2021年第6期文章目次

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  • 1  封面
    2021, 61(6):0-0.
    [摘要](88) [HTML](23) [PDF 43.46 M](159)
    摘要:
    2  目录
    2021, 61(6):0-0.
    [摘要](98) [HTML](34) [PDF 287.70 K](72)
    摘要:
    3  2021年地质微生物学专刊序言
    李文均,蒋宏忱
    2021, 61(6):i-ii.
    [摘要](132) [HTML](129) [PDF 334.59 K](125)
    摘要:
    4  一株耐酸微藻的分离鉴定及其对锰离子胁迫的生理响应
    张露,邵锐,潘鑫,王绍平,王广成,李伟,岳正波,王进
    2021, 61(6):1371-1382. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20210196
    [摘要](276) [HTML](1744) [PDF 690.26 K](207)
    摘要:
    [目的] 探讨在酸性含锰极端水环境中油球藻的生长特性及其对环境pH和Mn2+的影响。[方法] 从某硫铁矿山的酸性废水库中分离获得纯化藻株,通过形态观察及18S rRNA基因测序对其进行鉴定,并着重考察了不同pH和典型金属离子Mn2+浓度对其生长特性的影响,并通过测定藻生物量、光合色素、丙二醛(malondialdehyde,MDA)和还原型谷胱甘肽(reduced glutathione,GSH)含量以及超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、抗坏血酸过氧化物酶(ascorbate peroxidase,APX)比活力的变化,分析该藻对Mn2+胁迫的生理响应机制。[结果] 分离得到的藻株经鉴定为Graesiella sp.MA1;pH对该藻的生长有显著影响,其最低耐受初始pH为3.5;在初始pH为3.5和Mn2+浓度分别为5、30和55 mg/L时,藻细胞生物量随着Mn2+浓度的增加而下降,各试验组中的Mn2+浓度亦分别降低了28.62%、21.90%和18.84%,且pH值分别升高至5.7、5.6、5.4,对照组pH则高达9.1;在培养24 d后,藻细胞叶绿素a/b值随Mn2+浓度增加而下降,而MDA、GSH含量以及SOD、APX比活力则显著增加。结果表明,从酸性矿山废水库中分离纯化获得的油球藻能够同时耐受低pH和一定浓度范围内的Mn2+,在这种极端环境下,其细胞内的抗氧化系统缓减了膜脂质过氧化作用,从而在耐受重金属离子与解毒方面起到了重要作用。[结论] Graesiella sp.MA1具有耐受低pH、重金属离子以及产碱的作用,研究结果为利用油球藻开展酸性矿山废水原位生物修复提供了一定的理论依据。
    5  马里亚纳海沟可培养水生细菌的多样性
    李毅,党研茹,任雪冰,察倩倩,秦启龙,夏呈强,冯焱,李宏,张锋
    2021, 61(6):1383-1398. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20210132
    [摘要](201) [HTML](184) [PDF 1.05 M](179)
    摘要:
    [目的] 马里亚纳海沟是地球表面最深的海沟,环境极端多样,如高压、低温及无光,拥有独特的微生物资源。本研究旨在探究马里亚纳海沟不同深度水生细菌形态特征并挖掘可培养细菌资源。[方法] 采集马里亚纳海沟7个层位海水(2-8727 m),利用原子力显微镜与扫描电镜观察水生微生物的形态特征;采用2种常规培养基(1/5×2216E和1/30×2216E)及6种选择性培养基(有机碳氮组合),结合切向流与高压富集培养进行水生细菌分离与鉴定。[结果] 从不同深度水样中发现多种大小不一的细菌类群(130 nm-1.5 μm),以球菌和杆菌为主。在表层水体中常见颗粒附着的细菌,在深层水体中常见自由游动的细菌。共鉴定365株可培养水生细菌,隶属于3个门、31个属与56个种。γ-变形菌纲(Gammaproteobacteria)是绝对优势类群(占据可培养细菌总数的62.7%),相对丰度在深层水体中高于浅层。交替单胞菌属(Alteromonas,21.8%)和亚硫酸杆菌属(Sulfitobacter,19.1%)是主要优势属,在浅层水体中占绝对优势。稀释的2216E与氨基酸培养基对海杆菌属的选择性更好,葡萄糖-甘露糖培养基与牛磺酸-乙醇酸培养基对稀有细菌的选择性更好。7株菌(5种)是潜在的新型细菌。此外,通过切向流富集培养与压力筛选培养分别分离得到70株(22属)可通过0.22-μm细菌(0.22-μm-passable bacteria)与33株(8属)耐压细菌。[结论] 马里亚纳海沟不同深度水样中不同营养利用型细菌、可通过0.22-μm细菌与耐压细菌及其形态均具有丰富的多样性。本研究所获得的不同类型的细菌菌株为研究细菌在马里亚纳海沟中生物地球化学功能及其营养类型差异和高压适应机制奠定了菌株基础。
    6  古丸菌Archaeoglobi的代谢特征
    林丹丹,刘一凡,刘忠林,周蕾,牟伯中
    2021, 61(6):1399-1415. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20210202
    [摘要](152) [HTML](138) [PDF 677.69 K](119)
    摘要:
    古丸菌纲(Archaeoglobi)是广古菌门下的纲级分类单元,包含古丸菌(Archaeoglobus)、地丸菌(Geoglobus)和铁丸菌(Ferroglobus)三个属,所属菌株均是严格嗜热厌氧菌,主要分布于海洋、陆地热液系统和油田环境中。Archaeoglobus属下的微生物是一类以硫酸盐、亚硫酸盐或硫代硫酸盐为电子受体代谢生成硫化氢(H2S)的化能自养或氢营养型微生物;而GeoglobusFerroglobus的成员则主要还原硝酸盐和铁离子。Archaeoglobi地理分布广泛,在元素生物地球化学循环过程中发挥着重要作用,是目前微生物生态学研究的一个热点。在进化方面,Archaeoglobi菌和产甲烷古菌具有较高的亲缘关系;同时,Archaeoglobi基因组中保留着部分产甲烷途径上的功能基因,最新研究表明部分未培养的Archaeoglobi基因组中含有完整的产甲烷通路。这些证据都表明Archaeoglobi菌的基因组特征可能是产甲烷古菌向硫酸盐还原菌进化的活化石。本文梳理了目前发现的11株Archaeoglobi菌株的生理生化特征和基因组分析结果,从化能自养、化能异养、硫化物呼吸、产乙酸、产甲烷等方面综述了已分离的Archaeoglobi菌的代谢特征,并基于宏基因组信息分析了未培养的Archaeoglobi菌基因组中的潜在代谢功能,为进一步分离培养此类未培养厌氧微生物提供理论指导。
    7  暗黑菌(Atribacteria)的环境分布和功能特征
    刘忠林,刘一凡,林丹丹,周蕾,牟伯中
    2021, 61(6):1416-1427. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20210184
    [摘要](168) [HTML](144) [PDF 578.35 K](136)
    摘要:
    暗黑菌门包括OP9和JS1两大分支,成员大多为未培养微生物,在自然环境中广泛分布,并且在部分环境如厌氧海洋沉积物、地热环境以及油藏中为优势微生物。基于基因组信息的研究表明,暗黑菌为严格的厌氧微生物,同时具有降解糖类、小分子酸、短链正构烷烃的能力,在地球碳循环过程中可能扮演着重要的角色。然而,由于缺乏相应代表性的纯培养菌株,对于暗黑菌的生理生化功能推测仍有待验证。文章概述了暗黑菌的发现及发展历史,分析了其环境分布和多样性,简述了目前提出的三种代谢方式,提出了未来暗黑菌的研究发展方向。
    8  嗜盐细菌中四氢嘧啶和羟基四氢嘧啶的生物合成及其生物学功能
    邢庆花,张英杰,廖子亚,赵百锁
    2021, 61(6):1428-1440. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20200602
    [摘要](115) [HTML](165) [PDF 556.71 K](154)
    摘要:
    在嗜盐细菌盐适应中,四氢嘧啶(1,4,5,6-四氢-2-甲基-4-嘧啶羧酸)和羟基四氢嘧啶(1,4,5,6-四氢-2-甲基-5-羟基-4-嘧啶羧酸)发挥着十分重要的作用。四氢嘧啶的生物合成以L-天冬氨酸-β-半醛(ASA)为底物,依次由2,4-二氨基丁酸转氨酶(EctB),2,4-二氨基丁酸乙酰基转移酶(EctA)和四氢嘧啶合成酶(EctC)催化反应,分别生成L-2,4-二氨基丁酸(DABA),N-乙酰-L-2,4-二氨基丁酸(ADABA)和四氢嘧啶。羟基四氢嘧啶则由四氢嘧啶羟化酶(EctD)将四氢嘧啶羟基化产生。通常,四氢嘧啶合成基因以ectABC基因簇的形式存在,而羟基四氢嘧啶合成基因ectD单独存在。四氢嘧啶生物合成基因在微生物菌株和转基因经济作物中的表达可以提高其耐盐碱旱等抗逆能力,羟基四氢嘧啶合成基因的表达可以增强宿主耐热和耐干燥的能力。四氢嘧啶类相容性溶质的生物学功能及其潜在应用已成为前沿性研究热点。
    9  深部生物圈古菌的研究进展与展望
    林喜铮,谢伟
    2021, 61(6):1441-1462. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20210230
    [摘要](124) [HTML](238) [PDF 452.22 K](127)
    摘要:
    古菌作为深部生物圈中常见的原核生物,广泛分布于各类海洋沉积生境中,在沉积物生物地球化学循环中发挥着重要作用。由于不同的古菌类群对环境条件存在生理适应性差异,它们分别在近岸沿海和开阔大洋沉积物中构成了厌氧微生物生态系统和好氧微生物生态系统。本文通过对近岸与远洋、沉积物与上覆水体两个不同维度的古菌群落结构进行比较,以及对出现在深部生物圈中的常见古菌(奇古菌门(Thaumarchaeota)、深古菌门(Bathyarchaeota)、底栖古菌目(Thermoprofundales)、Asgard古菌超级门、乌斯古菌门(Woesearchaeota))的分布、代谢和环境适应机制进行论述,总结了深部生物圈中古菌的研究进展,并在此基础上展望了几个未来研究的方向与重点。
    10  微生物驱动硝酸盐还原耦合亚铁氧化成矿过程的锌胁迫
    郑春菊,陈曼佳,童辉,孟方圆,吕亚辉,刘承帅
    2021, 61(6):1463-1473. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20210124
    [摘要](167) [HTML](74) [PDF 743.85 K](142)
    摘要:
    [目的] 探究中性厌氧条件下,金属锌影响下硝酸盐依赖型铁氧化菌Pseudomonas stutzeri LS-2驱动的硝酸盐还原耦合亚铁氧化成矿过程机制,对深入理解中性厌氧环境中微生物亚铁氧化驱动的反硝化作用及重金属固定机制具有重要意义。[方法] 以不同Zn(II)浓度构建LS-2驱动的亚铁氧化成矿体系,分析不同体系中亚铁氧化速率、硝酸盐还原速率以及形成矿物的结构变化规律。[结果] LS-2驱动的硝酸盐还原耦合亚铁氧化成矿过程中,共存Zn(II)降低该过程中硝酸盐的还原速率和亚铁氧化速率。同时,随着Zn(II)浓度提高,抑制作用增强。微生物亚铁氧化形成的矿物通过吸附、共沉淀和离子置换等过程固定Zn(II),降低Zn(II)活性。Zn(II)浓度对形成的矿物结构有较大的影响:低浓度Zn(II)体系中,形成的矿物为纤铁矿;随着Zn(II)浓度的提高,矿物结构与结晶度都有一定程度的变化,当Zn(II)达到4 mmol/L时,形成的矿物主要为铁锌尖晶石。[结论] 明确了重金属锌对LS-2菌株反硝化及亚铁氧化过程的抑制规律,同时阐明了Zn(II)浓度对形成矿物结构的影响。研究结果有助于深入认识中性厌氧环境中重金属与微生物驱动的铁循环和反硝化过程的耦合作用,为土壤重金属污染防治提供理论支撑。
    11  长江口外低氧区及其邻近海域表层沉积物反硝化微生物多样性和分布特征
    王鹏,吴莹,刘素美,王晓娜,戴金龙,叶祁
    2021, 61(6):1474-1487. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20200791
    [摘要](100) [HTML](107) [PDF 774.95 K](139)
    摘要:
    [目的] 微生物参与的反硝化是河口区氮损失的主要途径。[方法] 本研究采用Illumina MiSeq测序方法,研究了长江口外低氧区及其邻近海域表层沉积物中nirS型和nirK型反硝化微生物群落的多样性和分布特征。[结果] 样品共检测到346个nirS Operational Taxonomic Units和267个nirK Operational Taxonomic Units,根据采样地的环境特征及nirS型和nirK型反硝化微生物群落聚类分析结果将所有Operational Taxonomic Units划分为低氧区、南部区域及外部深水区,其中外部深水区的样品nirS功能基因的多样性最高。各实验样地优势Operational Taxonomic Units在系统进化关系上可分为多个不同的簇。此次发现的所有优势Operational Taxonomic Units均属于未被培养的菌群,其中部分Operational Taxonomic Units还是首次被发现。此外还发现nirS功能基因对低氧区的环境适应性更好。[结论] 我们的研究结果表明广泛存在的反硝化微生物在河口沉积物的氮循环中发挥重要作用。
    12  化能自养硫氧化细菌Halothiobacillus sp.LS2介导的以乙炔为电子受体的硫氧化反应
    曲珊珊,严洪珊,林炜铁,罗剑飞
    2021, 61(6):1488-1495. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20210136
    [摘要](87) [HTML](75) [PDF 438.43 K](125)
    摘要:
    [目的] 探究化能自养硫氧化细菌Halothiobacillus sp.LS2介导的以乙炔为电子受体的厌氧硫氧化反应。[方法] 稀释涂布法测定细胞生长情况,离子色谱仪测试硫氧化动力学中SO42-和S2O32-以及基于相对荧光定量法的基因表达分析。[结果] 尽管菌株LS2在以氧气为电子受体时的最大反应速率Vmax更高,但在厌氧条件下且以乙炔为电子受体时,菌株LS2的生长量是氧气为电子受体时的2倍,且硫氧化酶基因soxB的表达量显著高于氧气作为电子受体时。[结论] 菌株LS2不仅可以以乙炔为电子受体完成厌氧硫氧化反应,且这一代谢过程的产能效率较有氧硫氧化过程更高。本研究首次发现了微生物介导的以乙炔为电子受体的厌氧硫氧化反应,对丰富硫的生物地球化学循环理论有积极意义。
    13  电子穿梭体对菌株Clostridium butyricum LQ25异化铁还原性质影响
    刘洪艳,袁媛,张姗,李凯强
    2021, 61(6):1496-1506. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20210044
    [摘要](91) [HTML](100) [PDF 556.27 K](124)
    摘要:
    [目的] 在异化铁还原细菌培养体系中,通过外加电子穿梭体,分析电子穿梭体种类与浓度对细菌异化铁还原性质的影响。[方法] 以一株发酵型异化铁还原细菌Clostridium butyricum LQ25为研究对象,设置水溶性介体蒽醌-2-磺酸钠和核黄素作为外加电子穿梭体。[结果] 在氢氧化铁为电子受体、葡萄糖为电子供体培养条件下,不同浓度蒽醌-2-磺酸钠和核黄素对菌株LQ25异化铁还原效率影响具有显著性差异。外加蒽醌-2-磺酸钠浓度为0.5 mmol/L时,菌株累积产生Fe(II)浓度最高,为12.95±0.08 mg/L,相比对照组提高88%。核黄素浓度为100 mg/L时,菌株累积产生Fe(II)浓度是11.06±0.04 mg/L,相比对照组提高61%。外加电子穿梭体能够改变菌株LQ25发酵产物中丁酸和乙酸浓度,提高乙酸相对含量。[结论] 蒽醌-2-磺酸钠和核黄素作为外加电子穿梭体能显著促进细菌异化铁还原效率,为揭示发酵型异化铁还原细菌胞外电子传递机制提供实验支持。
    14  导电材料强化微生物直接种间电子传递产甲烷的研究进展
    李静,张宝刚,刘青松,韩亚伟
    2021, 61(6):1507-1524. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20210176
    [摘要](91) [HTML](172) [PDF 524.66 K](109)
    摘要:
    厌氧条件下,微生物可以通过厌氧代谢产生甲烷(CH4),由此衍生的厌氧消化技术可实现能源的回收利用。产CH4的关键步骤是刺激发酵细菌和产甲烷古菌之间的有效电子转移,电活性微生物可以取代传统的氢/甲酸盐实现直接种间电子传递,其电子传递效率更高。添加导电材料可以促进直接种间电子传递并提高CH4产率,是一种更有效的强化电子传递方式。本文在梳理直接种间电子传递发展和机理的基础上,综述了常见的促进直接种间电子传递的碳基和铁基导电材料,对其结构特征、电子传递机理、强化产CH4和中间产物消耗等方面进行了系统总结。旨在为导电材料促进直接种间电子传递的研究提供参考,并探讨了未来可能的研究方向。
    15  岩溶区土壤微生物驱动的自养固碳过程与机制研究进展
    程澳琪,康卫华,李为,余龙江
    2021, 61(6):1525-1535. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20210130
    [摘要](107) [HTML](82) [PDF 403.73 K](126)
    摘要:
    自养微生物能够利用无机碳作为碳源合成自身营养物质,具有很强的环境适应能力,在富钙偏碱的岩溶区土壤的碳固定过程中扮演重要角色。本文综述了土壤微生物驱动的自养固碳过程、岩溶区土壤固碳功能微生物、自养固碳的分子机制及其产生的生态环境效应,并提出了亟待解决的关键科学问题。为深入研究和认识岩溶区土壤生态系统自养微生物驱动的固碳过程及其机制、提高岩溶区土壤的固碳潜能、发展岩溶区生态环境的保护与修复策略、应对气候变化及人类活动引起的土壤退化风险提供参考。
    16  微生物介导硝酸盐还原耦合亚铁氧化过程的动力学及其影响因素
    杨泽胜,陈国俊,张相杰,程宽,龙明亮,刘同旭
    2021, 61(6):1536-1550. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20200714
    [摘要](113) [HTML](88) [PDF 1.12 M](143)
    摘要:
    [目的] 探究不同菌浓度和亚铁浓度条件下,Acidovorax sp.strain BoFeN1介导的厌氧亚铁氧化耦合硝酸盐还原过程的动力学和次生矿物。[方法] 构建包含菌BoFeN1、硝酸盐、亚铁的厌氧培养体系,测试硝酸根、亚硝酸根、乙酸根、亚铁等浓度,并收集次生矿物,采用XRD、SEM进行矿物种类和形貌表征。[结果] 在微生物介导硝酸盐还原耦合亚铁氧化的体系中,高菌浓度促进硝酸盐还原,对亚铁氧化也有一定促进作用;高浓度亚铁在低菌浓度下氧化反应速率和程度降低,但是在高菌浓度下无明显影响;亚铁浓度越高次生矿物结晶度越高,但对硝酸盐还原具有一定抑制作用。在微生物介导亚硝酸盐还原耦合亚铁氧化的体系中,高的菌浓度和亚铁浓度都会促进亚硝酸盐还原,但亚铁氧化的次生矿物会对亚硝酸盐的微生物还原产生较强的抑制作用,次生矿物的种类和结晶度主要受亚铁浓度影响。[结论] 硝酸盐还原主要是生物反硝化作用,亚硝酸盐还原包含生物反硝化和化学反硝化两部分,在硝酸盐体系中亚铁氧化与次生矿物生成是受生物和化学反硝化作用的共同影响,但亚硝酸盐体系中亚铁氧化与次生矿物生成主要是受化学反硝化作用影响。该研究可为深入理解厌氧微生物介导铁氮耦合反应机制提供基础数据和理论支撑。
    17  真菌反硝化过程及其驱动的N2O产生机制研究进展
    邓文芳,吴佳鹏,洪义国,刘晓晗,胡耀豪
    2021, 61(6):1551-1566. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20200722
    [摘要](118) [HTML](127) [PDF 728.85 K](158)
    摘要:
    真菌反硝化过程的发现打破了反硝化过程只发生在原核生物中的传统认识,是对全球微生物氮循环过程的重要补充。真菌参与的反硝化过程由于缺乏N2O还原酶,其终产物为具有强辐射效应的温室气体N2O。真菌在环境中分布广泛,生物量巨大,故真菌反硝化作用对全球N2O释放通量的贡献是不容忽视的。近年来许多研究表明,真菌反硝化过程是自然环境中N2O产生的重要途径。本文对反硝化真菌的发现、多样性及分布、产生N2O的机制和活性测定方法等几个方面进行综述,并对未来的研究提出展望。
    18  微生物硫循环网络的研究进展
    张宏,李颖杰,王文颖,王禄山
    2021, 61(6):1567-1581. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20200622
    [摘要](127) [HTML](259) [PDF 696.45 K](153)
    摘要:
    硫元素是所有生物的基本组成成分,是生物体必需的营养元素之一。硫氧化还原微生物的数量多、分布广、代谢途径多样化,硫化合物之间的平衡依赖于微生物代谢网络中的各种硫转化反应与代谢过程。此外,硫循环与碳、氮循环紧密相关,对地球生态循环起到了至关重要的作用。本文综述了近期微生物硫循环网络的研究进展,包括所涉及的主要微生物、硫循环的生物化学途径、硫循环的环境意义和工业应用潜能等,深入了解自然和人工生态系统中存在的硫循环过程,可为控制工农业生产中硫元素的增减与利用提供理论基础与应用方案。
    19  大洋最小含氧带生物地球化学循环及微生物多样性研究进展
    靳蕊,何耀东,李佳倩,汪光义
    2021, 61(6):1582-1597. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20200620
    [摘要](92) [HTML](138) [PDF 425.19 K](102)
    摘要:
    大洋的最小含氧带(oxygen minimum zones,OMZs)具有特殊的水动力和氧含量特征,该区域是氮流失的主要场所,也是各类生化反应发生的重要区域。OMZs的存在会对浮游生物的丰度、多样性、分布模式及呼吸方式产生较大影响。大洋OMZs中存在广泛的反硝化、厌氧氨氧化、甲烷厌氧氧化和隐性厌氧硫氧化作用等都是海洋物质循环的关键环节。全球海洋OMZs的规模在人类活动和全球变暖等因素的影响下也呈现出逐渐扩大的趋势。低氧环境的变化可以通过微生物多样性和群落结构稳定性进行判断,因此了解该区域的多样性水平是十分必要的。现有研究虽然对海洋OMZs的生物地球化学循环、微生物多样性和生态效应有了一定的认识,但对该区域总体情况和微生物生态学研究现状的系统性综合论述还较少,对海洋低氧环境的微生物活性、群落结构稳定性和分子代谢过程的研究还有较大的探讨空间。本文介绍了海洋低氧环境的分布情况和生态环境效应,全面且详细地论述了OMZs内各物质循环过程和微生物多样性的研究现状,指出尚未很好解决的生态学问题。
    20  地下水微生物功能群及生物地球化学循环
    李平,谭添,刘韩,王和林
    2021, 61(6):1598-1609. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20200626
    [摘要](82) [HTML](119) [PDF 422.99 K](136)
    摘要:
    地下水系统是地球关键带的重要组成部分,为微生物提供了特殊的栖息环境和复杂的生存条件,进而演化出复杂的生物地球化学过程。随着多技术、多学科的交叉融合及发展,近几十年地下水微生物功能群及生物地球化学循环研究取得了引人瞩目的重要进展。本文从地下水中的微生物群功能分区、微生物介导的地球化学元素循环、污染与修复中的生物地球化学过程,以及生物地球化学过程数值模拟等方面对国内外相关研究进展进行了综述,并对地下水系统中微生物"暗物质、暗过程"、微生物修复、地下水医学地质学,以及地下水多学科交叉融合等研究方向和前景进行了展望。
    21  硫酸盐还原菌Desulfotomaculum reducens ZTS1厌氧降解昭通褐煤
    刘薇,李啸宇,何环,陈子豪,陈凡,王江泽,刘健,陈林勇,黄再兴
    2021, 61(6):1610-1620. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20210244
    [摘要](86) [HTML](114) [PDF 764.42 K](102)
    摘要:
    [目的] 以云南昭通褐煤为研究对象,从矿井水富集产物中分离得到SRB菌株Desulfotomaculum reducens ZTS1厌氧降解褐煤,分析研究SRB菌株处理褐煤前后的物化性质变化。[方法] 采用工业和元素分析、XRD、FT-IR、SEM和低温液氮吸附法比较研究SRB厌氧降解褐煤前后矿物组成、有机官能团、表面形貌和孔隙结构变化。[结果] D.reducens ZTS1厌氧降解褐煤后灰分和挥发分略有降低,碳、氮和硫元素的含量降低,氧的含量增加,煤中硫代硫酸钠消失,FT-IR结果表明褐煤长链烃上的甲基和亚甲基团增多,游离羟基减少。煤表面粗糙度增加,小孔径的孔隙增多,孔径比表面积增大。[结论] D.reducens ZTS1可以厌氧降解昭通褐煤,厌氧降解后煤的物化性质发生变化。
    22  尖孢镰刀菌(Fusarium oxysporum)诱导矿化回收稀土离子La(Ⅲ)
    卢园园,陈龙照,余倩怡,程超,程扬健
    2021, 61(6):1621-1631. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20210104
    [摘要](113) [HTML](128) [PDF 578.09 K](140)
    摘要:
    [目的] 从罗源湾红树林浅滩土壤中筛选出产脲酶真菌,研究其对镧La(Ⅲ)的最大耐受浓度,利用其吸附和产脲酶作用诱导矿化回收稀土离子La(Ⅲ),以期为稀土离子La(Ⅲ)的资源回收提供菌种资源和应用技术指导。[方法] 从罗源湾红树林浅滩土壤中分离、筛选、纯化出可产脲酶及耐La(Ⅲ)真菌,通过ITS rDNA基因序列分析对其进行鉴定;同时,利用XRD、SEM-Mapping及FT-IR分析探讨菌株回收La(Ⅲ)的机理。[结果] 经分离、纯化得到一株可产脲酶及耐受高浓度La(Ⅲ)的真菌FZU-07,鉴定为尖孢镰刀菌(Fusarium oxysporum),其具有较强诱导矿化回收La(Ⅲ)的能力,对La(Ⅲ)的最大耐受浓度为400 mg/L。菌株FZU-07单独对La(Ⅲ)吸附回收效率为46.19%;在诱导矿化条件下回收效率可提高到99.16%。FT-IR和SEM-Mapping分析表明,尖孢镰刀菌吸附La(Ⅲ)与菌丝体表面的氨基、羟基、羰基和磷酸基团相关;XRD和SEM-Mapping结果表明诱导矿化是通过该菌的产脲酶特性,使尿素分解产生碳酸,并与钙离子结合生成球霰石晶型的碳酸钙,La(Ⅲ)被捕获在球霰石晶格中,形成La(Ⅲ)和碳酸钙的混合固相,以共沉淀的形式被回收。[结论] 菌株FZU-07,是一株具有产脲酶特性的尖孢镰刀菌(Fusarium oxysporum),且具有较强的诱导矿化回收La(Ⅲ)能力。表明微生物诱导碳酸钙沉淀是一种可行且生态友好的回收稀土离子的方法。
    23  地质封存二氧化碳与深地微生物相互作用研究进展
    李术艺,冯旗,董依然
    2021, 61(6):1632-1649. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20200702
    [摘要](93) [HTML](141) [PDF 521.37 K](112)
    摘要:
    地质封存将工业和能源相关领域生产活动产生的二氧化碳(CO2)进行捕集并注入到深部地下岩石构造中,以实现长期储存的目标,是降低温室气体排放、实现CO2长期封存的重要可行性手段之一。向深部地下地质构造中注入大量CO2会导致深地环境发生显著变化,进而引起原生微生物活性及群落结构发生明显改变。因此,地质封存CO2能够直接或间接影响深地微生物驱动的生物地球化学过程。同时,微生物在短期和长期的超临界CO2(scCO2)胁迫作用下,也会通过不同的适应性进化方式影响CO2在地下环境中的迁移、转化和赋存形态。本文介绍了国内外二氧化碳捕获与封存发展现状以及地质封存CO2影响条件下的scCO2-水-微生物-矿物的相互作用领域的最新科研进展,并展望了利用深地微生物强化CO2固定以及将其转化为高附加值产物的潜力。
    24  河南卢氏和江西宜春两处锂矿山地表微生物群落分布特征差异及成因分析
    赵婷,陆现彩,殷哲,崔向杰,刘欢,李玉妹,冯抗抗,李娟,张冬梅
    2021, 61(6):1650-1665. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20210226
    [摘要](102) [HTML](147) [PDF 936.75 K](174)
    摘要:
    [目的] 揭示地表锂矿石表面和风化产物中细菌群落多样性特征。[方法] 针对细菌16S rRNA片段扩增进行高通量测序,分析不同锂矿石表面及其风化产物中细菌群落组成、多样性及功能属性等信息。[结果] 河南卢氏南阳山伟晶岩型锂矿石和江西宜春花岗岩型锂矿石表面及其风化产物的细菌群落多样性有差异。南阳山伟晶岩矿石与其风化产物、宜春花岗岩矿石表面和风化产物(NK-1、NK-1F、YK-1、YK-1F、YK-2、YK-2F、YK-3)的OTUs分别是1010、540、835、828、1117、974和604,其差异与不同的矿物组成显著关联。两矿山均有其优势微生物,在门水平上,两矿山均以放线菌门(Actinobacteria)、变形菌门(Proteobacteria)为优势菌门。同时两矿区微生物群落组成具有显著差异性(P<0.05),不同地理位置风化产物样本之间差异尤为显著(P<0.001);在属水平上,NK-1中相对丰度大于5%的属为鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)、马赛菌属(Massilia);NK-1F为类芽孢杆菌属(Paenibacillus)、杆状细菌属(Bacillus)、马赛菌属(Massilia);YK-1F为芽球菌属(Blastococcus)、念珠菌固体杆菌属(Candidatus-Solibacter)、Noviherbaspirillum属、伯克霍尔德氏菌属(Burkholderia-Caballeronia-Paraburkholderia),YK-2为unidentified-Chloroplast属,YK-2F为北里孢菌属(Kitasatospora),YK-3为1174-901-12属、甲基杆菌属(Methylobacterium)。不同地理位置的矿石及其风化物样本的功能注释均涉及代谢、遗传信息处理、环境信息处理等6个代谢通路。[结论] 16S rRNA高通量测序揭示不同地区锂矿石及其风化产物的细菌多样性存在差异,各具优势类群,样本间菌落组成、多样性及功能属性的差异与锂矿石化学组成、风化程度和地理分布密切相关。这项研究揭示了优势微生物类群的元素地球化学功能与含锂矿物地表风化的潜在联系,可为微生物生态分布研究及相关微生物资源开发提供新数据。
    25  不同演替阶段岩溶石灰土可培养细菌的群落特征
    严嘉慧,周岐海,胡林安,钟菊新,李强
    2021, 61(6):1666-1680. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20210092
    [摘要](107) [HTML](105) [PDF 1.01 M](124)
    摘要:
    岩溶土壤是岩溶生态系统的重要组成部分,其母质碳酸盐岩在气候、地形、时间及生物等因素的综合作用下可依次演替出黑色石灰土、棕色石灰土、黄色石灰土和红色石灰土。[目的] 了解可培养细菌群落对岩溶石灰土演替过程的响应,可为岩溶石漠化治理、生态恢复和重建等提供理论依据。[方法] 以黑色石灰土、棕色石灰土、黄色石灰土和红色石灰土为研究对象,对土壤SOC、TN和TP含量以及可培养细菌群落进行测定。[结果] 土壤SOC和TN含量表现为:黑色石灰土 > 棕色石灰土 > 黄色石灰土 > 红色石灰土,TP含量在黑色石灰土中最高,在红色石灰土中最低。本研究共分离纯化得到144株细菌,其中R2A培养基分离纯化出的细菌最多。细菌主要来自Actinobacteria、Bacteroidetes、FirmicutesProteobacteria门,Pseudomonas、CupriavidusBacillus等是可培养菌中的优势属。在属水平上,黑色石灰土中分离得到的菌株最多并以Arenimonas、Thermomonas、Achromobacter、Brevibacillus等作为优势特有属。具有固碳、固氮和解磷功能的细菌主要分布在岩溶石灰土演替的早期。[结论] 基于母质碳酸盐岩特性,富含有机质的黑色石灰土在参与碳氮磷循环细菌的作用下形成。随着石灰土淋溶程度的增加,岩溶石灰土理化性质和可培养细菌多样性呈现降低的趋势。
    26  咸海湖泊退缩对岸边土壤真菌和植物内生真菌的影响研究
    黄建蓉,高磊,李丽,李文均,蒋宏忱
    2021, 61(6):1681-1697. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20200711
    [摘要](80) [HTML](99) [PDF 664.73 K](146)
    摘要:
    [目的] 研究咸海岸边不同暴露时期土壤带的土壤真菌和植物内生真菌群落构成及其对湖泊干涸的响应。[方法] 从咸海湖岸远端(土壤带的暴露时间最长)到湖岸近端(土壤带的暴露时间最短)的不同土壤带采集土壤样品,对其进行地球化学和矿物学分析。同时也采集各土壤带的土壤样品和优势植物,通过ITS基因高通量测序方法分析土壤真菌和植物内生真菌群落构成,进而探讨其如何响应湖泊干涸(如盐度升高、矿物组分变化、植物种类丰富度变化等)过程。[结果] 持续暴露的咸海湖床从湖泊远岸到湖泊近岸形成了一个连续的盐度梯度:E48(暴露于1970年之前,总可溶解盐0.5±0.5 g/L);E38(暴露于1980年之前,总可溶解盐0.4±0.2 g/L);E28(暴露于1990年之前,总可溶解盐23.3±2.1 g/L);E18(暴露于2000年之前,总可溶解盐23.7±7.5 g/L);E9(暴露于2009年之前,总可溶解盐71.3±6.1 g/L);E1(暴露于2017年之前,总可溶解盐62.9±10.7 g/L)和E0(2018年湖岸线附近沉积物样品,总可溶解盐69.9±8.3 g/L)。咸海岸边不同土壤带分布着不同的植物:梭梭(Haloxylon ammodendron)在E48和E38区域中占优势地位;滨藜(Chenopodium album)在E28、E18和E9区域占优势;而在E1和E0区域无可见植物物种分布。另外,咸海岸边不同土壤带的主要矿物成分也存在差异:粘土矿物和蒸发岩的含量从咸海湖岸远端到湖岸近端逐渐增加,而碳酸盐矿物含量逐渐减少。咸海岸边不同土壤带土壤样品优势真菌类群(>5%)为散囊菌纲(Eurotiomycetes)、粪壳菌纲(Sordariomycetes)、锤舌菌纲(Leotiomycetes)、座囊菌纲(Dothideomycetes)、黑粉菌亚门(Ustilaginomycotina)和伞菌纲(Agaricomycetes),且按植物种类丰富度进行聚类。而植物样品优势真菌类群为未知真菌门类(>97.8%),且按植物种类进行聚类。线性回归结果显示,咸海岸边不同土壤带土壤样品真菌群落差异性与暴露时间距离具有显著相关(R2=0.32,P<0.05),而与总可溶解盐差异则无明显相关性。而植物内生真菌群落差异性与暴露时间距离/总可溶解盐差异之间均无显著相关。Mantel检验结果显示,咸海岸边不同土壤带土壤真菌群落与植物种类丰富度和矿物成分组成(如白云石、方解石、微斜长石和石膏)呈显著相关(P<0.05),其中植物种类丰富度和方解石含量的相关性系数最大;植物内生真菌群落与方解石含量之间呈显著相关(P<0.05)。[结论] 咸海岸边不同暴露时期土壤带的土壤真菌和植物内生真菌种群结构具有时空差异,与植物种类丰富度和特定矿物组成相关,而与总可溶解盐无显著相关。
    27  锡林河流域不同植被带土壤绿菌门微生物群落的空间分布特征
    王红越,于景丽,李千雪,马巧丽,特日格乐,魏亚茹,夏晶晶,吕赫,赵吉,希尼尼根
    2021, 61(6):1698-1714. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20210128
    [摘要](82) [HTML](161) [PDF 1.25 M](103)
    摘要:
    [目的] 为了探究锡林河流域中游不同植被带土壤绿菌门(Chlorobi)成员的空间分布特征及驱动因子。[方法] 本文选择典型河滨带环境为研究对象,沿河流中心至河流阶地(陆向)方向,在无植被带(BC)、水莎草沼泽(BS)、灯芯草沼泽化草甸(LF)、鹅绒委陵菜草甸(HF)、河流阶地羊草草原(LT)、丘陵坡地大针茅典型草原(HT)中分别采集0-10 cm土壤样品。基于16S rRNA基因高通量测序分析土壤绿菌门微生物群落的组成、丰度及空间分布特征;结合土壤理化因子分析绿菌门微生物群落空间异质性的驱动因子。[结果] 在属水平上共检测到来自绿菌目(Chlorobiales)和Ignavibacteriales目的9个类群。Chlorobiales1、2、6及Ignavibacteriales7、9类群的最高相对丰度低于0.40%;Ignavibacteriales3、4、5、8类群的最高相对丰度介于0.54%-1.06%。Chlorobiales1、2类群在HF、LT和HT的相对丰度显著高于BS(P<0.05),Chlorobiales1类群的相对丰度与pH和总有机碳含量呈极显著正相关(P<0.01);Chlorobiales2类群的相对丰度与粉黏粒含量呈极显著正相关(P<0.01);Ignavibacteriales3、5、7、9和Ignavibacterium4类群在LF的相对丰度显著高于BC(P<0.05),与含水量呈极显著正相关(P<0.01);Chlorobiales6和Ignavibacteriales8类群在BS的相对丰度显著高于其他植被带(P<0.05),与氨态氮含量呈极显著正相关(P<0.01)。变异权重分析表明,土壤含水量解释了绿菌门微生物群落空间变异的65.7%。[结论] 锡林河流域不同植被带土壤绿菌门微生物群落存在明显的空间异质性;土壤含水量是不同植被带绿菌门微生物群落空间异质性的主要驱动因子。
    28  水热增加下黑土细菌群落共生网络特征
    李东,肖娴,孙波,梁玉婷
    2021, 61(6):1715-1727. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20210142
    [摘要](111) [HTML](95) [PDF 698.98 K](131)
    摘要:
    黑土是有机质含量高且肥沃的土壤类型之一,气候变化会显著改变黑土中微生物群落的结构,同时影响群落间的潜在相互作用关系。[目的] 揭示水热增加对黑土中的细菌群落结构及潜在互作关系的影响。[方法] 基于土壤移置试验,采用16S rRNA高通量测序解析农田黑土(原位黑土、水热增加1和水热增加2)中的细菌群落结构对水热增加的响应;使用CoNet构建微生物群落共生网络,识别共生网络中的枢纽微生物;利用结构方程模型、相关性分析探究水热条件变化下土壤性质、微生物交互作用、多样性之间的直接、间接关系。[结果] 黑土中的微生物以疣微菌、变形杆菌、酸性杆菌和放线菌为主。水热增加下土壤微生物共生网络的拓扑性质发生显著变化,网络中表征微生物潜在竞争关系的负连线随着水热增加而显著增加。气候因素通过改变微生物潜在相互作用影响了群落水平分类多样性。物种竞争增强可能直接导致了土壤有机碳含量的降低。[结论] 水热增加会显著改变黑土中微生物之间的潜在交互作用,枢纽微生物的响应更加敏感。
    29  湿度盐度pH协同驱动锡林河景观疣微菌群空间异质性
    王泽铭,李传虹,马巧丽,李千雪,魏亚茹,赵吉,于景丽,希尼尼根
    2021, 61(6):1728-1742. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20210129
    [摘要](94) [HTML](131) [PDF 1.12 M](152)
    摘要:
    [目的] 为了阐明锡林河不同景观要素间疣微菌群的空间分布异质性及环境驱动力。[方法] 本文基于生境及微地形差异选择水生的河床中心、河床边缘与牛轭湖床,湿生的低河漫滩与高河漫滩,旱生的低阶地与高阶地等景观要素,基于16S rRNA基因高通量测序技术研究不同景观要素土壤疣微菌群的景观异质性,结合土壤湿度等环境变量研究其驱动力。[结果] 景观要素内疣微菌群呈协同的分布特征,景观要素间呈趋异的分布特征。斯巴达杆菌纲的Chthoniobacter成员及疣微菌纲的突柄杆菌属等成员主要分布在水生河床中心,与砂粒含量存在显著正相关关系(P<0.05);丰祐菌纲成员主要分布在湿生河漫滩,与pH存在正相关关系(P<0.05或P>0.05);斯巴达杆菌纲的DA101_soil_group成员主要分布在旱生河流阶地,与盐度及养分含量等存在极显著正相关关系(P<0.01)。双组与三组环境变量的变异权重分析表明,湿度、盐度、pH对疣微菌群景观异质性的解释度分别高达24.7%与21.4%、24.3%与22.7%、23.1%与20.8%。[结论] 锡林河流域疣微菌群存在景观异质性。Chthoniobacter和突柄杆菌属等成员是河床中心景观要素的指示生物,DA101_soil_group是阶地景观要素的指示生物。湿度、盐度、pH协同驱动疣微菌群的景观异质性。
    30  全球变化下海岸带微生物生态研究进展
    周煜琦,张照婧,位光山,张政,邓晔
    2021, 61(6):1743-1760. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20200640
    [摘要](109) [HTML](132) [PDF 490.21 K](141)
    摘要:
    海岸带地区是元素循环最活跃的自然区域之一,微生物作为地球元素循环的主要驱动者,对该区域生态系统中物质转化与能量流动起着至关重要的作用。本文从典型海岸带生态系统:海岸带湿地、海草床与海藻森林、近岸水体出发,围绕微生物参与的碳、氮循环过程以及其中的温室气体排放情况,综述了在全球气候变化与人为活动干扰的作用下,海岸带地区的微生物群落对外界环境变化的响应机制以及生态功能维持机制,最后对海岸带系统中微生物生态研究进行了初步的展望。

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