New insights into different surfactants’ impacts on sludge fermentation: Focusing on the particular metabolic processes and microbial genetic traits

• The promoting effects for VFA generation follow the order of APG>SDBS>HTAB. • Surfactants improve the WAS solubilization/hydrolysis and acidification processes. • The VFA promotion is associated with surfactants’ distinctive characteristics. • Surfactants induce the enrichment of functional bacteria for VFA biosynthesis. • The vital genes for substrates delivery, metabolism, and VFA yields are upregulated. Surfactants were expected to exhibit positive effects on the waste activated sludge (WAS) disposal. However, the systematic comparison of different categories of surfactants on the WAS fermentation and the functional mechanisms, especially microbial metabolic traits, have not yet been precisely explored. This study revealed the positive effects of different surfactants on the volatile fatty acid (VFA) production, which followed the order of alkyl polysaccharides (APG)>sodium dodecylbenzene sulfonate (SDBS)>hexadecyl trimethyl ammonium bromide (HTAB). Mechanistic exploration found that the presence of different surfactants improved solubilization and hydrolysis steps, and then contributed to the subsequent acidification with different efficiencies. The functional microorganisms associated with VFA generation were enriched in surfactant-conditioned reactors. Metagenomic analysis further indicated that the key genes involved in the particular process of VFA generation were over-expressed. The simultaneous bioavailable substrate improvement, functional bacterial enrichment, and metabolic activity upregulation induced by different surfactants jointly contributed to VFA promotion during WAS fermentation. This study could provide a comprehensive realization of surfactants’ impacts on the WAS fermentation process, and more importantly, it reminded the public to discern the distinct interplaying effects induced by different chemicals in regulating the WAS disposal and resource recovery.     

植物群落对铜尾矿废弃地土壤微生物量和酶活性的影响

以铜尾矿废弃地为对象,研究了铜尾矿废弃地上植物群落发展与表层尾矿微生物量C、N和脱氢酶、过氧化氢碱性磷酸酶和脲酶活性的变化,探讨了植物群落-微生物量C、N_土壤酶活性之间的相互关系.结果表明,随着植物群落的发展,铜尾矿废弃地表层尾矿微生物量和酶活性在不断增加;铜官山老尾矿废弃地白茅群落下表层尾矿(TBM)微生物量和酶活性与杨山冲尾矿废弃地及铜官山新尾矿废弃地表层尾矿微生物量和酶活性存在显著差异性(p<0.05).相关分析表明铜尾矿废弃地表层尾矿微生物量C、N与土壤有机质、总氮之间呈显著正相关(P<0.01);脱氧酶、碱性磷酸酶及脲酶与微生物量C、微生物量N、土壤有机质、总氮之问呈显著正相关(P<0.01),但过氧化氢酶与微生物量C、微生物量N、土壤有机质、总氮之间呈显著负相关(P<0.01).     

新疆罗布泊外围地区极端环境嗜碱放线菌生物学特性及活性物质筛选

2006～2007年从新疆罗布泊外嗣地区的泥土样品中分离了117株放线菌,初步筛选后对其中47株嗜碱放线菌进行了形态学鉴定,不同生长条件(pH值,盐NaCl、KCl、MgCl_2,碱性物质Na_2 CO_3、K_2CO_3、Mg_2CO_3、NaOH、KOH,温度)对菌株生长的影响,拮抗性、产酶活性检测及菌株LA4的分子进化鉴定等研究.结果发现,47株放线菌的15%属于诺卡氏菌属,70%属于链霉菌属,10%属于游动放线菌属,其中嗜碱链霉菌属占优势.在pH 7～11范围内,47株嗜碱放线菌均能生长.生长率为92%～95%.NaCl、KCl、MgCl,对嗜碱放线菌均具有抑制作用,NaCl、KCl的抑制作用高于MgCl_2,NaCl、KCl浓度超过10%时而MgCl_2 浓度超过15%时嗜碱放线菌完全停止生长.47株嗜碱放线菌对Na_2CO_3、K_2CO_3、MgCO_3、KOH、NaOH等碱性物质没有选择性,生长良好.47株嗜碱放线菌的最适生长温度为28～30℃.超过55℃后均不能生长.从47株嗜碱放线菌中筛选出了30株具有抗菌活性的菌株,其中对大肠杆菌有抑制作用的有11株,占36.7%,对金黄色葡萄球菌有抑制作用的有20株,占66.7%,对枯草杆菌有抑制作用的有16株,占53.3%;其中4株嗜碱放线菌LA4、LA24、LA33和LA19对3种指示菌均表现出抑制作用.在47株嗜碱放线菌中,74%具有淀粉酶活性,81%具有纤维素酶活性,43%具有蛋白酶活性,49%具有脂肪酶活性.通过分子鉴定,发现LA4为链霉菌中尚未报道的一个新亚种,其16S序列GenBank登录号为FJ182229.本研究结果表明新疆罗布泊外围地区存在大量的产纤维素酶、淀粉酶的嗜碱放线菌,并且潜藏着新的放线菌资源,为该地区嗜碱放线菌的种质资源开发和新药筛选有效菌源提供了参考.图5表4参20     

波尔多液对土壤过氧化氢酶活性与构象的影响

为初步探讨波尔多液对土壤过氧化氢酶的作用机理及变化规律,采用人工模拟和荧光光谱法研究了波尔多液对土壤过氧化氢酶活性特征及构象的影响.结果表明:1)不同浓度波尔多液对土壤过氧化氢酶活性总体呈现低浓度激活、高浓度抑制作用.不同配制方式波尔多液对土壤过氧化氢酶活性抑制效应顺序为多倍量式>倍量式>半量式>等量式.浓度为200mg·kg-1左右的等量式波尔多液处理对土壤过氧化氢酶活性的影响最小.2)24h培养时间下,随波尔多液浓度的增加,酶促反应米氏常数Km和最大反应速率Vmax均呈先减小后增大趋势.统计分析表明,Km和Vmax均与波尔多液浓度呈显著正相关(p<0.01),土壤过氧化氢酶Km值可表征波尔多液对土壤过氧化氢酶活性的影响程度,其作用机理为反竞争性抑制类型.3)波尔多液对离体过氧化氢酶的内源荧光有较强的猝灭作用,Cu(Ⅱ)和离体过氧化氢酶的结合常数K及结合位点数n分别为69.1831mol·L-1和0.6878.     

泥炭沼泽土壤酶活性对水热条件变化的响应及其与CO_2释放通量的关系——以小兴安岭地区为例

采用实验室培养的方法,研究了小兴安岭地区两类典型的泥炭沼泽:苔草型泥炭沼泽和泥炭藓型泥炭沼泽中几种水解酶活性(β-葡萄糖苷酶、酚氧化酶)对不同温度和水位变化的响应,以及与CO_2释放通量的相瓦关系.结果表明:β-葡萄糖苷酶活性在两类泥炭沼泽中受多种因素制约,在一定湿度范围内受水位控制较明显,当土壤湿度降低到一定程度时,温度对土壤酶活性影响增强.酚氧化酶活性与温度密切相关,但对温度变化的响应存在明显的季节性差异.相对而言,苔草型泥炭沼泽中β-葡萄糖苷酶和酚氧化酶活性显著高于相同培养条件下泥炭藓型泥炭沼泽.总体上,苔草型泥炭沼泽中水解酶活性较泥炭藓型泥炭沼泽中高,但是其CO_2释放通量却低于泥炭鲜型泥炭沼泽,表明与有机碳分解有关的水解酶的活性高低不能作为解释泥炭沼泽CO_2释放通量大小的唯一指标.     

4种重金属污染对稻田土反硝化细菌的影响

在实验室条件下,研究Cd²⁺、As⁵⁺、Cu²⁺和Pb²⁺处理黄松稻田土、紫色稻田土和红壤稻田土后,4周内重金属污染对反硝化细菌种群数量及其反硝化活性的影响.结果表明,在1kg干土中加入0.5mg Cd²⁺、30mg As⁵⁺、50mg Cu²⁺和200mg Pb²⁺时,对稻田土反硝化细菌种群数量及其活性有促进作用,加入Cd²⁺、As⁵⁺、Cu²⁺和Pb²⁺分别超过1.0,60,500,400mg/kg干土时,对稻田土反硝化细菌种群数量及其活性有明显抑制作用.但反硝化细菌种群数量及其活性能逐渐恢复并接近对照水平,重金属污染越重,恢复所需的时间也越长.同一种重金属元素对不同水稻田土的反硝化细菌种群数量及其活性的影响也有差异.     

FISH法作为厌氧消化系统运行管理指标的可行性

以高浓度厌氧消化污泥为对象,进行FISH、MPN和产甲烷活性的测定实验.FISH分析得到,厌氧消化污泥中古细菌、嗜乙酸产甲烷菌和嗜氢产甲烷菌占全菌数的比例分别为30%～70%,18%～28%和15%～43%,菌数测定结果FISH法高于MPN法.研究表明,FISH法可用于高浓度厌氧消化污泥的菌相解析,作为处理系统运行管理指标使用.     

9种硝基苯对鱼肝微粒体EROD活性的影响

混合功能氧化酶系(mixed function oxidase,MFO)中的敏感指标,7-乙氧基-异吩唑酮-脱乙基酶(7-ethoxyresorufin-O-deethylase,EROD)已作为生物标志物,应用于生态毒理学研究领域.笔者以苯并(a)芘作为阳性对照,采用鲤鱼肝脏体外直接染毒测定EROD的方法,分析了9种硝基苯对EROD活性的诱导影响.      

环氧化合物分子结构与致变活性的关系

由化学物质毒性效应登录(RTECS)1998年光盘系统检索获得86种环氧化合物对鼠沙门氏菌致变活性数据.应用主成分分析法从11种分子描述符中选择出5种对致变活性有明显影响的描述符:碳原子数,苯环数,氢原子数,烷基数和氧原子数.通过样本学习集训练并优化神经网络结构,建模分类预报:对于86个样本,低和高2类活性,正确分类率达到92%.结果表明:3～4个骈接苯环的环氧化物的特殊结构具有很强的致变活性.     

内分泌扰乱化学品活性筛选和测试方法

对近年来对内分泌扰乱化学品(EDCs)的筛选和测试方法进行了述评。目前倾向于采用包括与激素受体结合的亲和力测试、体外和活体测试在内的层式检测法对EDCs的活性进行筛选和测试,并评价人体和野生动物内分泌扰乱的性质、可能性和剂量-反应关系。目前也致力于EDCs的结构-效应关系特别是定量关系的研究,旨在提供一种简便低廉的筛选方法。总的说来,稳定可靠的标准化筛选和检测方法的建立仍待努力。