微生物在多孔介质中渗流的数学模型

建立了一个完整的描述微生物在地层多孔介质中渗流的数学模型,模型中考虑了微生物的生长、营养物的消耗和微生物的存在对多孔介质物理性质的影响．此外,提供了该方程的求解过程和方法。实例计算结果表明,该方法能较好的描述微生物在多孔介质中的运移状况。     

一种新型颗粒污泥——无机核颗粒污泥的形成和机理探讨

在人工配水以葡萄糖为主要基质长期运行的EGSB反应器中,发现了一种具有特殊结构的新型厌氧颗粒污泥———无机核颗粒污泥。扫描电镜观察,其内部形成较大直径、带有清晰微生物自溶痕迹、均匀分布的无机质核心,外层则为紧密的微生物所包裹。通过能谱、X射线衍射分析,确定内核无机质为Ca5(PO4·CO3)3(OH)(碳磷灰石)。根据结构特征,提出了无机核颗粒污泥的生长过程模型。进一步分析认为EGSB反应器的宏观pH值环境和颗粒污泥微观pH值环境是形成颗粒污泥无机核的原因。     

玉米农田蒸散过程及其对气候变化的响应模拟

应用基于生理生态学过程的EALCO模型,对玉米农田生态系统的蒸散(ET)过程进行了模拟,在模型检验基础上,使用该模型模拟了玉米农田生态系统ET过程对未来气候变化的响应。结果表明,EALCO模型中能量与水过程的动态耦合机制使模型能够较好地模拟农田蒸散过程,基于涡度相关法的观测值与模型模拟值在小时、日尺度上均吻合较好,模型可以解释67%的日蒸散的变化特征。对土壤蒸发与冠层蒸腾的分别模拟显示,生长季土壤蒸发约占ET的36%。温度的升高会引起ET与冠层蒸腾的增加,同时土壤蒸发减少;ET对降水减少的响应较为敏感,主要表现在土壤蒸发的下降。大气CO2浓度升高对冠层蒸腾影响显著,该情景下冠层蒸腾下降幅度最大。研究所假设的2100年气候情景下,该农田生态系统生长季蒸散将减少,然而相对于降水的减少而言,蒸散的减少量较小,即水分支出项相对增加,因此,发生土壤水分匮乏的可能性加大,这可能会加剧该地区的暖干化趋势,给作物产量及生态环境带来威胁。     

基因组规模代谢网络模型的约束算法及其应用

工业微生物是微生物制造的核心,而微生物制造过程中微生物的生产性能是提高微生物制造过程效率的关键。结合基于约束条件的优化算法的基因组规模代谢网络模型是全局规模上认识、调控和优化工业微生物生理功能的重要平台。本文在简述基因组规模代谢网络模型构建的基础上,详细介绍了基于约束条件的优化算法的原理、分类和应用实例,为提高微生物制造过程效率奠定了坚实的基础。     

高效降解木质纤维素的白蚁肠道微生物组

木食性白蚁是自然界木质纤维素的高效降解者,在长期进化过程中白蚁与其肠道微生物组协同作用发展出不同的纤维素降解机制。木食性白蚁具有分别来源于白蚁和共生微生物的两套纤维素酶系统。在低等白蚁中,木质颗粒经过白蚁前、中肠分泌的内源性酶初步消化后,在后肠共生鞭毛虫中被降解为乙酸、二氧化碳和氢。高等木食性白蚁在进化中丢失了鞭毛虫,木质颗粒经白蚁自身分泌的酶初步消化后,在后肠大量共生细菌的帮助下被有效降解。培菌类白蚁利用其菌圃中的蚁巢伞菌和肠道微生物协同作用降解木质纤维素。共生微生物在白蚁的氮素固定与循环、中间产物代谢及纤维素降解等过程中发挥了重要作用。学习和模拟白蚁高效降解木质纤维素的体系,对生物质能源的产业化发展具有积极的意义。     

酰基高丝氨酸内酯(AHLs)介导群感效应在好氧颗粒污泥中的研究进展

虽然好氧颗粒污泥(Aerobic Granular Sludge,AGS)具有沉降性能好、高效脱氮除磷以及抗冲击负荷等优点,但是该技术仍然存在颗粒化进程缓慢及容易解体等技术瓶颈。因此,如何克服上述瓶颈是实现好氧颗粒污泥技术在实际污水处理推广的关键。近年来,酰基高丝氨酸内酯(Acyl Homoserine Lactone,AHL)介导的微生物群感效应(Quorum Sensing,QS)成为微生物领域的研究热点,而有研究报道采用AHLs介导的微生物群感效应对活性污泥快速颗粒化以及颗粒稳定有积极作用,具体作用途径包括投加AHLs促进活性污泥胞外聚合物(Extracellular Polymeric Substances,EPS)的分泌并影响微生物群落结构。本文首先回顾关于AHLs对污水处理过程中微生物的作用机理,讨论了不同环境因素(包括底物类型、电子受体、污泥浓度、pH值、温度)对微生物产出AHLs数量的影响,总结AHLs外源添加或引入产AHLs功能菌株的方法,进而通过AHLs调控污泥的快速颗粒化和长期稳定。最后,本文提出了AHLs介导的群感效应在好氧颗粒污泥技术上的未来研究方向。     

成熟厌氧颗粒污泥的结构及其特征*

厌氧序批式反应器〈AnaerobicSequencingBatchReactorASBR〉在处理啤酒废水过程中 ,能形成厌氧颗粒污泥。文中采用扫描电子显微镜和荧光显微镜技术对成熟厌氧颗粒污泥的结构及微生物群落等进行跟踪观察 ,结果显示 ,颗粒污泥结构复杂 ,细菌以微群落形式分布 ,其中产甲烷菌占一定比例。同时也探讨了厌氧颗粒污泥的形成机制。     

废水处理中群体感应调控行为研究进展

群体感应是微生物在繁殖过程中分泌一些特定的信号分子,当信号分子浓度达到一定阈值后,可以调控某些基因表达,从而实现信息交流的现象.群体感应调控着生物膜形成、公共物质合成、基因水平转移等一系列社会性行为,广泛存在于各类微生物信息交流中.活性污泥、生物膜和颗粒污泥等生物聚集体广泛存在群体感应现象,了解和认识群体感应与微生物之间的调控行为,对于废水处理具有重要意义.本文综述了感应信号分子的分类、群体感应调控机制,群体感应在活性污泥、生物膜、好氧颗粒污泥和厌氧颗粒污泥等废水处理中的调控行为的研究进展,并对废水处理中群体感应的研究进行了展望,以期为深入理解废水处理中群体感应调控行为提供参考.     

辽宁大连复州湾寒武系芙蓉统微生物岩特征研究

辽宁复州湾剖面寒武系地层出露连续且沉积现象较为丰富,芙蓉统长山组、凤山组微生物岩发育。研究区寒武系芙蓉统微生物岩多为小型柱状,与围岩有明显界限,纹层较为模糊,与华北其他地区寒武系芙蓉统大型柱状叠层石有明显差异。芙蓉统微生物岩主要由暗色致密泥晶和微亮晶颗粒组成,内部发育有生物碎屑、白云石、方解石和黄铁矿颗粒等,显示出微生物岩内部复杂的显微组构,同时柱状微生物岩中保存多种类型的微体生物,如葛万菌(Girvanella)、肾形菌(Renalcis)等钙化蓝细菌,以及海绵骨针集合体等。致密泥晶组构中粘结着大量的生物碎屑,包括三叶虫和腕足类等。因此,复州湾剖面芙蓉统微生物岩中发育的钙化微生物和多样性颗粒的存在,为探索生物丘形成过程中复杂的微生物沉积作用的研究提供了基本素材,也为寒武系叠层石的研究提供了重要的实例。     

黄土高原土壤水分-有机碳-微生物耦合作用研究进展

黄土高原植被恢复后土壤水分、有机碳和微生物群落发生了非同步性演变。土壤微生物是各种生命活动的载体,在土壤水-碳耦合过程中参与了一系列的氧化与还原反应,因此,土壤微生物在水-碳耦合关键过程中起着重要的调节作用,三者存在着密切的耦合关系。尽管关于植被恢复后土壤水分和有机碳变化的研究已开展较多,但是由于土壤微生物活动和群落结构复杂性和易变性,这给土壤微生物介导的水-碳耦合研究带来了相当大的困难。迄今为止,黄土高原植被恢复后土壤水、碳、微生物三者之间的耦合关系缺乏总体性的融合,大多数研究只能假设各个生物化学过程是相对独立的,对土壤水、碳、微生物耦合的认知仍存在局限性。由此,首先对黄土高原植被恢复进程、土壤水分过程和有机碳变化分别进行了综述,结合已有的理论和证据进一步概括了黄土高原土壤有机碳、微生物群落对降水格局的响应。最后整合植被、土壤和微生物界面等关键生态过程,总结了黄土高原土壤水-碳-微生物耦合界面过程,采用HYDRUS-2D模型(水文过程模型)和ORCHIDEE模型(生态系统碳模型),并融入土壤微生物种群生长动态,基于稳定碳、水同位素技术和DNA探针技术,初步构建了黄土高原土壤水-碳-微...     

全球变化下海岸带微生物生态研究进展

海岸带地区是元素循环最活跃的自然区域之一,微生物作为地球元素循环的主要驱动者,对该区域生态系统中物质转化与能量流动起着至关重要的作用。本文从典型海岸带生态系统：海岸带湿地、海草床与海藻森林、近岸水体出发,围绕微生物参与的碳、氮循环过程以及其中的温室气体排放情况,综述了在全球气候变化与人为活动干扰的作用下,海岸带地区的微生物群落对外界环境变化的响应机制以及生态功能维持机制,最后对海岸带系统中微生物生态研究进行了初步的展望。     

典型有机固废厌氧消化微生物研究现状与发展方向

经过人工富集和驯化的兼性和严格厌氧微生物是厌氧消化工艺的核心。不同厌氧消化体系中存在的问题大多可以通过改变微生物群落的代谢活性来得到有效改善。得益于微生物组学检测技术的快速发展,对厌氧消化系统中微生物多样性的认识获得了极大的拓展,同时在微生物类群间、微生物与环境的互作关系研究方面也取得了一系列新的进展。然而,有机固废厌氧消化系统中,各种微生物以及微生物和物质的相互作用构成了更为复杂的代谢网络,所以目前对这些互作关系的解析尚不完善。本文重点关注了厌氧消化过程中的典型菌群互作关系,阐述了典型有机固废厌氧消化系统中存在的问题及微生物在其中发挥的作用,最后,立足于现有组学技术推动的微生物组研究进展,对未来有机固废厌氧消化系统微生物组的研究提出展望。     

导电碳颗粒促进污泥厌氧消化及微生物种间电子传递的研究进展

添加导电碳颗粒能够促进厌氧消化过程稳定性、底物降解率以及产沼气品质的同步提高。本文总结了以活性炭和生物炭为代表的导电碳颗粒对城市污泥厌氧消化的影响,探讨了导电碳颗粒促进城市污泥厌氧消化的机理,阐述了导电碳颗粒介导的微生物直接种间电子传递(Directinterspecies electrontransfer,DIET)在强化污泥厌氧消化中的作用机制,分析了复杂厌氧消化体系中微生物DIET互营关系的研究现状,同时对导电碳颗粒的物理化学特性及其对污泥厌氧消化产甲烷的影响进行了分析,最后对未来导电碳颗粒促进城市污泥厌氧消化的研究进行了展望。     

低能离子束在植物种粒和微生物中的穿透深度

计算了低能离子注入生物体中的穿透深度,考虑生物媒质为匀相多组元系统,求出了平均射程的一般理论公式,将其用于植物种粒和微生物中。以30keV的N 注入水稻种子和100keV的As 注入微生物细胞为例,计算了平均穿透深度,结果与实验资料一致。指出抽真空过程中水分蒸发及离子注入时的热效应和机械效应对植物种子结构的动态影响,可使穿透深度大大加大。     

深水湖泊沉积物不同形态氮的生物地球化学特征——以百花湖为例

深水湖泊经历氧化及还原环境的交替变化,影响着湖泊水体氮的生物地球化学过程;其底层沉积物中一般具有特有的还原环境,其间氮的生物地球化学转化过程复杂。本文以云贵高原典型深水湖泊百花湖为例,在湖泊水体夏季分层期采集底层沉积物柱体,将沉积物柱体分层处理后,对不同深度沉积物中孔隙水、水溶态和吸附态不同形态氮含量,以及沉积物中颗粒态有机氮(PON)含量和同位素进行分析。结果表明,沉积物柱体孔隙水中的总氮(TN)主要由NH4+-N和有机氮两种形式存在,TN含量为6.9~42.8 mg·L-1,NH4+-N含量为6.6~25.6 mg·L-1。硝态氮及亚硝态氮含量均低于检测限,说明沉积物中硝酸盐经历了充分的反硝化过程以及可能存在的异化还原过程。吸附态NH4+-N含量明显高于水溶态。沉积物中的颗粒有机氮含量为0.22%~0.60%。同时,颗粒有机氮含量在剖面上的变化趋势符合指数衰减模式,表明颗粒态有机氮含量的变化可能经历成岩作用和微生物矿化过程;δ15N-PON值在31 cm以上随着深度的加深逐渐减小,变化范围为3.4‰~10.0‰,平均值为6.4‰,其中以10 cm以上同位素值降低趋势明显,其可能原因与微生物降解活动以及湖泊水体的交换有关。31 cm以下δ15N-PON值的变化趋势与表层相反,则可能是早期成岩作用影响的结果。孔隙水中δ15N-TN同位素值最高,吸附态和水溶态差异较小,且该同位素组成较PON富集15N,可推测孔隙水剖面NH4+-N浓度的升高可能与硝酸盐的异化还原有关。     

胞外蛋白对微生物聚集体的形成及其特性的影响

胞外多聚物是微生物聚集体(污泥絮体、生物膜和颗粒污泥等)的主要成分,在微生物聚集体的形成及其结构稳定过程中起关键作用.胞外蛋白作为胞外多聚物的主要组分之一,在微生物絮凝和聚集过程中的作用日益受到关注.蛋白分析技术的发展和应用为胞外蛋白的深入研究提供了良好的平台.本文综述了胞外蛋白在微生物聚集体中的种类和分布,以及在絮凝、沉降、传质、吸附和脱水等性能方面的作用,并对胞外蛋白的研究和应用进行了展望.     

固定化微生物处理模拟污染地表水

以聚乙烯醇和海藻酸钠为包埋剂、驯化后的活性污泥为包埋菌剂,制备固定化微生物颗粒,其中包埋剂与包埋菌剂的比例为2:1。将该固定化微生物颗粒按20%的填充率装填到自制反应器中,用于处理模拟污染地表水,研究该固定化微生物的性能特点及其对模拟污染地表水的净化效果。结果表明:固定化微生物反应器的最佳水力停留时间为10h,最佳进水COD负荷为1.15～1.85g·L-1·d-1。在水温为20～29℃、溶解氧为3～4mg·L-1、水力停留时间为10h的条件下,当进水COD浓度为70.58～91.76mg·L-1、铵氮浓度为13.68～17.82mg·L-1时,COD去除率>62.3%,铵氮去除率>90.6%,表明固定化微生物能够有效地去除污染地表水中的COD和铵氮。     

互营氧化产甲烷微生物种间电子传递研究进展

甲烷是重要的温室气体,也是典型的可再生性生物质能源。目前约70%的大气甲烷排放来源于产甲烷微生物过程。在产甲烷环境中,产甲烷菌与互营细菌形成互营关系,从而克服有机质厌氧分解反应的热力学能垒,实现短链脂肪酸和醇类物质的互营氧化产甲烷过程。该过程中,种间电子传递是关键步骤。本文首先概述了甲烷的研究意义及微生物互营降解有机质产甲烷的过程,然后分别综述了种间H2转移、种间甲酸转移和种间直接电子传递这3种种间电子传递机制的起源、发展、研究现状和未来所需要解决的研究问题。     

典型固体废物中冶金微生物及其浸出机理研究进展

典型固体废物(废电器、废电池、污泥、焚烧飞灰、废催化剂等)含有大量金属资源，回收再利用的价值极高。微生物浸出典型固体废物受多因素影响。对不同微生物浸出金属的菌种筛选、浸出规律和机理的掌握，有助于典型固体废物中金属资源的绿色高效回收，可为我国“双碳”目标作出贡献。本文综述了从典型固体废物中浸出金属的各类微生物，分析了冶金微生物的作用机制，并展望了微生物冶金的应用前景，以期为微生物冶金技术在典型固体废物中的高效应用提供理论参考。     

烟叶微生物及其在烟叶发酵和醇化中的作用研究进展

微生物在烟叶发酵和醇化过程中具有十分重要的作用。本文综述了烟叶微生物概况及其在烟叶发酵和醇化中的应用和研究进展。主要介绍了烟叶微生物的区系划分、烟叶发酵和醇化过程中微生物动态变化以及外源添加微生物的应用方法。阐述了微生物在缩短烟叶发酵和醇化周期、改善烟叶品质、降低烟叶有害物质和提高烟叶安全性等方面的研究应用成果。最后,对该领域今后的研究方向提出了展望。