厌氧氨氧化菌驱动脱氮途径的研究进展

厌氧氨氧化菌(anaerobic ammonia-oxidizing bacteria, AnAOB)的代谢多样性,使得该菌群能够在海洋、湿地和陆地等不同的自然生态系统中广泛分布,甚至在一些极热和极寒环境中也检测到了该菌群的存在。本文回顾并总结了厌氧氨氧化菌在不同生态系统中的发现、分布及脱氮贡献等方面的研究,分析了厌氧氨氧化菌分布的主要环境影响因素。该综述将帮助我们更好地理解全球氮循环中厌氧氨氧化菌的实际角色和功能,并基于厌氧氨氧化(anaerobicammoniaoxidation,anammox)过程,探究能与其进行协作的新型生物脱氮工艺,以期为这些工艺的研发和推广提供生态学基础和新的思考,从而实现脱氮工艺的技术变革。     

好氧反硝化细菌及其在微污染水源水修复中的应用研究进展

相比于氨氮,天然水体中的硝酸盐氮通常更稳定,导致更难将其从水中去除。由于好氧反硝化可以在有氧环境下进行反硝化作用去除硝酸盐氮,该过程对含有较高溶解氧的天然水体中硝酸盐氮处理有重要作用。本文综述了好氧反硝化菌的分离纯化现状、微生物代谢机制和环境影响因子,并介绍了功能菌群在微污染饮用水源水生物修复的应用研究进展。与一般的厌氧反硝化类似,好氧反硝化菌的种属分布较广,常见的如假单胞菌属(Pseudomoas)、产碱杆菌属(Alcaligenes)、副球菌属(Paracoccus)和芽孢杆菌属(Bacillus)等所属部分微生物均有好氧反硝化能力。大部分好氧反硝化菌株在最佳生长条件下(25–37℃、溶解氧浓度为3–5mg/L、pH为7–8、碳氮比为5–10)具有高效的脱氮效率。但目前好氧反硝化作用在微污染饮用水源水的生物修复方面的应用仍有着脱氮性能不稳定、菌剂流失等不足。此外,目前较少相关中试及实际工程应用的研究,需要进一步的深入探究。     

丹江口水库氮干沉降的时空特征及生态影响

氮沉降是水库水体外源氮输入的重要途径,对水生态系统有直接影响。通过采集丹江口水库淅川库区162个大气氮干沉降样品,分析了库区氮干沉降通量特征、典型农业期对氮沉降的贡献以及潜在的生态影响。结果表明：库区氮干沉降通量为22.60 kg N·hm^-2·a^-1,有机氮沉降量占总氮沉降通量的50.8%,以有机氮沉降为主;库区东北与西南区域氮干沉降通量较高,而北部和东南区域较低;春、秋季库区总氮、有机氮和尿素沉降通量高于夏、冬季,铵态氮沉降通量在夏季最高,硝态氮沉降通量在冬季最高,与氮素的来源、农业生产活动以及气象因素有关;典型农业期氮干沉降量月均值是非典型农业期的1.75倍,农业活动对总沉降量的贡献不容忽视;淅川库区大气氮干沉降通量是我国湖泊营养盐总氮沉降临界负荷的2.26倍,有潜在的水体富营养化风险,需重点关注典型农业活动期对水生态系统的影响。     

信号分子在生物脱氮中的作用及检测方法

生物脱氮是由微生物主导的地球氮循环中的重要环节之一,主要包括硝化、反硝化和厌氧氨氧化(anaerobic ammonium oxidation,anammox)等过程。在微生物联合作用下,污水中的有机氮及氨氮经一系列作用转化为氮气,这种经济高效、环境友好的处理工艺在世界范围内得到广泛应用。群体感应(quorum sensing,QS)以信号分子为媒介通过改变菌群密度和周围环境变化来调节微生物的各种行为。大量的研究已证实调控QS信号分子在生物脱氮中具有应用潜力。本文介绍了各种信号分子类型,从基因组学、实际应用等方面综述了各类信号分子以及检测方法,同时针对酰基高丝氨酸内酯(acyl homoserine lactones,AHLs)类信号分子在生物脱氮中的作用进行详细介绍。然而不足之处在于信号分子研究只是停留在实验室阶段,仅仅研究了单一信号分子对生物脱氮的影响。未来可将信号分子应用于实际污水,研究多种信号分子共同作用以及多种微生物之间的QS现象。     

短花针茅叶片水分利用效率对放牧强度的响应及其影响因素

为明确植物的用水策略及适应性机制,以内蒙古四子王旗短花针茅荒漠草原为研究对象,设置对照(CK)、轻度放牧(LG)、中度放牧(MG)和重度放牧(HG)4个放牧梯度,其载畜率分别为每1 hm^(2)每年0、0.93、1.82和2.71个羊单位的放牧强度,调查建群种短花针茅的高度、盖度、密度、地上生物量以及土壤的理化性状,并且采用稳定碳同位素法和红外光合仪法对短花针茅水分利用效率进行了测定,旨在阐明短花针茅水分利用效率在不同放牧强度下的响应规律及其影响因素。结果显示:(1)放牧对短花针茅盖度、密度以及地上生物量的影响显著;随着载畜率的增大,有利于短花针茅的扩散使其分布面积增加,且在中度放牧条件下尤为明显。(2)随着放牧强度的增加,土壤水分含量较对照显著提高,土壤全氮含量呈先增加后减少的变化趋势,土壤速效钾呈现降低的变化趋势,而对土壤全碳含量和pH无显著影响,说明适度放牧能够提高土壤水分含量、促进土壤氮含量的积累,但放牧会导致土壤速效钾减少。(3)随着放牧强度的增大,短花针茅长期水分利用效率(WUE l)呈现“V”形变化趋势,而瞬时水分利用效率(WUE t)与内在水分利用效率(WUE i)总体呈降低的变化趋势。(4)相关分析显示,放牧强度与短花针茅密度、地上生物量呈显著正相关关系,土壤全氮含量与有机碳、pH、WUE i呈显著正相关关系,WUE t与WUE i呈显著正相关关系;短花针茅内在水分利用效率与土壤有机碳含量密切相关。研究表明,重度放牧导致短花针茅株丛破碎化,增加了种群的扩散面积,是短花针茅长期水分利用效率提高的直接原因;短花针茅瞬时水分利用效率随放牧强度的增加而降低可能是由其内在水分利用效率降低引起的。     

氮肥对2个杨树品种碳氮代谢的影响

研究以‘丹红’杨(美洲黑杨)和‘通辽1号’杨(小叶杨)为材料,在田间进行施氮肥和不施氮肥处理,分析2个杨树品种的生长性状、碳氮相关代谢物和发育木质部转录组的变化特征,探讨不同杨树品种氮肥利用的生理机制,为杨树的氮高效利用遗传育种奠定基础。结果表明:(1)‘丹红’杨和‘通辽1号’杨的总生物量在施氮处理后分别比不施氮处理提高了1.69倍和1.10倍;‘丹红’杨的总生物量在施氮肥和不施氮肥条件下分别是‘通辽1号’杨的13倍和10倍。(2)施氮处理显著抑制‘丹红’杨和‘通辽1号’杨树皮和木质部中总氮和多种水解氨基酸的含量,但是没有明显影响木质部的总碳、纤维素、半纤维素和木质素含量。(3)施氮处理显著影响了2个杨树品种发育木质部碳固定、糖代谢、氨基酸合成等碳氮代谢途径的基因的高表达,从而促进了植株生物量的积累。研究发现,施氮处理可以显著促进杨树发育木质部碳氮代谢途径相关基因的高表达,从而促进了杨树生物量的积累和生长;‘丹红’杨的木材产量在不同的氮素环境下都远远高于‘通辽1号’杨,更加适合人工林的大面积推广和种植。     

短期氮沉降改变毛竹林凋落物和土壤有机质化学组成

为了探究短期氮沉降对凋落物和土壤有机质化学组成的影响,以亚热带毛竹林为对象,于2020年7月—2022年1月设置氮沉降增加(施氮量50 kg N·hm^-2·a^-1)处理,利用热裂解气相色谱质谱联用(Py-GC/MS)技术,对毛竹林毛竹叶/根凋落物和土壤的有机质化学组分进行了分析。结果表明：与对照相比,短期氮沉降处理土壤有机质中酚类的相对含量显著增加了50.9%,而脂肪酸的相对含量显著减少了26.3%;叶凋落物中烷烯烃和木质素的相对含量显著增加了51.9%和33.5%,酚类和多糖的相对含量显著减少了52.2%和56.3%;根凋落物中多杂环芳香烃的相对含量显著减少了16.6%。土壤有机质中脂肪酸的相对含量与叶凋落物中多糖的相对含量呈显著正相关;土壤有机质中酚类的相对含量与叶凋落物中木质素的相对含量呈显著正相关,与多糖的相对含量呈显著负相关。短期氮沉降对毛竹林毛竹叶/根凋落物和土壤的总有机碳、总氮和碳氮比均无显著影响,但是会显著改变三者的有机质化学组成;另外,短期氮沉降下土壤有机质化学组成的变化受叶凋落物有机质化学组成的影响。     

阴生植物三七稳态和动态光合特性对氮水平的响应

氮(N)对植物光合作用至关重要。阴生植物在自然生长条件下,接受的是高度动态的光照。然而,探讨N水平对阴生植物动态光照下的光合调控作用的研究相对较少。为了阐明N对阴生植物动态光合作用的调控机制,该研究以典型阴生植物三七(Panax notoginseng)为材料,设置了低氮(LN, 112.5 kg·hm^–2)和高氮(HN,450.0kg·hm^–2)2个N水平,研究动态光和稳态光条件下植株叶片的光合气体交换参数及卡尔文循环酶蛋白的活性和数量。结果表明单位叶面积氮含量(Narea)与光照60s的诱导状态(IS60)负相关,与达到光合作用稳态90%所需的时间(tP90)和达到光合作用稳态100%所需的时间(tP-steady)正相关,表明Narea并不是通过影响核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶(Rubisco)的总活性来调控光诱导反应。短时间的低光间隔对Rubisco活性影响不显著,但明显降低了果糖-1,6-二磷酸酶(FBPase)和景天庚酮糖-1,7-二磷酸酶(SBPase)的活性;当高光照光斑突然出现时, Rubisco活性不受影响,但是S...     

不同形态氮对杨树光合特性及生长的影响

杨树(Populusspp.)是我国北方平原地区主要用材和园林绿化树种,但不同形态氮对杨树生长生理的影响是否有差异目前还不清楚。为探讨4种形态氮(铵态氮、硝态氮、硝铵态氮和酰胺态氮)对杨树光合特性及生长参数的影响。该研究以两种不同基因型杨树——杨树‘546’(Populusdeltoidescv.‘55/56’×P.deltoidescv.‘Imperial’)和杨树‘107’(P.euramericanacv.‘74/76’)幼苗为实验材料,采用土培方法,测定不同形态氮施加后杨树幼苗的气体交换参数、叶绿素荧光参数、株高、基径、比叶面积、生物量及根冠比变化。两种基因型杨树生长习性基本类似,喜光、喜水、喜肥,但杨树‘546’较杨树‘107’对低温更敏感,有着较低的株高与较大的单叶面积。结果显示:杨树‘546’和杨树‘107’叶片光合特性相似,但生长状况存在明显差异。氮处理能够显著提高两种杨树净光合速率、气孔导度、蒸腾速率、光系统Ⅱ (PSⅡ)实际光化学量子效率、流经PSⅡ的电子传递速率、基径、株高、比叶面积及生物量,但降低其根冠比。除叶片净光合速率,杨树其他光合特性指标和生长参数在不同形...