湖北清江和尚洞滴水微生物群落随空间和季节的变化

为了考察现代微生物群落对环境因子的响应关系及其在古气候重建中的应用潜力, 利用微生物学传统的培养计数、荧光染色总菌计数和BIOLOG的ECO微平板等技术对湖北省清江和尚洞内不同地点的滴水由内至外进行了空间和季节性的动态监测, 4个滴水点由内向外编号依次为1D、3D、4D和5D.结果证实湖北清江和尚洞洞穴滴水中存在一定数量的微生物.不同样点微生物的代谢活性不同, 1D样品中的微生物群落代谢活性最高, 3D表现出与1D相似的代谢特征, 但平均颜色变化率(AWCD: 微生物对碳源的利用程度, 颜色变化率越高, 表明微生物代谢越旺盛)较1D小, 4D和5D样品在接种24h后平均颜色变化率(AWCD)基本保持不变.对微生物代谢较为旺盛的1D、3D两个样品中不同时间内微生物群落的多样性指数进行分析, 表明洞穴滴水中微生物多样性相对稳定, 随采样季节的变化不大.相对于3D、1D的4个不同季节(采样时间)微生物群落对碳源种类的利用上存在一定差异.1D水样在2006秋季(2006年11月份)、2007春季(2007年5月)和2009年夏季(2009年7月份)微生物群落利用碳源种类上比较接近, 而在2008年初秋(2008年9月)碳源利用种类与前三者的差异明显.与1D相比, 3D的4个不同采样时间的滴水微生物群落在主成分1和主成分2的得分系数比较接近, 群落碳源代谢功能多样性差别不大.这种变化可能反映了不同季节滴水中可溶有机质成分(DOC)的变化及微生物群落成分的变化, 暗示了微生物群落结构变化在指示气候变化应用中的巨大潜力.但微生物群落多样性与代谢功能多样性与气候因子之间的关系尚需深入研究.      

喀斯特地区土壤微生物功能多样性对生态演替的响应——以贵州茂兰国家自然保护区为例

利用BIOLOG ECO微平板法研究了喀斯特地区土壤微生物功能多样性对生态演替的响应情况。在研究区选取具有代表性的4个不同群落演替阶段:原生乔木林、次生乔灌混合林、灌丛、草坡,同时选择一个非喀斯特森林样地作为对照,对选取的不同生态系统土壤的微生物功能多样性进行研究。结果发现,随着乔木林逆向演替到灌丛的过程,微生物活性有逐渐降低的趋势,功能多样性对生态演替响应灵敏,土壤微生物在喀斯特地区比非喀斯特地区总体表现出更高的活性和丰富度,但群落均匀度较低,结构不稳定。主成分分析显示,演替使微生物的代谢模式产生了明显的分异,起主要分异作用的碳源是糖类、羧酸类和聚合物类。颜色变化率和主成分分析综合表明,演替进行到草坡阶段,较大的环境变化可能使土壤微生物采取了r-策略(r-strategistis)。根据逆向演替过程中土壤微生物功能多样性的变化,灌丛阶段可以视为岩溶生态系统整个演替阶段的阈值。     

铬污染土壤和地下水的修复技术研究进展

上海20世纪70年代含铬废水排放量大,其中六价铬毒性大、溶解度高、迁移性强,极易随水淋溶污染地下水系统。开展高效、经济的土壤和地下水中铬污染修复方法的研究,具有重要的现实意义。本文系统地综述了铬污染场地修复技术现状,包括还原稳定、渗透反应墙、电动修复、生物修复等,重点探讨了上海地区污染深度大于4m的低渗透性的铬污染场地电动反应墙联合修复技术的发展趋势。     

贵州水城仲河剖面二叠纪-三叠纪之交底栖群落的物种多样性与功能多样性转变

为了定量化恢复晚二叠世末期生物大灭绝对底栖群落的物种多样性和功能多样性的影响,对浅海碎屑岩台地相区的贵州水城仲河剖面开展宏体化石采集和分析,识别和划分古群落,选择优势度、香农指数、均匀度等代表物种多样性指数,生态功能群数量和功能均匀度代表功能多样性指数. 共采集1 340枚化石标本,经鉴定得到30属33种,其中双壳类可归纳为两个生物带:晚二叠世长兴期的Hunanopecten exilis顶峰带和早三叠世Griesbachian早期的Pteria ussurica variabilis顶峰带. 根据化石属种的地层分布、保存状况,结合聚类分析方法识别出3个古群落:Astartella obliqua-Tethyochonetes quadrata群落、Pteria ussurica variabilis-Claraia wangi群落和Pteria ussurica variabilis-Unionites canalensis群落. 自晚二叠世长兴期末期至早三叠世Griesbachian早期,古群落的优势度上升、香农指数降低、均匀度下降,功能群丰富度降低,功能均匀度上升,这指示晚二叠世末生物大灭绝对浅海碎屑岩相区的底栖群落的组成和功能均有显著的破坏. 此外,结合华南浅海和深海相区的古群落数据,发现底栖群落的物种多样性指数和功能多样性指数在晚二叠世末生物大灭绝中均遭受损失,但是浅海底栖群落受影响较高.      

中试尺度下可渗透反应墙位置优化模拟——以铬污染地下水场地为例

可渗透反应墙（PRB）是一种高效的地下水污染原位修复技术。不同水文地质条件下,污染场地墙体位置布设合理性影响其修复效果,而利用地下水数值模拟可实现墙体位置优化。文章以某Cr6+污染地下水场地为例,基于Visual Modflow建立了研究区平面二维稳定流数值模型,并通过模型检验。根据墙体的设计尺寸（长20 m×宽2 m×深12 m）及填充材料的渗透系数（80 m/d）,利用所建模型分别计算了4种布设方案（墙体尺寸大小和填充材料渗透系数相同,布设位置不同）下墙体的捕获区宽度、粒子滞留时间和通过墙体的Cr6+通量。结果表明:4种布设方案模拟的滞留时间和捕获区宽度取值差异性不大,变异系数小于2%;Cr6+通量差别较大,变异系数高达76.32%,主要由地下水中Cr6+浓度空间分布不均引起。对比分析4种方案的各评价指标,方案2求得的捕获区宽度为21.9 m,粒子滞留时间为4.1 d,Cr6+去除量可达127.7 mg/d,可作为最佳布设方案。本研究建立的地下水流数值模型符合场地实际情况,可有效评估PRB截获污染羽的范围和去除目标污染物的能力,为铬渣类污染场地PRB原位修复工程设计与实施提供技术支撑和参考依据。     

青藏高原多年冻土区土壤需氧可培养细菌多样性及群落功能研究

以青藏高原腹地不同植被类型多年冻土区土壤细菌为研究对象, 分析了可培养菌群数量、 多样性和生理代谢功能的变化及其与环境因子间的关系. 结果显示: 从沼泽草甸到高寒荒漠, 土壤水分、 总碳、 总氮含量逐渐降低, pH值升高, 可培养细菌数量在2.97×10⁶~2.88×10⁷ CFU·g^-1, 与含水量、 总碳、 总氮显著正相关; Actinobacteria(51.4%)和γ-Proteobacteria(31.7%)为优势菌群, α-protebacteria仅在沼泽草甸中有分布, β-protebacteria、 Bacterioidetes丰度与含水量、 总碳、 总氮间显著正相关; 自沼泽到荒漠, 菌群代谢活性和Shannon功能多样性指数降低, pH与Shannon指数显著负相关, 继氨基酸类碳源之后, 多聚物逐渐成为被细菌群落主要利用的碳源种类. 研究表明, 伴随冻土退化地上植被逆向演替的过程, 青藏高原多年冻土地下土壤微生物群落丰度、 遗传和代谢功能多样性均发生了不同程度的响应.     

太湖沉积物中微生物多样性垂向分布特征

运用化学分析方法和PCR-DGGE技术,从沉积物化学及分子生物学角度对太湖沉积物理化性质(pH、Eh)、营养盐及微生物多样性的垂向分布及相关性进行研究。结果表明:沉积物-上覆水接触界面处于轻度还原状态,在表层8.0cm左右以下,Eh随沉积深度的增加迅速下降,还原性逐渐增强,到15.0～22.5cm深度区间内,Eh值基本稳定,还原性最强,之后随深度的进一步增加,Eh呈"之"型缓慢升高。沉积物pH随深度的增加先降低后缓慢升高,pH在整个剖面上变化幅度不大,在7.2～7.6变动。沉积物中含有丰富的营养盐,总氮(TN)、总磷(TP)最高含量分数和有机质(OM)的最高百分比分别为2.436mg/g、0.731mg/g和3.817%,其剖面特征表明,沉积物表层TN和OM远高于底层,其含量随深度增加而降低。TP随着沉积深度的增加呈"之"型缓慢减少。不同深度沉积物的微生物群落呈现出明显的空间分布多样性差异,不同深度沉积物的微生物群落结构之间的相似性和动态性存在差异。多元相关分析结果显示,TN与OM显著相关,理化指标、营养盐中任一指标含量与微生物群落多样性指标之间存在相关性,但不显著,微生物多样性是营养盐及环境物理、化学和生物等多方面共同作用的结果。     

产电生物可渗透活性反应栅法（ePRB）地下水有机污染物修复研究

产电生物可渗透活性反应栅(ePRB)地下水有机污染物修复的技术原理是在地下水流横截面上以可渗透活性反应栅(PRB)的形式设置阳极性生物载体反应单元,其上附着具有生物产电呼吸功能的生物膜,并在接近地表的位置设置阴极氧还原反应单元;阳极上的微生物通过将有机物等污染物质的电子转移至阳极使有机污染物氧化降解,电子再通过外电路传递至阴极并为阴极上发生的氧气还原反应所接受.通过这一过程,可以通过远距离的曝气使被有机物等污染的地下水得到修复.     

通辽科尔沁地区土壤微生物群落结构和功能及其影响因素

农业作为通辽科尔沁地区的传统产业,是当地重要经济产业之一.了解土壤微生物群落结构和功能及其影响因素对农作物种植、污染土地修复等具有重要意义.采用Illumina Miseq高通量测序技术、FAPROTAX.1.1功能预测平台等方法,在该区采集71个土壤样品,分析其地球化学特征和微生物群落特征并对微生物群落进行功能预测,同时探讨不同环境因子和空间因子对微生物群落的影响.结果显示:微生物群落由变形菌门（Proteobacteria）（19.77%）、奇古菌门（Thaumarchaeota）（17.85%）、酸杆菌门（Acidobacteria）（17.14%）和放线菌门（Actinobacteria）（15.58%）等构成;功能预测表明该区存在大量活跃的参与氮循环过程的微生物功能群,其中有氧氨氧化功能群为该区的优势微生物功能群.方差分解分析显示,在对微生物群落结构差异的可解释范围内环境因子比空间因子的解释量更大.Mantel检验结果显示,整体微生物群落与土壤pH、EC、TN、C/N及Mg、Na、Sr元素含量显著相关（p < 0.05）.综合分析表明,pH、EC和Sr元素含量是影响通辽科尔沁地区土壤微生物群落结构和功能及多样性的主要环境因素.      

离心操作对BIOLOG法测定微生物群落功能多样性的影响

陆地生态系统的有机质分解是地球系统碳循环的重要环节,但目前人们对这一过程的认知程度尚待提高,原因之一是对植物凋落物分解时微生物群落功能多样性的变化缺乏系统认识.如能将BIOLOG微平板法引入植物凋落物降解初期的研究中,将弥补这一重要环节的缺失.但当前对如何在降解初期研究中应用这一方法、尤其是对于在预处理过程中是否应进行离心操作并无定论.为此,笔者选用北京桦树林区凋落物的淋洗液为接种液,考察离心操作对BIOLOG微平板法测定结果的影响.研究发现:离心操作能减小培养液的浊度(吸光度减小0.13)、降低溶液颜色对微孔显色程度的干扰,但也会导致测得的微生物群落数量减少(平均颜色变化率可降低约0.4);样品中微生物群落数量越小,群落功能多样性受影响的程度则越大.因此,在选择是否进行离心操作时,需针对具体的研究对象综合选择.     

冻融循环条件下生境基材中三种功能微生物数量变化规律研究

为揭示高寒地区典型生境基材中功能微生物数量变化的规律,以黄棕壤土为试验土样,在两种初始含水率条件下,分别制备客土、植被混凝土以及加菌植被混凝土三种不同类型的生境基材进行冻融循环模拟试验,探讨生境基材类型、初始含水率和冻融循环次数对基材中功能微生物数量的影响。试验结果显示：三种基材中功能微生物数量均受冻融循环影响显著,且随冻融循环次数增加总体呈"下降~上升~下降"趋势;冻融循环过程中,三种基材中功能微生物总量存在显著性差异,排序为：加菌植被混凝土 > 植被混凝土 > 客土,且固氮、解钾微生物数量显著低于解磷微生物;含水率为22%的基材中功能微生物总量普遍高于含水率为18%的基材。研究结果表明,加菌植被混凝土的肥力、抗冻性相比客土和植被混凝土有一定程度提升,但仍需对现有功能菌剂配方加以改进,以适应高寒地区冻融环境。     

二价铁氧化对铁锰循环功能微生物活性的影响及机制

地质微生物是沉积环境中铁、锰氧化还原循环的主要驱动因子,铁锰共存环境中二价铁氧化对不同铁、锰循环功能微生物活性的影响差异和机制尚不清楚.以铁还原菌Shewanella oneidensis MR-1、铁氧化菌Pseudogulbenkiania sp.strain 2002、锰氧化菌Pseudomonas putida MnB1和Leptothrix discophora SS-1作为代表性的铁、锰循环功能微生物,利用平板计数、荧光显微镜等手段探究了Fe(II)氧化对功能微生物活性的影响差异及机制.结果表明0.05 mM Fe2+氧化60 min可使MR-1和MnB1的活菌数量降低4~5个数量级,SS-1及S.2002无显著失活.Fe(II)氧化产生的吸附态。OH和胞内。OH是细菌失活的主要原因,胞外H₂O₂、胞外游离态。OH和三价铁氧化物是细菌失活的次要原因,SS-1及S.2002产生了氧化应激反应,成功抵御了活性氧化物种.      

Rapid in situ silicification of microbes at Loburu hot springs, Lake Bogoria, Kenya Rift Valley

Microbial mats, located along the margins of hot-spring pools and outflow channels at Lake Bogoria, Kenya, are commonly silicified forming friable laminated crusts. Columnar microstromatolites composed of silica and calcite are also forming at several springs in sites of oscillating water level or spray. Silicification of the microbes involves impregnation of organic tissue by very fine amorphous silica particles and encrustation by small (< 2 μm) silica spheroids. Rapid silicification of the microbes, which may begin while some are still alive, can preserve sheaths and in some examples, the filaments, capsules and cells. Although this provides evidence of their general morphology, the biological features that are required for taxonomic identifications are commonly poorly preserved.
The silica precipitation results mainly from evaporative concentration and rapid cooling of spring waters that have been drawn upward through the mats and microstromatolites by capillary processes. Almost all the silica at the Loburu springs nucleates on microbial substrates. This affinity of silica for functional groups on microbial surfaces contributes to the rapid silicification of the microbes and their preservation in modern and ancient cherts.     

Periodic density functional theory calculations of bulk and the (010) surface of goethite

Background  

Goethite is a common and reactive mineral in the environment. The transport of contaminants and anaerobic respiration of microbes are significantly affected by adsorption and reduction reactions involving goethite. An understanding of the mineral-water interface of goethite is critical for determining the molecular-scale mechanisms of adsorption and reduction reactions. In this study, periodic density functional theory (DFT) calculations were performed on the mineral goethite and its (010) surface, using the Vienna Ab Initio Simulation Package (VASP).     

An experimental study on the effects of microbes on the migration and accumulation of REE in the weathering crust of granite

Microbes were cultured and identified from the saples collected at various depths in 4 weathering profiles of REE-bearing granites in Gonghe,Guangdong,The microbes were found existing at the depth of 0-5m in all the profiles.The main microbes include coccus (Staphylococcus,Streptococcus),bacillus(Bacillus,Clostridium and Escherichia Coli),actinmyces and fungi(Saccharomycete,Penicillium,Fusarium,Aspergillus Aiger and Mucor),The number of colonies decreases downwards in the profiles.Experimental studies show that all the microbes used in the experiment can accelerate downward migation of REE in the experimental tubes.,The ability to accelerate the migration of REE decreases in a sequence of fungi→actinomyces→acillus→coccus.The microbes can change the modes of occurrence of REE in the weathering crust.The coccus,bacillus and actinomyces can increase the amounts of REE in ion state,whereas the fungi have a stronger ability to from organic compounding REE and accumulate REE than the bacteria do.     

答《关于深海锰结核中“纳米级超微生物化石”的思考和建议》一文

本文详细讨论了东太平洋深海锰矿结核中新发现的中华微放线菌和太平洋螺球孢菌究竟是不是超微结构，首先，它们是笔者根据形态，结构和元素成分作为超微生物化石进行鉴定的，其次，透射电子显微镜中可以清楚地区分出完整的微生物结构，包括菌丝，孢子，孢囊和菌落等，它们之间的尺寸比例也是适当的，此外，透射电子显微像还揭示，深海锰质叠层石的纹层就是这些超微生物韵律性生长的结果，与滨海叠层中的纹层十分相似，笔者认为，已知微生物的最小尺寸不能作为否定新发现的超微生物化石的依据。本文还讨论了超微生物化石的术语问题。     

“四深”微生物的地质作用：从气候环境变化到生态灾难

“四深”微生物是指深海、深地、深空和深时环境的微生物,特别是细菌、古菌、真菌、病毒等。人们对“四深”微生物的了解非常有限,是亟待突破的地球生物学前沿领域。“四深”微生物的研究对理解地球生命起源、界定生物圈的边界条件、促进地球科学与生命科学以及行星科学之间的交叉融合具有不可替代性的贡献。随着我国深海、深空、深地等重大工程计划的推进,一系列与“四深”微生物有关的前沿科学问题不断提出,包括地质微生物与气候环境的相互作用、地质微生物的生物安全与生态安全、地质微生物参与的隐匿地质过程等。特别是,“四深”环境活性氧自由基对微生物的影响、地质病毒对生物演化和地质过程的影响等前沿领域都亟待突破。活性氧自由基能对生物分子、细胞、组织和器官,乃至整个生物圈的演化以及微生物地质作用都产生重要影响。病毒引发了现代和近代诸多全球性疫情爆发,地质病毒则可能对生物的背景灭绝和大灭绝以及一些地质过程产生影响。     

“四深”微生物的地质作用——从气候环境变化到生态灾难

“四深”微生物是指深海、深地、深空和深时环境的微生物,特别是细菌、古菌、真菌、病毒等。人们对“四深”微生物的了解非常有限,是亟待突破的地球生物学前沿领域。“四深”微生物的研究对理解地球生命起源、界定生物圈的边界条件、促进地球科学与生命科学以及行星科学之间的交叉融合具有不可替代性的贡献。随着我国深海、深空、深地等重大工程计划的推进,一系列与“四深”微生物有关的前沿科学问题不断提出,包括地质微生物与气候环境的相互作用、地质微生物的生物安全与生态安全、地质微生物参与的隐匿地质过程等。特别是,“四深”环境活性氧自由基对微生物的影响、地质病毒对生物演化和地质过程的影响等前沿领域都亟待突破。活性氧自由基能对生物分子、细胞、组织和器官,乃至整个生物圈的演化以及微生物地质作用都产生重要影响。病毒引发了现代和近代诸多全球性疫情爆发,地质病毒则可能对生物的背景灭绝和大灭绝以及一些地质过程产生影响。     

冻土微生物研究进展与意义

冻土由于其独特的地理与气候特征, 蕴藏着大量具有生物活性的各种形态和生态群的微生物, 并且已存活了几千年甚至几百万年, 它们具有独特的遗传学特征和适应环境的生理生化机制. 开展冻土微生物的研究将为微生物多样性的保护和利用、对古气候的重建、生物基因的进化、宇宙生物学的研究、全球环境变化、甚至生命起源的研究开辟新的途径. 简述了冻土微生物研究的进展, 并探讨了冻土微生物研究的重要意义.     

微生物形成的原生沉积构造研究进展综述

早在上世纪60年代，沉积学家Pettijohn和Potter曾经将形成原生沉积构造的地质作用划分为剥蚀作用、搬运作用、沉积作用和变形作用。在沉积期间和沉积之后到沉积物还未固结之前由上述作用所产生的沉积构造被定义为“原生沉积构造”，包括各种类型的层理、层面上的各种作用痕迹以及各种变形现象。在该分类之中，叠层石被定义为突出沉积面的正生长构造，这种构造由微生物与同沉积胶结作用共同构建而成。上世纪90年代中期至今，随着研究程度的深入，沉积学家们越来越认识到除了叠层石以外，微生物还会形成一种并不突出于底层面的原生沉积构造，并被认为是微生物席或微生物膜与各种物理作用营力共同作用的产物。这些作用营力包括剥蚀作用、搬运作用、沉积作用和变形作用。该类沉积构造被定义为微生物形成的原生沉积构造并被归为第五类原生沉积构造。正如叠层石主要产在前寒武纪以及显生宙未受到后生动物强烈改造的浅水环境中一样，微生物形成的原生沉积构造也主要发育在前寒武纪，以及显生宙的一些未受到后生动物强烈改造的潮坪和潟湖等环境之中。因此，该类沉积构造（第五类原生沉积构造）的研究，对于前寒武纪沉积环境重塑具有重要意义。燕山地区元古界串岭沟组和大红峪组碎屑岩中的变余波痕、皱饰构造和纺锤状裂缝，是碎屑岩中微生物形成的原生沉积构造的代表； 高于庄组第三段非叠层石碳酸盐岩（以灰岩为主）层面上发育大型皱饰构造和变余波痕，是碳酸盐岩中微生物形成的原生沉积构造的代表。这些沉积构造的发现和初步研究，为今后进一步深入研究奠定了良好的基础。