荧光原位杂交在环境微生物学中的应用及进展

荧光原位杂交技术广泛用于分析复杂环境的微生物群落构成,可以在自然生境中监测和鉴定微生物,并能对未被培养的微生物进行检测.rRNA为靶序列寡核苷酸或PNA探针的荧光原位杂交能提供微生物的形态学、数量、空间分布等信息,现已成为环境科学研究领域中的热点技术.对荧光原位杂交技术的发展和在环境微生物学中的应用进行了综述,探讨了该技术的应用和发展前景.      

呼伦湖水体悬浮颗粒物中有机质的赋存特征及来源解析

SPOM（suspended particulate organic matter,悬浮颗粒物中的有机质）是地表水体中有机质的重要组分之一,在全球碳循环和水体富营养化过程中发挥着重要作用.采用连续提取法、δ13C（碳稳定同位素）、三维荧光光谱和平行因子分析技术对呼伦湖夏季SPOM的含量、组分、荧光特性、污染来源及生物有效性进行系统研究.结果表明:①SPOM（以碳质量计）在14.4~31.5 g/kg之间,其中HM（提取残渣）为SPOM的主要组分,占SPOM总量的61.2%.②SPOM中WEOM（水提态有机质）含有类富里酸组分（C1）、类腐殖酸组分（C2）和类色氨酸组分（C3）3个荧光组分,类腐殖质组分（C1+C2）和类蛋白质组分（C3）对总荧光强度的贡献分别为70.4%和29.6%.③SPOM的C/N〔总有机碳（TOC）浓度与总氮（TN）浓度的比值〕和δ13C的值分别在7.53~15.2和-27.2‰~-26.1‰之间.利用C/N和δ13C端元混合模型计算陆源对SPOM的平均贡献率分别为67.2%和68.9%,结果相近.④WEOM的HIX值在4.09~7.40之间,腐殖化程度较高,生物可利用性较差.研究显示,呼伦湖中SPOM以难降解的腐殖质组分为主,腐殖化程度较强,生物可利用性较低,但随着温度升高,预估自生源SPOM的贡献将增大,可能导致其生物可利用性升高,需引起足够的重视.      

微波消解-原子荧光法测定海洋生物中As

主要研究微波消解技术作为海洋生物As分析的前处理手段.海洋生物样品经微波消解后,以硫脲-抗坏血酸溶液作为还原剂,使用原子荧光法测定海洋生物中As含量,测试结果准确,与传统的湿法消解相比,微波消解技术使海洋生物As 的分析变得简单、快速,同时避免了沾污,极大的提高了工作效率,微波消解将会成为海洋环境样品前处理的理想手段.     

水体氮磷营养负荷对苦草净化能力和光合荧光特性的影响

以沉水植物苦草(Vallisneria natans)为对象,通过室内控制实验,研究营养盐负荷对苦草净化水体氮磷能力的影响;利用水下饱和脉冲荧光仪(Diving-PAM)研究营养盐负荷对苦草光合荧光特性的影响.结果表明,在本实验设置的氮磷浓度范围内(TN≤12 mg·L-1,TP≤1.0 mg·L-1),随营养盐浓度的升高,苦草对水体氮磷的净化能力逐渐增强:在高浓度营养盐组(TN=12 mg·L-1,TP=1.0 mg·L-1),水体氮磷去除率可达95%以上,当铵态氮含量较高时,苦草优先吸收铵态氮;中高浓度营养盐组(TN:8~12 mg·L-1,TP:0.6~1.0 mg·L-1)对苦草叶片Fv/Fm无显著影响;低浓度营养盐组(TN=3 mg·L-1,TP=0.3 mg·L-1)能够提高苦草叶片的Fv/Fm,有利于苦草生长.在本实验条件下,水体氮磷营养盐浓度越高,对苦草叶片的光合活性和光耐受能力抑制作用越明显;随着水体营养盐逐步下降,苦草叶片的光合活性逐渐恢复,捕光能力无明显变化.     

垃圾填埋场抗生素抗性基因初探

不同环境介质中抗生素抗性基因普遍存在,但是在垃圾填埋场中抗生素抗性基因尚无相关报道.本实验以西安江村沟垃圾填埋场为研究对象,采集不同方位不同深度垃圾样品,分析垃圾理化性质,用荧光定量PCR检测磺胺类抗生素抗性基因(sulⅠ和sulⅡ)、抗氯霉素类抗生素抗性基因(cat)、β-内酰胺类抗生素抗性基因(bla-SHV),以及四环素类抗生素抗性基因(tet W)等5种抗生素抗性基因的含量,以相关性分析垃圾理化性质与抗性基因的关联.结果表明,5种抗生素抗性基因均存在于垃圾中,基因拷贝数(以干土计)最大值分别为:(3.70±0.06)×108copies·g-1(sulⅡ)、(9.33±0.06)×106copies·g-1(sulⅠ)、(2.27±0.08)×105copies·g-1(tet W)、(3.68±0.09)×104copies·g-1(bla-SHV)和(1.39±0.10)×104copies·g-1(cat),说明垃圾填埋场是抗生素抗性基因潜在的储存库.抗性基因sulⅠ、sulⅡ和cat与含水率呈明显的正相关,同时sulⅠ和cat基因含量与p H值呈负相关.     

联苯胺对牛血清白蛋白的荧光猝灭作用研究

用荧光光谱和紫外吸收光谱研究了联苯胺(BD)对牛血清白蛋白(BSA)的荧光猝灭作用.结果表明,联苯胺可以有规律地使BSA内源荧光猝灭,其猝灭机理为联苯胺与BSA形成复合物的静态猝灭.获得了不同温度下,联苯胺与BSA作用的结合常数和热力学参数,根据所得结果可推断联苯胺与BSA的主要作用力为氢键和范德华力.由Forster非辐射能量转移理论计算得出了联苯胺与BSA结合位置的距离.     

滇池优势挺水植物茭草和芦苇降解过程中DOM释放特征研究

利用室内分解模拟实验,研究了滇池外海优势挺水植物茭草和芦苇(成熟期)的叶在水环境中降解过程,分析了其释放于水体中水溶性有机质(DOM)浓度和化学结构变化特征.结果表明,植物分解可造成上覆水pH值升高,茭草和芦苇分解过程中上覆水中DOM浓度的变化趋势基本一致.两种植物上覆水中水溶性有机碳(DOC)和水溶性有机氮(DON)的浓度均在8h达到最大值,水溶性有机磷(DOP)的浓度在24 h达到最大值.同时,茭草和芦苇残体内DOM释放强度和速率的变化趋势也基本一致.两种植物DOC、DON和DOP的释放强度和速率都在8 h达到最大,且8 h的释放强度、释放速率、释放比例依次为DOC>DON>DOP.另外,茭草和芦苇分解过程中DOM结构变化分析表明上覆水紫外吸收光谱中SUVA254值先升高再降低,傅里叶红外光谱中—OH特征峰消失,三维荧光光谱中类腐殖酸单位有机碳荧光强度增强.     

低温污水前置强化混凝

研究低温对强化混凝过程的影响,合成新型复合混凝剂(Synth A),利用膜分离分级、三维荧光光谱(3DEEM)和紫外差异分析等技术研究常温、低温(2~5℃)条件下强化混凝对溶解性有机物、溶解性有机氮等的去除特征及其对后续生物处理的影响.结果表明,常温下氯化铝(AlCl_3)、聚合氯化铝(PACl)和Synth A混凝后浊度去除率和颗粒态COD、N去除率,胶态COD、N去除率高度相关;与相应溶解态指标关系不明确.混凝对溶解性有机物荧光响应值的去除率远高于溶解态COD的去除率.溶解性有机氮(DON)是除颗粒氮(PN)和胶态氮(CN)外,前置混凝分离去除总氮(TN)的主要部分.低温对强化混凝的影响主要体现在,低温抑制上述3种混凝对浊度和COD去除,且抑制程度依次为AlCl_3PAClSynth A;低温对颗粒态、胶态和溶解态COD、N的混凝去除效果产生不同程度的影响,且对颗粒态和胶态COD、N的负面影响较大.低温原水溶解性有机物荧光响应值较常温原水大幅度升高.低温混凝对荧光响应值及紫外差异吸收的影响较常温更为显著.低温条件下,Synth A对TN、DN及DON的去除率较常温略有提高,保持了对PN和CN的去除能力,投量为30 mg·L-1以上时,DON去除率约为28.5%~41.7%,而常温仅为17%~31.4%.采用前置混凝分离去除大量COD和一定量的TN,能大幅减少曝气池停留时间,稳定TN控制效果.因而冬季采用Synth A等低温适应性强的混凝剂强化前置混凝可以在一定程度上弥补生化效率降低,缓解脱氮压力,稳定处理效果.     

同步脱氮除磷好氧颗粒污泥形成与反应机制的研究

处理实际生活污水添加不同碳源的A(丙酸钠+乙酸钠)、B(葡萄糖)2个单级SBR中的好氧颗粒污泥(aerobic granularsludge,AGS)均能在常温(18～27℃)和低温(9～13℃)条件下稳定维持同步脱氮除磷的去除效果,利用荧光原位杂交技术(fluorescence in situ hybridization,FISH)、多重荧光染色技术以及扫描电镜(scanning electron microscope,SEM)技术对2个反应器中好氧颗粒污泥的菌群、细菌凋亡和胞外多聚物(extracellular polymeric substances,EPS)的分布以及颗粒污泥的微观形态等进行了研究.FISH结果表明,2个反应器的AGS中,氨氧化菌均位于AGS的最外层,约占总菌的12%,聚磷菌则均位于颗粒的内层,约占总菌的40%,2种颗粒对氮、磷的去除机制没有明显区别,受碳源影响较小.硝化是限速步骤,好氧条件下颗粒内部反硝化除磷的存在加速了吸磷的进行.细菌凋亡荧光染色结果表明,A、B中AGS的活细菌多位于外层,而死细菌均匀分布.EPS多重荧光染色结果表明,2种AGS中的蛋白质和脂类均分布均匀,不受碳源的影响,但蛋白质数量较多,脂类较少;而多糖(α吡喃葡萄糖、α甘露糖和β-D-吡喃葡萄糖)在不同反应器的AGS中呈现出不同的分布规律,表明其分布及含量与外加碳源有着密切的关系,多糖与AGS的形成、稳定维持具有直接的联系.SEM显示B中球菌较多,而A中以杆菌为主,该结果表明不同的碳源会对好氧颗粒污泥的菌种产生影响,并且与最终的去除效果相关,以丙酸钠+乙酸钠为外加碳源更容易维持稳定的同步脱氮除磷去除效果.     

北方典型设施蔬菜种植区地下水水质特征

为探究设施农业对地下水环境质量的影响,以我国华北平原典型设施蔬菜种植区为研究对象,采用常规理化分析、紫外-可见吸收光谱及荧光光谱技术,结合平行因子分析、主成分分析和二维相关光谱分析方法,对种植区地下水中无机盐、重金属及有机物的来源、组成、赋存分布及可能成因进行了研究.结果表明,设施蔬菜种植区地下水水化学特征为Cl-SO_4型水,硬度高,三氮含量严重超出国家地下水V类质量标准(GB/T 14848-93),重金属含量低于国家生活饮用水卫生标准(GB 5749-2006).氮素中NH_4~+-N的大量累积与较浅的地下水埋深度和强还原环境引起的硝化过程受阻有关,部分有毒亲硫重金属元素含量较高为农药和化肥的施用所致.地下水中溶解性有机物来源相似,由微生物代谢淋溶进入地下水的有机粪肥中组分新近产生为主,其主要成分为小分子易降解的类蛋白物质,同时含有部分与类蛋白物质结合的类富里酸物质.种植区地下水中类富里酸物质在地下水中含量稳定,而类蛋白物质含量受耕作过程有机粪肥的使用影响较大.设施蔬菜种植过程中应科学分配有机粪肥的施用,同时水质电导率、硬度及紫外区UVA波段应作为该种植区日后在线监管的主要指标.