生物膜胞外聚合物的检测技术与功能的研究进展

生物膜胞外聚合物是黏附在生物膜周围,保证生物膜功能及完整性的生物合成聚合物。近几年,生物膜胞外聚合物的物理化学性质、生物功能及其检查技术备受关注。就生物膜胞外聚合物的组成、检测技术及功能几方面展开综述。     

土壤微食物网结构与生态功能

土壤微食物网是碎屑食物网中与土壤生态过程密切相关的一部分,通过取食资源基质直接或间接地参与养分循环过程,影响陆地生态系统功能.本文从土壤微食物网的组成、结构和生态功能等方面综述了近年来土壤微食物网的研究进展.通过对土壤微食物网的能量通道及营养级联效应的介绍,阐述了土壤微食物网在碳(C)、氮(N)转化、凋落物分解和植物生长等方面的重要作用.针对目前的研究现状,提出未来土壤生态学研究应与高通量测序及稳定同位素技术相结合;通过构建模型进一步加强对土壤食物网结构和功能的研究,从而深入揭示地下生态过程及其对地上植物生长的反馈作用机理.     

黄土区地膜覆盖对麦田土壤微生物体碳的影响

研究了1999年(丰水年)和2000年(干旱年)旱地条件下不同时间覆膜(不覆膜、覆膜30d、覆膜60d和全程覆膜)对春小麦(Triticum aestivum)农田土壤微生物体碳的影响．结果表明,1999年土壤微生物体碳平均为335．3mg·kg^-1干土,2000年平均为259．3mg·kg^-1干土,前者高出后者29．37％．2年中最高微生物体碳均出现在全程覆膜处理．1999年。土壤微生物体碳在覆膜60d时即接近最高值。该处理籽粒产量也最高．2000年。由于春小麦生育后期降水丰富。在整个生育期中,微生物体碳增长表现为“增长-平稳甚至出现下降-再增长”的梯形方式,到生育后期,各处理之间才出现显著差异。全程覆膜处理的微生物体碳后期大幅度增加。与1999年接近．2年中各处理的C／N处于7．732～9．042之间。远低于11．3的临界值,C／P处于300．8～719．6之间,均高于300的临界值,不利于土壤微生物体碳的增加．微生物和作物对土壤有效态氮和磷的吸收处于竞争状态,表明该农田生态系统有机质严重不足。已经构成了限制作物生产力发挥的雷耍因素．长期地膜覆蔫和大量伸用化肥将加剧这一问题的严重性。     

一种实时、灵敏检测细胞功能活动的仪器—微生理记录仪

微生理记录仪（microphysiometer)能够快速、实时、连续、灵敏地检测生理状态下完整细胞胞外环境的酸度变化,借以反映细胞的功能活动。现已广泛应用于药理学、毒理学、胞内信息传递等多个领域,本文仅就其基本原理及其在生命研究中的应用做一简要综述。     

水中构筑物表面生物膜形成物理化学过程

水中构筑物表面生物膜的形成会加速构筑物的腐蚀,严重影响其使用效率和寿命;成熟后的生物膜老化脱落或受水力剪切作用进入主体水中,会造成水体二次污染,对动植物生长和人类生活造成重大影响。生物膜的形成是由单个细菌黏附到表面开始的,经过可逆黏附到不可逆黏附的过渡后,细菌分泌的胞外聚合物（extracellular polymeric substances, EPSs）会加速表面微菌落的形成,再通过细菌间的群体感应（quorum sensing,QS）使细菌启动表型和基因型变化,最终促使成熟生物膜的形成。本文综述了生物膜形成的不同阶段所涉及的物理化学过程（薄膜形成阶段、细菌黏附阶段、胞外聚合物膜阶段、群体感应调节生物膜阶段和生物膜成熟与表征）,分析总结了本领域各方向的最新研究进展,归纳并阐明了水中构筑物表面生物膜形成的机理和影响因素,为生物膜防控、清除和利用等相关研究领域提供了理论依据。     

转基因植物根系分泌物对土壤微生态的影响

随着转基因植物商品化进程的加快,对其进行生态风险性评价日益引起学者的重视。诸如转基因逃逸到其它亲缘物种中、产生超级杂草和病毒、昆虫产生耐受性及生物多样性遭受破坏等问题已在部分转基因作物中显现。本文综述了转基因植物中根系分泌物对土壤微生态的影响。     

微塑料与土壤环境中微生物互作研究进展

作为环境中广泛存在的污染物,微塑料(microplastics)的相关研究备受关注。基于已有研究,本文综合分析了微塑料与土壤微生物(soil microorganisms)的互作关系,微塑料会通过直接或间接的方式影响微生物群落结构与多样性,影响的程度取决于微塑料的类型、剂量和形状。土壤微生物会通过形成表面生物膜和群落选择效应来适应微塑料这一外来物所引起的变化。本文还特别关注了微塑料的生物降解机理,同时探究了影响这一过程的因素,微生物首先会定殖在微塑料表面,分泌多种胞外酶在特定位点发挥作用,将聚合物转化成低聚物或单体,解聚的小分子进入胞内进一步分解代谢,而影响这一降解过程的因素除了分子量、密度、结晶度等微塑料自身理化性质,还包括一些生物因素和非生物因素对相关微生物生长代谢和酶活性的作用。未来研究应注重与实际环境的联系,在深入探究微塑料生物降解研究的同时,开发解决微塑料污染问题的新技术。     

体外牙周微生态模型构建方法及应用研究进展

牙周炎的病因学研究经历了从非特异性菌斑学说、特异性菌斑学说到生态菌斑学说的转变,但其具体的发病机制仍有待进一步研究。近年来,有学者提出了多微生物协同和生态失调模型,病原体组作为疾病病因学中的新概念也逐渐引起重视,这些都提示牙周感染中牙菌斑生物膜与宿主之间存在复杂的相互作用。因此,构建牙周微生态模型对牙周炎病因及防治的研究具有重要意义。目前已有不同研究构建了多个体外牙周微生态模型,其建模方法和应用存在差异。本文就体外牙周微生态模型构建方法及应用进展进行综述,以期为相关研究提供参考。     

生防菌对土壤微生态影响的风险评估

土壤微生物在地理生物化学循环过程中起着极其重要的作用。在农业生态系统中,土壤微生物通过降解植物残体为植物提供营养,同时维持植物生产所需的土壤性质。生防菌的引入可能会破坏土壤原有微生物的群落结构和功能,从而对整个生态系统造成有害的影响,因此不论生防菌有无经过基因修饰,在商业化应用前必须对其在农业生态环境中的行为和对土壤生态系统的潜在影响进行风险评估。     

多功能菌株的筛选及其在次生盐渍化土壤中的应用

次生盐渍化和土传病害是导致设施栽培连作障碍的主要因素,为了缓解设施栽培的连作障碍,从土壤中筛选多功能菌株并应用于连作障碍土壤中成为一种新的研究思路。文章通过对12株菌株的硝酸盐降解能力、产胞外聚合物（EPS）能力、降碱能力、抑菌能力进行验证,优选出硝酸盐降解能力最强的假单胞菌（Pseudomonas sp.）N11,EPS产量最高的琼氏不动杆菌（A c ine tobacte r junii）S27,抑菌效果最好的解淀粉芽孢杆菌（Bac illus amyloliquefacie ns）Y2,并将其制成混合菌剂运用于次生盐渍化土壤中。实验组对土壤中硝酸盐的降解率可达31.71%,而对照组仅为15.28%,说明混合菌剂降盐效果显著。筛选出的多功能菌株,可有效改善连作障碍土壤的次生盐渍化和土传病害问题,为提高设施蔬菜栽培产量提供可靠的技术手段。     

Enhanced extraction of extracellular polymeric substances from biofilms by alternating current

The extraction of extracellular polymeric substances (EPS) including polysaccharides and proteins from aerobic biofilms using either EDTA or NaOH was enhanced by alternating current especially within the first 0.5 h of current application. At 60 mA and 50 Hz, the average extraction rate of polysaccharides within the first 0.5 h using EDTA was 8.3 mg h^–1 g TS^–1 (TS: total solid, dry wt), 1.6 times of that without current, and that of proteins was 2.5 mg h^–1 g TS^–1, 1.2 times higher. The extraction of polysaccharides was maximal at around 500 Hz while that of proteins was less affected by increasing the current frequency.     

细菌生物被膜基质的研究进展

细菌生物被膜(biofilm)附着在生物或者非生物表面,由细菌及其分泌的糖、蛋白质和核酸等多种基质组成的细菌群落,是造成病原细菌持续性感染、毒力和耐药性的重要原因之一.细菌的生物被膜基质由复杂的胞外聚合物(extracellular polymeric substances,EPS)构成,影响生物被膜的结构和功能.本文...     

Metal resistance in Candida biofilms

Yeasts are often successful in metal-polluted environments; therefore, the ability of biofilm and planktonic cell Candida tropicalis to endure metal toxicity was investigated. Fifteen water-soluble metal ions, chosen to represent groups 6A to 6B of the periodic table, were tested against this organism. With in vitro exposures as long as 24 h, biofilms were up to 65 times more tolerant to killing by metals than corresponding planktonic cultures. Of the most toxic heavy metals tested, only very high concentrations of Hg2+, CrO4 (2-) or Cu2+ killed surface-adherent Candida. Metal-chelator precipitates could be formed in biofilms following exposure to the heavy metals Cu2+ and Ni2+. This suggests that Candida biofilms may adsorb metal cations from their surroundings and that sequestration in the extracellular matrix may contribute to resistance. We concluded that biofilm formation may be a strategy for metal resistance and/or tolerance in yeasts.     

华北农牧交错带农田-草地界面土壤水分影响域分析

在华北农牧交错区,选择线状边界的农田与草地典型区进行调查与土壤水分测定,采用移动窗口法,对农田-草地景观界面表层（0～20 cm）土壤水分影响域进行研究.结果表明：界面水分的影响域为草地6 m到农田4 m,总宽度10 m,属急变型界面;将农田-草地景观界面划分为3个功能区：农田功能区、草地功能区和农田-草地复合功能区.其中农田-草地复合功能区的土壤含水量变化剧烈,而草地功能区与农田功能区内土壤水分基本呈线性分布;草地生态系统土壤平均含水量比农田高约1 g·g^-1,这主要是由于草地开垦为农田后风蚀等作用而引起的土壤毛管持水力下降所致.作为植被覆盖不同的两个生态系统,不同的植物蒸腾和地表蒸发,可使不同功能区的土壤含水量产生明显差异,从而使土壤水势发生变化,使水分跨生态系统运移成为可能.     

Bacterial biofilms and quorum sensing: fidelity in bioremediation technology

Increased contamination of the environment with toxic pollutants has paved the way for efficient strategies which can be implemented for environmental restoration. The major problem with conventional methods used for cleaning of pollutants is inefficiency and high economic costs. Bioremediation is a growing technology having advanced potential of cleaning pollutants. Biofilm formed by various micro-organisms potentially provide a suitable microenvironment for efficient bioremediation processes. High cell density and stress resistance properties of the biofilm environment provide opportunities for efficient metabolism of number of hydrophobic and toxic compounds. Bacterial biofilm formation is often regulated by quorum sensing (QS) which is a population density-based cell–cell communication process via signaling molecules. Numerous signaling molecules such as acyl homoserine lactones, peptides, autoinducer-2, diffusion signaling factors, and α-hydroxyketones have been studied in bacteria. Genetic alteration of QS machinery can be useful to modulate vital characters valuable for environmental applications such as biofilm formation, biosurfactant production, exopolysaccharide synthesis, horizontal gene transfer, catabolic gene expression, motility, and chemotaxis. These qualities are imperative for bacteria during degradation or detoxification of any pollutant. QS signals can be used for the fabrication of engineered biofilms with enhanced degradation kinetics. This review discusses the connection between QS and biofilm formation by bacteria in relation to bioremediation technology.     

侵蚀环境生态恢复过程中人工刺槐林(Robinia pseudoacacia)土壤微生物量演变特征

采用时空互代法,以典型侵蚀环境纸坊沟流域生态恢复过程中不同年限的人工刺槐林为研究对象,选取坡耕地和天然侧柏林为参照,分析了植被恢复过程中土壤微生物量、呼吸强度、代谢商及理化性质的演变特征。结果表明,生态恢复过程中刺槐林土壤理化性质得到明显改善,微生物量随恢复年限的增加变化显著,10~15a后达到显著水平;并随年限逐渐增加,在近熟林和成熟林期基本达到稳定,成熟林后期又开始上升,恢复50a的刺槐林微生物量碳、氮、磷较坡耕地增加幅度分别为213%、201%和83%,但仅为天然侧柏林的50.98%、55.17%和61.48%。呼吸强度随恢复年限增加先升高后降低,与有机碳变化规律不同步;qCO2在恢复初期较坡耕地显著升高,随后迅速降低,25a后开始回落到坡耕地以下,50a后达到最低值,与天然侧柏林没有显著差异。相关性分析显示微生物量碳、氮、磷、qCO2与土壤养分和恢复年限相关性最为密切,达到显著（P〈0.05）或极显著水平（P〈0.01）。人工刺槐林促进生态恢复可以依靠生物的自肥作用恢复土壤肥力和增加微生物量,但要恢复到破坏前该地区顶级群落时的土壤微生物量和理化性状,还需要一个漫长的阶段,这个阶段可能需要上百年的时间。     

生物炭对农田土壤微生物生态的影响研究进展

生物炭作为新型土壤改良剂在国内外环境科学等领域受到广泛的关注.关于生物炭对土壤理化性质的改良研究较早,目前虽然已深入到土壤微生物生态的领域,但是大多数将土壤理化性质与土壤微生物生态分开考虑,缺乏对二者相互作用的系统评述.本文总结了施用生物炭后土壤理化性质的改变与土壤微生物群落变化之间的相互关系:生物炭不仅能够提高土壤pH值、增强土壤的持水能力、增加土壤有机质等,而且会影响土壤微生物的群落结构、改变细菌和真菌的丰度;施用生物炭后,土壤环境和土壤微生物之间互相影响互相制约,共同促进了土壤微生物生态系统的改良.本文旨在为生物炭改良农田土壤微生态的深入研究提供新的思路,从生态系统的角度促进生物炭环境效应影响的研究,使生物炭的应用更具有科学性和有效性,并对生物炭在相关领域的应用进行了展望.     

Life after death: the critical role of extracellular DNA in microbial biofilms

The death and lysis of microbial cells leads to the release of cytoplasmic contents, many of which are rapidly degraded by enzymes. However, some macromolecules survive intact and find new functions in the extracellular environment. There is now strong evidence that DNA released from cells during lysis, or sometimes by active secretion, becomes a key component of the macromolecular scaffold in many different biofilms. Enzymatic degradation of extracellular DNA can weaken the biofilm structure and release microbial cells from the surface. Many bacteria produce extracellular deoxyribonuclease (DNase) enzymes that are apparently tightly regulated to avoid excessive degradation of the biofilm matrix. Interfering with these control mechanisms, or adding exogenous DNases, could prove a potent strategy for controlling biofilm growth.     

植物根系固坡抗蚀的效应与机理研究进展

植物根系对抵抗坡体浅层滑坡和表土侵蚀起着巨大的作用.植物根系通过增强土体的抗剪强度发挥固坡效应.目前有关植物根系固坡机理的模型较多,普遍接受的是Wu-Waldron模型.该模型表明,植物根系产生的土体抗剪强度的增量与根系的平均抗拉强度和根面积比成正比,应用该模型评价根系固坡效应的2个最重要因素是根系的平均抗拉强度和根面积比.研究发现,土壤抗侵蚀性随着植物根系数量的增加而提高,但未有一致的定量函数关系.植物根系提高土壤抗侵蚀性主要通过直径小于1mm的须根起作用.须根通过增加土壤水稳性团聚体的数量与粒径等作用来提高土壤的稳定性,以抵抗水流分散;须根还能有效地增强土壤渗透性,减少径流,从而达到减少土壤冲刷的目的.