海洋微型生物碳泵——从微型生物生态过程到碳循环机制效应

微型生物是海洋生态系统中"看不见的主角",在资源环境以及全球变化中扮演着举足轻重的角色.本研究通过方法创新和大量现场调查,从一类特殊微型生物类群——好氧不产氧光合异养细菌(AAPB)入手,展开了微型生物生态过程与机制的系统研究,修正了国际同行AAPB计数方法的误差,获得了全球海洋AAPB的分布规律,解释了以往现场实测结果的分歧,澄清了以往理论上的偏颇认识;建立了包括不产氧光能利用途径的上层海洋碳循环模型,并通过大量现场实测揭示:细菌光能利用关系到海区碳循环的"源""汇"格局;在这些研究基础上探讨了新的海洋碳循环机制,提出了"微型生物碳泵"理论框架,为全面认识海洋储碳机制、促进学科交叉、研发海洋碳汇奠定了基础.

微型生物碳泵研究进展

人类活动导致大气二氧化碳(CO2)浓度持续升高,加剧了气候变化,引发全球关注.海洋是地球表面最大的活跃碳库,工业革命以来吸收了近1/3人类活动排放的CO2,调控着全球气候变化.海洋吸收和储藏CO2的机制包含物理、化学和生物过程,其中“微型生物碳泵(MCP)”是一种新认识的生物机制,阐述了由微型生物(异养细菌、古菌、病毒和原生生物等)参与的将活性有机质转化为惰性溶解有机质(RDOM)的生态过程,在海洋循环和储藏中发挥重要作用.本文回顾自MCP理论提出以来的重要研究进展,包括:MCP介导的RDOM解析方法及其分子特征,海洋微型生物与DOM的相互作用机制,病毒及原生生物介导的碳循环对海洋有机质的影响等,并展望MCP未来研究方向.

利用微型生物指示评价污水处理厂运行的研究进展

目前基于理化指标和出水水质来调控污水处理厂运行工况存在一定滞后性,且建立的控制策略不利于系统长期稳定地运行。活性污泥工艺运行状态对微型生物的种群结构具有显著影响,可利用微型生物种群结构来指示和评价污水处理厂运行,且有利于建立面向种群优化的控制系统。在介绍微型生物分类、鉴定、计数的基础上详细阐述了微型生物种群结构与污水处理厂运行状态的相关性与内在联系,力求为今后利用微型生物种群结构特性来指示、评价污水处理厂的运行奠定基础,并对此方面的研究方向进行了展望。

厦门冬季PM_(2.5)颗粒物中细菌和真核微型生物群落组成及其来源分析

近年来由于雾霾事件频发,有关细颗粒物PM2.5的来源、组成及迁移转化规律已经引起了人们的广泛关注,然而对于PM2.5颗粒物中微生物的组成和来源还知之甚少。本文应用T–RFLP、克隆文库和测序方法研究厦门2012年冬季PM2.5颗粒物中细菌和真核微型生物的群落组成,并分析其潜在的来源环境。研究结果表明:与克隆文库方法相比,T–RFLP分析所得的物种数量(TRF峰)相对较多,说明T–RFLP是快速、灵敏分析空气微生物群落特征的高效手段之一。T–RFLP和克隆文库结果表明,PM2.5颗粒物中细菌和真核微型生物群落多样性较高,其中2%的细菌16S rRNA基因和42%的真核微型生物18S rRNA基因序列与已知序列的相似度低于97%。分类分析表明,Bacteroidetes、Actinobacteria、Firmicutes和Proteobacteria是PM2.5颗粒物细菌的主要类群,其相对丰度分别为2.91%、10.68%、41.75%和44.66%;Stramenopiles、Alveolata、Metazoa、Fungi和Viridiplantae是PM2.5颗粒物真核微型生物的主要类群,其相对丰度分别为5%、7%、15%、20%和39%。然而,尚有14%的真核微型生物18S rRNA基因序列未能分类到已知门类,说明气溶胶真核微型生物方面的研究尚存在较大空白。与文献对比分析表明,厦门城区空气微生物的动态性较强,环境来源多变。环境来源分析表明,厦门虽然属于典型海滨城市,但其空气微生物的重要环境源可能为淡水,其次是土壤、水体沉积物、污水系统和动物粪便等。而季节性气团输送可能是厦门冬季气溶胶微生物多来源于淡水的原因之一。

水污染的微型生物监测

一切污染物最终都要流入水体。对水体进行生物监测是控制水污染的关键。本文从公害评价的基本原理出发，对已成为我国国家标准《水质-微型生物群落监测-PFU法》的生态学基础、方法的改进和创新，在国内的推广、应用及其标准化的过程作了扼要介绍。对新方法提出的5个问题作了解答。

石灰华扇(Tufa Fan)沉积物中的微型生物多样性

为了探索石灰华扇沉积物中微型生物多样性特征，作者2006年7～9月对贵州中部马脚冲瀑布石灰华扇进行了野外生态学调查，采集样品和标本50份。经室内初步分析和鉴定，该瀑布石灰华扇中含有4大微型生物多样性类群共25个物种，它们是蓝细菌（Cyanobacteria）1个种，原生动物（Protozoan）16个种，绿藻（Green algae）1个种，硅藻（Diatoms）7个种。此外，石灰华扇中还发现了苔藓植物（Bryophytes）6个种。石灰华扇沉积物的形成，是微型生物多样性一石灰华扇沉积相互作用的地质生态学结果。

流式细胞术在水体微型生物研究中的应用

综述了流式细胞术(flowcytometry)在水体微型生物研究中的应用。包括微型生物的识别、记数和生物量研究,微型生物的细胞周期分析以及生态与生理学研究。讨论了FCM在淡水微型生物和环境生物学中的应用。FCM技术与仪器的改进将促进水体微型生物的研究,从而有助于对水生生态系统的深入认识。

海带组织降解过程中定殖微型生物群落的特征

运用脂肪酸标志法分析了海带新鲜组织、降解组织及脱落碎屑中定殖微型生物群落的组成特征。研究结果显示,降解组织和脱落碎屑的总脂含量显著提高,单不饱和脂肪酸和多不饱和脂肪酸相对含量降低。降解组织和脱落碎屑中细菌脂肪酸标志18∶1(n-7)和奇数碳及支链脂肪酸含量相比于新鲜叶片有大幅度的提高,表明碎屑中定殖了繁盛的细菌群落;海带碎屑的硅藻脂肪酸标志16∶1(n-7)/16∶0比值最高,降解组织中该比值也显著高于新鲜叶片,表明硅藻类也大量定殖于海带降解组织和碎屑中。鲜海带组织中不含原生动物脂肪酸标志——DHA,而在降解叶片和脱落碎屑中都检测到一定含量的该标志物(0.65%和1.57%),指示了原生动物在海带降解组织和碎屑中的定殖。各种微型生物的定殖与生物降解作用显著改变了降解海带叶片及海带碎屑的有机碳氮特征,新鲜海带叶片组织碳、氮比值高达17.32,而降解组织和海带碎屑有机氮含量有较大幅度的升高,碳、氮比值则分别下降为6.61和6.48。研究结果表明,海带脱落碎屑并非单一成分,而是以海带降解残片为主体,同时混杂有硅藻类、细菌和原生动物群落的混合体。海带碎屑通过各种微型生物的定殖与生物降解作用,其有机氮含量升高,碳、氮比值显著下降,使其更适宜作为基于海带的养殖生态系统中其它生物的食物来源。

微型生物在水质监测中的作用和意义

水污染仍是中国水环境面临的突出问题。生物监测是常用水质监测的有效方法之一,它是利用水生生物在污染环境下所发生的信息来判断水体污染状况的一种手段。而微型生物群落是水生态系统中一个完整的生态单元,具有对胁迫反应敏感以及胁迫过后自身恢复迅速等特性,在水质监测中起着重要的作用。水生微型生物主要包括藻类、原生动物、细菌、真菌、轮虫等。本文阐述它们在水生生态系统中具有的各自地位、作用和微型生物监测水质成为生物监测的重要手段的原因。

药厂污水处理池微型生物群落与水质净化监测

2005—2006年,对哈尔滨哈药总厂污水处理厂各处理池中的微型生物群落动态与水质净化效能之间的相互关系进行了研究。结果表明,在该处理系统中,共发现微型生物48种,其中出现量大的种类有有肋楯纤虫(Aspidiscacostata)、小球藻(Chlorella vulgaris)和广缘小环藻(Cyclotella stelligera);红眼旋轮虫(Philodina erythrophthalma)和懒轮虫(Rotaria tardigrada)也是经常出现在该水处理系统中的种类,但数量不多;采样点距排污口越远,水质则越有明显改善,微型生物群落的种类数目和群落密度明显增加,群落多样性指数也随之上升。实验证明,利用微型生物的群落组成和变化规律快速检测污水处理厂水质处理结果的方法切实可行。

保定市工业废水对白洋淀微型生物群落的生态毒性

以白洋淀PFU(PolyurethaneFoamUnit)微型生物群落为种源(epicenter),评价上游工业废水的生态毒性.结果表明,在反映原生动物群集过程的3个参数Seq、G和T90%中,Seq与工业废水体积分数(φ)呈负相关.根据其回归方程Seq=42.22857-0.33374φ(R2=0.9042,P<0.01)推算出工业废水的效应浓度EC5、EC20和EC50,分别为6.3%、25.3%和65.2%.以此确定上游工业废水对白洋淀微型生物群落的无效应浓度为6.3%,最大允许浓度(MATC)为25.3%.

用微型生物群落评价常德市水系的研究

本文应用PFU法对常德水系四季微型生物群落的结构和功能进行了分析。根据MacArthur-Wilson平衡模型提出了3个功能参数,测定了微型生物的2个结构参数。同步进行了16个站四季的水质分析,提出化学综合污染指数(P)。经统计学处理,P和微型生物群落的HI、S_(eq)、G、T_(90％)等指数均呈显著性相关。物种多样性(d)也在一定程度上反映出城市水体的不同污染程度。再次证明PFU微型生物监测方法的科学性,为生物监测提供了快速、经济、正确的新方法。

水体微型生物群落参数与水质指标相关性的研究

利用聚氨酯泡沫塑料块 (简称PFU)对清华园内某一连续水体中的微型生物群落的变化进行了观测。所研究的微型生物主要包括细菌、真菌、藻类和原生动物 ,此外也包括一些小型的后生动物 ,如轮虫等。所考察的水质指标主要有 :水温 ,pH值 ,DO ,CODMn,TN ,TP以及叶绿素a含量等 ,并对水体的富营养化程度进行评价 ,采用层次分析 -主要成分分析营养度法 (AHP -PCA法 )计算出综合营养指数TLIc 值。试验结果表明水体微型生物群落参数 (如Seq,G ,T90 % 和HI)和水质指标 (如TLIc)

区域微型生物养护剂对池塘环境改善作用研究

【目的】探讨区域微型生物养护剂在水产养殖中改善养殖生态环境的作用机理。【方法】在实验室内用水族缸建立4个模拟池塘生态环境,各处理的底泥、池水来源分别为:处理1和处理3来自南沙健康塘,处理2来自南沙非健康塘,处理4来自清远非健康塘,各引入鳙鱼(Aristichthys nobilis)3尾、罗非鱼(Oreochromis mossambicus)2尾、清道夫鱼(Pterygoplichthys multiradiatus)2尾,搭配合理的投饲管理,定期使用以南沙与清远当地池塘微生物及农业生产次产品制成的池塘微型生物养护剂(护料),观察护料对水质因子、浮游藻类、原生动物及鱼体的养护作用。【结果】使用护料对降低处理2及处理4的氨氮效果显著,并在模拟试验期间维持各处理的水质因子相对稳定。试验过程中,浮游藻类震荡增加,试验组比对照组增速快、变动幅度窄,第90天(D90)时平均密度、种类数及多样性指数分别依次为处理4>处理1>处理3>处理2、处理2>处理4>处理1>处理3、处理4>处理2>处理1>处理3,使用护料可将主要浮游藻类种类养护为绿藻门、硅藻门种类,并降低单一优势种类的比例;在护料的养护下,原生动物的物种丰富度明显增加,第60天(D60)时各处理的平均密度、种类数量及多样性指数均表现为处理1>处理3>处理2>处理4;鱼体存活率大幅提高,各组存活率依次为处理1(85.7%)>处理2(57.1%)>平均数(50.0%)>处理4=处理3(28.6%),其中,对水质要求高的鳙鱼在处理1、处理2中均有1尾存活。【结论】运用护料中具有区域属性的微生物菌群,并随养殖时期调整护料C/N比,可养护池塘使养殖系统动态稳定,保持健康养殖。

不同引物扩增对东海陆架沉积物真核微型生物多样性的影响

采用三对通用引物(ITS1/ITS4,EF3/EF4,NS1/NS4)检测其对东海陆架DH-13站点表层沉积物真核微型生物的扩增特异性和多样性差异。对323个有效克隆子进行OTU分型和多样性分析,结果表明,NS1/NS4引物扩增所获得的文库多样性最高,EF3/EF4其次,ITS1/ITS4最后。通过NCBI比对和分类学研究,发现优势种群主要为原生生物界,包括丝足虫门(Cercozoa,占所有OTU的36.4%)、横裂甲藻纲(Dinophyceae,占14.2%)、不等鞭毛门(Stramenopiles,占7.4%)和纤毛虫门(Ciliophora,占6.3%);另含部分真菌界如子囊菌门(Ascomycota,占7.4%)和壶菌门(Chytridiomycota,占6.3%)。原生生物方面,NS1/NS4引物表现的多样性最高,适合于扩增丝足虫门、横裂甲藻纲和不等鞭毛门,并扩增到独有的眼虫门(Euglenozoa)、隐藻门(Cryptophyta)和顶复门(Apicomplexa);ITS1/ITS4适合于扩增甲藻和纤毛虫门;EF3/EF4则适合于丝足虫门。真菌方面,ITS1/ITS4适合于扩增子囊菌门;EF3/EF4适合于子囊菌门和壶菌门,而NS1/NS4适合于壶菌门。系统发育分析表明,三对引物的原生生物系统树中的相似序列多来自海洋环境样品,真菌序列则分别来自陆地土壤真菌和海洋真菌,说明三对引物更适合于海洋沉积环境微型原生生物的分子生态分析。

PCR-DGGE技术在环境微型生物群落研究中的应用

变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)具有可靠性强、重复性好、方便快捷等优点,目前被广泛地应用于环境微型生物群落多样性和动态分析。本文对PCR-DGGE技术的基本原理和流程,图谱的优化过程和图谱分析方法,及其在环境微型生物生态学中的应用进行了综述,并对该技术自身存在的局限性和应用前景进行了评价。

东太平洋中国合同区沉积物微型生物生物量的分布特征及其影响因子

分析并研究了东太平洋中国合同区深海沉积物中的微型生物生物量、总叶绿素含量和总有机碳含量的分布特征,结果表明,微型生物生物量的垂直分布特征为表层最高,随着沉积物深度的增加而降低;生物量(以C计)的水平分布特征为东区高于西区,变化范围为0.052～0.386μg/cm2,生物量最高值出现在东区的ES0503站位,生物量最低值出现在西区的WS0505站位。总叶绿素含量的空间分布特征与微型生物生物量相同,变化范围为0.083～0.272μg/cm2。总有机碳含量的空间分布特征与微型生物生物量基本一致,变化范围为0.349%～0.453%。相关分析显示,深海沉积物微型生物生物量和总叶绿素含量的水平分布具有显著的正相关性;总有机碳含量与微型生物生物量和总叶绿素含量的相关性均不显著,说明总叶绿素含量是微型生物生物量水平分布的主要影响因子。小型底栖生物、生物扰动和底流等环境因子也是影响沉积物中微型生物生物量空间分布的重要因素。

PFU微型生物群落水质鉴别及群落参数变化模式的研究

基于PFU微型生物群落参数调查数据,对湖北省汉江两条污染带11个站点和湖南常德市水系15个站点所属水质组别进行了综合分析研究.所得典型鉴别函数能够对水质组别作出有效的鉴别,分类函数对站点的水质组别分类正确率达到96%;群落参数对化学综合污染指数(P)的响应不呈简单的线性关系,群落参数的变化存在一定模式.提出了“转折区”(turninginterval)概念.水质由洁净到严重污染的变化过程中,在转折区内,微型生物群落的5个参数与P的相关性将发生根本性改变:D和Seq与P由正相关转变为负相关,T90%由负相关转变为正相关,HI和G相关性的显著程度发生改变.本研究显示,这个转折区存在于水质污染区段.

香港米浦基围塘中有机氯农药和多氯联苯在微型生物群落中的积累

分别在 2 0 0 1年和 2 0 0 2年用国家标准《水质 -微型生物群落监测 -PFU法》在香港米浦自然保护区的基围塘和红树林中监测水质 .在 3个基围塘中共鉴定出 91种原生动物 ,为香港地区的首次记录 .同时在群落级水平上分析了4种生态结构参数和 5种功能参数 .用化学的方法成功地监测出在此 3个基围塘的PFU挤出液中 pp′-DDE和PCB的浓度 ,并且获得两年一致性的结果 .本文化学和生物学结合的研究结果为测定水中超痕量持久性有机污染物 (POPs)的环境暴露与生态毒性提供了一种新的尝试 .图 3表 8参 2