减氮对麦玉轮作农田土壤反硝化细菌群落结构和多样性的影响

探究减氮对华北地区麦玉轮作农田土壤反硝化细菌群落结构和多样性影响,为华北地区麦玉轮作农田氮肥管理提供技术支持,本研究以不施氮为对照(CK),设置2个施氮量,分别为常规施氮量(纯氮300 kg·hm^(-2),N2)、减氮20%(纯氮240 kg·hm^(-2),N1),提取土壤DNA,用nirS(细胞色素cd1-亚硝酸还原酶)、nirK(Cu-亚硝酸还原酶)引物扩增后采用MiSeq PE300测序技术,研究施氮量对麦玉轮作农田土壤性状及nirS、nirK反硝化细菌群落结构及多样性的影响。结果表明,3个处理nirS、nirK反硝化细菌α-多样性指数无显著差异,nirS反硝化细菌α-多样性高于nirK。减氮显著影响nirS、nirK反硝化细菌物种组成。减氮对nirS、nirK反硝化细菌门水平及nirK纲水平物种组成无显著影响,但显著降低了nirS反硝化细菌Deltaproteobacteria(δ-变形菌纲)相对丰度;减氮显著影响nirS、nirK属水平物种组成。硝态氮、速效磷、pH值是影响土壤nirS反硝化细菌属水平群落结构主要环境因子;pH值是影响土壤nirK反硝化细菌属水平群落结构的主要环境因子。研究表明,适量减氮不影响反硝化细菌α-多样性,但显著影响反硝化细菌属水平群落组成和群落结构,减氮主要是通过影响土壤性状及微生物群落结构进而影响农田土壤N2O排放。

1株反硝化细菌的筛选鉴定及其基于响应面法的脱氮条件优化

从污水处理厂采集的污泥样品中分离、筛选出1株具有较高好氧反硝化性能的菌株,命名为X_(3)。通过菌落形态特征、染色特征观察以及16S rDNA分子鉴定,初步确定该菌株为赤红球菌(Rhodococcus ruber)。为了明确该菌株的脱氮特性,通过单因素试验,确定了菌株的最佳碳源为葡萄糖,最佳C/N比为10。利用响应面分析方法考察温度、pH以及转速三个因素相互作用对菌株脱氮能力的影响。研究结果表明,菌株X_(3)在32.24℃,pH为6.65,180.79 r/min为最佳培养条件。最佳条件下培养48 h后,NO_(3)^(-)-N去除率可达96.99%,同时没有NO_(2)^(-)-N的产生。筛选获得的好氧反硝化菌株X_(3)可以作为生物脱氮菌剂开发和相关脱氮机制研究的候选菌株。

异养硝化-好氧反硝化细菌MF1的生长及脱氮特性研究

从某对虾养殖池塘采集的底泥中筛出一株菌株MF1,经16S rDNA鉴定为Klebsiella michiganensis(密歇根克雷伯氏菌)。各菌株生长特性试验表明:氨氮培养基中菌株MF1的最适碳源为丙酮酸钠。在温度30℃、pH 7、转速100 r/min及C/N比例为10的条件下,菌株MF1的脱氮效率达到最大值。

异养硝化-好氧反硝化细菌的研究进展及在水产养殖中的应用

异养硝化-好氧反硝化细菌可以同时实现硝化和反硝化,具有高效的脱氮性能,是目前废水生物脱氮处理的研究热点之一。文章从异养硝化-好氧反硝化细菌的研究现状、作用机制、脱氮影响因素、在水产养殖中的应用等4个方面进行了综述,可为异养硝化-好氧反硝化细菌的研究提供理论依据,为异养硝化-好氧反硝化细菌在水产养殖中的应用提供新的思路。

耐盐反硝化细菌的筛选鉴定及生长促进剂对其反硝化性能的影响研究

生物脱氮是高效、低成本的废水处理方式,生长促进剂可以调控微生物的代谢。从海州湾的海泥样品中分离得到1株耐盐反硝化细菌LY,研究了其反硝化性能,并比较了4种生长促进剂赤霉素、复硝酚钠、萘乙酸、胺鲜脂等对菌株LY反硝化性能的影响。结果表明,根据形态特征、生理生化性质及16S rDNA基因序列,鉴定该菌为解淀粉盐水球菌(Salinicoccus amylolyticus);在反硝化培养基中菌株LY表现出良好的反硝化性能,72 h脱氮率为80.83%;萘乙酸、胺鲜脂对菌株LY的生长具有促进作用,赤霉素、复硝酚钠对菌株LY的生长略微抑制;萘乙酸能够显著提高菌株LY的脱氮效率,脱氮率提高了57.8%,添加0.01 mg·L^(-1)萘乙酸后,菌株LY可以在24 h内将硝酸盐完全转化;添加1 mg·L^(-1)萘乙酸后,菌株LY对废水COD的去除效率显著提高。表明,菌株LY和生长促进剂萘乙酸在高盐高氮废水处理中具有潜在应用前景。

反硝化细菌研究现状和发展态势——基于Web of Science数据库

为解析反硝化细菌的研究进展和动态,基于Web of Science核心数据库,使用VOSviewer、Citespace等工具,分析了1990-2022年反硝化细菌领域研究概况和发展趋势。该领域经历起因、探索、发展三个过程;涉足国家较多但合作关系较弱,欧洲国家区域性合作较强且发文质量较高;中国虽起步晚但发展迅速,发文量多但影响力不够;核心作者中中国彭永臻院士发文最多;核心作者之间合作交流较少。关键词呈现出“工具—对象—方法”三种类型,当前的研究主要关注生物脱氮性能以及致力于提高污废水的脱氮效能。未来的研究更注重在氮氧化物的排放、新型反硝化细菌的筛选及反硝化菌剂的研制和应用、同步硝化反硝化研究以及硝酸盐氮的去除等方面的深化和扩展。

海水源反硝化细菌的筛选及其降氨氮效果的确定

从深圳红树湾海水中分离反硝化细菌,对平板菌落进行观察及镜检,排除杂菌影响,获得9株具有反硝化能力的菌株,经16S rDNA PCR鉴定后对9株菌进行氨氮去除量的测定,结果表明:9株菌均能去除一定量的氨氮,其中尤以PAEI01(Pseudomonas aestusnigri)、MFL01(黄色细杆菌)、AJO01(约氏不动杆菌)氨氮去除能力最强,其中PAEI01氨氮去除率可达78.24%。对PAEI01氨氮降解能力进行优化确认,在pH8.5、温度25℃、转速150r/min的培养条件下,该菌株氨氮降解效果最好,氨氮去除率为84.08%。

硝化-反硝化细菌在循环水高密度养殖中脱氮应用进展

简述了硝化-反硝化细菌的脱氮机理,介绍了硝化-反硝化细菌在处理含氮水体中以及循环水高密度养殖中的脱氮应用。指出,在循环水高密度养殖中,异养硝化-好氧反硝化菌能将自养硝化-厌氧反硝化过程优势结合在一起,解决了硝化与反硝化反应器分别独立设置的问题,减少了反应器的规模和能源成本,其相比于自养细菌更能解决水体中与有机物不能兼容的问题。提出,异养硝化-好氧反硝化菌在处理高密度养殖水体中具有高效的净化水质能力,是一种在循环水高密度养殖中具有巨大潜力的生物修复细菌。

反硝化细菌Y39-6的基因组及生理生化特征研究

菌株Y39-6是从哈尔滨周边地区地下水中分离的一株假单胞菌,具有异养反硝化和自养脱氮能力,由于假单胞菌属内的菌种鉴定存在复杂性,对菌株Y39-6的具体分类仍有争议。通过获得菌株Y39-6的全基因组序列,进行比较基因组学分析,分析了菌株的碳源利用和脂肪酸含量特征,对菌株的生理生化特征进行了系统研究。发现菌株Y39-6与模式菌Pseudomonas veronii CIP 104663T的基因组相似性更高,G+C的含量接近,共有基因数量最多,为368个,碳源利用特征相似,可以确定菌株Y39-6属于Pseudomonas veronii菌种。菌株Y39-6有15个特有基因,主要脂肪酸为C16∶0和C17∶0 cyclo,含量分别为22.05%和21.25%,与Pseudomonas veronii菌种的其他菌株相比,存在明显的特异性。通过以上研究,确定了菌株Y39-6的分类地位和生物学特征,为菌株Y39-6的进一步应用提供了生物学参考依据。

采伐剩余物管理对杉木人工林土壤nosZ型反硝化细菌群落多样性的影响

反硝化细菌是土壤氧化亚氮(N_(2)O)排放的关键因子。以杉木人工林为研究对象,设置4种采伐剩余物处理方式(RF:对照;RB:火烧;MT:粉碎;NR:移除),采用高通量测序技术,以nosZ为标记基因,测定了自2018年9月—2020年9月,2年期间土壤nosZ型反硝化细菌群落的组成和丰度。研究结果显示,4种采伐剩余物处理中的土壤nosZ型反硝化细菌90%以上来自变形菌门,优势菌属包括固氮螺菌属、中慢生根瘤菌属、动胶菌属、伯克霍尔德菌属、嗜酸菌属、慢生根瘤菌属、假单胞菌属、固氮弧菌属以及无色杆菌属;样本间差异物种的显著性分析表明,在处理完成半年时,火烧相较于对照于β-变形菌纲水平显著增加了nosZ基因丰度;在处理完成一年时,火烧分别于红螺菌目、红螺菌科、固氮螺菌属水平显著高于粉碎;粉碎相较于移除在处理完成一年时,于γ-变形菌纲和产碱菌科水平显著增加了nosZ基因丰度;在处理完成两年时,粉碎处理的nosZ基因丰度在变形菌门水平显著高于对照和火烧。α多样性数据显示,处理完成一年时,粉碎处理相较于对照和移除显著增加了Shannon和Simpson指数;处理完成两年时,粉碎和火烧处理相较于对照显著降低了ACE和Chao1指数。杉木人工林4种采伐剩余物处理方式对土壤nosZ型反硝化细菌群落的组成和丰度有显著影响,并随研究时间发生明显变化,这为全面了解人工林采伐更新方式下土壤氮循环过程中N_(2)O排放的微生物机理提供了数据基础。

黄土高原紫花苜蓿种植对土壤反硝化细菌群落的影响

研究依托布设于黄土高原的长期定位试验,以紫花苜蓿(Medicago sativa)不同种植年限(2年、9年和18年)土壤为研究对象,玉米(Zea mays)地为对照,基于高通量测序技术和荧光定量PCR技术,结合冗余分析和分子生态网络构建,通过微生物标志物(nirK和nirS)对黄绵土区玉米农田和长期种植紫花苜蓿土壤反硝化细菌群落结构和多样性展开研究。结果表明,黄绵土区nirK基因丰度明显高于nirS基因丰度,具有nirK和nirS基因的反硝化细菌主要隶属于变形菌门(Proteobacteria)。nirK型反硝化细菌已分类优势属为副球菌属(Paracoccus,1.10%~39.94%)、无色杆菌属(Achromobacter,0.07%~12.50%)和中华根瘤菌属(Sinorhizobium,0.50%~7.60%),且紫花苜蓿地副球菌属相对丰度显著高于玉米农田(P<0.05),随紫花苜蓿种植年限延长相对丰度逐渐增加;无色杆菌属相对丰度表现为紫花苜蓿地显著低于玉米农田(P<0.05),丰度随苜蓿种植年限的延长逐渐降低;nirS型反硝化细菌优势属为罗河杆菌属(Rhodanobacter,1.42%~5.20%)。相关性分析表明,nirK反硝化基因丰度变化对土壤环境因子无明显响应,而nirS反硝化基因丰度与土壤有机碳、全氮和微生物量碳含量呈显著正相关,与土壤水分和有效磷含量呈显著负相关。冗余分析结果表明,土壤水分(P=0.002)和有机碳(P=0.020)是nirK型反硝化细菌群落组成变化的主导因子,土壤有效磷(P=0.006)是nirS型反硝化细菌群落结构产生变化的主导因子。分子生态网络分析表明,黄绵土区nirK型和nirS型反硝化细菌的群落之间均以协同合作关系为主。长期种植苜蓿显著影响土壤中反硝化细菌的群落组成,研究结果可为深入探索半干旱区土壤反硝化过程中的微生物机制提供重要科学依据。

泗顶矿区植物根际和非根际土壤反硝化细菌群落特征

为了探讨植物种类和土壤性质如何影响重金属污染严重矿区的土壤反硝化过程,本研究以广西柳州泗顶铅锌矿区上游、尾矿和下游3个区域优势植物——蜈蚣草、芦苇和五节芒的根际和非根际土壤为研究对象,采用高通量测序技术和荧光定量PCR技术,分析了3种优势植物根际和非根际土壤中nirK型和nirS型反硝化细菌的群落结构、丰度和多样性特征。结果表明:罗河杆菌属(nirS型)和慢生根瘤菌属(nirK型)为根际和非根际土壤中的优势菌属,所占比例分别为2.6%~67.8%和4.1%~38.1%。尾矿区根际及非根际土壤中nirS和nirK基因的丰度范围分别为1.45×10^(6)~7.78×10^(6)基因拷贝数·g^(-1)(以干土计)和1.10×10^(6)~5.70×10^(6)基因拷贝数·g^(-1),显著低于上游区和下游区(P<0.05)。3种优势植物根际土壤的Shannon指数和ACE指数均大于非根际土壤。多元线性回归分析和Mantel检验表明,土壤含水率、总碳、总氮和总磷含量是影响泗顶矿区3种优势植物根际和非根际反硝化细菌群落组成的主要因素。研究表明,植物种类和土壤性质共同影响了矿区土壤的反硝化过程,并对反硝化微生物的丰度、群落结构和多样性产生了影响。

一株耐高氨氮好氧反硝化细菌的鉴定及脱氮性能研究

氨氮(NH_(4)^(+)-N)、硝态氮(NO_(3)^(−)-N)、亚硝态氮(NO_(2)^(−)-N)等含氮(N)化合物是工厂化养殖系统中的主要污染物,水中N浓度较高易造成养殖水体污染并危害水生动物的安全,而好氧反硝化细菌被广泛用于养殖尾水的N降解。为获得一株能安全高效处理高NH_(4)^(+)-N废水的菌株,对从养殖池塘筛得的耐高NH_(4)^(+)-N好氧反硝化细菌WM28进行了研究。运用形态学观察、生理生化及16S rRNA基因测序对该菌株进行种属鉴定;采用抗生素实验、斑马鱼(Danio rerio)攻毒实验对菌株进行了环境及生物安全性评估;在3种单一氮源模拟废水下测定其生长与脱氮性能,并在高浓度N H 4+-N模拟废水中对其进行脱氮能力测试。经鉴定,WM28为红球菌属赤红球菌(Rhodococcus ruber);有较高的抗生素敏感性及较好的生物安全性。在单一NH_(4)^(+)-N、NO_(3)^(−)-N、NO_(2)^(−)-N模拟废水中,培养48 h后N去除率分别为100%、76.3%、66.99%;高浓度NH_(4)^(+)-N模拟废水结果显示:100~500 mg·L^(−1)高浓度NH_(4)^(+)-N模拟废水在48 h后的NH_(4)^(+)-N去除率为100%;700 mg·L^(−1)NH_(4)^(+)-N在116 h后的去除率在88%以上;在第120小时,NH_(4)^(+)-N初始质量浓度为1000 mg·L^(-1)时仍有脱氮能力,去除率为74.38%,说明菌株WM28具有较好的高NH_(4)^(+)-N耐受性。综上所述,菌株WM28是一株耐NH_(4)^(+)-N、安全且高效的好氧反硝化菌,在处理养殖尾水、工业废水上有较好的应用前景。

反硝化细菌法测定土壤NO_(2)^(-)-^(15)N丰度的方法优化

NO_(2)^(-)是土壤中多个氮转化过程的关键中间产物,具有浓度低、转化快的特点。反硝化细菌法与质谱技术相结合,已广泛用于NO_(3)^(-)或NO_(2)^(-)的^(15)N同位素分析。本文旨在优化现有Stenotrophomonas nitritireducens反硝化细菌法的培养和反应条件,实现对土壤浸提液中NO_(2)^(-)^(15)N-丰度的专一、快速、准确测定。结果表明,使用种子液好氧摇培与单菌落微氧培养对NO_(2)^(-)样品的^(15)N同位素测定无显著差异,种子液可保证不同批次菌体的稳定性,好氧培养可将培养时间从7~8 d缩短至12~15 h。高纯N_(2)或He气吹扫0.5 h均能有效去除O_(2)和空白杂质氮,但N_(2)吹扫成本更低。转移N_(2)O气体至干燥气瓶,不影响测定结果的准确性和精密度,还能延长样品保存时间,减少碱蒸汽腐蚀仪器管路。使用处于对数生长期的菌体,调节反应体系的菌体浓度OD600值为0.3~0.9,可保证其反硝化效率,减少不同批次菌体的差异。使用不超过1 mol·L^(-1)的KCl浸提土壤,既可保证提取效率,也能减少对菌体活力的影响。优化后的方法不仅能准确测定不同类型土壤中NO_(2)^(-)的^(15)N丰度,对5~20 nmol自然丰度NO_(2)^(-)的δ^(15)N值测量精度为0.1‰~0.9‰,且大部分<0.5‰,还大幅简化了步骤、缩短了实验周期、节约了成本。

反硝化细菌去除铀矿山废水中硝酸盐

为了从不同环境中筛选得到反硝化能力强的菌株,研究碳源、温度、pH、C N和铀浓度对菌株脱氮作用的影响,在最佳条件下得到菌株的生长曲线。结果表明:筛选得到了3株高效的反硝化细菌,菌株YWSY21在以无水乙酸钠为最佳碳源时,硝酸盐氮去除率达到97.11%,菌株4和5以柠檬酸钠为最佳碳源时对硝酸盐氮的去除率大于95%。Klebsiella variicola strain YWSY21在温度26.31℃、pH=5.74、C/N=12.95最佳条件下,硝酸盐氮去除率为90.77%;Pseudomonas nitroreducens strain 4在温度25.39℃、pH=5.90,C/N=10.16最佳条件下,硝酸盐氮去除率为89.27%。菌株5在5种铀浓度下,NO_(3)^(-)-N的去除率均大于85%。在最佳生长条件时,菌株4最优脱氮条件下的生长曲线具有较高的生长活性。为铀矿山硝酸盐废水的生物修复提供了菌源保障。

城市污泥反硝化细菌处理技术与固化应用

随着城市化进程加快,城市人口持续增加,生活生产中产生了越来越多的城市污泥,因此对城市污泥的处理迫在眉睫。通过向城市污泥中投入不同添加量的反硝化细菌来降低污泥中有机质、氨氮、总氮、总磷和不稳定态重金属的含量,由试验结果确定最佳添加量为15 g/m3。从单一变量试验中得出温度为25℃,上覆水体的pH=6.5时最利于反硝化作用。在进行单一碳源和复合碳源的比选时,加入复合碳源比单一碳源对有机质的去除率高14.1%,最终选择复合碳源作为反硝化细菌碳的来源。利用微生物先期处理后的污泥再加入生石灰除污脱水,采用水泥作为固化材料,通过正交试验,最终选择固化土的最终配比为25%(污泥/干土)、13%水和8%水泥,其在28 d的无侧限抗压强度为550.17 kPa。处理后的污泥固化土经酸雨淋洗确定满足重金属排放标准,可作为土工材料。

苯甲酸对反硝化细菌氮素转化的影响机制

选取苯甲酸为研究对象,探究不同浓度的苯甲酸对铜绿假单胞菌及脱氮副球菌反硝化过程的影响。外源添加不同浓度的苯甲酸于细菌培养液中并厌氧培养,动态监测其细菌生长情况pH、反硝化氮素产物、最终苯甲酸含量及相关反硝化酶活性。结果表明:(1)苯甲酸为1、2 mmol/L时,铜绿假单胞菌N_(2)O产生量分别增加了62.3%和28.4%,3、4 mmol/L时降低了29.7%和92.6%;不同浓度苯甲酸均可抑制脱氮副球菌N_(2)O产生,抑制率为19.3%~99.8%;(2)苯甲酸对铜绿假单胞菌的生长是低浓度促进、高浓度抑制,高浓度苯甲酸对其反硝化的限速步骤在NO_(3)^(-)的还原;(3)各浓度苯甲酸对脱氮副球菌的生长均呈抑制作用,苯甲酸对脱氮副球菌的NO_(3)^(-)还原影响较小,高浓度苯甲酸可抑制NO_(2)^(-)还原过程。因此,铜绿假单胞菌和脱氮副球菌的反硝化过程对苯甲酸浓度的响应存在明显差别。研究揭示了不同特性反硝化细菌对苯甲酸浓度响应差异性机制,为深入理解苯甲酸类物质对土壤氮素转化过程的影响提供了依据。

抗生素联合对反硝化细菌作用效果的确定方法

抗生素在地下水环境中被频繁检出,其对硝酸盐降解的反硝化作用产生不同程度影响已被多项研究证实,多种不同功能的抗生素联合作用越来越受到关注.本研究选取甘度反硝化细菌进行单一及联合药敏试验,探究了反硝化菌对喹诺酮类、四环素类、磺胺类、大环内酯类、林可霉素类抗生素的敏感性及抗生素的联合抑菌效果,对确定联合作用的方法进行了讨论.结果表明,微量肉汤稀释法与纸片扩散法测得反硝化细菌对单一抗生素的敏感性具有一致性,敏感性大小主要与抗生素的种类有关.在抗生素联合作用的试验中,纸片扩散法抑菌图形报告存在结果依赖于两圆盘之间的距离的问题,而微量肉汤稀释法存在结果解释方法及部分抑菌指数(FIC)标准不统一的问题.以棋盘法的实验结果为基础,通过比较单一与复合抗生素各孔中微生物差异确定抗生素作用关系,优化了微量肉汤稀释法.此外,进一步提出了微生物量测定法,解决了抗生素浓度设定的局限性问题.新方法通过拟合微生物生长曲线,可以更直观、更准确地解释复合抗生素之间的关系.本研究结果可为复合抗生素对水土环境中反硝化作用影响研究方法的选择和结果的确定提供参考.

一株耐盐反硝化细菌的筛选鉴定及其在高盐废水脱氮中的应用

高盐废水指含盐质量分数大于3%(以NaCl计)的废水,通常来自海水养殖业、食品工业、医药行业等。水体较高的盐度可对微生物的脱氮活性形成抑制,导致反硝化细菌效能降低。从青海省察尔汗盐湖沉积土样品中筛选到一株耐盐反硝化细菌,命名为NA2-1。通过形态特征观察、生理生化指标和16S rRNA基因序列分析,初步认定菌株NA2-1为盐渍微菌(Salimicrobium sp.)。进一步对菌株NA2-1生长条件进行优化,得到该菌株的最适生长条件为:温度35℃,盐度4%,pH为5.5,碳源为红糖,氮源为酵母粉。在盐度为4%、初始氮质量浓度为61.34 mg/L的反硝化培养基中,48 h内对硝态氮去除率达到91.3%。另外,菌株NA2-1在盐度为3%~15%的培养基内生长良好,具有良好的耐盐能力;在15%盐度下,该菌株具有较高的四氢嘧啶产量,可达到0.74 mg/mL。菌株NA2-1具有良好的除氮效果,对高盐环境具有良好的耐受性,可为生物除氮提供微生物资源。

辽河口沉积物反硝化细菌数量及多样性的研究

对辽河口沉积物中反硝化细菌的数量、多样性以及群落结构进行了研究。采用MPN-Griess分析了春夏秋三季的反硝化细菌数量,结果表明其数量春季最多,秋季次之,夏季最低,且从辽河下游及河口向远海区域逐渐降低。采用PCR-RFLP对反硝化细菌的亚硝酸盐还原酶基因(nirS)进行分析,发现沉积物中的反硝化细菌类型较新,大多数细菌的nirS序列与已知序列的相似性都在95%以下。这些反硝化细菌主要为变形菌门(Proteobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)、放线菌门(Actinobacteria)类细菌,其中变形菌门类细菌占主导地位。构建了系统发育树,其中包含世界的九大河口及海域沉积物中反硝化细菌的nirS序列,虽然大部分也属于变形菌门,但是与本次报道的菌体的亲缘关系较远。本次对辽河口沉积物中反硝化细菌的多样性的分析,说明不同特征海域反硝化细菌群落具有独立性,为微生物参与反硝化过程的调控作用、反硝化过程的时空耦合作用以及区域氮的生物地球化学循环模型的建立提供重要的理论基础。