面向科技创新发展需求的卓越应用型人才培养模式探索

当前高校毕业生各方面能力与企业用人标准和国家科技创新发展不匹配。面向我国经济社会发展需求,对接创新驱动发展战略,适应新时代区域产业转型升级,亟需对卓越应用型人才培养模式进行各方面探索。通过基于“卓越”的应用型人才培养知识结构体系构建、深化符合卓越应用型人才能力培养的教学模式改革、推动政产学研一体化的应用型人才实践素质培养、探索卓越应用型人才视野提升实现路径,使学生分别在知识、能力、实践和视野方面达到卓越应用型人才培养的标准,符合国家科技创新发展的需求。

外生菌根真菌Xerocomus chrysenteron对DDT胁迫的耐受性及酶响应研究

在纯培养条件下,研究了外生菌根真菌红绒盖牛肝菌(Xerocomus chrysenteron)对不同浓度DDT的生长效应、耐受性和氧化酶活性,测定了在DDT浓度为80.0 mg.L-1液体培养条件下菌种生物量积累和漆酶活性随培养时间的变化.结果表明,不同浓度DDT处理并不会改变被试菌种的生长模式,所有处理组均为典型的Logistic增长;Xerocomus chrysenteron对DDT胁迫有很好的耐受性,其半抑制浓度可达139.75 mg.L-1;在80.0 mg.L-1液体培养条件下,Xerocomus chrysenteron生长正常,且36 d后培养液中DDT残留率仅为初始添加量的3.5%;在高浓度DDT胁迫下,被试菌种的漆酶和过氧化物酶活性显著增强,但液体培养条件下漆酶从第16 d开始出现,36 d后培养液中漆酶活性和比活力分别达到107.24 U.L-1和61.77 U.g-1.外生菌根真菌Xerocomus chrysenteron通过不同方式来响应DDT胁迫,显示出生物降解甚至矿化DDT的巨大潜力.

大棚种植对农业土壤环境的胁迫

为研究集约化生产方式对农田环境的影响,实验测定了河北省邯郸市永年县的大田和大棚两种不同种植方式下,土壤微生物、重金属污染和有机磷农药残留的情况。本研究分别使用平板计数法和氯仿熏蒸法测定土壤中微生物区系及其生物碳量;采用原子吸收分光光度法测定土壤和植物体内重金属含量;采用气相色谱质谱法测定土壤和植物体内有机磷农药残留量。结果显示,随大棚使用年份的增加,土壤中的细菌和放线菌数量显著增加,而真菌数量显著减少,即细菌真菌比上升,说明大棚中农田微生物区系结构仍处于较好的状态;但同时微生物碳量明显减少,间接反映大棚土壤养分压力的增加。污染物积累方面,大棚土壤中的重金属积累和有机磷农药残留均与大田情况相当。因此本研究认为,短期(20a)内的大棚种植对农业土壤环境并未产生严重的胁迫。另外,微生物作为农田土壤生态系统中重要的因子,是土壤质量评价中较灵敏的指标。

水热碳化与干法碳化对剩余污泥的处理比较

污泥碳化为当前剩余污泥的妥善处置提供了新方法,由此转化产生的污泥炭可作为土壤修复和改良剂进行资源化利用。为探讨不同的碳化方法对污泥炭特性的影响,分别采用了干法碳化和湿法碳化(水热碳化)对生活污水处理厂的剩余污泥进行处理。结果表明,碳化处理后C、O元素的质量分数均下降,N元素的质量分数则有所增加。与干法碳化相比,水热碳化保留了较多的有机碳。干法碳化后的污泥炭较原污泥呈现弱碱化,而水热碳化则显示酸化趋势。此外,与干法碳化相比,水热碳化在富集有效营养元素(磷、氮)和固定重金属浸出风险上均表现出明显的优势。这些结果预示着水热碳化法在污泥资源化处理方面的巨大潜能。

木质素降解酶研究进展与外生菌根真菌

综述了木质素降解酶系统的组成、分子生物学研究和主要影响因子的研究进展,以及国内外在外生菌根真菌产木质素降解酶方面的研究,阐述了其在有机污染土壤修复中的优势。木质素降解酶系统能够降解多环芳烃、氯代芳烃、硝基有机物和染料等多种环境污染物。许多外生菌根真菌都具有木质素降解酶系统。

根际微生物群落多样性在重金属土壤修复中的研究

植物根际微生物在植物修复重金属污染土壤时分泌的激素、铁载体、ACC脱氨酶、黄酮类化合物和酚酸类等有机物具有增强植物生长、促进植物根际对重金属吸收、转运和积累的作用,同时促进适应相应根际环境的功能微生物群落的建立.文章结合作者课题组的研究结果,概述根际微生物在植物修复重金属污染土壤过程中的作用,总结了根际细菌、真菌、古菌在植物修复中的作用,进一步分析了土壤污染类型、改良剂、根际植物的种类等对根际微生物活动的影响,对今后植物修复重金属污染土壤过程中与根际微生物作用相关的研究进行了展望.

全氟及多氟化合物在土壤中的污染现状及环境行为研究进展

全氟及多氟化合物(Per-andpolyfluoroalkylsubstances,PFASs)是一类备受学界关注的持久性有机污染物,具有难降解、可长距离迁移、易生物蓄积等特点,已在土壤和水体等环境介质中被广泛检出。本文综述了PFASs在土壤中的污染现状、吸附、迁移等环境行为与影响因素,以及由食物链蓄积所产生的毒害效应,并指出了目前针对土壤-作物系统中PFASs研究的不足以及发展趋势,以期为系统评估PFASs的环境行为与归趋提供参考。

细菌-矿物互作及其复合体在重金属修复中的应用

利用功能细菌辅助植物固定重金属是目前农田土壤污染修复中高效且环境友好的方式,其中细菌与矿物间相互作用广泛存在,包括细菌对矿物的溶解作用、矿物对细菌活性的影响以及细菌-矿物复合体的形成等,并贯穿整个修复过程。一方面,细菌与矿物互作会影响细菌的活性和表面特性,如带电性、表面官能团位点类型及浓度等,进而影响细菌对重金属的生物吸附行为以及辅助植物修复作用的发挥;另一方面,细菌-矿物结合形成的复合体较单一细菌、矿物组分对重金属的固定行为不同,在重金属修复过程中发挥不可忽视的作用。本文综合分析细菌与矿物的结合作用、细菌对矿物的溶解作用以及矿物对细菌活性的影响,阐述细菌-土壤矿物(矿物材料)复合体在重金属污染修复中的应用潜能,为复合体应用于重金属污染土壤环境提供理论依据。

共代谢作用下芦苇根际细菌多样性与群落组成

以对羟基苯甲酸(PHA)、对香豆酸(PCA)、咖啡酸(CA)和阿魏酸(FA)为代表性酚类根系分泌物(PREs),以对叔丁基苯酚(PTBP)作为典型烷基酚、以常见湿地植物芦苇为受试植物,结合高通量测序和生物信息学分析,研究PREs-PTBP交互作用下芦苇根际细菌多样性与群落组成的变化规律.结果表明,所有PREs均能有效提高根际细菌活性和有机碳降解,但只有单酚PREs(PHA、PCA、FA)可以促进PTBP的生物降解,而多酚PREs(CA)则不能.一方面,PREs作为碳源可以决定根际优势菌门,如变形菌门(Proteobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes)等碳源利用能力较强的菌种在PREs组种丰度升高,平均占比分别增加了15.34%和4.73%;而放线菌门(Actinobacteria)和厚壁菌门(Firmicutes)等解毒能力或耐受性较强的菌种在空白组丰度升高,平均占比分别增加了15.92%和9.99%.另一方面,PREs功能结构还可以决定根际功能菌属,如单酚PREs(PHA、PCA、FA)可以富集PTBP等单酚降解相关的假单胞菌属(Pseudomonas),占比可达1.45%~4.02%;而多酚PREs(CA)能够富集多酚降解相关的新鞘氨醇菌(Novosphingobium),占比可达3.71%.此外,PREs的结构越简单越有利于扩增序列变体(ASVs)的富集,PREs间的结构越相近则ASVs的种类越相似.不同处理组植物根际细菌群落的存在不是随机发生的,而是植物根系通过释放分泌物对根际微生物组的定向选择.

废弃稀土尾砂地先锋植物根区核心菌群研究

为探究稀土矿区废弃尾砂地胁迫生境下先锋植物根相关微生物组的群落结构和集群模式,该文采集废弃3年、6年、10年的稀土尾矿土壤及典型先锋植物芒萁和芒草根样品,利用16S rRNA高通量测序技术对先锋植物根相关微生物组进行测序和生物信息学分析。结果表明,自然演替下芒萁和芒草根区形成了以高耐性菌和植物促生菌为主的核心微生物,如杆菌科、蓝藻科、伯克氏菌科、鱼孢菌科等;根部分区导致芒萁根际与非根际土壤的微生物群落组成存在较大差异,但芒草的较为相似;芒萁根内富集菌群与稀土高度相关,而芒草的与金属耐性相关;2种植物根区均出现了甲基营养型菌属和与营养获取相关的基石物种,可能是芒萁和芒草成为废弃稀土尾砂地先锋植物的关键。

植物根际促生菌及丛枝菌根真菌协助植物修复重金属污染土壤的机制

植物修复是一种前景广阔的重金属污染土壤的主要修复技术,在微生物的协助下效果更为显著。植物根际促生菌可通过分泌吲哚-3-乙酸(IAA)、产铁载体、固氮溶磷等方式促进植物生长、改善植物重金属耐受性,从而有效提高重金属污染土壤的植物修复效率。菌根真菌是土壤-植物系统中重要的功能菌群之一,可侵染植物根系改变根系形态和矿质营养状况,通过菌丝体吸附重金属,也可产生球囊霉素、有机酸、植物生长素等次生代谢产物改变重金属生物有效性。植物根际促生菌与丛枝菌根真菌可对植物产生协同促生作用,在重金属污染土壤修复中具有一定应用潜力。目前,国内外关于植物根际促生菌和丛枝菌根真菌互作已有大量研究,而二者的相互作用机理仍处于探索阶段。本文综述了近年来国内外植物根际促生菌和丛枝菌根真菌在重金属污染土壤植物修复中的作用机制,并对其研究前景进行展望。

重金属胁迫下内生菌对宿主植物的解毒机制

采用内生菌联合植物修复是土壤重金属污染修复理论研究和应用实践的新思路。较之根际促生菌,内生菌因生存环境稳定且与植物联系更加紧密,在实际应用中具有更大价值。在重金属胁迫下,部分具有特定功能的细菌可进入植物体内成为内生菌,这些内生菌通常在重金属吸收、耐受和解毒方面具有优良的特性,而且可以协同宿主植物耐受重金属胁迫,表现在直接或间接降低植物体内重金属胁迫强度和提高植物本身对重金属的耐受性两方面。系统分析了内生菌对宿主植物的解毒机制,综述了近年来内生菌增强植物重金属耐受性的研究,展望了重金属胁迫下植物和内生菌互作机制的研究思路和方向。

土壤-植物体系中锌镉稳定同位素分馏研究进展

稳定同位素分馏技术对于示踪土壤-植物体系中重金属的迁移转化过程具有重要作用.本文阐述了土壤-植物体系中锌镉迁移转化主要涉及的土壤根际过程、根系吸收过程和根部-地上部转运过程及其对应产生的同位素分馏特征.在土壤根际过程,土壤固相对锌、镉的吸附解吸反应影响重金属在土壤溶液中的移动性和同位素组成:锌轻同位素、镉重同位素倾向于被土壤固相释放进入土壤溶液;植物根系活化作用则导致土壤固相结合的锌重同位素的释放.根系吸收过程影响土壤-植物间的同位素分馏:质外体吸附锌重同位素,共质体吸收过程中低亲合力转运系统产生锌轻同位素富集,高亲合力转运系统基本不产生分馏或略产生锌轻同位素富集;植物根系存在含硫基团结合镉,并且仅有低亲合力转运系统对镉轻同位素进行吸收转运.在根部-地上部转运过程,根部区室化作用影响植物体内重金属的迁移和地上部同位素组成:锌重同位素、镉轻同位素倾向于在根部储存,导致锌轻同位素、镉重同位素向地上部迁移.在土壤-植物体系中,锌镉同位素分馏现象存在明显差异,反映出植物对锌镉元素不同的吸收、转运和储存机制.

根系分泌物-烷基酚共代谢作用下芦苇根际细菌与真菌的群落结构变化及环境限定因子

已知芳香族根系有机酸可通过共代谢作用有效促进烷基酚等有机污染物在湿地植物根际的生物降解,为进一步探明其共代谢机理与微生物响应间的映射关系,分别选取对香豆酸为代表性芳香族根系有机酸(特异性共代谢底物)、草酸为代表性小分子根系有机酸(非特异性共代谢底物),以对叔丁基苯酚(PTBP)为典型烷基酚,以常见湿地植物芦苇(Phragmites australis)为受试植物展开土培实验,结合高通量测序和生物信息学分析,探究共代谢作用下芦苇根际细菌和真菌的群落结构变化规律及环境限定因子.结果表明,PTBP在不同处理下的去除率达到88%~98%,虽然不同根系有机酸参与下PTBP的去除效果相差不大,但其去除途径各不相同.一方面,草酸的添加有利于通过释放生长激素促进根系发育的茎点霉属(Phoma)富集,从而提高植物的生物增长量及其PTBP的植物吸收量,尽管草酸能够促进土著微生物生长,但不能特异性富集PTBP降解菌.另一方面,虽然对香豆酸的化感作用抑制了PTBP的植物吸收,但其存在促进了鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)、芽单胞菌属(Gemmatimonas)和镰刀菌属(Fusarium)等具有PTBP降解潜能的菌群富集,从而强化了PTBP的共代谢降解.可见,芳香族根系有机酸和小分子有机酸分别通过强化功能菌活性和促进植物生长影响PTBP的生物降解和植物吸收途径.所选环境限定因子对细菌和真菌群落的总解释量达到60%~62%,特别是pH同时对细菌群落和真菌群落均具有极显著的相关性.对香豆酸、草酸等根系有机酸可以迅速降低土壤pH,而土壤pH的改变可以通过调节微生物群落装配过程直接对微生物群落结构产生影响,也可以通过改变土壤因子有效态间接影响微生物群落组成.