邻苯二甲酸酯降解功能内生菌群的筛选及定殖效能

为降低邻苯二甲酸酯(PAEs)污染作物对人体健康的威胁,从PAEs污染蔬菜中富集驯化具有PAEs降解高效性和广谱性的功能内生菌群,解析菌群群落组成并优化其降解条件,借助水培体系研究了功能内生菌群在作物体内的定殖效能.高通量测序结果表明,从门的分类水平看,菌群主要由变形菌门(Proteobacteria,76.57%)、拟杆菌门(Bacteroidetes,21.04%)和放线菌门(Actinobacteria,2.37%)组成;从属的分类水平看,菌群主要由鞘氨醇杆菌属(Sphingobacterium,33.03%)、代尔夫特菌属(Delftia,40.61%)、假单胞菌属(Pseudomonas,11.70%)、无色杆菌属(Achromobacter,3.04%)和根瘤菌属(Rhizobium,6.90%)组成.在无机盐纯培养体系中,该菌群在7d内对5mg/L的邻苯二甲酸二甲酯(DMP)、邻苯二甲酸二乙酯(DEP)、邻苯二甲酸二丁酯(DBP)和邻苯二甲酸丁基苄基酯(BBP)降解率分别为97.08%、94.47%、98.02%和44.82%.单因素试验结果表明,菌群降解PAEs的最佳条件为:pH值7、25℃、盐度1%、底物浓度5mg/L.水稻水培试验表明,菌群可以定殖到水稻体内并有效促进PAEs的去除,与对照组相比,处理15d后水稻体内DMP、DEP、DBP和∑PAEs含量分别降低了41.09%、45.33%、63.06%和32.3%.菌群的定殖还能够提高水稻根长、株高和生物量,促进水稻的生长.该菌群在降低作物PAEs积累、保障PAEs污染地区农产品质量安全方面具有良好的应用前景,能有效降低作物PAEs污染对人体健康的威胁.

农田土壤中邻苯二甲酸酯降解功能细菌及其应用

本文综述了我国农田土壤PAEs污染特征,重点概述了PAEs降解功能菌株筛选、菌群构建及其应用策略.详细分析了细菌介导的PAEs降解的水解和开环裂解两个途径及参与其中的关键功能基因和酶,讨论了PAEs降解功能细菌在污染土壤中的应用、影响因素及可能存在的问题,并对该技术在消减农田土壤PAEs污染中的应用进行展望,以期为我国PAEs污染农田土壤功能细菌修复及农业生产安全提供理论和技术参考.

富里酸和Ca^(2+)共存对嗜酸性氧化亚铁硫杆菌介导生成次生高铁矿物的影响

为揭示富里酸和Ca^(2+)共存对嗜酸性氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans)氧化酸性矿山废水(AMD)中的Fe^(2+)和形成次生高铁矿物的影响,分析了pH、Fe^(2+)氧化率、铁沉淀率以及次生高铁矿物矿相、基团等相关指标。结果表明,Ca^(2+)确实具有提高嗜酸性氧化亚铁硫杆菌氧化Fe^(2+)的能力。低质量浓度(0.2 g/L)的富里酸对嗜酸性氧化亚铁硫杆菌活性的提高具有促进作用,高质量浓度(0.4 g/L)的富里酸具有抑制作用,而增加Ca^(2+)反过来能够减弱高浓度富里酸对嗜酸性氧化亚铁硫杆菌的抑制作用。对形成的次生高铁矿物进行X射线衍射(XRD)和傅立叶红外光谱(FTIR)分析,结果表明高浓度富里酸促进了另一次生高铁矿物草黄铁矾的生成。

微生物菌剂与植物协同修复铅污染土壤

为了有效修复和美化污染的土壤环境,降低重金属的污染,将培养生物菌剂与2种富集植物联合修复铅(Pb)污染的土壤,通过微生物培养、高效液相色谱、微生物群落多样性分析等方法,研究土壤中重金属残留、酶活性、叶绿素含量、重金属抗性菌、微生物数量和群落多样性。结果表明:Pb污染浓度为400 mg/kg,分别经过联合修复30 d和60 d,土壤中重金属浓度分别下降了19.61%、19.48%,60 d比30 d吸附率分别提高了16.82%、17.83%。过氧化氢酶由对照组的5.6 mg/kg增加到11.4、15.9 mg/kg;碱性磷酸酶的活性由45.6 mg/kg增加到88.4、93.4 mg/kg;蔗糖酶的活性由4.2 mg/kg增加到9.6、9.9 mg/kg;脲酶的活性由32.6 mg/kg增加到66.3、71.2 mg/kg。叶绿素的含量分别增加9.16%、9.18%。重金属抗性菌检出量分别减少21.31%和20.27%。细菌、真菌和放线菌的数量最高增加了97.68%、67.63%、210.09%。微生物群落多样性和丰度也相应增加2.7%、2.9%。可见污染土壤经过微生物菌剂与植物联系修复后,植物的光合作用增强,加快重金属的吸附和转运,提高酶活性,提升植物对重金属的耐受性,重金属抗性菌数量显著降低,微生物群落多样性增加;阐明微生物菌剂和植物协同作用下对重金属污染土壤的强化修复机制,为高效治理土壤污染提供科学依据。

固定化异养硝化-好氧反硝化菌在污水生物强化中的研究进展

异养硝化-好氧反硝化(Heterotrophic nitrification-aerobic denitrification,HN-AD)菌可以在有机碳存在的好氧条件下实现同时硝化和反硝化,广泛应用于各类污水处理过程中。综述了HN-AD菌株的脱氮特性和代谢途径,总结了其在污水处理中的应用和研究现状,比较了不同载体材料的优缺点,重点讨论了固定HN-AD菌株提高反应器处理效果和稳定性的作用机理。最后,展望了固定化HN-AD菌株在污水处理中面临的挑战和未来的研究方向。

CO_(2)对A.ferrooxidans活性和次生铁矿物形成的影响

通过摇瓶试验模拟富铁富硫酸盐环境,研究了在0.03%(空气中CO_(2)含量),3%,6%,9%和12%浓度的CO_(2)条件下对Acidithiobacillus ferrooxidans活性及次生铁矿物形成的影响,并分析了pH值,Fe^(2+)氧化率及氧化速率,总Fe沉淀率以及次生铁矿物矿相等相关指标.结果表明,CO_(2)浓度为3%时,菌氧化Fe^(2+)能力最强,72h时Fe^(2+)氧化率达到100%,试验结束时总Fe沉淀率最高,为42.8%.随着CO_(2)浓度增加,各体系A.ferrooxidans活性受到抑制.不同CO_(2)浓度体系最终获得矿物均为黄铁矾类矿物混合少量施氏矿物.适当提高CO_(2)浓度,有助于提高A.ferrooxidans活性,并促进水解成矿增加矿物产量.本研究为酸性矿山废水的治理提供理论依据.

聚乙烯对小白菜生长的潜在影响:内生效应

以小白菜作为研究对象,通过盆栽实验,分析了不同粒径和不同添加水平的聚乙烯微塑料(PE-MPs)对小白菜生长及其生理生化特性的潜在影响.研究结果表明,PE添加显著降低了小白菜的株高和株重(P<0.05),在PE粒径为0.5μm,投加量为0.5%(w/w)的处理下,分别下降了86.8%和60.3%.并且,PE添加导致小白菜叶片中光合色素的含量显著降低(P<0.05).二元方差分析结果表明,PE粒径变化对小白菜生长和光合色素含量变化的影响更大.PE添加显著降低了内生细菌群落的Shannon指数和ACE指数(P<0.05),显著提高了内生细菌群落的Simpson指数(P<0.05).在各水平PE的添加下,小白菜根系内生细菌变形菌门和内生真菌子囊菌门的相对丰度升高,而内生细菌放线菌门的相对丰度降低.SEM观测结果表明PE-MPs颗粒主要出现在小白菜的木质部和根皮层组织的细胞壁上.二元方差分析结果表明,PE粒径变化对小白菜根系和地上部分的氧化应激指标的影响更大.PE的富集对小白菜造成了严重的结构、功能损伤和膜脂过氧化损伤,最终导致小白菜的生物量下降.

MABR好氧喹啉和苯酚降解驱动反硝化脱氮研究

以喹啉和苯酚为含氮杂环类和酚类污染物为代表的废水是典型的强毒性难降解有机废水。该课题采用无泡膜曝气生物膜反应器(MABR)实现了好氧反硝化驱动喹啉和苯酚降解生物强化过程。反应器在不同工况条件下,完成了对喹啉、苯酚和硝酸盐分别为(82.6±10.2)%、(84.5±11.9)%、(67.3±10.6)%的去除率以及(11.1±1.4)、(3.1±1.2)、(1.91±0.4)g/(m^(2)·d)的去除负荷。胞外聚合物含量的增加有助于提高生物膜对高喹啉进水负荷的抵抗能力。通过解析生物膜菌群结构,发现生物膜能够有效富集Rhodococcus等典型好氧喹啉降解菌;通过q-PCR功能基因定量分析发现以oxoO为代表的喹啉降解基因和napA好氧反硝化指示基因存在同一菌群,说明了好氧反硝化驱动喹啉和苯酚降解菌群的存在。通过宏基因组学分析,进一步核定Pseudomonas和Raineyella是主要的好氧喹啉和苯酚降解协同反硝化功能的关键菌群。本课题证实了MABR生物膜在好氧条件下完成对喹啉和苯酚的高效降解和好氧反硝化耦合过程,为拓展MABR在含氮杂环和酚类有机废水处理的应用提供必要的理论参考。

高效烃降解菌群的驯化、降解特性及初步应用

微生物技术在石油污染土壤的修复中具有广阔的应用前景,而获得具有高降解效率的菌(菌群)是保证高效修复的关键。该研究从4种不同含油土壤中驯化、培养获得稳定、高效降解石油烃的1号菌群,对其进行高通量测序,确定菌群组成;研究不同环境因素对该菌群石油烃降解能力的影响,确定了最佳降解条件;对菌群降解石油烃的特性和降解动力学进行了分析;探究了该菌群在较高浓度含油土壤中的应用潜力,以及以破碎荞麦壳为载体,将菌群固定化后修复石油烃-镉复合污染土壤的能力。结果表明,该菌群主要由寡养单胞菌属(Stenotrophomonas)、假单胞菌属(Pseudomonas)、苍白杆菌属(Ochrobactrum)、乳杆菌属(Lactobacillus)和无色杆菌属(Achromobacter)等组成;在原油质量浓度为0.5%,p H为8,盐度为1%,温度为35℃,C∶N∶P为100∶2∶1,以硝酸铵为氮源的最佳条件下,培养10 d后,菌群对石油的降解率由52.1%提高至76.6%;GC-MS分析结果显示,培养9 d和24 d后菌群对C13~C26烷烃平均降解率分别为90.3%和97%,说明该菌群能够快速高效降解中长链烷烃。菌群对原油初始浓度为0.5%和4%的降解符合一级反应动力学模型。将菌群接种于石油含量为4 631 mg/kg、8 591 mg/kg的土壤中,40 d后降解率分别为47.7%、26.4%;固定化后的菌群用于修复石油烃-镉复合污染土壤,石油烃降解率、土壤脱氢酶活性和过氧化氢酶活性高于其他组,可交换态镉的浓度低于其他组。以上结果充分显示了该菌群在石油浓度较高的土壤以及石油烃-镉复合污染土壤修复中的应用潜力。

抗微生物药物耐药性风险评估研究进展

梳理了国内外AMR风险评估的发展历程,系统综述了风险评估通用流程及常用方法.在政府机构层面,由于均缺乏关键的变量数据,目前只能针对特定的耐药菌或者耐药基因利用模型获取关键数据开展以定性为主的风险评估.在科学研究层面,AMR的风险评估不断完善,从分别针对单一的耐药菌、可移动遗传元件、耐药基因和毒力因子等发展到对其共现性的关注,再细化到基于耐药菌和耐药基因等权重的综合评估.基于上述分析,总结了目前AMR风险评估中存在的主要问题以及剂量-效应模型、基因型对照、监测数据获取缺乏等挑战,以期为中国AMR的风险评估和控制提供基础支撑.

秸秆生物炭与生物菌剂协同处理对土壤中重金属和抗生素的影响

以秸秆生物炭(S)和微生物菌剂(MA)为试材,采用高锰酸钾滴定、氨释放量、氯仿熏蒸-浸提法、PCR方法,研究了秸秆生物炭与生物剂(SM)协同处理对土壤的性质、酶活性、微生物量的影响,以及对铅(Pb)、镉(Cd)及其抗性基因(MRGs)、四环素(T)和抗生素抗性基因(ARGs)去除,以期为实现以废治废、优化资源的研究提供参考依据。结果表明:施用SM后,土壤的总有机碳(TOC)、总氮(TN)、总磷(TP)、速效磷(AP)得到有效的改善。过氧化氢酶(CAT)、脲酶(URE)、蔗糖酶(SUC)的活性分别比对照(CK)提高了36.00%、45.00%、53.00%。微生物碳(MBC)和微生物氮(MBN)、微生物磷(MBP)也得到相应的变化。Cd-Pb-SM组与Cd-Pb组相比,Cd、Pb的修复率分别为35.49%和20.09%;Cd-Pb-T-SM组与Cd-Pb-T组相比,Cd、Pb修复率分别为23.69%和25.57%。Cd-Pb-SM组与Cd-Pb组相比,cad D、pbrT的修复率分别为31.94%和30.11%;Cd-Pb-T-SM组与Cd-Pb-T组相比,cad D、pbrT修复率分别为29.19%和35.74%。T-SM、Cd-T-SM、Pb-T-SM、Pb-Cd-T-SM组与对应的T、Cd-T、Pb-T、Pb-Cd-T组相比,T的修复率分别为23.83%、24.03%、10.85%和19.08%;Cd-Pb-T-SM组与Cd-Pb-T组相比,tet A、tet M分别减少30.32%和31.71%。综上,秸秆生物炭协同生物菌剂可有效地改善土壤的结构和循环,促进土壤的酶活性,对重金属、抗生素的单一和多重污染均产生良好的消减作用。

一株新型高效聚磷菌Glutamicibacter sp.G2的分离鉴定及除磷特性

聚磷菌(Phosphorus accumulating bacteria,PAOs)在生物除磷系统(EBPR)的强化过程中发挥着重要作用。挖掘新型高效聚磷菌并优化其除磷工艺,对于废水生物除磷技术的发展具有重大意义。文章通过富集驯化、分离纯化,结合MOPS蓝白斑(10×)初筛、Albert异染颗粒复筛等方法从某污水处理厂污泥样品中筛选出一株高效聚磷细菌G2,将其鉴定为盐生谷氨酸杆菌(Glutamicibacter halophytocola),并通过单因素试验探究pH、温度、接种量、初始磷含量,以及水体中的阳离子浓度对菌株G2生长及除磷的影响。实验结果表明,该菌株在初始磷浓度为30 mg/L、pH为8.0、8.0%接种量、32℃的条件下发酵72 h后,磷去除率可达78.79%。同时,添加2.0%的Mg^(2+)可以将菌株G2在人工合成废水中的除磷率提高17.50%。文章所筛选出的盐生谷氨酸杆菌G2在人工合成废水中表现出了良好的除磷效果,有望为废水生物除磷技术提供优质菌种资源。

垃圾填埋场覆盖层氯代烷烃吸附/降解与土壤微生态及代谢特性

连续3a全面调研了重庆某填埋场自然生长植被群落组成,结果表明,不同植被根际土壤对氯代烷烃的吸附量差异显著,二氯甲烷(DCM),三氯甲烷(CF)和四氯甲烷(CT)在根际土壤中的吸附量分别为1.0~5.14mg/g_(soil),0.7~3.1mg/g_(soil)和0.32~3.3mg/g_(soil),最大吸附量是裸土的3倍以上;其中酸模、狗牙草等植被对DCM吸附最多,而补血草、五节芒等则对CF吸附最强;大多数植被根际土壤对氯代烷烃吸附符合Freundlich模型.生物降解实验结果表明,植被根际能显著强化覆盖土微生物对CH_(4)、DCE和CF的生物转化,与裸土相比,强化倍数最高达20、6和7倍,所有植被根际土壤的氧化速率与裸土相比均存在显著性差异,酸模、艾草和锦绣苋等强化降解效果最好.多样性分析发现,大多数植被根际土壤微生物丰富度显著高于裸土,不同植被根际土壤微生物群落结构具有显著差异,根际作用可诱导优势甲烷氧化菌由Methylophilaceae向Methylocicrobium、Methylomonadaceaehe、Methylobacter、Methylobacillus、Methylocystis和Methylococcus转变;代谢组分析发现Neopetasitenine可能在强化微生物活性中起重要作用.通过机制分析表明强化氯代烷烃的生物转化能力仍是其削减的关键.

盐度对硝酸盐还原型铁氧化菌亚铁氧化与硝酸盐还原的影响研究

作为重要的嗜中性铁氧化菌,硝酸盐还原型铁氧化菌一直以来都被认为是在环境污染修复中具有广阔应用前景的一类微生物,其广泛分布于淡水沉积物、地下水、稻田土壤、海岸沉积物等各种盐度的水土环境中。已有研究指示,盐度可能会对此类铁氧化菌的生长代谢和亚铁氧化过程产生抑制作用,但是具体作用机制尚不清楚。为深入探究盐度对硝酸盐还原型铁氧化菌生长代谢的影响,选取Acidovorax sp.BoFeN1为模式菌株,设置微宇宙培养实验,并利用NaCl调节反应体系盐度(NaCl质量浓度分别为0、15、35、55 g·L^(-1))。通过监测反应过程中亚铁离子和硝酸盐的浓度变化,并对产物进行矿物学表征,探究硝酸盐还原型铁氧化菌在不同盐度条件下亚铁氧化和硝酸盐还原过程;进一步设置真实海水(盐度为34 g·L^(-1))的模拟实验对实验结果进行验证。亚铁氧化和硝酸盐还原动力学结果表明,尽管低浓度氯化钠影响不大,但当NaCl质量浓度为35 g·L^(-1)和55 g·L^(-1)时,Acidovorax sp.BoFeN1的亚铁氧化和硝酸盐还原过程会被促进。利用SEM、XRD和FTIR对反应终点产物进行物相分析,结果显示盐度会促进微生物亚铁氧化成矿类型由纤铁矿向针铁矿转变。最后,真实海水验证实验表明,在海水提供的盐度条件下Acidovorax sp.BoFeN1的亚铁氧化和硝酸盐还原能力分别提升了1.2倍和1.3倍;此时,微生物亚铁氧化的成矿类型为纤铁矿和针铁矿。这一结果与微宇宙培养实验所得结论一致。从环境意义上看,该研究证明了硝酸盐还原型铁氧化菌能够适应海水入侵等高盐水土污染环境,更新了盐度抑制细菌代谢的传统认识,这将有助于推动此类细菌在高盐环境污染修复中的应用。

一株新型Lysinibacillus fusiformis菌株G5M11b对Cr(Ⅵ)的还原性能研究

为了筛选对Cr(Ⅵ)有强耐性的菌株,并确定其最佳还原条件,通过驯化、筛选后得到耐铬菌株,利用形态特征、16S rDNA序列测定对其进行鉴定,进而建立响应曲面模型分析温度、pH值、质量分数对菌株还原效果的影响。结果显示,菌株与纺缍形赖氨酸芽孢杆菌(Lysinibacillus fusiformis)G5M11b型系统发育关系接近,将其命名为LfCr6,菌株的最佳还原条件温度为27.42℃,pH值为6.78,菌株质量分数为4%。通过响应曲面模型预测出该菌对100 mg/L Cr(Ⅵ)的还原率可达80.2%。这表明LfCr6菌株可以耐受高质量浓度Cr(Ⅵ)且具有良好的Cr(Ⅵ)还原能力。该菌株为微生物修复Cr(Ⅵ)污染环境提供了可能的菌种资源。

硫酸盐缓释剂协同微生物降解水中污染物实验研究

制备石蜡包覆过硫酸盐(PS)缓释材料,设计纳米零价铁(nZVI)活化PS缓释材料批次实验,研究PS与污染物质量比、PS与石蜡质量比、nZVI与PS质量比等因素对水中2,4-二氯酚(2,4-DCP,又称2,4-二氯苯酚)降解效果的影响,并协同微生物开展降解实验,研究PS缓释材料对微生物生存环境的影响。结果表明,PS与2,4-二氯酚质量比为70∶1,PS、石蜡及nZVI质量比为3∶1∶2.4时,缓释体系对2,4-二氯酚降解效果最佳,312小时内降解率能达到90%以上,当该缓释体系与具有降解能力的微生物协同使用时,能进一步提高2,4-二氯酚降解率,降解率接近100%,说明该缓释材料可以在受2,4-二氯酚污染的水中使用,不会破坏水中微生物的生存环境。

南四湖消落带底泥中磷及微生物群落结构研究

研究不同频率干湿交替条件下,南四湖消落带底泥磷形态变化及其与生物群落结构的关联性,可为维持南四湖消落带水生态系统健康及保障南四湖水质提供技术支持。文章模拟了南四湖消落带底泥不同频率干湿交替过程,通过高通量测序技术分析了底泥生物群落的变化特征。结果表明:在干湿交替过程中,底泥总磷、无机磷呈降低趋势,而有机磷基本保持不变;不同干湿交替过程中消落带底泥微生物群落结构比较稳定,但群落丰度变化显著;频繁干湿交替不利于消落带底泥保持微生物多样性;消落带底泥中蓝藻门(Cyanobacteria)和疣微菌门(Verrucomicrobiota)与底泥中NaOH-P呈显著负相关,变形菌门(Proteobacteria)与总磷则呈正相关。

稳定段曝气时间对高负荷接触稳定法碳捕获影响及微生物群落结构分析

为探究高负荷接触稳定法(HiCS)中稳定段曝气时间(ts)对废水碳捕获的影响,分析不同ts下HiCS系统的碳捕获率及污泥性质的差异,同时分析微生物群落结构差异。结果表明:当ts为1.0、2.0、3.0 h时,碳捕获率分别为43.0%、42.4%、39.2%,显著高于ts为0.5、4.0 h的20.3%和25.3%;污泥粒径较小且分布集中、微观结构粗糙多孔,有利于污泥和有机物接触絮凝。微生物群落结构分析表明,与接种污泥相比,ts为0.5 h的HiCS污泥中变形菌门(Proteobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes)的相对丰度由24.7%、25.8%上升至40.0%、30.8%。FAPROTAX功能预测结果显示,与碳循环代谢相关的微生物丰度最高,占比达到60%以上,其相对丰度受ts影响显著,在1.0~3.0 h时高于0.5、4.0 h时。

不同外源Cd(Ⅱ)对Pseudomonas aeruginosa EPS的胁迫效应--产量、组分、吸附特性变化及其机制

以CdCl_(2)、CdSO_(4)和Cd(NO_(3))_(2)为胁迫因子,比较了不同阴离子在胁迫/诱导过程中对Pseudomonas aeruginosa(P.aeruginosa)胞外聚合物(EPS)的产量和特性的影响以及对Cd(II)吸附性能的变化.研究发现,当Cd(NO_(3))_(2)胁迫/诱导浓度为50mg/L时,EPS产量达到214.91mg/g VSS,其中蛋白质含量达到136.75mg/g VSS,较胁迫/诱导前增加了409.31%.此时EPS的吸附性能最好,对Cd(II)的平衡吸附量最大,较胁迫/诱导前增加了近一半.HPLC分析表明,EPS蛋白质中氨基酸的变化与EPS的吸附特性密切相关.3D-EEM、XPS和FTIR结果表明,EPS中C=O、C-N和N-H含量增加,有利于重金属的结合.竞争吸附实验发现,EPS对Cd(II)的亲和力高于Zn(II).

基因工程菌在石油污染修复中的研究进展与前景

构建基因工程菌(genetically engineered microorganisms,GEMs)是石油污染生物修复的重要发展方向.目前,通过基因编辑、过表达和定向进化等手段改造微生物的石油污染物降解和调控途径,可以提高微生物的环境适应能力和污染物降解能力,用于石油污染物的生物降解和监测.本文概述了石油污染物降解基因工程菌的主要构建策略,包括选择和改造宿主菌、改造与优化石油污染物关键酶和代谢通路、开发微生物全细胞传感器和构建基因工程菌的自毁程序.此外,基因工程菌也可用于石油污染的酶修复、微生物菌群修复和细菌-植物联合修复.随着系统生物学和合成生物学在降解微生物中的应用,基因工程菌在石油污染修复中展现出良好的研究和应用前景.