好氧反硝化生物脱氮技术的研究进展

好氧反硝化生物脱氮技术自提出以来,凭借能实现同步硝化反硝化、节省基建投资及运行费用等诸多优点,受到国内外环境领域学者的广泛关注。本文首先总结了近年来好氧反硝化菌种的筛选分离情况,以及环境因子对好氧反硝化菌脱氮效能的影响,包括溶解氧(dissolved oxygen,DO)、碳氮比(C/N)、温度等。然后深入探讨了好氧反硝化生物脱氮技术的原理,好氧反硝化过程中的关键功能基因及酶,同时介绍了分子生物技术在好氧反硝化研究过程中的应用,以及好氧反硝化生物脱氮技术在实际应用方面的研究现状。最后,基于目前的研究瓶颈问题,对未来好氧反硝化生物脱氮技术的研究方向提出了科学展望。     

膜生物膜法在水污染控制及资源回收中的研究进展

传统以达标排放为核心目标的废水处理工艺往往以高能耗、高物耗换取污染物削减,形成了"减排污染物、增排温室气体"的尴尬局面,并不符合可持续发展理念。作为一种新型的膜处理技术,膜生物膜法可利用无泡曝气的方式将气态电子供体(甲烷、氢气)或受体(氧气)提供给附着在膜表面的微生物,从而驱动水体中的污染物去除,并产生一些极具回收潜力的物质,最终实现污染物削减、节能减排及资源回收三大目标的有机整合。本文系统介绍了膜生物膜的传质过程及其去除污染物的微观机制,探讨了膜生物膜法在水处理资源回收方面的研究前景,梳理了膜生物膜反应器在水污染控制方面的实验研究和中试应用现状,并总结了膜生物膜法面临的挑战及发展趋势。     

三峡水库坝下江心洲植物群落及其性状对不同水淹强度的响应

三峡水库的运行,改变了其坝下游的水沙情势,使坝下游沙洲生境呈现出明显的水淹强度梯度变化。阐明这一梯度变化下沙洲植被组成、分布和性状结构特征,是理解植被与沙洲稳定关系的基础,更是阐明三峡工程对长江中下游地区生态环境影响的核心内容之一。选取上荆江河段第一个江心洲-太平口心滩作为研究样地,通过植被组成和分布特征的调查,对不同水淹强度下群落物种组成、多样性和功能特征进行了深入分析。结果表明：太平口心滩植被组成以草本植物为主,稀布小型灌木川三蕊柳。调查共记录物种21科33属39种,以禾本科和菊科植物为主要优势种。轻微（20-40 d）和极强水淹强度（100+d）条件下的生境物种组成同其他水淹强度生境具有显著性差异,轻微水淹强度下牛鞭草和节节草为主要优势种,极强水淹强度下虉草为主要优势种。不同水淹强度下物种多样性指数差异显著,功能多样性指数和生物多样性指数趋势基本一致。随着水淹时间的延长,植被更倾向于表现出花果期位于出露期、植株高度更加低矮、须根系、进行营养繁殖的功能性状。江心洲植被的群落结构和功能性状特征都在水淹梯度下呈现出明显的梯度变化特征。这些研究结果表明水淹强度的梯度变化是沙洲植物群落变化的重要驱动因子,为进一步研究沙洲植物群落动态变化以及沙洲植被协同演替机制,明晰大坝影响下的生态环境变化提供重要依据。     

桂林岩溶石山青冈群落植物功能性状的种间和种内变异研究

研究植物功能性状的种间和种内变异,有助于揭示植物对环境的适应策略及其群落构建机制研究。以桂林岩溶石山青冈群落主要木本植物为研究对象,选取叶干物质含量（LDMC）、叶厚度（LT）、比叶面积（SLA）和木材密度（WD）4个功能性状,采用混合线性模型结合方差分解方法对其在种内和种间尺度的变异程度和相对贡献进行分析,同时运用零模型方法探讨驱动岩溶石山青冈群落构建的潜在机制。结果表明：（1） LDMC,LT,SLA和WD这4个性状在种内和种间水平上均存在不同程度的变异幅度,种间变异大于种内变异,但种内变异亦不容忽略。（2）零模型检验表明,将种内变异纳入考虑的环境过滤检测得到改善,基于个体性状值的尺度考虑群落构建机制研究是必要的。（3）对于桂林岩溶石山青冈群落,环境过滤作用确实是群落构建的重要驱动机制,与相似性限制作用和随机作用共同塑造了以青冈为优势物种的群落构建。     

三峡库区消落带草本植物根际细菌群落季节变化特征及功能预测

为了研究三峡库区消落带人工修复植被下不同季节根际细菌群落特征,选取位于三峡库区核心地带的忠县石宝镇汝溪河流域消落带生态修复示范基地内两种适生草本狗牙根(Cynodon dactylon)、牛鞭草(Hemarthria altissima)根际土壤进行16S rDNA高通量测序。研究结果显示:在消落带退水后的春季、夏季、秋季3个季节共检测到细菌60门、151纲、403属,主要优势门为变形菌门、酸杆菌门、拟杆菌门;放线菌门和芽单胞菌门的相对丰度在季节水平上存在差异,夏季芽单胞菌门丰度较高,秋季放线菌门相对丰度显著减少。适生草本的根际土壤细菌α多样性表现出一定的季节变化规律,即秋季>夏季>春季;通过冗余分析发现,影响细菌群落结构的环境因子主要有土壤全磷(TP)、速效钾(AK)、含水量(SWC)、有机质(OM)。基于未观测状态重建的群落系统发育研究(PICRUSt2)功能预测共发现6个一级功能层和45个二级功能层;代谢功能在一级功能层中占比最高,其有利于提高消落带适生草本植物抑制病原菌的能力,促进植物的生长;一级功能层中有两个功能基因表现出季节差异,二级功能层中有14个子功能的相对丰度在不同季节存在显著差异。由此可见,根际细菌群落对狗牙根、牛鞭草两种草本植物能够广泛分布且适生于三峡库区消落带的土壤环境起到了重要的促进作用。     

人工湿地植物种类及多样性对甲烷释放及功能基因丰度的影响

为了研究人工湿地处理中碳/氮水平的废水时植物种类及多样性对系统甲烷释放及功能基因丰度的影响,我们构建了实验尺度的人工湿地微宇宙实验系统。选取千屈菜(Lythrum salicaria L.)和海寿花(Pontederia cordata L.)2种人工湿地常用、景观效果好的植物,在系统中配置了单种处理和两物种混种处理。结果表明:千屈菜与海寿花混种系统的甲烷释放强度(8.78 mg CH_4 m~(-2) d~(-1))高于两物种单种系统的平均值(6.97 mg CH_4 m~(-2) d~(-1))(P0.001),同甲烷释放一样,混种系统的mcrA基因绝对丰度(977541.6 copies/g dw soil)也高于两物种单种系统的平均值(585146.8 copies/g dw soil),但混种系统的pmoA基因绝对丰度(326956.6 copies/g dw soil)低于两物种单种系统的平均值(1043616.0 copies/g dw soil)(P0.001)。此外,混种系统的微生物量、植物生物量高于两物种单种系统的平均值(P0.01),但出水铵态氮浓度低于两物种单种系统的平均值(P0.05),出水总有机碳浓度和硝态氮浓度在单混种系统间无显著差异(P0.05)。千屈菜单种系统和海寿花单种系统间的甲烷释放强度、pmoA基因绝对丰度、微生物量、植物生物量和出水铵态氮浓度存在显著差异(P0.05),但mcrA基因绝对丰度、出水总有机碳和硝态氮浓度无显著差异(P0.05)。为了达到人工湿地的高净化效率,需要将千屈菜与海寿花混合种植,但混合种植强化甲烷释放。通过植物种类和丰富度对各指标变异的解释度(ω~2)分析发现,植物种类对甲烷释放、pmoA基因绝对丰度、出水铵态氮的影响大于植物丰富度,但对mcrA基因绝对丰度的影响小于植物丰富度。     

基于土地利用变化的贵州坝子土地利用功能演变研究

贵州省为典型喀斯特山区,强烈的人类活动主要分布在坝地地区,研究坝子土地利用功能演变对土地可持续利用具有重要价值。基于土地利用变化,根据三生功能理论构建土地利用功能分类体系,以贵州省1990年、2000年、2010年和2016年四期遥感影像为数据源,借助ArcGIS10.2软件平台构建土地利用功能转移矩阵和坝子功能冷热点分布图。研究表明:(1)贵州省坝子土地利用功能已由以传统农业生产功能为主转为以传统农业生产功能-农村居住生活功能为主,坝子土地利用由单一功能向多功能转变;(2)1990—2016年,坝子的功能类型增加10种类型,其中8类是复合类型,坝子功能向多样性转变;(3)单一功能与复合功能坝子比例变化曲线呈"X"型,到2016年,复合功能坝子比例大于单一功能坝子;(4)1990—2000年,坝子土地利用功能变化缓慢,2000年以后坝子土地利用功能变化强烈;(5)传统农业生产功能转移最为强烈,主要转移为城镇居住生活功能、农村居住生活功能、工业生产功能及与之相关的复合功能和自然生态功能;(6)各种功能类型坝子冷热点的空间分布变化复杂,从总体上看各功能的空间分布由集聚变为分散。     

盐胁迫下欧李叶片叶绿体结构及功能与超微弱发光激发的关系

为初步探索叶绿体及其功能与超微弱发光（Ultraweak luminescence,UWL）激发的关系,揭示UWL与植物生长生理的关系及植物中UWL产生的来源,本试验以欧李（Cerasus humilis）为材料,采用室内盆栽试验,设置不同浓度盐胁迫处理,研究盐胁迫下欧李叶片的叶绿体结构和功能（叶绿素代谢、光系统Ⅱ活性、光合性能和能量水平）及UWL的变化规律和相关性。结果表明：（1）盐胁迫降低了欧李叶片的UWL强度,且盐浓度越高,UWL强度下降程度越大;（2）盐胁迫破坏了欧李叶片叶绿体结构,并降低了其功能,具体表现为叶绿素合成主要前体物质（ALA、Mg-ProtoⅨ）含量显著降低,叶绿素降解酶叶绿素酶（Chlase）活性显著升高,导致叶绿素（Chla、Chlb、Car和Chla+b）含量显著降低;同时欧李叶片FV/Fm、FV/FO、PIABS、RC/CSm、φE0和ΨE0快速下降,光系统Ⅱ活性受到严重抑制;进一步Pn、Tr、Gs下降,Ci同时升高,光合性能显著减弱;ATP含量和EC的显著降低,导致能量水平整体下降;（3）欧李叶片UWL强度与其叶绿素代谢物质及叶绿素含量（ALA、Mg-ProtoⅨ、Chla、Chlb、Car和Chla+b）、光系统Ⅱ活性（FV/Fm、FV/FO、PIABS、RC/CSm、φE0、ΨE0）、光合性能（Pn、Tr、Gs）及能量水平（ATP、EC）等参数均呈显著或极显著性正相关关系。（4）盐浓度越高,胁迫时间越长,欧李叶片UWL强度与叶绿体功能各指标变化程度越大,且高浓度处理下的相关性整体高于低浓度处理。可见,在盐胁迫条件下,欧李叶片叶绿体结构被破坏,同时其功能受到损伤活力下降,从而导致UWL强度降低;UWL强度与叶绿体及其功能关系密切,叶绿体可能是UWL的细胞器之一;UWL强度可以用来反映欧李叶片受盐胁迫伤害的程度。     

晋北典型针叶人工林叶功能性状特征及其与土壤因子的关系

为了解释植物叶片的资源分配特征及其与土壤因子间的适应策略,该研究以黄土高原东北缘山西省大同市新荣区油松、樟子松人工纯林及其柠条混交林为对象,采用样方法采集样木树冠中部生长良好的轮生枝中东西南北4个方向的枝条,并在每个枝条上选择里、中、外3处有代表性的当年生叶和多年生叶;采用 “S”形采样法在每个样方内选取9个取样点,用土钻采集各样点0～20 cm土壤样品;测定分析不同造林模式下油松、樟子松异龄叶功能性状特征、土壤理化性质以及二者的关系,为人工林培育及经营提供理论支撑。结果表明：(1)不同造林模式下油松及樟子松叶功能性状的差异集中在化学计量之间;随着叶龄增长,油松、樟子松均表现出干物质含量上升,氮磷含量下降的特征。(2)土壤全磷、全氮含量分别是油松当年及多年生叶的主要解释因子,土壤全磷与当年生叶碳氮比、有机碳、碳磷比均呈显著正相关关系,与全氮、叶面积及叶干物质含量呈显著负相关关系,土壤全氮与多年生叶全磷含量呈正相关关系,与叶有机碳、碳磷比、碳氮比则呈显著负相关关系。(3)樟子松当年生叶功能性状的关键土壤因子是土壤容重、全磷含量,其与叶碳氮磷的比值、干物质含量、碳含量呈正相关关系,而与氮磷含量呈负相关关系;多年生叶功能性状的关键土壤因子是土壤容重、含水量、pH,其与叶氮磷含量呈正相关关系,与碳含量、干物质含量、比叶面积等呈负相关关系。(4)油松及樟子松纯林的叶功能性状更易向关键土壤因子含量更高的方向偏移,说明与柠条混交可有效分异叶片生长对主要土壤因子的集中需求,但混交造林模式下林木长势有所衰弱;结合研究区资源匮乏现状,林木种植密度较大,竞争加剧了生存压力导致林木生长受限。     

食源性致病菌激活NLRP3炎症小体及食源性功能物质的抑制机理研究进展

食源性致病菌感染是引起食源性疾病的首要因素,严重影响人类健康。炎症小体通过识别受体感知入侵宿主的危险信号进而组装形成多聚蛋白复合物,从而诱导炎症反应,是先天免疫系统中识别食源性病原菌感染和清除病原体的重要防线。NLRP3炎症小体是位于胞内的炎症反应平台,可以感知多种病原微生物的侵袭,在先天性免疫反应中起着至关重要的作用。食源性致病菌感染常引起NLRP3炎症小体的异常激活,介导多种炎症性疾病的发生和发展,因此,许多抗炎研究中常常以NLRP3炎症小体作为靶点。本文总结了食源性致病菌及其代谢产物激活NLRP3炎症小体的分子机制,以及天然产物和膳食功能物质抑制NLRP3炎症小体激活的机理,为治疗炎症性疾病、开发缓解致病菌诱导的炎症反应的功能化合物提供新的思路。