乙草胺、甲胺磷胁迫下土壤抑真菌作用退化的微生物学机理

利用微生物分子生态学方法（16S rDNA-PCR-DGGE，clone library，ARDRA，sequencing），研究了乙草胺、甲胺磷胁迫对土壤抑真菌作用的影响及微生物学机理。首次构建了具有相同理化性质而抑真菌作用不同的土壤模型，报道了乙草胺和甲胺磷胁迫可降低土壤抑真菌作用，土壤细菌，尤其是假单胞菌群落结构以及phlD功能基因丰度和多样性与土壤抑真菌作用密切相关。 经100℃、110℃和121℃处理得到土壤抑真菌作用逐渐下降的系列土壤样品，经PCR-DGGE分析、克隆文库构建以及测序等证实了土壤细菌多样性和群落结构与土壤抑真菌作用密切相关，其中假单胞菌是重要的功能种群，酸细菌、α，β-变形细菌、节杆菌以及一些不可培养细菌可能存在潜在的抑真菌能力。 乙草胺（50、150、250 mg•Kg-1）处理可降低自然清洁土壤抑真菌能力。随着土壤抑真菌作用的逐渐下降，土壤细菌、真菌以及特异性功能种群假单胞菌和芽孢杆菌的群落结构均发生一定改变。乙草胺通过改变土壤微生物群落组成而降低土壤抑真菌作用。甲胺磷（50、150、250 mg•Kg-1）处理在低浓度时即可极大降低土壤抑真菌作用，且不同浓度处理间差异不显著。 乙草胺和甲胺磷胁迫（浓度均为50、150、250 mg•Kg-1）均能降低土壤中总的可培养假单胞菌和抗典型病原真菌立枯丝核菌（Rhizoctonia solani）的假单胞菌多样性，改变其群落结构。同时还能降低重要抗真菌抗生素2，4-DAPG合成的关键功能基因phlD的多样性。而phlD基因的丰度在甲胺磷胁迫下亦逐渐下降。上述影响在实验5周内持续存在，不可恢复。 研究结果表明乙草胺和甲胺磷胁迫可通过改变土壤细菌，尤其是假单胞菌群落结构及phlD功能基因多样性而降低土壤抑真菌作用，对土壤质量存在潜在生态风险。 此外，对土壤真菌DNA的提取方法进行了优化，得到了适于我国北方土壤类型且真菌多样性程度较高的真菌DNA提取方法。

污水处理体系中的微生物群落特征研究

污水生物处理系统本质上是一种人工强化的工程化微生态系统。污水处理过程往往由多个功能互补的反应单元协同完成，例如因对污水中有机碳、氮和磷兼具良好的去除功能而在城市污水处理中被广泛应用的Anoxic / Oxic（A/O）生物处理工艺。不同反应单元特有的微生物群落之间的相互关系和相互作用与处理系统的稳定性和处理效率密切相关。所以对污水处理系统中微生物群落进行系统分析非常重要。研究系统中微生物群落的时空演替对于优化处理系统的设计和操作具有重要意义。但是，以往对于污水处理系统中微生态系统的解析多数针对实验室规模的其中个别反应器独立进行，还缺乏从系统水平对实际大规模运行的整个污水处理过程中所有反应单元群落进行分析的研究。 悬挂链移动曝气系统是对A / O工艺的完善和发展。悬挂链曝气工艺的实现是依靠悬挂链移动曝气设备和完善的自动控制系统来完成的。可以在系统中实现类似多级A/O的可能性，水力停留时间较长，污泥龄达到15天以上，能够完全实现A / O 工艺。 目前正被广泛应用在各种行业的污水处理项目中。 本文应用基于细菌16S rRNA中的PCR扩增方法（Polymerase Chain Reactor），结合变性梯度凝胶电泳指纹分离技术（Denaturing Gradient Gel Electrophoresis, DGGE），对实际规模的运用Anoxic / Oxic（A/O）工艺并采用悬挂链式移动曝气技术的污水生物处理系统中微生物群落特征，主要对细菌组成结构和群落动态，细菌优势菌群的多样性以及与系统功能稳定性的关系进行了研究，拟为更全面了解活性污泥处理系统中的优势菌群特征，以及细菌群落结构和功能动态变化关系，实现对活性污泥处理的优化操作，对污染物降解功能菌群的筛选，为运用现代培养技术实现分离培养并运用于环境修复实践奠定方法和理论基础。 首先，对影响PCR-DGGE分析的重要前操作步骤进行了优化和筛选，包括两个方面：细菌基因组DNA的高效提取和纯化；不同16S rRNA靶序列对PCR-DGGE分析的影响。从中选出适合于活性污泥样品的细菌基因组DNA提取方法和PCR-DGGE分析的最优靶序列组合。 其次，运用PCR-DGGE指纹图谱技术分析了该污水处理系统中不同功能反应单元中活性污泥的细菌种群结构特征，探讨了系统运行过程中细菌种群时间和空间上的动态特征。并将图谱中所显示的优势条带进行切割回收，重复扩增，电泳检测，序列测定并与GenaBank数据库中的微生物类群进行同源性比对，探讨活性污泥中细菌种群多样性，了解污泥中可能含有的主要具有污染物降解功能的类群信息。 在整个处理过程中，同一功能反应单元中不同位置的活性污泥微生物菌群结构不同。执行不同功能的处理单元活性污泥细菌多样性和组成结构各有不同。 在系统稳定运行的状态下，细菌组成结构的时间变化动态不显著。但是在系统的不同操作条件下，主要处理池的微生物群落的DGGE遗传指纹图谱较独特。 对该处理系统污泥中优势菌群的序列测定和同源性比对表明，优势菌群所对应的细菌的16S rDNA序列可以被归属于以下四个主要的细菌系：α, β, γ- Proteobacteria 以及厚壁菌门 phylum Firmicutes （low G+C Gram-positive）。 该处理系统的优势菌群的DGGE条带拥有潜在的具有异养硝化/好氧反硝化的除 N / P 类群。该类菌群中的大多数属于Pseudomonas spp.。另外，回收到两个与已鉴定的具有异养硝化和好氧反硝化能力的Pseudomonas stutzeri 和 Pseudomonas borbori 最相似的菌株的条带。γ-变形菌纲门（γ- Proteobacteria）的微生物类群在该缺氧-好氧处理厂中分布较广泛，尤其是和 N / P 去除紧密相关的具有脱氮除磷能力的Pseudomonas 类群，而且在好氧曝气处理池中分布较广，这可能和系统中表现的好氧反硝化现象相关。 不同的操作状况下微生物群落结构有差异。增加污泥回流比，增加DO（Dissolved oxygen）浓度，COD去除率和NH4+-N去除率显著增加，总N和总P的去除率改变不显著。 最后，对整个处理过程中微生物群落结构在系统正常调控改变范围内的长期动态和稳定性进行了探讨。整个处理系统的长期稳定性与体系中的每个处理环节相关，而不是仅与其中的单个主要反应池相关。污水处理体系的功能稳定性与其中的微生物群落稳定性相关，微生物群落结构决定了生态功能，群落结构变化能反应系统的运行状况及其降解效率。

长期施肥黑土微生物群落特征及其季节变化

研究长期施肥黑土微生物群落特征及其季节变化，可准确揭示施肥对黑土肥力质量的影响。本文以黑土肥料试验基地10个有机肥和无机肥处理0—20 cm表层土壤为研究对象，以不施肥和休闲处理为对照，分别经过8次季节取样，分析长期施肥与季节更替条件下黑土微生物群落特定磷脂脂肪酸（PLFA）含量、微生物量碳（氮）含量、r-k策略菌群数量、土壤酸（碱）磷酸酶活力以及16S rDNA的PCR-DGGE条带构成等微生物特征及其变化规律，探讨长期施肥与季节更替对黑土微生物群落的影响，明确限制各微生物群落生长的主要养分因子。 不同季节、多种施肥处理之间的土壤微生物指标多重比较表明，施肥与季节更替显著影响黑土微生物各菌群生长与活力，且施肥×季节更替交互作用显著。 与无机肥处理相比，有机肥施用能显著提高黑土各菌群特征PLFA与微生物量碳（氮）含量、r-k策略细菌或真菌数量以及磷酸酶活力；在一定时期、一定程度上改变土壤细菌PCR-DGGE条带构型，提高细菌群落多样性。不同有机肥-化肥配施处理之间各微生物学指标比较发现，有机肥+磷肥（MP）处理中的可培养细菌数量、细菌与放线菌PLFA含量、微生物量碳含量以及碱性磷酸酶活力普遍较低；高量有机肥（M2CK）处理中的各菌群特征性PLFA、微生物量碳（氮）含量以及酸性磷酸酶活力等则有一定提高。单施化肥各处理，尤其是氮磷钾（NPK）处理，在一定程度上抑制了黑土各菌群生长与活力。各处理PLFA因子分析表明，施用有机肥对黑土放线菌、G+与G-细菌等菌群影响较大。另外，休闲处理真菌特征PLFA含量、r-策略真菌数量、碱性磷酸酶活力及微生物量碳（氮）含量等均处较高水平。 季节更替对微生物群落各指标影响亦达显著水平，且各指标季节变化趋势存在一定差异。黑土各菌群特征性PLFA含量、微生物量氮、G+/G-比值及r-策略细菌等指标，均自春至夏有显著升高趋势；而磷酸酶活力、真菌/细菌比值及k-策略细菌等指标则自春至夏有明显的下降趋势。各处理PLFA因子分析表明，夏秋季节对土壤单烯不饱和脂肪酸影响较大。 多元线性回归分析表明，碱解氮、有机碳、有效磷等养分几乎是影响所有已测微生物学指标的最关键养分因子，较次要的微生物生长限制因子是速效钾与pH值。

辽河流域复合污染底泥的生物-化学联合修复研究

辽河流域工业历史长，污染负荷大，大量污染物随废水排放沉积于河道底泥，成为二次污染源。对污染底泥进行修复，对保障水质安全、实现人与自然和谐发展具有重大意义。本研究针对辽河流域污染状况，开展了微生物与零价铁两种方式联合修复氯代烃、多环芳烃、重金属污染底泥的研究；并采用PCR-DGGE和PLFA两种分析技术相结合，研究了零价铁修复对底泥微生物群落结构的影响。 研究结果表明：①利用水-硅油双相系统从污染底泥中筛选得到3株三氯乙烯降解菌WT1、FT10、FT17，经鉴定分别为Achromobacter xylosoxidans、Sporosarcina aquimarina、Sporosarcina ginsengisoli。在5mg•L-1三氯乙烯作为单一基质的情况下，3天后的降解率分别为：53.4%、48.1%、44.6%。500 mg•L-1乙酸钠和乳酸钠作为共代谢基质均可以促进菌株WT1对三氯乙烯的去除。全细胞蛋白图谱分析表明，乙酸钠和三氯乙烯共同诱导菌株WT1表达了一条分子量约为59kDa的新蛋白带，可能与三氯乙烯降解有关。②零价铁对底泥三氯乙烯、1，3-二氯苯、菲、芘、Cr(Ⅵ)污染具有较好的去除作用，土著微生物也能促进上述污染物的去除，但是去除效果不及零价铁明显。③正交实验结果表明：零价铁粒径对三氯乙烯、1，3-二氯苯、Cr(Ⅵ)污染底泥修复有显著影响；初始pH值越低，温度越高，粒径越小，添加量越大，零价铁对污染物的去除效率就越高。④DGGE和PLFA分析结果表明：零价铁修复使污染底泥中耐受菌群减少，敏感菌群重新出现，使部分污染底泥微生物的多样性、磷脂脂肪酸含量、特定微生物类群和环境压力恢复至未污染对照水平，表明零价铁修复有利于污染底泥微生物群落结构的恢复。

芘降解菌在石油污染土壤修复过程中的代谢调控

沈抚灌区是我国面积最大、污灌历史最长的石油类污水灌溉区，土壤中大分子量多环芳烃污染严重，对当地粮食生产与生态安全造成严重危害。对此类污染土壤进行生物修复，对保证农产品的安全，实现当地人与自然的可持续发展具有重大的意义。 本研究以沈抚灌区污染土壤中大分子多环芳烃芘为主要研究对象，采用稳定同位素比率分析技术（IRMS），以磷脂脂肪酸（PLFA）为生物标记物，分析污染土壤参与芘降解的优势微生物类群；并以此为指导，采用分子生物学手段和传统微生物学分析方法，筛选土壤中的高效降解菌，并追踪其释放到土壤中后的动态变化与调控。 从沈抚灌区土壤富集培养芘的降解菌，经过双层平板法初筛和芘降解菌液体摇瓶复筛，获得5株以芘为唯一碳源生长的具有较高降解活性菌株。 将筛选的降解菌投加到污染土壤中，以13C标记的芘为代谢底物，以土壤微生物的磷脂脂肪酸为生物标记物，采用稳定同位素比率分析方法(GC-C-IRMs)，分析投加的降解菌在原位土壤中的降解作用。结果显示，与不加菌的对照土壤相比，富含13C的磷脂脂肪酸指纹图谱相似度较高的为投加了菌株B05和菌株B15的土壤，芘的降解效率也最高，表明这两株菌在原位土壤芘降解中发挥了重要作用。根据形态学观察、16项生理生化鉴定和16S rDNA序列分析结果，将菌株B05鉴定为 Aminobacter ciceronei，将菌株B15鉴定为 Microbacterium arabinogalactanolyticum。菌株B05初步确定为一株新的芘降解菌，并对菌株培养条件进行了优化。 采用PCR-DGGE方法，研究了筛选的5株降解菌在不同的营养条件下释放到土壤中后的数量和代谢活性的变化。PCR-DGGE图谱分析表明：投加初期外加菌在竞争中占据优势，但是随时间推移，营养物质的消耗，优势逐渐消失，PCR-DGGE的条带趋向于一致。菌株B05的稳定期相对较长，在DGGE图谱中的条带相对密度大，而且对芘的降解率最高，是一株具有潜在应用价值的高效降解菌。混合菌比单一菌降解率高，添加碳氮源有利于外加菌群更快更好的适应在污染土壤中生存，而且有助于对多环芳烃的降解。

土地利用方式对潮棕壤微生物特性的影响

以中国科学院沈阳生态试验站的长期定位试验为平台，测定并分析了下辽河平原不同土地利用方式下潮棕壤的微生物生物量、基因多样性和群落结构。结果表明，不同土地利用方式会对土壤微生物特性产生影响： 氯仿熏蒸法测定土壤微生物生物量结果显示，裸地处理的微生物生物量碳、氮较低，割草和休闲地则显著高于其它处理。在农田生态系统中，长期单施循环猪圈肥显著提高了土壤微生物生物量碳、氮，而长期单施NPK肥处理与CK相比则略有降低，在施用化肥基础上配合养分循环再利用，微生物生物量碳、氮介于CK和单施循环猪圈肥之间。 PCR-DGGE图谱显示，处理间细菌条带分布较相似，其中裸地处理细菌多样性最高；长期土地利用格局改变了土壤真菌群落结构，施肥增加了真菌多样性，且有机肥的影响大于化肥；不同处理间氨氧化细菌群落结构差异明显，NPK+M处理明显增加了氨氧化细菌多样性，且无机肥和有机肥对氨氧化细菌影响不同。土地利用方式对细菌影响较小，但明显改变了真菌和氨氧化细菌的群落结构。聚类分析结果显示，撂荒和割草处理较施肥对细菌、真菌和氨氧化细菌多样性的影响更明显。 PLFA测定的细菌脂肪酸和真菌脂肪酸与总微生物量变化规律相似，均为：休闲和割草处理最高，农田次之，裸地最低；农田处理间PLFA含量差异较小，其中M处理最高，其次为CK和NPK+M处理，NPK处理最低；撂荒和施用有机肥提高了微生物PLFA量，而施用化肥则降低了微生物PLFA量；自然生态系统中土壤具有较高的G+/G-；休闲和割草处理具有较低的细菌/真菌，农田生态系统和裸地的细菌/真菌则较高；PLFA与土壤养分相关性分析表明， PLFA量与土壤有机质和总氮显著相关。PLFA表征的微生物生物量呈现春秋略低，夏季略高的趋势。 不同的测定方法从不同角度分析了微生物特性，氯仿熏蒸法和PLFA方法之间存在很好的相关性，微生物生物量和多样性之间相关性比较弱。

OLAND生物脱氮系统运行条件及其微生物群落结构的研究

OLAND两阶段生物脱氮系统是一项正在开发且极具应用前景的处理高氨氮、低COD废水的新技术。在实验室水平，对OLAND系统限氧亚硝化阶段MBR反应器和厌氧氨氧化阶段SBR反应器的启动和运行进行了系统研究。MBR反应器控制参数在DO0.1-0.3mg/L，pH7.8±0.1，温度30±0.5℃，SRT无穷大的条件下，可实现在较高的容积负荷By＝IO00mgN／L，水力停留时间HRT：ld下稳定的亚硝酸型硝化，使NH4+-N和NO2-N的出水比例达到理想的比值（1:1.20±0.20），保证厌氧氨氧化阶段SBR反应器的理想进水；SBR反应器在完全厌氧、pH7.8-8.2，温度30±0．5℃，SRT无穷大的条件下，无需外加任何有机碳源，在较高总氮负荷550mgN／L下，可实现NH4+-N和NO2--N同时稳定的去除，二者的消耗比例为1:（1.21±0.05），总氮去除率高达92％。采用巢式PCR、DGGE、 FISH等分子技术对MBR反应器硝化菌群随溶解氧的动态变化规律和SBR反应器厌氧氨氧化菌群结构、组成进行了研究，并探讨了硝化菌群与氮素组成变化之间的内在联系。结果表明：在限氧亚硝化阶段硝化菌群中氨氧化菌受溶解氧浓度的影响较大，其种群结构从反应器启动初期到稳定后期发生了非常明显的变化。亚硝酸氧化菌NOB的种群组成受溶氧影响并不明显，从启动初期到稳定后期其种群结构无明显变化。硝化菌群中氨氧化菌 AOB与亚硝酸氧化菌NOB的数量比例关系随溶解氧的降低而不断升高，从最初的3.6:1升高到稳定后期的5.5:1。MBR反应器优势硝化菌群主要由A、B、C三类氨氧化菌和硝化杆菌D、硝化螺菌F组成，其中优势菌C为维持MBR反应器稳定出水比例的主要功能菌。硝化菌群组成和结构的变化，带来了不同N素之间组成和比例的规律性变化。厌氧氨氧化阶段基本由厌氧氨氧化菌AnAOB和ANAMMOX两类菌组成，二者空间结构紧密，在反应器中的活菌数量比例分别为55％和42％。厌氧氨氧化菌AnAOB种群多样性相对比较丰富，主要由条带I和H所代表的两种优势菌组成；ANAMMOX菌种群多样性变化较小，其种群主要由优势菌K和J组成。对MBR和SBR反应器中的优势菌进行了克隆、测序和系统发育学分析，结果表明：限氧亚硝化阶段MBR反应器启动初期的优势菌A属于Nitrosomonadaceae科，是否是一个新属，还有待于进一步鉴定。运行中期优势菌B与Nitroso）nonaseurooaea亲缘关系最近，同源性高达99.1％，暂命名为Nilrosomonas sp.BI。稳定后期优势菌C与Nitrosomonas eutroPha亲缘关系最近，同源性为96.3％，暂命名为Nifrosomonas sp．cl。硝化杆菌属优势菌D与Nitrobacter alkalicus、Nitrobacter hambllrgensts和Nitlobac招rwinograsky 亲缘关系较近，同源性分别为95.5-97％、96.5～97％和95.8～96.8％。SBR反应器中AnAOB优势菌I与MBR反应器优势菌B亲缘关系最近，同源性高达98.7％，与Nitlosomonas euroPaea同源性为98.3％。根据序列比较和生理特性分析，优势菌I与优势菌B应为Nitrosomonas属两个不同的种，暂将优势菌I命名为Nitrosomonas sp．II。优势菌H与MBR反应器优势菌C亲缘关系最近，同源性达97.9％，与Nitrosomonas eutropha同源性为96.3％。结合其生理特性分析，二者应为Nitrosomonas属两个不同的种，暂将优势菌H命名为Nitrosomollas sp．Hl。ANAMMox优势菌K与未培养的 Planctomycete和已鉴定的另一种ANAMMoX菌尤uenenia sf况ttgartiensis亲缘关系较近，同源性分别为99.8％和96.6％。优势菌J与Gen bank收录的所有菌的相似性均低于76％，说明该菌是OLAND系统厌氧氨氧化阶段比较独特的菌，是迄今为止在厌氧反应过程中未发现的一个新菌。

复合农药胁迫下黑土土壤微生物生态过程及分子生态学研究

利用传统及分子微生物生态学研究方法，研究了在乙草胺、甲胺磷、铜离子及二元组合胁迫下，黑土中六种类群微生物数量，细菌种群多样性，微生物碳源代谢（BloLoGGN）功能多样性及特征、土壤脱氢酶活性（DHA）、底物诱导呼吸强度（SIR）等土壤微生物特性的生态过程及变化规律。结果表明：所有农药处理，均对细菌、放线菌及磷细菌产生明显急性毒性效应；对土壤自生固氮菌及硅酸盐细菌生长产生长期的慢性毒性效应；对土壤真菌产生强烈的刺激效应，使土壤真菌数量显著升高。由165 ONA-PCR-DGGE方法对土壤细菌研究结果显示，所有农药胁迫均使土壤细菌多样度降低、细菌种群结构受到严重影响；土壤微生物群落代谢功能多样性及指纹特征因农药种类，浓度及组合不同，受到不同程度影响，功能多样性降低，代谢指纹特征被改变：所有农药组合处理均使土壤DHA受到长期抑制，对土壤底物诱导呼吸强度无显著影响，但改变了土壤DHA和S工R的动态变化规律。野外农药长期作用使土壤SIR与对照无显著差异，土壤DHA明显降低，土壤细菌、磷细菌、固氮菌及硅酸盐细菌数量明显减少，土壤真菌数量显著升高。由农药及其组合处理与土壤微生物群落生长剂量一效应关系，证明：三种农药对土壤微生物群落生长随投加农药种类、浓度和组合不同起促进或抑制双重作用；组合使相应单因子农药毒性增强，表现出协同或加和毒性效应；从清洁土壤中筛选出一株乙草胺耐受菌产酸克雷伯氏菌（Klebbsirlla oxytoca），在固体平板培养基上能耐受300omg·L-1乙草胺。

杉木连栽土壤中毒与真菌毒素的研究

本论文报道了杉木连栽土壤中毒与真菌毒素的研究结果。研究结果表明：杉木连栽土壤致害真菌随杉木连栽代数的增加而显著增加，在国内外首先提出了杉木连栽土壤尖抱镰刀菌及其分泌的毒素对杉木生长的危害，是造成杉木连栽障碍的重要原因，并据此提出了克服杉木连栽障碍的PGPR生物调控技术措施，见到了可喜的苗头。以绿豆、小麦、白菜为指示植物对杉木连栽土壤进行的毒性检测结果，随杉木连栽代数的增加，杉木土壤对指示植物一绿豆、小麦、白菜的抑制作用呈现加强的趋势，表明杉木连栽导致土壤毒性物质的积累。为了探明土壤毒性物质来源，我们调查了不同连栽代数杉木土壤微生物区系变化情况，发现随连栽代数的增加，细菌、放线菌数量明显减少；而真菌数量随连栽代数的增加而显著增加，不同连栽代数杉木土壤真菌经PCR-DGGE分析显示：杉木连栽对土壤真菌多样性、群落结构、丰富度影响较大。随连栽代数的增加，土壤真菌生物多样性降低，镰刀菌等一些重要致害真菌类群急剧富集。用生物检测的方法从连栽杉木土壤中分离得到5株对杉木具有抑制作用的菌株，对两株毒性最强的菌株采用经典和现代分类鉴定方法，鉴定结果表明：SFZ为尖抱镰刀菌萎蔫专化忆仁（Fusariumoxysporumf.sp.vasinfectum）；SF31为正青霉（Eupenicilliumbrefeldianum），这两株真菌中SF2对杉木的毒害作用尤为突出，其发酵液在64倍稀释浓度下仍能强烈抑制杉木种子的发芽和生长，表明尖抱镰刀菌萎蔫专化性及其分泌的毒素是造成杉木连栽障碍的重要原因。我们对致害真菌SFZ发酵液经预处理、萃取、硅胶柱层析、制备薄层层析等步骤进行分离纯化得到了毒素粗结品，并进行了质谱检测，与已知的镰刀菌毒素一丁烯酸内酉爵目比较，推测质核比244为丁烯酸内酷的一种。连栽杉木土壤中毒的生物调控初步研究结果表明：519、B25和MB-97三种抗真菌混合PGPR菌剂在杉木林间微区实验应用4个月，能显著促进连栽土壤杉木幼苗的生长，缓解杉木连栽土壤中毒症状。对PGPR定殖能力检测显示：6个月后能检测到大量519存在于杉木土壤中，说明在这种特定的环境下，S19能生存并取得优势地位，有很好的定殖能力，表明S19可能对调控杉木土壤中毒具有良好的应用前景。同时，这一实验结果也是连栽杉木土壤中毒性物质来源于土壤真菌的有力佐证。

溶藻菌群对铜绿微囊藻的溶藻效应及其作用机理研究

水华暴发是一个世界性的问题，近年来在发展中国家显得尤其严重。水华暴发给环境和公众健康带来巨大灾难，一些蓝藻产生的毒素可以造成鱼类、鸟禽和家畜的死亡，而臭名昭著的微囊藻产生的微囊藻毒素更是有强烈致癌效应。因此，寻找控制水华藻类的有效方法非常迫切。在利用物理和化学方法处理不甚理想的情况下，利用溶藻细菌控藻成为一个新的研究方向。溶藻细菌一般直接从富营养化水体中分离，杀藻活力对有害蓝藻具有较强的选择性而不危害其它生物，尤其适合在水华发生初期使用，可以在短时间内达到阻止藻类增殖的效果。本研究富集分离到一个高效溶解铜绿微囊藻的溶藻菌群，对其溶藻效应和溶藻机制进行了探索研究。 1溶藻菌群的富集筛选及其溶微囊藻效果 富集筛选得到一个有明显抑藻效果的菌群，它对铜绿微囊藻有显著溶藻效果。与对照组相比，加入富集的溶藻菌后，第4 d开始出现溶藻现象，6~8 d出现明显的溶藻效果，8 d后测得叶绿素去除率在85%以上。 2 溶藻菌群的作用范围及溶藻特性 富集分离到的溶藻菌群对铜绿微囊藻和念珠藻有显著溶藻作用，对水华微囊藻和其它几株受试微囊藻没有明显溶藻效应。该溶藻菌群不仅可以在液体中溶解铜绿微囊藻，生长在固体平板上的藻苔也有一定的溶藻效应，生成溶藻空斑。保证快速溶藻的最大稀释度可以达到1/100, 000。 3 环境因子对菌群溶藻效力的影响 试验发现，不同的pH、温度、和光照条件下，溶藻菌群溶藻效力明显不同，且不同种类的氮源对其溶藻作用也有一定影响。这些条件对该菌群溶藻作用的影响，在相当的程度上可能取决于它们对藻和细菌两者的生长状况的影响综合。 4 溶藻菌群的溶藻作用机理 溶藻菌液过滤除菌和煮沸灭菌处理后溶藻液，未见明显的溶藻效果，只有原液具有很好的溶藻效果。因此可初步确定，蓝藻细胞的溶解可能是由溶藻菌直接接触藻细胞产生的作用效果。显微镜观察发现，细菌在溶藻的过程中频繁地接触藻细胞并侵入藻细胞，破坏进而裂解杀死藻细胞。这也进一步说明了此溶藻菌是通过直接方式杀藻。 5 溶藻菌群的菌群结构解析 分离有溶藻效果的纯菌的多次尝试都没有成功。结合DGGE和16S rDNA文库综合分析发现：Rubritepida菌，假单胞菌和鞘氨醇单胞菌是存在于铜绿微囊藻中的三种伴生细菌。加入富集的溶藻菌群后，菌群结构发生明显的变化，Rubritepida菌、假单胞菌消失，混合菌群则包含未培养黄杆菌，鞘氨醇单胞菌和噬氢菌，其中黄杆菌是优势菌群，并且细菌种群结构的变化与藻细胞消亡之间有显著的相关性。通过菌种的分离鉴定与DGGE和16S rDNA文库的测序结果比较，一些未培养菌可能在溶藻过程中起重要调控作用。 6 溶藻细菌控藻应用基础 (1) 扩大规模的模拟水华实验进一步确定了细菌对微囊藻的强烈溶解作用。 (2) 铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa 905, zc)、微囊藻(Microcystis spp., zd)和溶藻菌群共培养试验表明，zc可以抑制zd生长，而溶藻菌群可以溶zc。 本研究是第一次报道混合菌群的溶藻效应。该溶藻菌群对带有藻际细菌的铜绿微囊藻具有高效的溶藻效力，表明它对自然界中存在的带菌铜绿微囊藻和其它一些蓝藻的生消具有一定的控制作用。对进一步研究菌藻关系与生态学作用，以及对富营养化湖泊和水库水体中蓝藻暴发的防控，该菌群具有一定的应用潜力。 Cyanobacterial blooms break out frequently all over the world, especially in developing countries. Blooms create enormous disasters to public health and to the environment. Some cyanobacterial blooms produce extremely toxic substances that have killed fish, domestic animals and birds. It has been well known that microcystins, a hepatoxin produced by Microcystis, can promote tumors in humans. So it is very important to find an effective method for controlling the growth of the bloom-forming algae. Measures for controlling such kind of algae include physical, chemic and biologic means, but the former two may damage the aquatic environment and require high-energy inputs. The alternative approach for the elimination of nuisance algae involves the application of algicidal bacteria. The algicidal bacteria, which are nontoxic to other organisms and most of which are isolated from the eutrophic lake in situ, may be potential microbial algaecides. In the initial stages of the water blooms, they are able to restrain the biomass or multiplication of the bloom-forming algae in a short time. In order to use algicidal bacteria to suppress blooms of M. aeruginosa, we isolated a bacterial culture capable of lysing the noxious cyanobacteria M. aeruginosa. In this paper we described some properties of the bacterial culture and its growth-inhibiting or algicidal effects on the growth of M. aeruginosa, and investigated its algicidal mechanisms. 1 Enrichment of a microbial culture that lyses Microcystis aeruginosa A mixed bacterial culture was isolated from a hypereutrophic pond and showed significant algicidal activity against the noxious Microcystis aeruginosa. Algae lysis would be seen obviously 4 days later when the algae culture was killed and became yellow contrast to no-addition controls, and chlorophyll a (chl-a) reduction went beyond 85% 8 days later. 2 The host range and some other algicidal feature of the mixed algicidal culture. Microcystis aeruginosa, Nostoc sp., were susceptible to the mixed algicidal culture, while the lytic effects of this mixed culture on Microcystis flos-aquae and some other tested Microcystis were feeble.The algicidal culture can not only lyse M. aeruginosa in liquid media, but aslo lyse M. aeruginosa lawns on soft agar plates and form plaques. The maximun dilution of the mixed culture required for rapid Microcystis lysis is 1/100, 000. 3 Influences of environmental factors such as pH, temperature, illumination, and the nitrogen source on the lytic activity of the mixed bacterial culture on Microcystis aeruginosa. In our investigations, it was shown that the lytic activity of the mixed bacterial culture on Microcystis aeruginosa was straightly correlated with pH, temperature, illumination, as well as the nitrogen source in the medium. The impacts of these environmental factors on the algicidal activity of the mixed bacterial culture, to a certain extent, may depend on both the algal and the bacterial growth rates under the tested environmental conditions. 4 The mechanisms of algal cell lysis by the algicidal bacteria Death was detected when the mixed bacterial culture was added to the algal culture, but not when only the culture filtrate or autoclaved bacterial culture was added. This indicates that the mixed bacterial culture did not release extracellular products inhibitory to Microcystis aeruginosa. In addition, under the microscope, we observed frequent contacts btween bacteria and algae cells, and some bacteria can even penetrate into target algal cells and destroyed them. These results may suggest that the bacterium kill the alga by direct contact. 5 Molecular Characterization of the algicidal bacterial culture Attempts for isolation of pure bacterium or bacteria from the enrichment culture responsible for Microcystis lysis have so far been failed. Based on PCR-DGGE (denaturing gradient gel electrophoresis) and 16S rDNA clone library analysis, Rubritepida sp., Pseudomonas sp. and Sphingomonas sp., as accompanying bacteria, were existed in M. aeruginosa. The bacterial community in M. aeruginosa showed significant change after adding the enrichment culture, where uncultured Flavorbacterium sp., Sphingomonas sp. and Hydrogenophaga sp. were observed, and the uncultured Flavorbacterium sp. became a dominant species. The obvious correlation can be seen between change of bacterial population and extinction of M. aeruginosa. Compared identification of pure bacterium with sequencing of DGGE bands and the clone distribution of the clone libraries, it was inferred that some uncultured bacteria were probably play an important role in controlling the growth and abundance of M. aeruginosa. This report is the first example of a mixed bacterial culture with the ability to lyse M. aeruginosa. 6 Further study for algae control by applications of algicidal bacteria (1) Algae lysis would be seen obviously 6 days later when the algae culture was killed and became yellow contrast to no-addition controls, and chlorophyll a (chl-a) was reducted to a low level 20 days later in the simulated water bloom experiments. (2) The growth of Microcystis sp. (zd) was restrained by Microcystis aeruginosa 905 (zc) when they were co-cultured together, and zc was lysed by the algicidal bacterial culture. This report is the first example of a mixed bacterial culture with the ability to lyse M. aeruginosa, and its algicidal activity remained high against non-axenic tested M. aeruginosa, suggesting that bacteria in the natural environment could play a role in controlling the growth and abundance of M. aeruginosa and other cyanobacteria. Such bacteria could also potentially be used as agents to prevent the mass development of cyanobacteria in eutrophic lakes and reservoirs.

有机碳对混合菌群亚硝酸盐氮氧化的影响

自养硝化过程在自然界氮素循环和污水处理系统脱氮过程中起着关键作用。因此，了解有机碳对硝化的影响和硝化菌与异养菌之间的竞争对微生物生态学和污水处理系统设计都很重要。目前对氨氧化到硝酸盐氮过程的研究文献很多，但对亚硝酸盐氧化过程在异养菌的存在下如何受到有机碳影响的研究甚少。本文从生理生化指标、基因组学、蛋白组学三方面考察了在实验室条件下有机碳（乙酸钠）对硝化细菌和异养菌组成的混合菌群的硝化性能、菌群结构及代谢功能的变化的影响。 全文分为两大部分： 第一部分为乙酸钠对游离态硝化混合菌群的硝化性能和菌群结构的短期影响。混合菌株先在自养条件下进行连续培养，两个月后硝化速率达到20 mg N/(L·d)；而后离心收集菌体进行批式实验。在批式反应器中，初始亚硝氮均为126mg N/ L，乙酸钠-C 与亚硝酸盐-N 的比分别为0，0.44，0.88，4.41，8.82。结果表明：在低C/N 比（0.44 和0.88）时，亚硝酸盐去除速率比C/N=0 下高，细菌呈现一次生长；而在高C/N 比（4.41 和8.82）时，出现连续的硝化反硝化，亚硝酸盐去除率仍比对照下高，细菌呈现二次生长。不同C/N 比下微生物群落明显不同，优势菌群从自养和寡营养细菌体系（包括亚硝酸盐氧化菌，拟杆菌门,α-变形菌纲,浮霉菌门和绿色非硫细菌下的一些菌株）过渡到异养和反硝化菌体系 （γ-变形菌纲的菌株尤其是反硝化菌Pseudomonas stutzeri 和P. nitroreducens 占主导）。 第二部分为乙酸钠对硝化混合菌群生物膜的硝化性能和菌群结构的长期影响。接种富集的硝化混合菌群于装有组合式填料的三角瓶中，于摇床中自养培养；两个月后填料上形成生物膜的硝化速率达到20 mg N/ (L·d)；而后进行长期实验，每12 小时更换混合营养培养基（亚硝氮约200 mg N/ L，C/N 比同上）。结果显示：相较于C/N 比=0 时的亚硝酸盐氧化反应来说，低C/N 比出现了部分的反硝化，而高C/N 比则是几乎完全的反硝化。与对照比，C/N=0.44 时亚硝酸盐氧化速率并未受乙酸钠的影响，反而上升了，但C/N=0.88 时亚硝酸盐氧化速率有所下降。菌群结构分析表明自养对照与混合营养下微生物群落的不同；PCR-DGGE未检测出混合营养下硝化杆菌的存在，而显示异养菌尤其是反硝化菌的大量存 在。荧光定量PCR 结果表明随C/N 比上升，硝化杆菌数量从2.42 × 104 下降到1.34× 103 16S rRNA gene copies/ ng DNA，反硝化菌由0 增加至2.51 × 104 nosZgene copies/ ng DNA。SDS-PAGE 的结果表明不同C/N 比下的蛋白组较为复杂且呈现一定的差异性。 有机碳对亚硝氮氧化及微生物群落的影响很复杂，本文分别讨论了对游离态和生物膜固定态两种状态的混合菌群相应的短期和长期影响研究。研究发现，有机碳并非一定带来硝化的负影响，如果控制在适当的C/N 比范围，有机碳是有利于亚硝氮氧化的。这些发现阐明了有机碳和硝化反硝化的关系，填补了硝化微生物生态学上的空白，对污水处理系统中减少异养菌的影响并提高氮去除率有一定理论指导意义。 Nitrification plays a key role in the biological removal of nitrogen in both nature and wastewater treatment plant (WWTP). So, understanding of the effect of organic carbon on nitrification and the competition between nitrifying bacteria and heterotrophic bacteria is important for both microbial ecology and WWTP design and operation. Despite the fact that the nitrification process of ammonia to nitrate has been extensively investigated, it is not known how the process of nitrite oxidization is affected by organic carbon when heterotrophic bacteria are present. By measuring different physiological and biochemical parameters, as well as using genomic DNA and proteome analysis, we investigated the influence of organic (acetate) on nitrite oxidizing performance, community structure and metabolic function of nitrite-oxidizing and heterotrophic bacteria under laboratory conditions. The dissertation involves two parts: Part one deals with the effect of organic matter on functional performance and bacterial community shift of nitrite-oxidizing and heterotrophic bacteria under suspended state. The bacteria were prepared in a continuous-flow stirred reactor under autotrophic condition; after two months, the nitrification rate of the culture reached about 20 mg N/ (L·d); then the bacteria were harvested for the next batch experiments. The initial concentrations of nitrite were 126 ± 6 mg N/ L in all flasks, and sodium acetate (C) to nitrite (N) ratios were 0, 0.44, 0.88, 4.41, and 8.82, respectively. The results showed that at low C/N ratios (0.44 or 0.88), the nitrite removal rate was higher than that obtained under autotrophic condition and the bacteria had single growth phase, while at high C/N ratios (4.41 or 8.82), continuous aerobic nitrification and denitrification occurred besides higher nitrite removal rates, and the bacteria had double growth phases. The community structure of total bacteria strikingly varied with the different C/N ratios; the dominant populations shifted from autotrophic and oligotrophic bacteria (NOB, and some strains of Bacteroidetes, Alphaproteobacteria, Actinobacteria, and green nonsulfur bacteria) to heterotrophic and denitrifying bacteria (strains of Gammaproteobacteria, especially Pseudomonas stutzeri and P. nitroreducens). Part two describes the influence of acetate on nitrite oxidizing performance, community structure and metabolic function of nitrite-oxidizing and heterotrophic bacteria in biofilms. Bacterial enrichments was transferred into flasks with polypropylene carriers and cultured under agitated and autotrophic condition. After two month, the biofilms grown on the carriers had a nitrification rate of about 20 mg N/ (L·h); then the biofilms were refreshed with mixotrophic medium (nitrite were 200 mg N/ L in all flasks, and C/N ratios was the same as above) every 12 h. the results show: normal nitrite oxidization reactions were performed when C/N = 0, but nitrite oxidization and partial denitrification occurred with low C/N ratios (0.44 or 0.88). At high C/N ratios (4.41 or 8.82), we mainly observed denitrification. In contrast to C/N = 0, the nitrite oxidization rate was unaffected when C/N = 0.44, but decreased with C/N = 0.88. The structure of bacterial communities varied significantly between autotrophic and mixotrophic conditions. Nitrobacter was hard to detect by PCR-DGGE while heterotrophs and especially denitrifiers were in the majority under mixotrophic conditions. Real-time PCR indicated that the Nitrobacter population decreased from 2.42 × 104 to 1.34 × 103 16S rRNA gene copies/ ng DNA, while the quantity of denitrifiers obviously increased from 0 to 2.51×104 nosZ gene copies/ ng DNA with an increasing C/N ratio. SDS-PAGE indicated the complexity of and a certain difference between the proteome of nitrite-oxidizing and heterotrophic bacteria at different C/N ratios. We conclude that the influence of organic matter on nitrite oxidation and the community structure of NOB and heterotrophic bacteria is complex. In this dissertation, we focused on how sodium acetate influenced the system both under suspended state and in biofilms. We observed that acetate did not necessarily have a negative impact on nitrification. Instead, an appropriate amount of acetate benefited both nitrite oxidization and denitrification. These findings provide a greater understanding about the relationship between organics and nitrification; they fill the gaps in the field of microbial ecology of nitrifying bacteria; they also provide insight into how to minimize the negative impact of heterotrophic bacteria and maximize the benefit of nitrogen removal in biological treatment systems.

功能菌强化应急处理苯胺突发污染事故研究

近年来各种环境污染事故频发，据统计仅2001~2003年间，发生的各类环境污染事故就高达5606次，其中水污染事故3235次，占全部的57.7%。这些事故不仅给人民生命财产造成巨大损失，也给生态环境造成严重的破坏。因此开发安全高效的应急处理技术迫在眉睫。本研究以筛选高效苯胺降解菌为基础，通过对高效菌降解性能的研究指导将高效菌作为功能郡主投加到已有生物处理系统强化应急处理苯胺突发污染事故废液，取得了良好的效果。 苯胺高效降解菌AN-P1为红球菌（Rhodococcus sp.），其通过间位途径降解苯胺，AN-P1利用苯胺生长和降解的最佳pH为6，最适浓度为2000 mg/L，最适温度为30 ℃，最佳接种量为0.3‰。AN-P1降解含500 mg/L、1000 mg/L、2000 mg/L苯胺的培养物分别经过28 h、24 h、32 h降解，出水苯胺含量能达到《污水综合排放标准》（GB8978-1996）一级标准。但由于苯胺降解过程中释放了大量氨氮，出水氨氮仍较高未能达标排放。而常规SBR系统应急处理效果较差，苯胺和COD去除率均低于10%，出水未能达标排放。活性碳吸附后的回收和后续处理也会带来操作不变和二次污染问题，且处理后出水往往难于达标排放，尚需进行进一步处理。 生物处理系统应急处理后恢复运行处理效果监测和PCR-DGGE图谱分析显示，用AN-P1菌强化应急处理系统后不仅能快速高效的去除苯胺，而且可以有效保障处理系统对污染物的净化性能，有效的保护系统中的功能微生物免受苯胺毒害。 研究结果表明，从实际处理效果、对原有生物系统性能保护及实际应用操作等多方面考虑，用AN-P1菌强化应急处理苯胺突发污染事故在技术上都是可行的。本研究为应急处理苯胺突然污染事故废液提供了新的方法。 Recent years, environment pollution accidents happened frequently, the data showed that there are 5606 accidents between 2001 and 2003, including 3235 water environment accidents, which is 57.7% of all. These accedents not only caused money lost and life lost but also caused serious damage to the ecologicl environment. So exploring highly-effective and secure methods to solve these accidents is an urgent mission. We screened a highly-effective aniline-degrading bacterium and did some researches on its ability to degrade aniline, in order to guide the emergency treatment of aniline containing wastewater that caused by sudden accident pollution with bioaugmentation. A highly-effective aniline-degrading bacterium AN-P1 was isolate and characterized as Rhodococcus sp. It degrades aniline through meta-cleavage pathway. The optimal pH and temperature for cell growth and aniline degradation were 6 and 30 ℃, respectively, and the opitimal concentration of aniline was 2000 mg/L, the optimal inoculation amount was 0.3‰.It took bacterium AN-P1 only 18 h, 24 h and 32 h, respectively, for the treatment of MSB containing 500 mg/L, 1000 mg/L, 2000 mg/L aniline to meet the first grade of national some of the NH4+-N which caused by aniline degradation. It took bacterium AN-P1 only 10 h, 20 h and 32 h, respectively, for the treatment of wastewater containing 500 mg/L, 1000 mg/L, 2000 mg/L aniline to meet the first grade of national integrated wastewater discharge standard. The bacterium AN-P1 can also remove some of the NH4+-N which caused by aniline degradation. It took bacterium AN-P1 only 10 h, 20 h and 32 h, respectively, for the treatment of wastewater containing 500 mg/L, 1000 mg/L, 2000 mg/L aniline to meet the first grade of national integrated wastewater discharge standard. By combing AN-P1 with regular SBR system, it took only 36 h for the emergency treatment of wastewater containing 2000 mg/L aniline under simulating engineering conditions to meet the discharge standard. While the NH4+-N of effluent can not meet the standard because of the high amount NH4+-N caused by aniline degradation. The regular SBR system was not good at aniline and COD removal. The removal efficiency of which are less than 10%. It cost 67.8 g activated carbon to absorbed 1000 mg aniline. It is inconvenient to transport and use it for the emergency treatment of aniline when the sudden pollution accident happened. Meanwhile, it was complex ad hard to recycle the activated carbon and treat the aniline wastewater get from activated carbon recycling too. Hard to meet the effluent standard was also a problem of activated carbon absorption method. According to the PCR-DGGE profile and removal efficiency of pollutants and COD when the systerm recover from emergency treatment, AN-P1 can efficiently protect the microbial community of regular activated sludge system against the aniline. It proved that combing AN-P1 with regular biological system is a feasible strategy for emergency treatment of aniline sudden pollution accident. The research offered a new way for emergency treatment of aniline sudden pollution accident.

阿特拉津微污染原水生物活性炭处理系统种群动态演替分析

采用降解菌柱、土壤悬液柱和对照柱3种活性炭柱处理阿特拉津微污染原水,考察了阿特拉津去除效率,并利用PCR-DGGE技术分析炭柱运行期间微生物菌群动态变化。结果表明140d后对照柱去除率下降至30%～40%,而降解菌柱的去除效率保持在65%～75%。DGGE分析表明3个炭柱中都有自来水中微生物生长,土壤悬液柱中微生物在贫营养状态时种群多样性降低,实验室分离的阿特拉津降解菌接入降解菌柱后在运行期间可以保持相对优势,延长了炭的使用时间。

不同发育阶段杉木人工林对土壤微生物群落结构的影响

采用变性梯度凝胶电泳技术(DGGE),分析土壤细菌16SrDNA和土壤真菌28SrDNA特异性片段多态性,研究了不同发育阶段杉木人工林对土壤微生物群落结构的影响。结果表明:土壤微生物群落结构随着杉木人工林的发育年龄而改变,杉木人工林土壤微生物群落多样性和丰富度随杉木生长发育显著增加(P<0.05),但均显著低于次生阔叶林(P<0.05);聚类分析表明,不同发育阶段杉木人工林土壤真菌群落相似性均<60%,而土壤细菌群落相似性最高可达65%,由此可推测不同发育阶段杉木人工林土壤真菌群落结构变化较土壤细菌群落结构变化剧烈;相关性分析表明,不同发育阶段杉木人工林土壤速效氮、碳氮比与土壤微生物群落多样性显著相关(P<0.05)。本研究表明,长期种植单一杉木人工林能够通过改变土壤理化性质来影响土壤微生物群落组成,进而影响森林生态系统养分循环,导致人工林林分生产力下降。

长期石油和重金属污染对农田土壤假单胞菌种群多样性及结构的影响

采用PCR-DGGE方法,对我国东北地区长期石油和重金属污染农田土壤中的假单胞菌多样性及其种群结构进行研究.结果表明:石油污染区土壤中假单胞菌多样性指数显著高于重金属污染区;石油污染区旱田土壤假单胞菌多样性接近于对照清洁土壤,但低于相似污染程度的石油污染区水田土壤,表明污染物类型与耕作管理方式是影响土壤中假单胞菌多样性的主要因素.经16SrRNA的V6/V7区测序,Pseudomonas mendocina、P.stutzeri和P.aerugi-nosa是该石油和重金属污染区土壤中的优势类群,说明在长期污染胁迫下,这3种假单胞菌分别得到了不同程度的富集,推测与石油烃的自然降解及假单胞菌的重金属抗性有关.