土壤固碳微生物的绝对定量检测实验设计

为了定量检测土壤中的固碳微生物,设计以功能基因cbbL为靶标的固碳微生物微滴数字聚合酶链式反应(ddPCR)检测方法。选择合适的引物探针,从退火温度、探针浓度以及引物浓度进行反应条件的优化,分析ddPCR检测方法的线性范围、敏感性、重复性和特异性。结果显示,当退火温度为55.8℃、探针与引物浓度分别为350、750 nmol/L时,建立的cbbL-ddPCR扩增反应效率最高,阴阳性微滴分布界限最明显,平均拷贝数较高;检测的线性范围为2.3×10^(0)~2.3×10^(5)copies/μL-DNA,曲线方程y=0.1077x-95.562,相关系数R^(2)为0.9997,检出限为0.5 copy/μL-DNA,21个重复的变异系数仅为3.92%,与其他4种非固碳微生物DNA未发生交叉反应。所建立的cbbL-ddPCR方法可用于土壤微生物固碳潜能测定。

DGGE和qPCR联用定量分析环境样品中优势菌群

精确定量环境样品中特定微生物类群的数量对阐明环境生物治理/修复过程中微生物的功能和效应具有重要意义。该文以土壤样品为例,将PCR-DGGE技术与定量PCR(qPCR)技术联用,定量检测样品中优势微生物类群数量。方法:抽提样品DNA,针对16SrDNA进行PCR-DGGE分析,明确样品中的优势菌群;再根据特定优势菌群的基因序列设计适合的定量引物,通过针对特定优势菌群的定量PCR分析,得到样品中优势菌群的数量信息。该方法灵敏度高、重复性好,并且无需培养,最大限度地保持了样品原始群落信息。

面向环境专业研究生的生物分析实验课程建设与实践

随着环境研究的深入,课题研究中对生物分析实验技术的应用需求增加。以污染控制与资源化研究国家重点实验室仪器设备为依托,面向环境学院各专业研究生开展了生物分析实验教学的探索与尝试。针对研究生生物知识储备不足的现状,课程中将基本理论知识和实验原理讲授与实验操作学习相结合,实验技能学习与科研热点相结合,围绕环境样品中未知微生物的定性、定量检测开展实验教学,针对性地培养学生的创新思维及科研能力,取得了良好的教学效果。

水样中大肠菌数定量PCR检测实验设计

为不断完善环境微生物学实验课程建设,培养学生的实际样品分析能力,设计了一套检测水样中大肠菌数的实时荧光定量PCR(pdymerase chain reaction)实验。教学实践表明,实验方案切实可行,学生完成情况良好,学生了解并践行了实时荧光定量PCR技术检测环境样品中的大肠菌数的方法,切身体会到新实验技术的简便性与灵敏性,提升了学生的学习兴趣与创新能力。

氧化亚氮/氧气混合气体吸入联合氯诺昔康用于烧伤后创面疼痛的疗效

目的观察氧化亚氮/氧气混合气体吸入联合氯诺昔康用于烧伤后创面疼痛的临床疗效。方法将48例烧伤后创面疼痛的患者按治疗方法的不同分为2组:观察组(23例)和对照组(25例)。2组均采用注射用氯诺昔康8 mg加入0.9%氯化钠注射液100 mL中静脉滴注,2次·d-1。在此基础上,观察组采用Digital MDM氧化亚氮/氧气混合输出系统治疗。观察2组临床疗效的情况,并对2组进行目测类比疼痛评分(VAS评分)和疼痛问卷评分(疼痛感觉评分和疼痛情绪评分)。结果观察组总有效率明显高于对照组(91.3%比76.0%,P<0.05);与对照组比较,观察组治疗1 d后VAS、疼痛感觉和疼痛情绪得分均明显降低(均P<0.05)。结论氧化亚氮/氧气混合气体吸入联合氯诺昔康用于烧伤后创面疼痛有较好的镇痛效果,且无明显的不良反应。

崇明东滩湿地土壤有机碳空间分异特征及影响因素

为了解不同类型湿地土壤有机碳含量的空间分异特征,以长江口崇明东滩不同植被类型和冲淤性质的湿地土壤为研究对象,测定3种土壤中有机碳含量、微生物量、以及与碳代谢相关的土壤酶活性,分析不同类型湿地土壤有机碳含量的空间变异特征,并对其影响因素进行了讨论。结果表明,不同类型湿地土壤的有机碳含量在不同潮间的变化趋势基本一致,呈现出高潮滩>中潮滩>低潮滩>光滩,即高潮滩具有较强的有机碳汇聚能力。3种不同类型湿地土壤有机碳含量的空间变异性较大,其特征表现为:芦苇型沙质土-A区([4.34±1.30)g·kg-1]<芦苇/互花米草混合型粘质土-B区([7.35±1.63)g·kg-1]<芦苇/互花米草型粘质土-C区([9.17±1.18)g·kg-1],A区有机碳含量空间变异系数最大为52%,C区最小为22%,而且有机碳空间分异受湿地土壤微生物数量、酶活性以及土壤含水、含盐量的影响。芦苇型沙质土-A区有利于微生物的呼吸、代谢与繁殖,具有较高的有机碳代谢能力,而芦苇/互花米草型粘质土-C区则更有利于有机碳的保留。研究结果用于阐明不同类型湿地土壤的有机碳保留能力,进而为湿地的管理与优化提供理论基础和决策依据。

两种基于芦苇秸秆还田的改良措施对崇明东滩围垦土壤理化性质和微生物呼吸的影响

在崇明东滩湿地公园设置了3块实验田,研究基于芦苇直接还田(处理Ⅰ)和堆肥后还田(处理Ⅱ)的处理措施对盐碱土壤的改良效应以及对土壤微生物呼吸和植物生长的影响,并通过主成分分析法评价仅考虑传统土壤肥力指标及加和了土壤微生物呼吸和植物生物量等碳收支指标的土壤综合改良效应。结果表明,两种模式都能显著提高土壤的养分。总氮、总磷和总钾均显著高于对照(P<0.05),有机质较对照分别提高10.8%(P=0.053)和10.9%(P=0.052);地上生物量为对照的344%(P=0.000)和167%(P=0.000),但土壤微生物呼吸仅分别较对照提高14%(P=0.085)和43%(P=0.001)。主成分分析结果显示仅考虑传统的土壤肥力指标,对照、处理Ⅰ、处理Ⅱ的综合得分分别为-0.641、0.260、0.381,加和土壤微生物呼吸与植物生物量后综合主成分得分为-1.011、0.644、0.367。这表明按传统评价指标,处理Ⅱ是较好的改良模式,但加和了土壤微生物呼吸与植物固碳量等碳收支指标后,处理Ⅰ得分高于处理Ⅱ,因此这是一种相对低碳化的改良模式。

崇明东滩湿地土壤养分的分布特征及其环境效应

通过研究崇明东滩不同类型天然湿地土壤在不同潮间的有机质(OM)、全氮(TN)、全磷(TP)的含量与分布,进而分析不同类型滨海湿地土壤作为营养盐氮、磷汇与碳沉积的环境效应。结果表明,芦苇型沙质湿地土壤中有机质、全氮、全磷的平均值分别为1.36%、0.1%、0.03%,而芦苇/米草混合型黏质土壤中分别为2.41%、0.27%、0.07%。随着高程的增加(从光滩向高潮滩过渡),芦苇(Phragmitescommunis)型沙质湿地土壤与芦苇/米草(Phragmites communis/Spartina alterniflora)混合型黏质土壤中有机质、全氮含量平稳上升,但全磷变化并不显著。这表明芦苇/互花米草混合型黏质湿地土壤对造成沿海水域富营养化的氮、磷营养盐以及引起全球气候变化的碳排放具有更好的汇聚效应,同时高潮滩的汇聚功能总体较光滩为高。

九段沙不同演替阶段湿地土壤微生物呼吸的差异性及其影响因素

通过分析九段沙不同演替阶段湿地土壤微生物呼吸及其土壤微环境因子,研究了不同类型湿地土壤微生物呼吸的差异性及其影响因素。结果表明,处于不同植被演替阶段的湿地土壤微生物呼吸具有显著差异(P<0.05),海三棱藨草区高于芦苇区,互花米草区最高(0.367 mg.g-1.(24h)-1),互花米草的引种及蔓延增强了入侵区域土壤微生物呼吸。综合考虑不同植被类型湿地土壤微生物呼吸及植被生物量,芦苇区呼吸微弱、植被生物量最高,在理论上具有更高的有机碳碳汇聚能力。通径分析结果显示,影响土壤微生物呼吸强度的主要生物因素有:原核微生物多样性(Shannon指数)和土壤微生物生物量;土壤有机质、硝态氮及土壤含水量对上述微生物活性指标有显著影响,因此也属于土壤微生物呼吸的主要影响因素。

长江口九段沙湿地土壤有机碳及微生物陆向分布

通过分析九段沙湿地土壤有机碳及微生物因子的陆向分布,研究了土壤有机碳的空间差异性及其与土壤微生物因子的相互关系。结果表明,九段沙土壤有机碳的陆向分布具有显著差异(P<0.05),随着高程上升,其含量整体呈现增大趋势,互花米草区/芦苇混合区最高(9.18g·kg-1);土壤微生物因子的陆向分布与土壤有机碳相似,且与土壤有机碳含量呈显著正相关关系(P<0.01),其中以土壤微生物呼吸和土壤脱氢酶最为明显;互花米草的引种及蔓延,增加了区域土壤有机碳含量,也增强了土壤微生物活性。

互花米草/羊粪混合堆肥还田对滨海盐碱土壤的改良效应：实验室研究

外来物种互花米草由于缺乏资源化利用途径,近年来已在我国沿海滩涂蔓延扩展。为了探索互花米草的控制与资源化利用途径,尝试将互花米草作为秸秆资源用于滨海盐碱土壤改良,为此选择适合于堆肥和还田的收割季节和部位,首先研究了不同部位互花米草成分的季节差异,结果显示,秋季互花米草秸秆的营养组分及其生物量较适合于堆肥和还田。堆肥结果表明,在耐盐菌和VT菌的共同作用下,添加羊粪后的互花米草秸秆经54d堆肥后,水浸提液的E4/E6值由初始的3.35提高到9.21,腐解过程显著;10min水洗脱盐率达到81.83%,较生米草大幅提高。8个月的盆栽(50kg级)试验表明,投加腐熟堆料后,土壤容重和含盐量降低,土壤有机碳、TN、TP、蔗糖酶活性显著提高,植物生物量为对照的3.74倍。这些结果初步表明,互花米草/羊粪混合堆肥还田能改善土壤理化性质,提高土壤肥力,增加作物产量,是一条实现资源化的可能途径。

互花米草控制技术对湿地土壤有机碳保留能力与微生物活性的影响

鉴于多种技术被用于控制崇明东滩互花米草的蔓延,为了选择更好的互花米草控制技术,首先比较不同控制技术作用下湿地土壤总有机碳(SOC)含量的差异,并对土壤中的微生物活性进行研究以分析土壤中总有机碳的输出能力,进而分析土壤总有机碳的保留能力。结果表明,经过刈割/翻耕、刈割/翻耕/水位调节、刈割/生物(芦苇)替代等控制措施后,湿地土壤中土壤总有机碳含量、可培养微生物菌落数、土壤转化酶活性和土壤呼吸强度均高于对照,而通过DGGE技术对微生物种群进行分析后发现,修复后的湿地土壤多样性显著低于对照。在几种不同的控制技术中,刈割/翻耕/水位调节模式由于增加了土壤的滞水时间,其土壤微生物活性相对较低,有机碳含量较高,表明采用该修复技术后土壤的碳代谢能力相对较弱,因此该修复技术更有利于湿地土壤有机碳的保留。相对其他控制技术而言,刈割/翻耕/水位调节模式可在控制互花米草蔓延的同时有效地保留土壤有机碳。

促淤等人为扰动对长江口滩涂湿地土壤微生物呼吸的影响

为阐明促淤和堤内农业生产对长江口滩涂湿地土壤微生物呼吸(SMR)的影响,在崇明东滩和九段沙湿地设置3个典型区域,研究了人为扰动和自然状况下湿地SMR的差异性,并通过分析不同类型湿地土壤的微生物活性和环境因子阐明了导致SMR差异的主要原因。结果显示,促淤区现有湿地SMR强度((0.41±0.22)mgCO·2g-·124h-1)高于自然状态区((0.07±0.02)mgCO·2g-·124h-1),且差异达到了极显著水平(P<0.01);堤内不同农业生产模式导致的施肥强度差异对堤外湿地SMR也有一定影响。通径分析表明,促淤等人为扰动状态下湿地土壤微生物活性增强是导致其SMR较高的主要原因,其中土壤原核微生物多样性指数及蔗糖酶活性与SMR强度的关联性尤为显著。而促淤与堤内化肥施用所引起的已有滩涂湿地土壤环境条件的改变,特别是土壤含水量下降和无机氮含量增高是导致其微生物活性发生改变的重要原因。总体而言,促淤和堤内高强度施肥的农业生产模式一定程度上会增强堤外现有滩涂湿地的SMR,从而弱化其碳汇功能。

六价铬还原细菌Bacillus cereus S5.4的筛选鉴定及还原特性研究

六价铬生物毒性极大，是造成环境污染的主要重金属之一，其生物治理策略已引起了广泛关注。已经发现许多微生物具有六价铬抗性和还原性，但能工业应用的还十分有限。从宝钢电镀污泥中分离得到一系列高六价铬抗性菌株，其中一株S5．4显示出高六价铬还原性，经形态和生理生化特征及16s rDNA序列比对，鉴定为Bacillus cereus。该菌株好氧生长，在固体LB培养基上培养48h能耐受40mmol／L Cr^6＋，并对Mn^2＋、Ba^2＋和Mo^6＋也显出高抗性；在液体LB培养基中培养72h完全还原2mmol／L Cr^6＋，并能在补充培养基和六价铬的条件下连续还原。该菌株还原六价铬时，最适浓度为2mmol／L Cr^6＋，最适温度范围30～37℃，最适pH7～9。

非光合微生物菌群好氧固定CO_2的研究

微生物固定CO_2在环境、资源方面具有重要意义。然而,通常具有较高固碳能力的光合细菌和氢-氧化细菌由于需要光照/严格厌氧和供氢,限制了其在反应器或土壤中的应用。本研究通过生物技术手段从海水及其沉积物中选育到在普通好氧条件下具有固碳能力的非光合微生物菌群,并通过电子供体和无机碳源结构的优化,显著提高了其对无机碳的同化能力,好氧条件下固碳菌液的最高无机碳同化效率可达110 mgCO_2/L·d,为实现普通环境条件下的微生物固碳奠定了基础。同时,通过分子生物学手段研究了不同环境条件下固碳微生物菌群的群落结构,以期为进一步优化固碳微生物群落结构,提升固碳效率提供理论依据。结果发现在不同培养条件下,菌群的群落结构发生了很大改变,表明不同条件下的固碳优势菌属于不同的种属,但通过测序、序列比对及构建系统发育树后发现,在已测序的16个显著条带中,11个是不可培养微生物,即其只能以共生方式存在,混合培养时,固定CO_2的效果可能是多种菌共同作用的结果。这意味着单一纯种微生物的固碳效率可能较低,研究与优化固碳微生物菌群的结构和配比将有利于固碳效率的提升。

土壤呼吸对秸秆与秸秆生物炭还田的响应及其微生物机制

土壤呼吸释放CO_2是温室气体排放的重要途径之一,减少土地利用中温室气体排放、增强土壤碳汇聚能力对于减缓全球温室效应具有重要意义。生物炭具有改善土壤理化性质、增加作物产量、调节土壤微生物性质等特性。本研究采用室外盆栽的方式,以地肤草为目标植物,研究了芦苇、水稻、互花米草三种农林秸秆及其秸秆生物炭还田对土壤的改良效应,以及对土壤呼吸的影响及其微生物机制。结果表明:秸秆及其秸秆生物炭均可改善土壤肥力,促进植物生长,且生物炭改良效果略好于秸秆直接还田。但秸秆生物炭还田的土壤呼吸显著低于秸秆直接还田,其中芦苇生物炭最低。秸秆直接还田可促进土壤β-糖苷酶、脱氢酶和活性微生物量等微生物活性指标,从而促进土壤呼吸,增加土壤CO_2的释放,而生物炭还田对土壤微生物活性无显著的促进作用,反而有一定的抑制作用,这可能是由于生物炭中易降解有机物含量很低,可降解性较低的缘故。

温度、pH对非光合微生物菌群固碳效率的影响及其成因分析

CO_2是主要的温室气体,也是地球上最丰富的碳源和可再生资源,本实验通过研究温度和pH对非光合固碳微生物固碳效率的影响,以期获得非光合固碳微生物适宜的固碳条件,并通过16S rDNA序列分析,研究了不同条件对固碳微生物群落结构的影响及其与固碳效率的相关性。结果表明,好氧/厌氧固碳微生物菌群生长的最适pH均在7左右。好氧固碳微生物菌群可在较大的温度范围(10℃～40℃)内良好生长,但其固碳速率在10℃左右时最高,之后微生物固碳速率随温度上升而下降,在40℃时,微生物固碳速率开始回升。厌氧时微生物的固碳效率随温度的变化情况与好氧时相似,但总体效果要比其在好氧时低20%～25%。由DGGE图谱及戴斯系数分析可得培养温度和pH对群落结构有显著影响,不同pH和温度条件下优势菌差异显著,这可能是固碳效率变化的重要原因之一。

一种利用Profile-1生物发光仪快速测定土壤中微生物量的改良方法

开发了一种利用Profile-1生物发光仪测定土壤中微生物量的改良方法,并以此方法分别测定了标准大肠杆菌茵液以及3种不同类型的土壤(九段沙湿地土壤,崇明东滩大田土壤和崇明实验地改良土壤)的微生物量,并将结果与Profile-1生物发光仪自带的标准分析方法以及传统的菌落计数法进行比较。结果显示,改良的ATP提取方法(BAB改良分析法)和Profile-1生物发光仪自带的标准分析方法都可用于液体样品中微生物量的测定,其灵敏度和准确度无显著差异(P>0.05)。但在测定土壤样品时,菌落计数法测定结果大约占BAB改良分析法测定结果的1%～5%,占Profile-1生物发光仪自带的标准分析方法的测定结果的22%～99%。这表明在分析土壤样品时,BAB改良分析法较Profile-1生物发光仪自带的标准分析方法的ATP提取效率更高,可显著提高仪器检测土壤样品的灵敏度和可靠性,因此可有效应用于各类土壤的微生物量的监测,为土壤环境监控提供微生物量的可靠数据。

土壤改良剂:固体废弃物处置与资源化的有效途径

全面介绍了各种固体废弃物的环境问题以及应用于土壤改良剂的现状和研究进展,认为通过合理、有效的应用,这一固体废物处置与资源化的途径具有良好的发展前景,符合循环经济与可持续发展要求,兼具环境、经济和社会效益。

崇明东滩不同演替阶段湿地土壤有机碳汇聚能力的差异性及其微生物机制

旨在阐明崇明东滩不同演替阶段湿地土壤有机碳汇聚能力的差异性及其机制,以期为优化湿地的管理与保育措施,进而保持和提升湿地的碳汇功能提供理论指导和决策依据。研究结果表明,4个不同演替阶段湿地土壤有机碳含量和微生物呼吸强度有显著差异(P<0.05),中高潮滩处的土壤有机碳汇聚能力最高,这是由于其具有较高的有机碳输入(植物枯落物)和相对较低的碳输出(土壤呼吸)。PCR-DGGE分析和系统进化树结果表明,4个不同演替阶段土壤的微生物群落结构存在差异,一些特异性优势菌的存在可能是影响土壤微生物呼吸强度,并最终影响土壤有机碳汇聚能力的重要原因。出现在高潮滩的噬纤维菌和假单胞属菌具有较高降解纤维素等有机质的能力,它们的存在可能强化了高潮滩的土壤呼吸作用,从而降低了高潮滩土壤的有机碳汇聚能力。