,研究施用底泥对冬小麦籽粒Cd含量以及土壤微生物群落功能多样性的影响。结果表明,60和100g·kg-1底泥施用处理小麦穗质量和千粒重显著高于对照（P〈0．05）。各处理间小麦籽粒cd含量无显著差异。与对照相比,施用底泥并没有显著改变土壤中可培养细菌、真菌和放线菌的数量。整个培养过程中土壤微生物平均颜色变化率（IAWCD）以及96h时微生物多样性指数（Shannon指数、Simpson指数、McIntosh指数）在对照与底泥施用处理间无显著差异。主成分分析（PCA）表明,仅有占总变量方差14．22％的PC3能识别出对照土壤微生物群落碳源利用谱与底泥施用处理间的差异,而PCI（21．76％）、PC2（16．32％）和PC4（11．62％）则无法将对照与底泥施用处理区分开来。可见,该试验条件下合理的底泥施用量并不会对小麦籽粒Cd含量、微生物功能多样性和土壤质量产生显著影响。     

典型城市河流中嗅味物质和微生物菌落特征

对某城市河流沿程水质、典型嗅味物质以及微生物群落结构进行了调查分析. 结果表明:河水中2种嗅味物质〔二甲基异莰醇(2-MIB)和土臭素(Geosmin)〕的质量浓度均受到ρ(DO)的显著影响. 绝对厌氧条件〔ρ(DO)<0.2 mg/L〕水体中,ρ(二甲基异莰醇)和ρ(土臭素)的平均值分别为794.8和269.8 ng/L;好氧条件〔ρ(DO)>2.0 mg/L〕水体中,二者的平均值分别为91.6 和104.7 ng/L;而且ρ(DO)较低时,水体中的可疑致病菌含量升高,微生物安全性降低. 控制该河流水体ρ(DO)在2.0 mg/L以上,有利于抑制水体中嗅味物质的产生,可提高河流水体的微生物安全性.      

土壤团聚体与微生物相互作用研究

土壤团聚体是土壤生态系统中重要的组成部分,影响着土壤的物理、化学和生物学性质,它的形成是生命和非生命物质共同作用的结果,其中微生物是形成土壤团聚体最活跃的生物因素。土壤团聚体和微生物是不可分割的,前者是后者存在的场所,后者是前者形成的主要因素。土壤微生物通过直接改造或物理缠绕、分泌有机物或者改变土壤疏水性等机制影响土壤有机质的分异和土壤团聚结构的形成和稳定;同时,土壤团聚结构的动态变化又反馈控制土壤微生物活动和土壤有机质组分的分异作用,使得土壤团聚结构-土壤有机质组分-微生物群落结构的动态变化之间存在耦合作用。该文首先综述了微生物在土壤团聚体形成中的作用,发现不同种类的微生物对不同粒级团聚体的形成和稳定机制不同,真菌对大团聚体的形成和稳定性起重要作用,来自于植物和微生物的多糖在土壤微团聚体的形成和稳定中起关键作用;其次,微生物在不同粒径团聚体中的组成和分布不同,大团聚体中以真菌为主,微团聚体中以细菌为主;最后探讨了目前应用广泛的研究团聚体中微生物的技术手段和未来研究思路,以期为今后的科学研究提供理论和方法上的指导。     

不同生态区土壤溶磷微生物的分布特征及影响因子

研究了盐渍区、重金属污染区和磷矿区土壤中溶磷微生物的数量、组成及与部分土壤化学因子的关系。结果表明,溶磷微生物在不同生态区土壤中的分布各不相同,磷矿区土壤中溶磷微生物数量和种群丰度普遍高于重金属污染区和盐渍区,但优势种属间数量差异不明显。重金属污染土壤中溶磷细菌比例较高,但种群单一,主要以巨大芽孢杆菌(Bacillus megaterium)为优势种,重金属污染区溶磷细菌比例与土壤重金属综合污染指数呈显著正相关(P<0.01),溶磷细菌丰度与有机质含量呈显著正相关(P<0.05)。盐渍土中溶磷细菌比例小,优势种群为巨大芽孢杆菌、假单胞杆菌属(Pseudomonassp.)和黄单胞杆菌属(Flavobacteriumsp.),其数量和种群丰度分别与有机质和有效磷含量呈显著相关关系(P<0.05)。     

13CO2示踪臭氧胁迫对水稻土壤微生物的影响

本研究采用具有日变化的熏蒸方式,利用13C同位素示踪方法,结合PLFA技术,模拟分析了臭氧浓度升高对水稻土壤微生物结构的影响.实验设置2个臭氧浓度处理,即空气对照(CF,臭氧浓度约4~10 nL·L-1),臭氧浓度升高处理(O3,8 h平均浓度为110 nL·L-1).分别在水稻熏气1个月和2个月时进行13C同位素标记实验.结果发现,臭氧熏蒸一个月的时候对土壤微生物生物量碳没有影响,但此时输入到土壤微生物的即时光合产物13C已经显著低于对照;随臭氧熏蒸时间的延长,无论是总的土壤微生物量碳还是即时光合产物13C对土壤微生物的输入都显著低于对照处理.PLFA主成分分析结果表明,熏蒸一个月时臭氧对13C-PLFA的结构组成并没有显著影响,但熏蒸两个月后则臭氧明显改变了13C-PLFA的组成,但两次标记后PLFA单体的Δδ13C‰值已受到臭氧的影响.臭氧胁迫前期,只有细菌脂肪酸的13C分配(13C%)受到臭氧的明显影响,而胁迫后期则臭氧主要影响的是分配给放线菌和真菌的13C.