低甲烷排放转基因水稻是实现水稻低碳生产的理想材料.土壤微生物驱动了稻田甲烷的产生,低甲烷排放转基因水稻土壤微生物群落组成的变化不仅影响稻田甲烷排放,也关系到土壤微生态系统的稳定性.通过对细菌16S rRNA基因、真菌ITS基因的高通量测序及mcrA、nifH、amoA和nirS等功能基因的荧光定量PCR,分析了低甲烷排放转基因水稻(86R27-3)与野生型水稻(MH86)土壤微生物群落间的差异.结果显示:稻田土壤细菌群落的α-多样性指数在86R27-3与MH86间无明显差异,且仅在水稻分蘖期86R27-3的土壤真菌群落多样性指数Shannon、Simpson及均匀度指数Pielou_e显著高于MH86(P＜0.05);β-多样性分析表明土壤细菌或真菌群落组成在86R27-3与MH86间均没有显著差异;但在水稻齐穗期:86R27-3 土壤的放线菌门(Actinobacteria)、罗泽真菌门(Rozellomycota)的相对丰度显著高于MH86(P＜0.05),而酸杆菌门(Acidibacteria)、子囊菌门(Ascomycota)的相对丰度显著低于MH86(P＜0.05);土壤微生物群落功能预测显示,86R27-3 土壤氮、硫和锰代谢细菌功能群丰度显著低于MH86(P＜0.05),如分蘖期的土壤硝酸盐还原、硝酸盐呼吸、硫代硫酸盐呼吸及硫呼吸,齐穗期和成熟期的好氧亚硝酸盐氧化及成熟期的锰氧化等;与MH86相比,86R27-3的土壤真菌功能群丰度有减有增,如在水稻不同生育期内的其未定义腐生物银耳目、嗜热囊菌科、镰刀菌属及韦斯特氏菌功能群丰度显著降低(P＜0.05),而其分蘖期的动物内共生体腐生生物毕赤酵母属和未定义腐生物马勃科功能群丰度显著提高(P＜0.05).定量PCR分析表明86R27-3 土壤中的产甲烷细菌mcrA基因丰度显著低于MH86(P＜0.05),同时,土壤固氮菌nifH基因、氨氧化细菌amoA基因及反硝化细菌nirS基因的丰度在86R27-3土壤中也显著降低(P＜0.05).综上所述,低甲烷排放转基因水稻(86R27-3)对土壤细菌或真菌的群落组成没有影响,但可引起主要细菌或真菌种类的相对丰度及某些细菌或真菌功能群丰度发生变化,并显著降低了稻田土壤微生物功能基因丰度.

为探讨植物种类对人工湿地中根际细菌群落结构特征分布的影响,以 7 种木本植物细叶水团花(Adina rubella)、南川柳(Salix rosthornii)、白棠子(Callicarpa dichotoma)、夹竹桃(Nerium oleander)、木芙蓉(Hibiscus mutabilis)、水蜡(Ligustrum obtusifolium)、大叶女贞(Ligustrum lucidum)为研究对象,运用 16S rRNA细菌高通量测序技术,探究垂直流人工湿地木本植物根际微生物群落结构及其主要功能类群.结果表明:细叶水团花、水蜡根际菌群的多样性、丰富度与均匀度均高于其他 5 种植物,其根系能够更好地富集微生物.门水平上,变形菌门、厚壁菌门是木本植物平均相对丰度较高的门,其次为绿弯菌门、放线菌门和蓝藻门;属水平上,乳杆菌属、片球菌属、地杆菌属为木本植物的共有优势菌属;大叶女贞、白棠子、夹竹桃菌落组成差异显著,乳杆菌属、片球菌属、乳球菌属是引起 7 种木本植物样本间菌落差异的关键物种;7 种木本植物根际硝化功能菌属丰度普遍较低,相对丰度范围为 0.11%—1.06%;反硝化功能菌属的相对丰度范围为 3.51%—10.40%,水蜡对于反硝化功能菌属的富集能力最强.基于实验得出,在模拟垂直流人工湿地条件下,根系水淹处理的木本植物为微生物反硝化作用营造了适宜的厌氧条件,使反硝化细菌在木本植物根际大量富集,供试的 7 种木本植物在适应水淹缺氧逆境胁迫的同时,仍能够保障人工湿地系统的氮去除能力.

水产养殖过程中氮元素超标易造成水质恶化,威胁水产动物的生长繁殖,亟需安全、高效的脱氮方法.从福建某水产养殖池底的污泥中筛选出一株氨氮降解菌,菌种鉴定后进行适应性驯化,并研究不同条件对菌株生长和氨氮降解的影响,随后又以亚硝态氮为唯一氮源检测菌株的好氧反硝化特性.菌株经 16S rRNA鉴定为阿氏芽孢杆菌Bacillus aryabhattai,命名为JN01;驯化后,菌株的生长、氨氮去除率均有不同程度提高,初始NH4+-N浓度为 200 mg/L的氮去除率最高达 87.29%;影响菌株脱氮的单因素实验结果表明,当NH4+-N浓度为 200 mg/L、丁二酸钠为碳源、碳氮比为 15∶1、pH 7.5、培养温度为 30℃时,菌株的氨氮降解率可以达到 92.78%.在亚硝态氮为唯一氮源的条件下,菌株JN01 也能进行好氧反硝化转化,NO2--N降解率为 82.30%.B.aryabhattai JN01 具有良好的异养硝化和好氧反硝化特性,具备同时解决养殖废水中氨氮和亚硝酸盐超标的应用潜力.

为了提高低温废水的生物脱氮效率,从寒冷地区冬季土壤和底泥中分离筛选耐低温异养硝化-好氧反硝化细菌,研究其脱氮特性及途径.通过菌落和细胞形态特征观察、16S rRNA基因序列分析鉴定菌种.分别以NH4+-N、NO3--N、NO2--N为唯一氮源,以NH4+-N和NO3--N为混合氮源,考察菌株在低温条件(10℃)的硝化、反硝化以及同步硝化反硝化性能.采用聚合酶链式反应(polymerase chain reaction,PCR)对菌株的脱氮功能酶基因扩增,推测低温脱氮途径.结果表明,从河水底泥中筛选出一株异养硝化-好氧反硝化菌,经鉴定为Pseudomonas veronii,命名为P.veronii DH-3.该菌分别以相同初始含氮量(105 mg/L)的NH4+-N、NO3--N和NO2--N为唯一氮源,在 10℃好氧培养 48 h时,氮的去除率分别为 99.07%、96.89%和 90.29%,且在脱氮过程中几乎无亚硝酸盐的累积.以NH4+-N和NO3--N为混合氮源时,NH4+-N在 48 h内被完全去除,NO3--N的去除率为 87.09%;氮平衡分析结果表明,以NO3--N和NO2--N为唯一氮源时含氮气体和细胞内生物氮的转化率均低于NH4+-N,表明该菌株的异养硝化能力强于好氧反硝化能力.脱氮功能基因hao、napA、nirS、nirK、cnorB和nosZ的成功表达,进一步证实该菌株具有硝化反硝化能力.根据上述研究结果,推测该菌株低温脱氮的主要途径为异养硝化-好氧反硝化作用和同化作用.菌株P.veronii DH-3 具有良好的异养硝化-好氧反硝化性能,为低温含氮废水的生物净化提供了理论支持.

文章对海南某焦炭制造厂的全规模污水处理系统进行了深入分析,该系统包含两个缺氧罐、四个好氧罐和三个硝化罐及相关配套设施.在研究过程中对系统的污水净化性能进行了评估,并基于运行参数对全规模颗粒污泥去氮的出水浓度影响进行了探讨.结果表明,尽管系统面临苯酚、SCN、氨和氰化物等污染物带来的硝化作用不稳定的问题,但通过调整废水净化系统的运行参数,可以达到对排放浓度的调控.此外,研究还展示了微生物活性在颗粒污泥硝化和反硝化活性的变化中所发挥的关键作用.因此,研究为提高工业废水的处理效率,特别是提高全规模颗粒污泥法的氮素去除效率提供了有益的研究成果和实践建议.

对不同林龄杉木人工林(5、8、21、27 和40 年生)土壤硝化与反硝化过程及功能微生物丰度进行研究.结果表明:土壤净硝化速率随林龄的增加波动变化,8、27 年生杉木人工林土壤净硝化速率显著低于 5、21 和40 年生.27 年生杉木人工林土壤氨氧化古菌(AOA)amoA基因丰度显著低于40 年生,其他林龄AOA amoA基因丰度之间无显著差异.不同林龄杉木人工林的氨氧化细菌(AOB)amoA基因丰度、反硝化功能基因丰度以及反硝化潜势均无显著差异.逐步回归分析表明,土壤氨氧化微生物AOA amoA基因丰度受土壤理化性质的影响不显著,土壤总碳和土壤pH是影响AOB丰度的重要因子.反硝化功能基因narG、nirK及nosZ随土壤pH的增加而增加,编码亚硝酸盐还原酶(NIR)的功能基因(nirK、nirS)受土壤总碳的影响.林龄可通过影响AOA amoA基因丰度影响土壤净硝化速率.林龄直接作用于反硝化潜势,或间接影响土壤微生物生物量碳、土壤pH及反硝化功能基因丰度(narG和nirK),进而影响反硝化潜势.相较于反硝化过程,土壤硝化作用及AOA amoA基因丰度对杉木林分发育更加敏感,可适当延长轮伐期以降低土壤硝化作用造成的氮流失风险.

[背景]石化工业废水具有高盐含氮的特点,高盐度会对微生物代谢造成抑制,导致普通反硝化微生物难以在高盐环境下有效脱氮.[目的]筛选在高盐条件下仍能保持反硝化能力的菌株并研究其特性.[方法]富集筛选出一株耐盐反硝化细菌,对其进行生理生化特性和 16S rRNA基因序列鉴定,对其生长条件进行优化并测定该菌株反硝化能力,对菌株在高盐环境下的产物进行定性定量分析.[结果]经鉴定菌株YA16-1 为表皮短杆菌(Brevibacterium epidermidis),可对硝态氮进行反硝化作用,在盐度为3%、初始氮浓度为55 mg/L的条件下,18 h的硝态氮转化率达到97%;初始硝态氮浓度为 250 mg/L时,24 h内硝态氮转化率达到 100%.该菌株的最适生长条件为:2%NaCl,碳源为玉米芯粉,氮源为酵母粉,pH值为 6.0,培养温度为 30℃.菌株在盐度为 2%-15%的培养基内生长良好.在 15%盐度下,菌株通过产四氢嘧啶维持渗透压,产量为 0.89 mg/mL.[结论]菌株YA16-1 具有良好的耐盐能力和反硝化能力,在高盐废水处理、保护生态环境和四氢嘧啶的制备具有潜在的应用价值.

针对传统污水处理脱氮工艺过程中工艺流程复杂、处理高氨氮废水效率低等问题,利用三株不同种属的高效异养硝化-好氧反硝化细菌构建异养硝化复合菌YM,探讨其异养硝化-好氧反硝化特性及其生物强化脱氮效能研究,从而为异养硝化菌强化处理高氨氮废水工程应用提供理论依据.结果表明:异养硝化复合菌YM的增殖速率、异养氨氧化、好氧反硝化能力均优于单一菌种,YM强化后的污泥系统氨氧化速率较未强化系统从7.04 mg/L/h提高到12.2 mg/L/h,并且生物强化作用可有效提高污泥系统的抗冲击负荷能力,一定程度上提高了系统的处理能力.研究表明异养硝化菌强化污水脱氮处理具有显著的应用潜能,尤其对于目前尚缺少经济高效处理技术的高污染物浓度废水处理而言,无疑是一条具有高潜在应用价值的新途径.

若尔盖泥炭湿地是世界少有的低纬度永久冻土湿地,具有高海拔、高紫外辐射、高有机质的特点.该区域N2O的排放量对全球气候变暖有重要影响.对若尔盖高原湿地泥炭沼泽土中的亚硝酸盐还原酶(nirK)反硝化细菌群落结构多样性进行分析,以期揭示该区域N,O释放的微生物调控机制.基于若尔盖高原湿地泥炭沼泽土的理化性质和反硝化活性(PDA),结合限制性酶切片段长度多态性(Restriction fragment length polymorphism,RFLP)技术、克隆文库及分子测序对该生态系统中的nirK反硝化细菌群落结构及多样性进行分析.反硝化活性测定结果显示:阿西地区＞麦溪地区＞分区地区,反硝化活性与土壤有机碳、总氮和丰富度呈显著正相关(P＜0.05).Shannon-wiener多样性指数以阿西最高、分区最低.3个样品中共测序15条nirK基因代表序列,系统发育表明若尔盖高原湿地优势nirK反硝化菌群为变形门菌群.其中,阿西地区主要为α-变形菌门,麦溪地区主要为β-变形菌门,分区地区无法确定优势种群.冗余分析(Redundancy analysis,RDA)显示:有效钾和有效磷是影响nirK反硝化细菌群落结构的关键环境因子.本论文显示,若尔盖高原湿地存在着明显的反硝化作用,调控这些反硝化作用的nirK反硝化细菌多样性较高,且与土壤有效钾和有效磷密切相关.

一氧化氮(NO)在氮的生物地球化学循环、大气环境化学和全球变暖中起着重要作用.森林土壤是NO的一个重要来源.硝化、反硝化、硝化细菌反硝化以及化学反硝化是森林土壤NO产生的主要途径.当前,关于各个过程对NO排放的相对贡献以及生物和环境因子对各个过程NO产生的影响还缺乏系统性研究.因而,本文旨在综述森林土壤NO产生的主要途径,各途径来源NO的测定方法以及土壤氮循环功能基因和环境因子对不同来源土壤NO排放的影响,并在此基础上指出了研究的薄弱环节与未来研究方向.总体而言,森林土壤NO的排放主要来自硝化和反硝化作用,但是在酸性土壤中不能忽视化学反硝化过程对其排放的影响.在量化各个过程对土壤NO排放贡献时,15N-18O双同位素富集法比传统的硝化抑制剂法能更准确地区分NO的来源.土壤NO的产生是各种生物和非生物过程综合作用的结果,当前有关氮循环功能基因丰度与土壤NO排放关系的研究中,缺乏将氮循环功能基因和土壤各过程产生的NO排放联系起来研究.在探究环境因子对土壤NO排放影响时,更多关注单个环境因子对土壤硝化和反硝化过程来源NO排放的影响,而对硝化细菌反硝化和化学反硝化过程来源NO排放的研究较少,而且也缺乏多个环境因子共同作用对不同过程NO排放影响的研究.