多环芳烃污染土壤真菌群落组成及驱动因子

研究多环芳烃(PAHs)污染土壤中真菌群落结构及其驱动因子,可为PAHs污染土壤微生物修复技术研发提供技术支持。该文通过对华北某焦化厂5个点位(每个点位取6个深度)土壤样品中环境因子(PAHs含量、理化性质)和真菌群落结构进行了定量分析,研究了PAHs污染土壤中真菌群落结构与环境因子之间的关系。结果表明:(1)焦化厂土壤样品中微生物的主要真菌类群(属)为葡萄球菌属(Subulicystidium)、柄孢壳菌(Podospora)、土赤壳属(Ilyonectria)、介球菌属(Plectosphaerella),其和占真菌总量的20.22%～48.95%;(2)PAHs污染程度对真菌群落α多样性指数无显著影响(p0.05),但对真菌群落(属)有显著影响(p0.05);(3)冗余分析结果表明总有机碳和TPAHs是该区域真菌群落结构变化的主要驱动因子(p0.05)。     

土壤微生物群落对多环芳烃污染土壤生物修复过程的响应

采用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)方法,研究了土壤微生物群落多样性对生物表面活性剂强化的植物-微生物联合修复多环芳烃(PAHs)污染土壤的响应.结果表明,细菌群落的Shannon-Weaver指数修复前为3.17,修复后为3.24～3.45,多样性整体呈上升趋势,其中以植物-菌根真菌-降解菌处理最高,但各处理间无显著差异(P>0.05).聚类分析结果显示,植物、植物-鼠李糖脂、植物-菌根真菌和植物-菌根真菌-鼠李糖脂这4个处理的群落相似度在90%以上,植物-降解菌处理与这4个处理群落结构最近,此外,植物-降解菌-鼠李糖脂、植物-降解菌-菌根真菌-鼠李糖脂群落相似度在80%以上.通过测序比对,DGGE图谱上优势及特征性条带分别为Bacillus、Pseudomonas、Acidobacteria、Sphingmonas、Rhodopseudomonas、Firmicutes和Methylocytaceae等,可能是与PAHs降解密切相关的种属.生物表面活性剂强化的植物-微生物联合修复污染土壤过程中,在提高PAHs生物有效性基础上,改变了土壤微生物群落结构和丰度,从而可以有效提高PAHs的降解率.     

原位生物修复提高多环芳烃污染土壤农用安全性

为了减少多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)在作物体内的富集,降低食源性PAHs对人类的潜在风险,提高PAHs污染土壤的农用安全性,在受到PAHs污染的麦田中施用类球红细菌(Rhodobacter sphaeroide)菌剂(RS)进行原位修复.以叶面喷施(B)和根部喷施(D)50倍稀释的RS两种方式处理,以喷施等量清水的处理为对照(A),不做任何处理的麦田为空白(CK),从小麦苗期开始处理,到小麦成熟期测定了土壤和小麦籽粒中PAHs含量以及根际土壤微生物群落结构的变化,探讨了施用RS对PAHs污染土壤的强化修复作用.结果表明,施加RS的B区、D区与空白(CK)区相比,标识土壤微生物的磷脂脂肪酸(PLFAs)种类均有29.6%变异率;土壤PAHs的去除率分别提高了1.59倍和1.68倍;富集因子分别降低了58.9%和62.2%;50穗小麦籽粒的干重分别提高了8.95%和12.5%.RS的施用改变了土壤微生物群落结构,活化了土壤微生物的代谢活性,从而加快了土壤PAHs的降解;同时,RS的施用也降低了PAHs在小麦籽粒的富集量,提高了小麦的产量,显示出RS在提高PAHs污染土壤的农用安全性方面具有应用潜力.     

浑蒲灌区土壤中多环芳烃的分布及生态响应

因污水灌溉、大气沉降和油井的直接输入可能导致浑蒲灌区土壤中的w(PAHs)升高. 沿灌渠走向选取了8个采样点和1个对照点,分析了不同深度的土壤中w(PAHs)和表层土壤中微生物PLFAs(磷脂脂肪酸)的组成. Spearman分析表明,除了芴和蒽,其他PAHs、2~6环PAHs和总PAHs的质量分数均与土壤深度呈显著负相关. 油井附近的旱田土壤中w(PAHs)较高〔Ⅰ-2U采样点为(645.77±204.21)μg/kg,Ⅰ-6U采样点为(660.39±208.83)μg/kg〕;浑蒲灌区土壤中的PAHs以低环数的菲〔(61.92±13.72) μg/kg〕、蒽〔(39.11±10.68) μg/kg〕和芴〔(31.12±8.14) μg/kg〕为主;由于淋洗作用,水田土壤中w(PAHs)明显低于旱田. 相比对照点,浑蒲灌区土壤中微生物量降低,但微生物多样性增加. 通过对PLFAs的主成分和聚类分析,受油井影响的水田(Ⅰ-1P、Ⅰ-5P采样点)与旱田(Ⅰ-2U和Ⅰ-6U采样点)聚在一起,与对照点距离较远,说明油井附近水田和旱田的微生物结构与对照点存在显著差异,二者同时受到了油田的影响,相应的生态功能也会受到同样的影响. 尽管水田土壤中w(PAHs)明显低于旱田,但其土壤微生物结构也明显受到了石油污染的影响,而且水田地下水健康风险增加,因此建议关注水田风险,并为水田和旱田制订不同的PAHs土壤基准值.      

石油污染土壤微生物群落结构与分布特性研究

针对污染胁迫下土壤微生物群落结构与分布问题,基于PCR-DGGE分析与系统发育树等现代分子生物学分析方法,探讨典型油田区石油污染土壤微生物群落结构特征,污染水平与微生物群落分布的关系.结果表明,污染土壤石油含量的差异是造成微生物群落结构相似度差异的主要因素;微生物群落结构相似性指数与土壤石油污染水平具有显著相关性;随着土壤污染程度的增加,微生物群落的均匀度指数降低,菌属分布不均匀,表现出土壤微生物群落结构和种属的污染胁迫与分异现象;石油污染土壤中存在明显的优势菌属:Gulosibacter、Halomonas、Petrobacter、Methylocystis、Pseudoalteromonas.本研究结果为认识石油污染土壤微生物特性提供基础.     

油田区土壤微生物种群构成及系统分类初步研究

通过直接从土壤中提取总DNA,并对其16S rDNA 片段作PCR-DGGE分析,对油田区土壤微生物种群及其分布进行初步研究.结果表明,本研究改进的方法DNA提取率提高到现有方法的1.4～2.2倍,纯度提高到1.8～2.0;不同区域环境下石油污染土壤的微生物种群构成存在差异,CQ油田和DQ油田种群构成相似性较高,SL油田和YM油田则差异显著,其影响因素包括含油率、含水量等土壤基本特性;各油田土壤微生物与参考序列的相似性达89%～100%;油田区土壤香农-威纳指数分布在0.5～1.2之间,且随着微生物数量和活性的升高略有增加.通过上述研究可为评价区域环境下石油污染土壤的微生物群落结构,调控和优化污染土壤的微生态环境以及识别优势群落提供客观、可靠的技术依据.     

城市河流沉积物微生物量分布和群落结构特征

沉积物微生物是河流生态系统物质循环及水体净化的驱动力.为了探讨城市河流不同河段沉积物微生物量分布和群落结构特征及其影响因素,采用PLFAs分析方法和高通量测序技术获得沉积物微生物量和群落结构指标,并利用冗余分析(RDA)和相关性分析等方法探究影响河流沉积物微生物量和群落结构的主要环境因素.结果表明:除上游样点C7外,沉积物细菌优势菌门均为变形菌门,次优势菌门为绿弯菌门,优势菌纲为β-变形菌纲,次优势菌纲为γ-变形菌纲;同一河段内沉积物微生物组成和细菌群落结构相似,而不同河段间沉积物微生物组成和细菌群落结构差异明显;下游沉积物细菌多样性和丰富度(香农指数均值10.20,Chao1指数均值3011.5)显著高于中游(香农指数均值9.50,Chao1指数均值2808.2)和上游(香农指数均值9.38,Chao1指数均值2681.2);沉积物微生物PLFAs总量和各菌群PLFAs含量均表现为中游沉积物中含量较高(PLFAs总量均值412.1 nmol·g~(-1)),而下游(PLFAs总量均值218.6 nmol·g~(-1))和上游(PLFAs总量均值215.1 nmol·g~(-1))沉积物中含量相对较低.分析和讨论结果表明,速效钾、pH、C/P、TC、C/N和铵态氮是影响不同河段沉积物细菌群落结构特征的主要环境因子,TC、TN、C/P和pH是影响沉积物细菌多样性的主要环境因子,而速效钾、C/P、TN、TC和pH是影响不同河段沉积物微生物量分布的主要环境因子.十五里河不同河段的沉积物微生物通过微生物量和群落结构特征反映不同河段环境状况,并发挥着水体净化和河流生态系统健康维持的功能.     

四川汉源万顺铅锌矿区蜈蚣草共附生细菌群落结构对重金属的响应特征

为了充分挖掘重金属污染地区植物共附生细菌资源,提高重金属污染土壤生态修复的效率,利用变性梯度凝胶电泳(Denaturing Gradient Gel Electrophoresis,DGGE)技术,对四川省汉源县万顺铅锌矿区蜈蚣草根状茎中共附生细菌多样性和群落结构进行了研究,并分析了共附生细菌群落结构与蜈蚣草根状茎中有效重金属间的关系.结果表明,不同采样点间的蜈蚣草共附生细菌多样性存在明显差异,多样性指数和丰富度指数均表现为尾矿矿口弃渣区选矿区农田.基于DGGE回收条带序列的系统发育显示,蜈蚣草共附生细菌包括芽孢杆菌属(Bacillus)、伯克氏菌属(Burkholderia)、根瘤菌属(Rhizobium)、假单胞菌属(Pseudomonas)、肠杆菌属(Enterobacteria)和弯曲杆菌属(Campylobacter)等细菌类群.相关性分析表明,共附生细菌多样性指数和丰富度指数均与有效Cu、Cd、Pb、Zn和As含量呈显著正相关(p0.05).冗余分析(Redundancy Analysis,RDA)显示,有效As是影响蜈蚣草共附生细菌群落结构的关键因子,对砷含量较高的采样点,砷对蜈蚣草共附生细菌群落有促进作用,在砷含量相对较低的采样点,共附生细菌群落与砷呈负相关.研究表明,蜈蚣草存在丰富的共附生细菌种群,这些种群受蜈蚣草中有效重金属含量的影响明显,在修复重金属特别是砷污染土壤方面表现出潜在应用价值.     

紫茉莉对石油污染盐碱土壤微生物群落与石油烃降解的影响

以石油污染盐碱土壤为研究对象,利用磷脂脂肪酸(PLFAs)活性微生物标记法,分析紫茉莉(Mirabilis jalapa Linn.)根际土壤微生物群落结构的动态变化,探讨紫茉莉生长对根际土壤微生物与石油烃(TPH)降解的影响.结果表明,供试土壤中先后出现了22种微生物PLFAs,包括标识细菌的饱和脂肪酸(SAT)、标识革兰氏阳性菌(G+)的末端支链型饱和脂肪酸(TBSAT)、标识革兰氏阴性菌(G-)的单不饱和脂肪酸(MONO)和环丙脂肪酸(CYCLO)、标识真菌的多不饱和脂肪酸(PUFA)和标识放线菌的中间型支链型饱和脂肪酸(MBSAT)等六大类型.与未种紫茉莉土壤(CK)相比,根际土壤微生物PLFAs种类变异率在春、夏、秋季分别为71.4%、69.2%和33.3%;TPH降解率在春、夏、秋季分别提高了47.6%、28.3%、18.9%.相关性分析表明,石油烃的降解在CK土壤中与77.8%的PLFAs具有正相关关系(r0),55.6%的种类具有高度正相关关系(r≥0.8),其中,与SAT和MONO类群的相对含量正相关,相关系数分别为0.92、0.60;根际土壤中仅与42.1%的PLFAs正相关,21.1%的种类高度正相关,与TBSAT、MONO和CYCLO类群的相对含量正相关,相关系数分别为0.56、0.50、0.07.说明紫茉莉生长对根际土壤微生物群落结构及TPH降解速率均具有较大影响,且随生长季节的不同而有很大差异.该结果将为开展石油污染盐碱土壤的植物修复技术研究提供理论依据.     

MBR中微生物群落结构的演变与分析

为了揭示膜.生物反应器中微生物群落结构多样性的演变过程,通过细胞裂解法直接提取不同时期污泥中的基因组DNA,利用基于16SrDNA的PCR-DGGE技术获得了微生物群落的DNA特征指纹图谱,并对条带进行了统计分析和切胶测序,使用序列数据进行了同源性分析并建立了系统发育树.DGGE分析表明,在反应器运行前17d内污泥中微生物群落结构变化很大,与接种污泥的相似性系数下降到了29.2%,从而说明MBR中处理工艺和进水水质的改变导致微生物群落结构多样性降低.在试验过程中,Pscudomonas和Aeromonas hydrophila等种群一直保持着较为稳定的优势地位,也有原始种群如Bacillus sp.的消亡和以Enterococcus faecalis、Comamonas sp.、Fusobacterium sp.等为代表的次级种群的强化和演变.UPGMA聚类分析将DGGE图谱区分为3大类群并对应于各自的运行时期.测序结果表明,MBR中微生物菌群间进化距离较大,其中Proteobaeteria纲和Bacillus属细菌较多.在反应器运行后期演变为优势地位的菌群(如Comamonas sp.)加剧了膜污染物的产生和积累.     

不同添加量凋落物及生物质炭对土壤微生物群落结构的影响

以亚热带杉木人工林土壤为研究对象,采用培养试验,研究了杉木凋落物及其生物质炭(Biochar,BC)在不同添加量条件下(0、1%、2%、3%、4%、5%土壤质量分数)对土壤微生物群落结构的影响.结果表明:凋落物处理的土壤微生物总磷脂脂肪酸(PLFA)、细菌、真菌含量均随添加量的增加而增加,而丛枝菌根真菌(AMF)和放线菌(ACT)含量在不同添加量处理间则无显著差异.对于BC处理,在3%添加量下土壤微生物总PLFA、革兰氏阳性细菌(GP)、革兰氏阴性细菌(GN)、真菌、AMF和ACT含量均达到最大,表明BC对土壤微生物活性的促进作用与凋落物截然不同.此外,凋落物添加对真菌的影响较大,但对ACT的影响则显著低于BC处理.主成分分析表明,凋落物和BC添加均显著改变了土壤微生物群落结构,且前者的影响更为明显,而添加量对其影响则较小.冗余分析发现,土壤全氮与C/N比值分别为影响凋落物与BC处理中微生物群落结构变化的主要因子.     

缙云山马尾松林和柑橘林土壤微生物PLFA沿海拔梯度的变化

土壤微生物群落是土壤生态系统的重要组成部分,对环境变化敏感.本文运用磷脂脂肪酸法(PLFA)研究缙云山马尾松林和柑橘林土壤微生物群落结构沿海拔梯度的变化特征.结果表明,从6个海拔土壤中共检测到48种PLFA,其中i16:0、10Me17:0、10Me18:0 TBSA在6个海拔中含量均最高,且柑橘林土壤PLFA种类和含量明显高于马尾松林.随着海拔升高马尾松林土壤微生物种类和含量逐渐增加,柑橘林则逐渐降低,各海拔间细菌、真菌、放线菌、革兰氏阴性菌(G~-)及革兰氏阳性菌(G~+)含量差异显著.土壤微生物群落多样性研究结果表明,马尾松林低海拔丰富度指数(R),多样性指数(H')、均匀度指数(J)均显著高于高海拔,而柑橘林R在低海拔最高,H'、J则在高海拔最高.不同海拔土壤细菌、放线菌、G~-及G~+与土壤酶和环境因子之间存在相关性,细菌、放线菌、G~-及G~+与脲酶(Ure)、转化酶(Ive)、过氧化氢酶(CAT)、林分类型均呈极显著正相关,真菌与Ure、Ive、CAT呈显著正相关;而细菌、真菌、放线菌、G~-及G~+与海拔呈极显著或显著负相关.Ure、Ive、CAT、林分及海拔是影响土壤微生物PLFA变化的重要因子.     

镉胁迫下稻田土壤微生物基因多样性的DGGE分子指纹分析

采用现代分子生物学技术,避开传统的分离培养过程,探讨重金属镉污染条件下稻田土壤微生物种群的基因多样性.经过直接从土壤中抽提总DNA,并对总DNA中16S rDNA及其中 V3可变区序列作PCR扩增、变性梯度凝胶电泳(DGGE)分析等,对镉胁迫下稻田土壤总DNA、微生物种类分布进行了初步的研究,发现不同浓度镉胁迫下稻田土壤间的菌种有明显差异,DGGE技术可以用于污染环境下微生物多样性研究.同时对DGGE分子指纹图谱的生物信息学分析作了初步尝试,为污染环境下土壤微生物多样性研究提供了新的实验方法与依据.     

Effect of copper on phospholipid fatty acid composition of microbial communities in two red soils

The phospholipid fatty acid （PLFA） composition was analyzed in two red soils experimentally contaminated with copper at different concentrations. The total amounts ofphospholipid fatty acids （PLFAs） in both red soils were significantly correlated with soil microbial biomass C and N, which decreased consistently with increasing levels of copper. The relative quantities of the PLFAs 17：0 （10 Me）, i16：0, il 5：0 and 16：1w5c, decreased with increasing heavy metal concentration, while those of cyl7：0, which is an indicator of gram-negative bacteria, increased. The Shannon index calculated from the PLFA data indicated that Cu addition in the red soils decreased the population diversity of soil microbial communities. Multivariate analysis of PLFA data demonstrated that high levels of Cu application had a significant impact on microbial community structure and there is a threshold metal concentration for PLFA composition. Comparatively higher toxic effect on microbial biomass and community structure were found in the red sandy soil than those in the red clayey soil. The differential effect of Cu addition on microbial communities in the two soils may be due to differences in soil texture and cation exchange capacity.     

Bacterial diversity in soils around a lead and zinc mine

Five samples of soil collected from a lead and zinc mine were used to assess the effect of combined contamination of heavy metals on soil bacterial communities using a polyphasic approach including characterization of isolates by culture method, community level catabolic profiling in BIOLOG GN microplates, and genetic community fingerprinting by denaturing gradient gel electrophoresis of 16S rDNA fragments amplified by PCR from community DNA （PCR-DGGE）. The structure of the bacterial community was affected to a certain extent by heavy metals. The PCR-DGGE analysis of 16S rRNA genes showed that there were significant differences in the structure of the microbial community among the soil samples, which were related to the contamination levels. The number of bacteria and the number of denaturing gradient gel electrophoresis （DGGE） bands in the soils increased with increasing distance from the lead and zinc mine tailing, whereas the concentration of lead （Pb） and cadmium （Cd） was decreased. Heavily polluted soils could be characterized by a community that differs from those of lightly polluted soils in richness and structure of dominating bacterial populations. The clustering analysis of the DGGE profiles showed that the bacteria in all the five samples of soil belonged to three clusters. The data from the BIOLOG analysis also showed the same result. This study showed that heavy metal contamination decreased both the biomass and diversity of the bacterial community in soil.     

重金属复合污染农田土壤的微生物群落遗传多样性研究

采集了浙江省富阳市环山乡某冶炼厂小高炉附近受铜、锌、铅、镉不同程度复合污染的4个农田土壤样品，首先扩增土壤总DNA中的16S rDNA，然后进行变性梯度凝胶电泳(Denaturing Gradient Gel Electrophoresis)，分析了长期受重金属复合污染的农田土壤的微生物群落遗传多样性变化．结果表明，不同程度的重金属复合污染明显改变了农田土壤的微生物群落遗传多样性，但与多样性的改变不是简单的负相关关系，最大的多样性指数出现在中等污染程度的土壤中．     

黑龙江中央站黑嘴松鸡国家级自然保护区不同森林类型土壤微生物功能多样性分析

土壤微生物在森林生态系统中起着重要作用,因此研究不同森林类型下土壤微生物功能多样性具有重要意义.采用Biolog-Eco微平板法对位于黑龙江中央站黑嘴松鸡国家级自然保护区内的3种典型森林类型——白桦林、蒙古栎林、兴安落叶松林下的土壤微生物功能多样性进行研究.结果表明:白桦林、蒙古栎林、兴安落叶松林土壤微生物AWCD（平均颜色变化率）值、Shannon-Wiener指数和McIntosh指数差异显著（P < 0.05）.AWCD随着培养时间的延长而逐渐增加,其中白桦林的AWCD值最高,而落叶松林的AWCD值最低.主成分分析（PCA）结果表明,3种森林类型土壤微生物群落代谢功能差异显著,主成分1和主成分2分别可以解释方差变量的38.81%和30.30%.从碳源利用率来看,糖类和氨基酸类是影响3种森林类型土壤微生物功能的主要碳源.典型相关分析（CCA）表明,w（SOC）（SOC为土壤有机质）、w（TN）（TN为全氮）和pH是影响土壤微生物功能多样性的主要环境因子.研究显示,3种森林类型土壤微生物功能多样性和碳源利用方式均有显著差异,其主要受到土壤pH、w（SOC）和w（TN）的影响.      

利用磷脂脂肪酸(PLFAs)生物标记法分析人工湿地根际土壤微生物多样性

采用磷脂脂肪酸（PLFAs）生物标记法,分析了4组人工湿地分别栽种2种植物情况下植物根际土壤的微生物群落结构。结果表明:4组湿地植物根际土壤中PLFAs总量为1322~2769 μg/g,PLFAs种类为18~30,湿地植物根际土壤中PLFAs主要包含饱和脂肪酸和单不饱和脂肪酸;植物根际土壤中细菌含量最高,其中好养菌含量显著高于厌氧菌。对PLFAs总量和湿地设计运行参数进行Pearson相关分析,PLFAs含量与基质孔隙率和进水水质呈显著正相关。     

铜尾矿库重金属Cu、Zn对细菌群落结构的影响

以湖北某铜矿尾矿库为主要研究对象,采集库内尾矿样品11个、对照样某小型废弃尾矿库尾矿样品2个和附近耕地土壤样品1个,采用变性梯度凝胶电泳方法对上述样品中细菌的16S rRNA V3~V6可变区扩增片段进行分析,利用分析得到的图谱数据与所测得样品的理化性质及重金属Cu、Zn含量进行相关性及冗余度(RDA)分析.结果表明,尾矿库内Cu、Zn污染严重并波及周边,与尾矿样品的理化性质存在不同的相关性,其中Zn的污染程度与有机质存在极显著正相关[R=0.668(P<0.01)].DGGE图谱分析结果发现,样品细菌多样性较低,相似性较高(最低相似度53.1%),优势菌群相对稳定,PCA分析表明,Cu和Zn对细菌多样性具有抑制作用.RDA分析结果说明Cu和Zn的含量对细菌种群分布影响很大,Cu对大部分种群具有抑制作用,而Zn一方面能促进某些种属数量,另一方面又能抑制其他种群的结构变化,这种影响并不是实验室研究的简单线性关系.     

民勤绿洲退耕地土壤微生物群落结构与功能多样性特征

为明确退耕阶段对土壤微生物群落结构和功能的影响,选取3个不同退耕阶段的荒漠绿洲区土壤为研究对象,通过宏基因组测序技术来研究不同阶段退耕地中土壤微生物群落的结构和功能多样性特征.结果表明,3个阶段退耕地土壤中放线菌门（Actinobacteria）、变形菌门（Proteobacteria）和芽单胞菌门（Gemmatimonadetes）的相对丰度存在显著差异,为优势菌门.与退耕前期相比,退耕修复后期增加了群体感应、卟啉与叶绿素代谢、泛酸盐和辅酶A生物合成以及苯乙烯降解的功能基因比例,且相对丰度存在显著差异（P<0.05）,表明不同退耕阶段改变了土壤微生物群落营养循环与能量代谢的功能潜力.RDA结果表明电导率（EC）、速效钾（AK）和全氮（TN）对土壤微生物功能组成具有显著影响,其中EC对微生物功能组成的影响最大.不同退耕阶段对土壤微生物群落结构和功能组成多样性具有显著影响,在民勤绿洲退耕地生态修复中,微生物群落结构和功能组成对不同阶段的土壤修复敏感性可综合相关指标进行考虑.