耐高浓度氨氮的异养硝化好氧反硝化菌株U1的鉴定及其脱氮特性

【背景】城市垃圾渗滤液是一种成分复杂的有机废水,含氮量高,如果未经处理直接排放到环境中会造成严重的环境污染。【目的】筛选可以耐受垃圾渗滤液中高浓度氨氮并高效去除污水中氮素的异养硝化好氧反硝化菌株,为解决垃圾渗滤液的氮素污染提供功能菌株。【方法】从垃圾渗滤液中筛选分离能耐受高氨氮浓度的菌株,通过测定各菌株的脱氮能力,筛选到一株脱氮能力最强的菌株,命名为U1,通过测定16S rRNA基因序列和生理生化特性确定该菌株为铜绿假单胞菌。进一步研究了菌株U1在不同初始氨氮浓度、碳源、转速、初始pH、碳氮比等单因素变量下的脱氮能力,并结合L₉（3⁴）正交试验研究了菌株U1的最佳脱氮条件。【结果】分离出一株铜绿假单胞菌并命名为U1。该菌株的最优脱氮条件为:初始氨氮浓度为1 000 mg/L,红糖和柠檬酸三钠的混合碳源,pH 6.0,C/N为10,转速为130 r/min,菌株U1的最大总氮去除率为64.37%,最大氨氮去除率为76.73%。对于总氮和氨氮含量分别是2 345 mg/L和1 473.8 mg/L的垃圾渗滤液,菌株U1最大总氮去除率为27.86%...     

分离于河口区芦苇湿地1株好氧反硝化菌的鉴定及其反硝化特性

【目的】筛选高效脱氮且N_2O释放量少的好氧反硝化细菌,并对菌株的反硝化特性进行研究,可为河口湿地富营养化水体的生物修复提供技术支撑。【方法】经BTB培养基初筛和反硝化能力测定,从辽河河口区芦苇湿地土壤中分离得到1株具有较高反硝化能力的好氧反硝化菌C3。经形态观察、生理生化鉴定和16S rRNA序列分析,对菌株进行鉴定。研究温度、碳源、pH及C/N对其生长量、反硝化能力及N2O释放的影响。【结果】筛选得到的高效好氧反硝化细菌C3,经鉴定属于假单胞菌属(Pseudomonas sp.)。反硝化特性研究结果表明,该菌最适碳源为柠檬酸三钠,在温度为30°C、pH为7.0、C/N为10时生长速率和脱氮效率最高且N_2O释放量较少。在此条件下,该菌在36 h内使NO_3~–由179.55 mg/L降至5.08 mg/L,脱氮率高达97.17%。该菌株在整个反硝化过程中中间产物N_2O的最大累积量较低,为0.22 mg/L。【结论】从湿地土壤中分离所得好氧反硝化菌C3为假单胞菌属的1个种(Pseudomonas sp.),该菌株在高效除氮和低N_2O累积方面均具有明显优势,对后续河口湿地富营养化水体治理具有重要意义。     

一株荧光假单胞杆菌的分离鉴定与反硝化特性

【目的】从污水厂的活性污泥中获得一株高效反硝化细菌。【方法】采用低温驯化,进行初筛、复筛选取一株反硝化活性最高的菌株,命名为L2,通过形态学、生理生化特征及16S r RNA基因序列分析研究其分类地位,系统研究理化因素对该菌株反硝化性能的影响。【结果】菌株在低温条件下能够稳定高效地进行反硝化,鉴定该菌株为荧光假单胞杆菌(Pseudomonas fluorescens),其反硝化最适接种量为10%,温度为20°C,p H为7.0,盐浓度为0.5%,碳源为葡萄糖,C/N为5.0,能够耐受较高初始硝态氮浓度。【结论】菌株L2是一株耐低温、耐高浓度初始硝态氮、耐低C/N、兼性厌氧、高效反硝化的荧光假单胞杆菌。     

一株海洋好氧反硝化细菌的鉴定及其好氧反硝化特性

【目的】从处理海洋养殖循环水的生物滤器生物膜中分离到1株具有好氧反硝化活性的细菌(菌株2-8),并进一步研究了该菌的分类地位及反硝化特性。【方法】采用16S rRNA基因序列分析对菌株进行初步鉴定,采用好氧培养技术,探讨了碳源种类、起始pH、NaCl浓度、C/N、温度和摇床转速对菌株2-8好氧反硝化活性的影响。【结果】该菌株的16S rRNA基因序列与Pseudomonas segetis FR1439T(AY770691)的相似性最高,达到99.9%,因此初步鉴定菌株2-8属于假单胞菌属(Pseudomonas sp.2-8)。碳源类型和C/N对其好氧反硝化作用的影响最为显著,以柠檬酸钠为唯一碳源,C/N为15时脱氮效率最高,低C/N导致亚硝酸盐的积累;其好氧反硝化的最适温度和pH分别为30℃和7.5;菌株2-8在摇床转速为160r/min下脱氮效果最好;NaCl浓度对其反硝化活性的影响不明显。【结论】在初始硝酸氮浓度为140mg/L,以柠檬酸钠为唯一碳源、C/N为15、pH为7.5、NaCl浓度为30g/L,30℃以及160r/min摇床培养的条件下,菌株2-8在48h内脱氮率可达92%且无亚硝酸盐积累。     

土壤水分对土壤产生气态氮的厌氧微生物过程的影响

气态氮[一氧化氮(NO)、氧化亚氮(N₂O)和氮气(N₂)]的释放是土壤氮损失的一种重要途径。硝化和反硝化作用是土壤气态氮损失的主要微生物过程,但是异养硝化作用、共反硝化作用和厌氧氨氧化过程对土壤气态氮损失的贡献尚不清楚。本研究利用¹⁵N标记和配对法,结合硝化抑制剂双氰胺(DCD),通过土壤培养试验来量化厌氧条件下各种微生物过程对NO、N₂O和N₂产生的贡献。结果表明: 在厌氧条件下培养24 h后,土壤孔隙含水率为65%时,3种气体总的¹⁵N回收率最高,占加入¹⁵N总量的20.0%。反硝化过程对NO、N₂O和N₂产生的贡献率分别为49.9%～94.1%、29.0%～84.7%和58.2%～85.8%,是产生3种气体的主要过程。异养硝化过程也是产生NO和N₂O的重要过程,特别是在土壤孔隙含水率很低时(10%)对两种气体产生的贡献率分别为50.1%和42.8%。,共反硝化过程对N₂O产生的贡献率为10.6%～30.7%,共反硝化和厌氧氨氧化过程对N₂产生的总贡献率为14.2%～41.8%,表明共反硝化过程在N₂O和N₂产生中的作用不可忽视。¹⁵N标记和配对法是区分气态氮损失的各种微生物过程的有效手段。     

真菌对土壤N2O释放的贡献及其研究方法

N₂O是一种重要的温室气体,而土壤作为N₂O的重要来源之一,其N₂O主要产生于硝化和反硝化作用的生物过程.研究表明细菌和古菌是这些生物过程的主要参与者,然而在特定土壤生态系统中,真菌在N循环过程中起主要作用.但真菌对土壤N₂O释放贡献的研究报道甚少.本文阐述了土壤真菌N₂O产生机制的研究进展,介绍了自养硝化、异养硝化和反硝化过程的发生机理、关键微生物和功能基因.详细介绍了与真菌有关的N₂O产生过程,真菌的异养硝化作用和反硝化作用,并且比较了真菌和细菌反硝化系统的差异.此外,本文重点总结了研究土壤真菌N₂O产生的主要方法,包括选择抑制剂法、^15N标记、分离和纯培养以及免培养的分子生态学方法,对各种方法的优势和弊端进行了探讨,并对今后的研究工作提出了展望.     

滇池可培养好氧反硝化细菌多样性及其脱氮特性

【目的】氮污染已成为当今水体污染的一个重要因素,为了解滇池可培养好氧反硝化细菌的多样性,获得高效好氧反硝化细菌资源,为污染水体或浅层地下水的生物修复提供材料。【方法】采用富集培养方法从滇池沉积物和水体样品中分离好氧反硝化细菌,对好氧反硝化细菌的16S r RNA基因序列进行系统发育分析,并筛选其中的高效好氧反硝化细菌。【结果】分离出260株好氧反硝化菌,经16S rRNA基因序列分析,260株菌分属于2门13科14属的59个种。假单胞菌属(Pseudomonas)为优势细菌属,其次是不动杆菌属(Acinetobacter)、气单胞菌属(Aeromonas)和代尔夫特菌属(Delftia)。筛选到12株高效好氧反硝化细菌菌株,其中8株属于假单胞菌(Pseudomonas spp.),4株为不动杆菌(Acinetobacter spp.)。定量分析发现菌株N15-6-1的反硝化效果较好。对菌株N15-6-1的脱氮条件优化结果显示,在以蔗糖为碳源,温度为30–35℃、C/N=12、静止培养时,反硝化能力较强,其在48 h内硝态氮的去除率达到98.81%,总氮的去除率达96.27%。【结论】滇池存在着较丰富的可培养好氧反硝化细菌,好氧反硝化细菌的分离丰富了好氧反硝化菌的种类,其中的高效脱氮菌株为污染水体或浅层地下水的生物修复提供了初步的候选菌株。     

污染河流土著异养硝化菌的筛选及其鉴定

利用以琥珀酸钠和硫酸铵为唯一碳源和氮源的选择培养基从贾鲁河污染水体中筛选异养硝化菌,采用富集、梯度稀释涂布平板和平板划线分离的方法对菌种进行分离纯化,结合16S r DNA分析、生理生化特性和氮转化特点对菌种进行鉴定。结果表明,从水体中共分离出的63株纯菌株中,经鉴定其中3株菌为异养硝化菌,包括1株硝化假单胞杆菌(Pseudomonas nitroreducens)和2株门多萨假单胞杆菌(Pseudomonas mendocina),对氨氮去除率分别为91.8%、89.8%、81.4%。     

土壤含水量与N2O产生途径研究

土壤含水量变化对N₂O产生和排放影响的研究表明,不同含水量情况下,N₂O排放也不相同。特别是用乙炔抑制技术证明了在播种前后,气候干燥而土壤含水量较低的情况下,N₂O产生主要来自于硝化过程;降雨后,土壤含水量较高时,N₂O主要是通过反硝化过程产生;而在农田中等含水量情况下,土壤微生物的硝化和反硝化作用产生的N₂O大约各占一半。指出旱作农田N₂O产生途径主要取决于土壤水分的控制和调节。     

铜绿假单胞菌SJTD-2降解长链烷烃与原油的特性

摘要:【目的】石油污染严重威胁生态系统和生物圈,微生物修复被认为是一种安全有效可代替物化方法来治理石油污染的办法。本文对我们从石油污染土壤中分离获得的一株可分解正烷烃和原油的革兰氏阴性菌SJTD-2的理化性质和降解效能进行了研究。【方法】利用菌株表型和生理性质、16S rRNA序列比较分析与进化树绘制,确定新分离菌株SJTD-2的种属;测定菌株SJTD-2的生长曲线,确定其利用不同长度烷烃和原油为单一碳源的效能;利用GC-MS检测烷烃类物质的残留量,确定菌株SJTD-2降解烷烃和原油SJTD-2的降解效率和降解周期。【结果】菌株表型与16S rRNA序列比较及进化树比对分析结果显示,菌株SJTD-2与假单胞菌属的亲缘关系十分接近,为铜绿假单胞菌。菌株SJTD-2 可有效分解C10到C26的中链和长链烷烃及原油,利用它们作为其单一碳源生长;该菌株对长链烷烃(C18－C22)的利用效果较中链烷烃好,其中正二十二烷被认为是其最佳碳源。48 h内,该菌株可完全降解500 mg/L正二十二烷;72h 后,2 g/L的正二十二烷可几乎被菌株全部分解利用。此外,菌株SJTD-2在7 d内可将2 g/L的原油分解88%以上。【结论】与现有其它烷烃降解菌相比,铜绿假单胞菌SJTD-2具有突出的长链烷烃与原油降解效能及耐受能力,该菌株的发现与研究将有助于烷烃降解机制的研究和环境修复的进程。     

Moso bamboo and Japanese cedar seedlings differently affected soil N2O emissions

毛竹和日本柳杉幼苗对土壤氧化亚氮排放的影响及微生物机制 毛竹(Phyllostachys edulis)向日本柳杉(Cryptomeria japonica)林的扩张现象越发普遍,其扩张对大 气重要温室气体氧化亚氮(N₂O)排放的影响也引起了更多的关注,而其微生物机制尚不明确。本研究通过添加微生物抑制剂链霉素和扑海因分别抑制细菌和真菌活性,连续观测土壤N₂O排放速率以及相关土壤养分和植物生物量。研究结果表明：(i)毛竹土壤N₂O的排放速率显著高于日本柳杉;与对照相比,细菌抑制剂、真菌抑制剂及其交互作用均对N₂O排放速率具有显著抑制效应,但三者之间无显著差异;(ii)毛竹生物量显著高于日本柳杉;(iii)日本柳杉土壤有机质、全氮和铵态氮显著高于毛竹土壤,日本柳杉土壤pH和全磷显著低于毛竹土壤。真菌抑制剂降低了土壤有机质含量,细菌抑制剂降低了土壤硝态氮含量。真菌抑制剂与物种在影响土壤pH、全磷和铵态氮方面具有显著交互作用。细菌抑制剂与物种在影响土壤全氮方面有显著交互作用。综上所述,毛竹和日本柳杉在生长过程中土壤N₂O排放速率不同,毛竹幼苗土壤N₂O排放及生物量均高于日本柳杉。细菌抑制剂和真菌抑制剂对N₂O的排放速率均具有一定抑制作用。因而,在全球气候变化背景下,应进一步深入了解森林生态系统物种组成和变化对N₂O排放的影响,以有效评估毛竹扩张等导致的生物多样性变化对全球N₂O排放的贡献。     

增温和隔离降雨对亚热带森林土壤N2O通量的影响

设置对照(CT)、增温5 ℃(W)、隔离50%降雨(P)和增温5 ℃+隔离50%降雨(WP)4种处理,以相关功能基因作为标志物,研究增温和隔离降雨影响亚热带森林生态系统土壤N₂O通量变化的途径.结果表明: 隔离降雨显著降低了土壤铵态氮浓度;增温显著降低了土壤N₂O通量和土壤反硝化势.增温处理(W)和降雨处理(P)的土壤微生物生物量氮(MBN)均显著低于对照(CT),AOA amoA基因丰度与MBN和铵态氮含量之间呈显著负相关,但与土壤硝化势和土壤N₂O通量没有显著相关性.路径分析显示,反硝化势直接显著影响土壤N₂O通量,而微生物生物量磷(MBP)和增温则通过直接影响反硝化势来间接影响土壤N₂O通量.温度可能是影响亚热带森林土壤N₂O通量的主要驱动因素,全球变暖可能会减少亚热带森林土壤的N₂O排放.     

增温和隔离降雨对亚热带森林土壤N2O通量的影响

设置对照(CT)、增温5 ℃(W)、隔离50%降雨(P)和增温5 ℃+隔离50%降雨(WP)4种处理,以相关功能基因作为标志物,研究增温和隔离降雨影响亚热带森林生态系统土壤N₂O通量变化的途径.结果表明: 隔离降雨显著降低了土壤铵态氮浓度;增温显著降低了土壤N₂O通量和土壤反硝化势.增温处理(W)和降雨处理(P)的土壤微生物生物量氮(MBN)均显著低于对照(CT),AOA amoA基因丰度与MBN和铵态氮含量之间呈显著负相关,但与土壤硝化势和土壤N₂O通量没有显著相关性.路径分析显示,反硝化势直接显著影响土壤N₂O通量,而微生物生物量磷(MBP)和增温则通过直接影响反硝化势来间接影响土壤N₂O通量.温度可能是影响亚热带森林土壤N₂O通量的主要驱动因素,全球变暖可能会减少亚热带森林土壤的N₂O排放.     

共生菌促进斜生栅藻生长和油脂合成

从斜生栅藻藻际分离共生菌群并进行16S rDNA序列鉴定,构建藻菌共培养体系,并检测斜生栅藻生长、生理生化及产油特性。共分离出7个菌群/株,包括微球菌(菌株1-1、1-2和1-3)、假单胞菌(菌株2-1和2-2)、微小杆菌(菌株-3)和葡萄球菌(菌株-4)。微球菌(菌株1-2)和假单胞菌(菌株2-1)为优势促生菌株,能显著促进微藻生长及色素和油脂积累。斜生栅藻与微球菌(菌株1-2)1∶10共培养体系培养8 d后,栅藻生物量高达4.27 g·L^-1,比对照增加了46.0%;叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素分别比对照提高12.1%、16.7%和25.0%;含油量为25.7%,比对照增加了14.0%,单不饱和油酸含量(16.4%)也显著高于对照。另一个优异共培养体系是斜生栅藻与假单胞菌(菌株2-1)1∶5共培养体系,在培养8 d后,微藻生物量、叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素分别比对照提高47.9%、16.0%、17.5%和19.9%;总油脂(27.1%)和单不饱和油酸含量(18.2%)分别比对照增加了20.4%和64.0%。表明藻际共生菌假单胞菌和微球菌可分别与斜生栅藻互作,能够显著促进斜生栅藻生物量和优质油脂的富集,可应用于栅藻商业生产。     

不同灌溉量对华北平原菜地N2O排放及其来源的影响

以华北平原菜地为研究对象,通过控制灌溉量设置不同的土壤水分对照,利用稳定同位素¹⁵N自然丰度法,结合传统的乙炔抑制试验,对不同土壤水分条件下的N₂O排放、N₂O同位素特征值以及同位素异位体位嗜值(SP值)变化规律进行分析,以阐明不同水分条件下N₂O的排放规律及其来源.结果表明:水分条件显著影响N₂O排放,相比于50%土壤孔隙含水率(WFPS),70%WFPS的水分条件下N₂O的排放较高.N₂O的排放集中在施肥前期,在施肥中后期迅速减弱.50%WFPS条件下,N₂O的排放最初以硝化作用为主,占比约为90%,随后硝化作用迅速下降,反硝化变成主导作用,施肥7 d后即达到80%以上;而70%WFPS条件下初期则以反硝化为主,占比约为70%,随后下降至40%左右,施肥10 d后逐渐升高至80%.整体上,N₂O的排放主要以反硝化作用为主,不同水分处理对土壤硝化、反硝化作用的影响主要体现在施肥前期,后期均以反硝化为主.综上,建议华北地区的菜地生产应适当降低灌溉量,以减少N₂O排放.     

不同灌溉量对华北平原菜地N2O排放及其来源的影响

以华北平原菜地为研究对象,通过控制灌溉量设置不同的土壤水分对照,利用稳定同位素¹⁵N自然丰度法,结合传统的乙炔抑制试验,对不同土壤水分条件下的N₂O排放、N₂O同位素特征值以及同位素异位体位嗜值(SP值)变化规律进行分析,以阐明不同水分条件下N₂O的排放规律及其来源.结果表明:水分条件显著影响N₂O排放,相比于50%土壤孔隙含水率(WFPS),70%WFPS的水分条件下N₂O的排放较高.N₂O的排放集中在施肥前期,在施肥中后期迅速减弱.50%WFPS条件下,N₂O的排放最初以硝化作用为主,占比约为90%,随后硝化作用迅速下降,反硝化变成主导作用,施肥7 d后即达到80%以上;而70%WFPS条件下初期则以反硝化为主,占比约为70%,随后下降至40%左右,施肥10 d后逐渐升高至80%.整体上,N₂O的排放主要以反硝化作用为主,不同水分处理对土壤硝化、反硝化作用的影响主要体现在施肥前期,后期均以反硝化为主.综上,建议华北地区的菜地生产应适当降低灌溉量,以减少N₂O排放.     

Dicyandiamide and 3,4-dimethyl pyrazole phosphate decrease N2O emissions from grassland but dicyandiamide produces deleterious effects in clover

The application of nitrogen fertilisers leads to different ecological problems such as nitrate leaching and the release of nitrogenous gases. N₂O is a gas involved in global warming, therefore, agricultural soils can be regarded as a source of global warming. Soil N₂O production comes from both the nitrification and denitrification processes. From an ecological viewpoint, using nitrification inhibitors with ammonium based fertilisers may be a potential management strategy to lower the fluxes of N₂O, thus decreasing its undesirable effect. In this study, the nitrification inhibitors (NIs) dicyandiamide (DCD) and 3,4-dimethyl pyrazole phosphate (DMPP) have been evaluated as management tools to mitigate N₂O emissions from mineral fertilisation and slurry application in grassland systems (experiments 1 and 2), and to assess the phytotoxic effect of these inhibitors per se on clover (experiment 3). Both nitrification inhibitors acted in maintaining soil nitrogen (N) in ammonium form, decreasing cumulative N₂O emissions. DCD, but not DMPP, produced phytotoxic effects and yield reduction in white clover. A nutrient imbalance, which led to a senescence process visually observed as chlorosis and necrosis at the border of the leaves, was noted.     

模拟氮沉降降低亚热带米槠天然林土壤氧化亚氮排放潜势

我国亚热带地区大气氮沉降量逐年上升,对森林土壤生物地球化学循环造成严重影响。本研究设置了对照(不添加氮)、低氮(40 kg·hm^-2·a^-1)和高氮(80 kg·hm^-2·a^-1)处理,分析了亚热带米槠天然林土壤反硝化功能基因丰度和N₂O排放潜势对氮沉降的响应。结果表明: 高氮处理显著降低土壤N₂O排放潜势。长期(8年)氮沉降对nirS、nirK、nosZ Ⅰ和nosZ Ⅱ基因丰度均无显著影响,但nosZ Ⅰ丰度均显著高于nosZ Ⅱ丰度,表明nosZ Ⅰ在酸性森林土壤中占主导。与对照相比,高氮处理显著降低(nirK+nirS)/(nosZ Ⅰ+nosZ Ⅱ)值。(nirK+nirS)/(nosZ Ⅰ+nosZ Ⅱ)值与土壤pH值呈显著正相关。长期高氮沉降可能通过降低土壤pH值使得土壤(nirK+nirS)/(nosZ Ⅰ+nosZ Ⅱ)值下降,从而降低森林土壤N₂O排放潜势。