水稻土中铁氧化物对产甲烷古菌群落结构的影响

产甲烷菌广泛分布在淹水水稻土等各种厌氧环境中,在全球气候变化、碳循环和能源等领域都发挥着重要的作用。研究发现,厌氧条件下,水稻土中铁氧化物的生物还原会抑制产甲烷菌的甲烷合成作用。然而,目前关于铁氧化物对产甲烷菌群落结构的影响报道较少。通过泥浆厌氧培养实验,向采集的水稻土中添加甲酸盐作为甲烷合成的底物(Control,CK处理),并设置添加水铁矿作为体系中唯一电子受体的处理组(Ferrihydrite,Fh处理)。培养结束后,与CK相比,添加水铁矿显著降低了古菌在总微生物群落中的占比,但对古菌群落的物种多样性和均一度没有显著影响;且两组处理中优势种均为操作分类单元(Operational taxonomic unit,OTU)2056和OTU 911(76%—80%)。这说明碳源相同时,产甲烷菌的群落结构不受铁氧化物的影响。本研究为探索土壤中微生物铁还原与碳循环耦合的分子机制奠定基础。     

模拟酸雨对不同土壤有机碳和作物秸秆分解的影响

为研究酸雨对不同pH值水稻土中有机碳分解的影响,选择酸性（pH 5.48）、碱性（pH 8.18）和中性（pH 6.70）水稻土（分别设置施用秸秆0、15 g·kg^-1土处理）在20 ℃条件下进行40 d的培养试验,各土壤组分别用pH值为6.0、4.5、3.0的模拟雨水将土壤含水量调为400 g·kg^-1(以风干土计).结果表明：秸秆、酸雨和土壤共同对土壤系统CO₂释放产生影响,秸秆的添加可显著提高土壤CO₂释放速率.培养期间,酸雨未显著影响土壤有机碳分解,但对土壤中作物秸秆的分解影响显著. pH 3.0酸雨处理下酸性和碱性土壤中秸秆40 d总分解量比pH 6.0处理高8%;酸雨抑制了中性水稻土中秸秆的分解,pH 3.0酸雨处理下秸秆40 d总分解量比pH 6.0处理低15%.pH 3.0酸雨处理下,酸性水稻土有机碳分解速率分别比中性和碱性水稻土高43%和50%（P<0.05）,秸秆在中性水稻土中分解量分别比其在酸性和碱性水稻土中低17%和16%（P<0.05）.     

短期淹水培养对水稻土中地杆菌和厌氧粘细菌丰度的影响

模拟水稻土淹水过程,采用Real-time PCR技术测度了不同水稻土中地杆菌(Geobacteraceae spp.)和厌氧粘细菌(Anaeromyxobacter spp.)在不同淹水时期16S rDNA拷贝数的变化,比较了地杆菌和厌氧粘细菌丰度与培养过程中微生物Fe (Ⅲ)还原的关系。结果表明,在4类稻作区采集的水稻土样品中,Fe (Ⅲ)还原潜势有明显的区别,表现出由北向南逐渐降低的趋势。从淹水12 h的地杆菌和厌氧粘细菌拷贝数变化看出,采自浙江和天津的水稻土样品对淹水过程具有高度敏感性,而采自吉林和广西的水稻土样品对淹水响应不敏感。在17 d的短期淹水培养中,地杆菌丰度明显高于厌氧粘细菌,表明地杆菌对水稻土中铁还原的贡献大于厌氧粘细菌。地杆菌和厌氧粘细菌拷贝数总体上表现出在11 d 时达到峰值,17 d时显著下降。吉林水稻土中地杆菌丰度在5 d时达到38.3%,与其最大铁还原速率到达时间(T_Vmax)为4.07 d相对应,表明地杆菌对其铁还原过程具有重要贡献。四川水稻土中地杆菌和厌氧粘细菌丰度均较低,暗示其他兼性铁还原菌对其铁还原的作用值得重视。     

碳源和淹水时间对水稻土微生物Fe(Ⅲ)还原能力的影响

以我国6个省的水稻土为供试样品,采用厌氧恒温培养方法,研究了分别以葡萄糖、丙酮酸盐、乳酸盐和乙酸盐为惟一碳源时不同淹水时间土壤微生物群落对Fe(Ⅲ)的还原能力.结果表明：不同淹水时间对Fe(Ⅲ)还原特征值V_max的影响显著,表现为淹水20 d > 30 d > 12 d > 1 d > 5 d,不同淹水时间下水稻土微生物群落结构不同是导致Fe(Ⅲ)还原能力不同的主要原因.不同碳源对微生物铁还原过程有显著影响,葡萄糖和丙酮酸盐在不同淹水时间中始终为优势碳源,其Fe(Ⅲ)还原率分别为88.1%～99.9%和58.0%～97.9%;不同土壤铁还原微生物群落对乳酸盐的利用差距较大,湖南和浙江水稻土在整个淹水周期中Fe(Ⅲ)还原率达到87.1%～100%,而其他土壤则表现为淹水前5 d为5.0%～49.4%,12 d后增加到52.2%～99.9%;乙酸盐处理在不同淹水时间中都表现为随时间推移Fe(Ⅲ)还原率逐渐增大的趋势,其中浙江水稻土的变化最大,在5.3%～75.8%.     

水稻土中铁还原菌多样性

微生物介导的异化Fe(III) 还原是非硫厌氧环境中Fe(III) 还原生成Fe(II) 的主要途径,然而相关的铁还原菌还不是很清楚,特别是在水稻土中.本文采用富集培养的方法,以乙酸和氢气作为电子供体,水铁矿和针铁矿作为电子受体,通过末端限制性片段长度多态性（T-RFLP）技术和16S rRNA基因克隆测序相结合的分子生物学方法研究了水稻土中铁还原菌的多样性.结果表明：无论是以乙酸或氢气为电子供体,水铁矿或针铁矿为电子受体,地杆菌（Geobacter）和梭菌（Clostridiales）是富集到的主要微生物群落;乙酸为电子供体时,富集到的主要微生物群落还包括红环菌（Rhodocyclaceae）;因此,除地杆菌外,梭菌和红环菌很可能也是水稻土中重要的铁还原菌.     

水稻土中铁还原菌多样性

微生物介导的异化Fe(III) 还原是非硫厌氧环境中Fe(III) 还原生成Fe(II) 的主要途径,然而相关的铁还原菌还不是很清楚,特别是在水稻土中.本文采用富集培养的方法,以乙酸和氢气作为电子供体,水铁矿和针铁矿作为电子受体,通过末端限制性片段长度多态性（T-RFLP）技术和16S rRNA基因克隆测序相结合的分子生物学方法研究了水稻土中铁还原菌的多样性.结果表明：无论是以乙酸或氢气为电子供体,水铁矿或针铁矿为电子受体,地杆菌（Geobacter）和梭菌（Clostridiales）是富集到的主要微生物群落;乙酸为电子供体时,富集到的主要微生物群落还包括红环菌（Rhodocyclaceae）;因此,除地杆菌外,梭菌和红环菌很可能也是水稻土中重要的铁还原菌.     

不同价态铁元素对厌氧微生物降解2,4,6-三氯酚的影响

【目的】考察初始pH值为5.0?10.0时, 不同价态铁元素(Fe0、Fe2+和Fe3+)对厌氧微生物降解2,4,6-三氯酚(2,4,6-TCP)的影响。【方法】采用间歇试验, 接种驯化3个月的厌氧污泥, 向其中分别投加Fe0、Fe2+和Fe3+, 测定体系中2,4,6-TCP浓度、pH值、铁离子浓度和微生物脱氢酶活性。【结果】“Fe0/Fe2+/Fe3+-微生物”体系对2,4,6-TCP的降解效率, 在初始pH值为中性偏酸性时, “Fe2+-微生物”体系>“Fe0-微生物”体系>“Fe3+-微生物”体系; 而当初始pH值为碱性时, “Fe0-微生物”体系>“Fe2+-微生物”体系>“Fe3+-微生物”体系; “Fe0/Fe2+/Fe3+-微生物”三种体系均有调节pH值的能力, 其中“Fe0-微生物”体系调节能力最强; 在不同初始pH值条件下不同价态铁元素对厌氧微生物活性的影响结果与其对2,4,6-TCP的影响规律基本相同。【结论】不同价态铁元素对厌氧微生物降解2,4,6-TCP的影响与初始pH值、体系实时pH值和铁元素价态及浓度等因素有关。     

铁还原菌降解石油烃的研究进展

铁还原菌是指能够利用细胞外Fe(III)作为末端电子受体,通过氧化有机物将Fe(III)还原为Fe(II)微生物的总称。铁还原作用广泛存在于土壤、河流、海洋、地表含水层以及高温高压的地下深部油藏。在厌氧或兼性厌氧条件下,Fe(III)还原耦合有机物的降解,对铁、碳元素的生物地球化学循环具有重要意义。本文介绍了铁还原菌的多样性和铁还原作用机理,综述了铁还原菌在石油烃降解方面的研究进展。此外,还总结了铁还原菌在生物修复中的潜在作用,并对未来的研究方向进行了展望。     

酸性硫酸盐土中的硫及其形态演变探讨

研究了酸性硫酸盐土中S及其形态演变。结果表明,酸性硫酸盐土S含量高,以无机态为主;S积累和S形态演变与酸性硫酸盐土形成、发育与利用密切相关。与红树林盐渍沼泽土(潜在酸性硫酸盐土)比较,酸性硫酸盐水稻土黄钾铁矾S含量较高,但FeS2含量较低。酸性硫酸盐水稻土S形态剖面分布明显,其氧化层的黄钾铁矾S含量较高,pH值较低;其还原层的FeS2含量较高。防治酸害是酸性硫酸盐土持续利用要解决的关键问题。     

硫对铅污染水稻土微生物活性及群落结构的影响

对含有不同浓度铅的水稻土添加硫代硫酸钠进行土培试验,研究硫作用下铅污染水稻土微生物活性及群落结构的变化.结果表明:添加硫底物后,土壤的氧化还原电位(Eh)升高,呼吸强度增强,硫氧化菌的数量显著增加.硫促进了土壤中硫氧化菌等微生物的生长并引起群落结构的变化,克隆测序表明,加硫处理下土壤微生物的特异性条带与拟杆菌、硫杆菌、β-变形菌和嗜酸菌具有很高的相似性.硫处理下土壤碳酸盐结合态及铁锰结合态铅含量发生了显著变化.     

零价铁对2,4-二氯酚生物还原脱氯的影响研究

采用间歇试验, 接种驯化两月的厌氧混合微生物, 考察厌氧体系中添加零价铁(Fe0)对2,4-二氯酚(2,4-DCP)生物还原脱氯效果的影响, 并对影响“Fe0+微生物”体系的一些因素进行了探索。结果显示：与零价铁或微生物的单独作用相比, “Fe0+微生物”体系能够有效促进2,4-DCP的脱氯反应, 最佳Fe0投加量和微生物接种量分别为0.5 g/L和376.2 mgVSS/L; 初始pH = 8.0对2,4-DCP的转化效果最好, 偏酸性环境不利于污染物转化; 微生物接种量与铁用量之间有一适宜比例, 一定范围内增加微生物接种量可催生出更多可降解污染物的酶或酶系, 提高2,4-DCP的降解效果。     

pH对兼性嗜碱菌Alcaligenes sp.XJ-T-1产生物破乳剂性能的影响

从受石油污染土壤中筛选出一株生物破乳剂产生菌Alcaligenes sp.XJ-T-1,生长的最适初始pH范围为9.0～11.0,为兼性嗜碱菌,能在初始pH 6.0～pH 11.0生长并产生生物破乳剂,但只有在碱性环境下才产生胞外产物。XJ-T-1菌悬液和胞外产物溶液可将蒸馏水表面张力分别降低到30 mN/m左右和35 mN/m左右。经过TLC分析,初步推测XJ-T-1产生的胞外产物为脂肽类和糖脂类的混合物。XJ-T-1菌悬液主要针对O/W型乳状液破乳,胞外产物主要针对W/O型乳状液破乳,初始pH 9.0培养下的菌悬液和胞外产物破乳效果最好。投加210 mg/L菌悬液可使O/W型乳状液在24 h的破乳率达77.5%,投加40 mg/L胞外粗产物溶液可使W/O型乳状液在24 h的破乳率达90.0%。通过透射电镜照片推测,随着培养pH提高到9.0以上,胞外产物的产生使XJ-T-1利用石蜡的过程发生变化。     

隐藏嗜酸菌Acidiphilium cryptum XTS的Cr(Ⅵ)还原特性及相关基因的差异表达

[目的]考察pH值、初始Cr(Ⅵ)浓度、Fe(Ⅲ)的加入及氧气含量对隐藏嗜酸菌Acidiphiliumcryptum XTS还原Cr(Ⅵ)的影响及其六价铬还原相关基因在不同培养条件下的差异表达.[方法]采用正交试验法L9(34)优选Cr(Ⅵ)还原最适条件;根据模式菌A.cryptum JF-5同源功能基因序列设计引物,对菌株XTS中的六价铬还原相关基因Acry_2099在不同培养条件下的基因差异表达进行分析.[结果]pH为2.9,初始Cr(Ⅵ)浓度为80 mg/L,Fe(Ⅲ)浓度为100 mg/L的条件是该菌株还原Cr(Ⅵ)的最优化配合比,在该条件下处理24 h,Cr(Ⅵ)的还原率达到67.48％;从菌株XTS中成功克隆了Acry 2099基因,其序列与模式菌A.cryptum JF-5的同源功能基因序列一致性达到了99.7％;在不同pH值、初始Cr(Ⅵ)浓度及氧气含量下Acry_2099基因表达上调情况与Cr(Ⅵ)还原速率呈一致趋势,证明Acry 2099很可能参与还原Cr(Ⅵ)的代谢途径.虽然加入Fe(Ⅲ)能促进Cr(Ⅵ)的还原,但是铁的加入对Acry 2099基因表达水平没有显著的影响.[结论]A.cryptumXTS对Cr(Ⅵ)的还原与pH值、初始Cr(Ⅵ)浓度、Fe(Ⅲ)的存在等因素有关,较低的pH和较高的初始Cr(Ⅵ)浓度对该菌还原Cr(Ⅵ)具有促进作用.     

镉胁迫下植物促生菌密歇根克雷伯氏菌TS8和Lelliottia jeotgali MR2对拟南芥生长及镉富集的影响北大核心CSCD

为了研究镉胁迫下植物促生菌密歇根克雷伯氏菌(Klebsiella michiganensis)TS8和Lelliottia jeotgaliMR2对拟南芥(Arabidopsis thaliana)生长及镉富集的影响,文中以野生型拟南芥为试验材料,将其种植在不同镉浓度的土壤基质中,并施入MR2和TS8菌悬液。低浓度镉处理组(LC)为购买的基质营养土,初始镉浓度为14.17 mg/kg,高浓度处理组(HC)为在购买的基质营养土上额外喷洒200 mg/kg Cd^(2+)。结果表明,相比对照组,不同浓度镉胁迫下喷施MR2菌悬液均可显著促进拟南芥的生长,而TS8和MR2_TS8混合菌液仅在高浓度镉胁迫下表现出一定的促生效果。但值得关注的是,不同浓度镉胁迫下TS8菌悬液可显著降低拟南芥的地下部对重金属镉的富集(60%和59%),并有效提高地上部对重金属镉的富集(234%和35%)。此外,单菌和混合菌均能显著提高土壤中可还原态镉向酸可提取态镉转化,促进植物吸收,降低土壤总镉含量。因此,针对不同环境下,合理配施植物促生细菌在提高作物产量或修复土壤镉污染中具有一定的应用价值。     

添加氧化铁对水稻土中H2、CO2和CH4形成的影响

水稻土是甲烷产生的重要源地．厌氧条件下甲烷的形成与有机质厌氧降解产生的乙酸、H2和CO2有关．氧化铁作为电子受体可有效地竞争有机质向甲烷的转化,其抑制作用机理可能与乙酸、H2和CO2的有效消耗有关．通过向水稻土泥浆中添加无定形氧化铁和纤铁矿．分别测定了25℃厌氧恒温培养105d过程中的H2、CO2和CH4的浓度变化．结果表明,添加无定形氧化铁及纤铁矿可导致H2浓度显著降低;无定形氧化铁对H2消耗的影响明显大于纤铁矿;添加不同氧化铁对CO2浓度的影响与H2浓度的变化有相同的趋势;添加氧化铁能显著抑制水稻土中甲烷形成,并导致有机碳的转移发生变化,使得CH4—C显著降低,气相中CO2—C量减少,而由土壤泥浆固定的CO3^2-—C量显著增加．     

南大西洋中脊热液区异化铁还原微生物及其矿化产物分析

【目的】从深海热液区获取异化铁还原微生物(Dissimilatory iron reducing microorganisms,DIRM),分析其矿化速率和矿化产物,认识其参与的深海生物地球化学循环。【方法】以羟基氧化铁(FeOOH)为电子受体,以乙酸等简单有机物做电子供体,在60°C恒温厌氧条件下,对南大西洋中脊深海热液区硫化物样品中的DIRM进行富集、培养;采用扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)、选区电子衍射(SAED)以及能谱仪(EDS)等方法对矿化产物进行形貌观察与成分分析。【结果】从2个硫化物样品中,共获得了139个铁还原培养物,它们均能将培养基中FeOOH (Fe3+90 mmol/L)转化为矿化产物。电镜下可见明显的晶体形态,以立方体形晶体为主,边长为5.0–20.0 nm;EDS分析表明,所有矿物晶体的主要元素为铁和氧,推测是由菱铁矿和磁铁矿组成的混合矿物。矿物晶体形成的时间差异较大,从3d到54d不等,多数培养物可在11 d到20 d内形成晶体。微生物多样性表明,培养物中优势菌主要为厚壁菌门(Firmicutes)和广古菌门(Euryarchaeota),包括一氧化碳胞菌(Carboxydocella)与脱硫肠状菌(Desulfotomaculum)近似新物种(16SrRNA基因同源性89%–91%)和广古菌地丸菌(Geoglobus)。【结论】热液区高温厌氧细菌与古菌可以利用简单有机物为电子供体进行铁还原,形成铁氧化物晶体。实验结果对于微生物参与铁元素的生物地球化学循环与矿物形成的潜力具有支持作用。然而它们是否参与了热液区铁元素的生物地球化学循环与矿物形成还需要大量研究工作验证。     

淹水时间对水稻土中地杆菌科群落结构及丰度的影响

【目的】通过模拟水稻土淹水过程,探讨地杆菌科(Geobacteraceae)群落结构和相对丰度随淹水时间的动态变化特征,揭示其群落结构和相对丰度变化与微生物Fe(Ⅲ)还原的内在联系。【方法】提取水稻土淹水培养1 h、1 d、5 d、10 d、20 d和30 d后的微生物总DNA,构建地杆菌科16S rDNA克隆文库,采用PCR-RFLP方法分析地杆菌科的群落结构和多样性变化特征,通过Real-time PCR技术测定地杆菌科相对丰度的动态变化。采用厌氧泥浆培养方法,测定水稻土中Fe(Ⅱ)产生量变化。【结果】供试水稻土中,微生物Fe(Ⅲ)还原过程在淹水培养初期变化明显,培养20 d后达到稳定期,最大铁还原潜势为10.16 mg/g,最大反应速率为1.064 mg/(g.d),最大反应速率对应的时间为4.84 d。α多样性指数显示,水稻土中地杆菌科的多样性随淹水时间延长呈现波动性变化,淹水5 d和20 d处理出现2个峰值,而淹水10 d和30 d处理的多样性明显减小。β多样性指数表明淹水过程中群落结构存在明显差异。不同淹水时间共产生了10种地杆菌科优势类型,分别属于Clade 1和Clade 2。Real-time PCR结果表明,地杆菌科与总细菌16S rDNA丰度的比值在淹水培养1 d时最小(1.20%),而20 d时达到最大值(4.54%)。【结论】淹水培养的水稻土中,地杆菌科微生物的多样性和相对丰度的动态变化与微生物Fe(Ⅲ)还原过程密切相关。     

油藏铁还原微生物的研究进展

地下深部油藏通常为高温、高压以及高盐的极端环境,含有非常丰富的本源嗜热厌氧微生物,按代谢类群可分为发酵细菌、硫酸盐还原菌、产甲烷古菌和铁还原菌。从油田环境已经分离出90株铁还原微生物,如热袍菌目、热厌氧杆菌目、脱铁杆菌目、δ-变形菌纲脱硫单胞菌目、γ-变形菌纲希瓦氏菌属和广古菌门栖热球菌属等,这些菌株生长温度范围为4-85°C,生长盐度范围为0.1%-10.0%NaCl,还未见到文献报道油藏铁还原菌的耐压性研究。在油藏环境中存在微生物、矿物和流体(油/水)三者之间的相互作用,油藏中的粘土矿物能够作为微生物生命活动的载体,也能为微生物代谢作用提供电子受体。本文综述了油藏铁还原菌分离和表征的研究进展,简述了油藏铁还原菌的环境适用性,并展望了铁还原菌在提高原油采收率方面的应用前景。     

样品磷化氢含量与某些微生物群落及酶活的关系

探讨了样品中磷化氢含量与不同微生物群落及几种酶活性的关系。结果表明,样品的磷化氢含量与厌氧微生物总量、有机磷细菌、反硝化细菌、碱性磷酸酶活性及脱氢酶活性呈显著的正相关关系,其相关系数(R2)分别达到了0.93,0.90,0.69,0.79和0.82;而与好氧异养微生物总量、无机磷细菌、硫酸盐还原菌、酸性磷酸酶的关系不大。此结果说明,相关类群的微生物在磷化氢的产生中可能起重要的作用。     

高温下两种不同pH水稻土甲烷产生及古菌群落的比较

水稻土甲烷产生及相关古菌群落受到环境因子和土壤理化性质的影响。为比较高温下2种不同p H水稻土的甲烷产生及古菌群落结构的差异,本研究在50℃下将2种不同p H水稻土S1(p H 7.88)和S2(p H 4.67)进行了为期100 d的厌氧培养,测定了培养过程中甲烷气体的产生和土壤p H、有机碳以及铵氮等土壤理化性质的变化,并运用基于16S rRNA基因的T-RFLP(末端限制性片段多态性分析)技术分析了产甲烷过程中古菌群落结构随时间的变化情况。结果表明,2种水稻土在厌氧培养过程中土壤有机碳含量下降,铵氮浓度变化趋势相似,且甲烷累积总量无差异,但两者p H的变化趋势和甲烷产生速率显著不同。土壤p H的升高会加快甲烷产生的速率,且甲烷八叠球菌(Methanosarcinaceae)和Methanocellaceae是50℃高温下2种水稻土中主要的产甲烷菌群,随着培养时间推移,不同水稻土有不同的群落发展方向,酸性水稻土更有利于Methanocellaceae的生长。