采用田间试验,研究了玉米秸秆覆盖(JF)、白色地膜覆盖(BF)、黑色地膜覆盖(HM)和园艺地布覆盖(YD),以及清耕作为对照(CK)对云贵高原柑橘园土壤理化性质、细菌群落特征及柑橘品质的影响.结果表明,与CK相比,不同覆盖处理下柑橘产量、单果重、果汁率、可食率、维生素C含量和可溶性固形物等指标均提高,可滴定酸含量则有所降低,进而提高了固酸比,其中以JF处理效果最显著.BF、HM和YD处理降低了土壤pH值,JF处理则相反,不同覆盖处理均能提高土壤温度、含水量、有机质和养分含量,JF处理对土壤有机质、全氮、全磷、全钾、有效磷和速效钾含量的提升作用最明显,BF处理下土壤温度最高.JF、HM和YD处理均能显著提高Chao1指数和Observed species指数,而BF处理则相反.在门水平上,覆盖提高了有益菌放线菌门的相对丰度,降低了致病菌拟杆菌门的相对丰度;在属水平上,覆盖提高了有益菌热酸菌属、朱氏杆菌属、Babeliales、红杆菌属和脱氯单胞菌属的相对丰度,降低了致病菌Saccharimonadales、成对杆菌属、金黄色杆菌属、芽孢八叠球菌属和丛毛单胞菌属的相对丰度.此外,覆盖还使土壤细菌共生网络变得简单而稳定.冗余分析结果表明,土壤全氮和细菌群落红杆菌属是提升柑橘产量和品质的关键因子,其解释率分别为45.67％和39.40％.方差分解分析结果表明,土壤理化性质和细菌群落的共同作用对柑橘产量和品质提升的贡献最大,其解释率为45.0％.综上所述,覆盖能有效改善土壤理化性质,提升土壤养分供应水平,优化细菌群落结构,提高柑橘产量和品质,其中,玉米秸秆覆盖可优先作为云贵高原柑橘园土壤的地表覆盖措施.

利用16sRNA高通量测序手段对A2/O脱氮除磷工艺和A/O-SBR除磷工艺中微生物群落结构和脱氮、除磷微生物丰度变化进行全面的分析.根据测序结果,共获得20个门、150个属微生物.微生物多样性分析结果显示,在两个系统中主要菌门为变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、浮霉菌门(Planctomycetes)3个菌门,这3个门的细菌总数占微生物总数的80％左右.在属级水平上,A2/0工艺的优势微生物为脱氮单孢菌属(Dechloromonas),丰度为10.00％.在SBR工艺中,陶厄氏菌属(Thauera)为优势菌属,其丰度为7.90％.Candidatus Accumulibacter是SBR好氧除磷系统中的主要除磷微生物,其相对丰度为2.80％.脱氮单孢菌属(Dechloromonas)、陶厄氏菌属(Thauera)为A2/O工艺中主要脱氮微生物,Candidatus Accumulibacter为代表性的除磷微生物,其丰度分别为10.20％、3.70％和0.50％.

为获得野大豆根际促生菌(Plant growth promoting rhizobacteria,PGPR)并明确其促生特性,采用选择培养方法从沈阳沈北新区蒲河沿岸生长的野大豆根瘤及根际土壤中分离筛选固氮菌与解磷菌,进行形态学、生理生化指标和16S rDNA分子生物学鉴定.采用Touch-Up PCR(上升PCR)的方法扩增固氮酶nifH结构基因,对菌株的解磷、分泌3-吲哚乙酸(IAA)的能力及ACC脱氨酶的活性进行测定分析,筛选出优良菌株进行盆栽大豆的促生作用研究.结果得到12株野大豆PGPR 菌,经鉴定分别归属于芽孢杆菌属(Bacillus)、伯克霍尔德菌属(Burkholderia)、根瘤菌属(Rhizobium)、詹森氏菌属(Janthinobacterium)、鞘氨醇单胞菌(Phingomonas)、分枝杆菌属(Mycobacterium)、假单胞菌属(Pseudomonas)和根癌农杆菌属(Agrobacterium);其中 2株可解有机磷,11株可解无机磷,3株具分泌IAA能力,5株具ACC脱氨酶活性.盆栽试验表明:3株菌(GD11、GD17、GD58)可使大豆幼苗株高增长,5株菌(GD9、GD11、GD17、GD30、GD58)可使根长增长;6株菌可提高大豆幼苗的茎干重、叶干重、根干重.野大豆根瘤和根际土壤含有多功能根际促生菌,其在农业生产上具有潜在的应用价值.

从多环芳烃耐受植物根内分离具多环芳烃降解功能的内生细菌并研究其促生特性,为内生菌协同宿主植物修复多环芳烃污染土壤提供基础.以长期受多环芳烃污染的焦化厂区生长的地肤为材料,从其根内分离出以芘和1-氨基环丙烷-1-羧酸(ACC)为唯一碳源和氮源的内生细菌8株.通过芘降解试验,筛选得到3株高效芘降解内生细菌KSE4、KSE7和KSE8,经鉴定分别为芽孢杆菌属、假单胞菌属和鞘氨醇菌属.通过液体培养试验,研究了3株菌在芘胁迫下产ACC脱氨酶的能力和对地肤种子萌发的影响.结果表明:随着芘浓度(O～15 mg·L-1)的升高,ACC脱氨酶活性降低,其中KSE7的效果最好,在芘浓度为15 mg·L-1时,地肤发芽率和芽长分别比对照提高了44.8％和61.1％,在地肤-微生物修复焦化厂污染土壤的修复中具有一定的应用潜力.

亚硝酸盐具有一定的生理毒害作用,适于高浓度亚硝酸盐氮脱除的反硝化细菌的筛选及其性能研究对于废水处理具有重要意义.通过富集培养、平板初筛、摇瓶复筛从水产养殖厂废水中筛选反硝化细菌,经生理生化和16S rRNA分子生物学鉴定,确定菌株的种属;对碳源种类、亚硝酸盐浓度、pH、装液量、接种量、种龄、温度等因素对菌株降解亚硝酸盐的影响进行研究,提高菌株脱除亚硝酸盐氮的效率.鉴定结果所筛选菌株Y7隶属于芽孢杆菌属,将其命名为Bacillus subtilis Y7.单因素优化的结果为:以甘油为最适碳源、起始pH 7.0、250 mL三角瓶中装液量100 mL、种龄24 h且菌液(OD600=1.5)的接种量为10％、在30℃条件下170 r/min发酵培养24 h后,菌株Y7对1100mg/L亚硝酸盐的降解率达到100％.菌株Y7不仅耐受高达1100 mg/L的亚硝酸盐,而且50℃的高温也不影响其降解亚硝酸盐的效率.菌株Y7适合处理含高浓度亚硝酸盐的高温工业废水及夏季的水产养殖废水.

微生物对外界环境变化较为敏感,常被作为指示生物用于监测和反映水质情况.为满足延庆世园会和冬奥会举办对妫水河水质的调控要求,探讨妫水河底泥微生物群落结构特征及环境因子对其分布的影响.基于妫水河12个不同断面的水样和底泥样品,进行了水质、底泥理化性质分析,并对底泥的微生物群落结构特征进行了研究.结果 表明,妫水河中、下游水体水质COD、NH4+-N、TN超标,其中上覆水TN含量与底泥TN含量呈极显著正相关(P=0.914);MiSeq高通量测序发现,妫水河底泥微生物共检出70门228纲1168属,变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、酸杆菌门(Acidobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)、厚壁菌门(Firmicutes)、蓝细菌门(Cyanobacteria)、绿菌门(Chlorobi)、疣微菌门(Verrucomicrobia)和硝化螺旋菌门(Nitrospirae)是妫水河底泥微生物群落结构中的主要菌门,在各个样品中相对丰度之和均占84％以上,其中变形菌门为第一优势门,占比达到45.3％-69.1％,而不同断面样品的优势菌属有所不同.妫水河底泥微生物群落丰度总体较高,多样性也相对较高,其中世园段D7点Ace丰富度指数和Shannon多样性指数均较其他点位低,分别为2673和6.56.RDA(redundancy analysis)分析表明,底泥氨氮和温度是影响其微生物群落结构的主要因子(F=2.92,P=0.038;F=2.81,P=0.014),妫水河底泥的优势反硝化菌属为脱氮单孢菌属和硫杆状菌属,其丰度与NH4+-N、水温呈正相关,同时与DO呈负相关.研究结果对妫水河水生态环境保护和水质管理提供数据支撑及理论指导意义.

基于异养硝化-好氧反硝化菌的生物脱氮技术可有效去除污水中的氮素.高盐废水处理过程中存在抑制微生物生长、脱氮效率低等诸多短板.为解决高盐废水难脱氮问题,从农药厂化工污水中筛选出一株耐受8％(W/V)高盐浓度的异养硝化-好氧反硝化菌株,命名为N07.在不同盐度和不同溶氧条件下测定了菌株的氮素去除率,并探究了单因素环境因子对菌株脱氮性能的影响.结果表明:菌株N07鉴定为巨大芽孢杆菌(Bacillus megatherium);能耐受8％盐度且繁殖旺盛,对氨氮和亚硝态氮去除率最高达到73.61％和83.56％,属于中度嗜盐菌;该菌在有氧条件下表现出高效的反硝化能力,12 h对硝态氮和亚硝态氮去除率为11.87mg/(L·h)和8.26mg/(L·h);菌株在碳源为蔗糖、C/N为25、pH为7、转速160 r/min、温度为28℃时,硝化能力最佳.Bacillus megatheriumN07因能在高盐分环境降解氮素的特性,为异养硝化-好氧反硝化菌在沿海养殖业等高盐含氮污水处理的实际应用提供参考.

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3-5 mg/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.