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微生物胞内外pH稳态维持机制研究进展

微生物学报 2024年第1期64卷 1-13页

作者：聂铭杨裕然李振轮西南大学资源环境学院土壤多尺度界面过程与调控重庆市重点实验室重庆400716

无论是在环境中还是细胞内部,适当的pH值对于微生物的生存和功能发挥都至关重要。在酸碱环境的胁迫下,微生物进化出了诸如氢离子转运、产生酸性或碱性物质和细胞膜保护等多种应对策略来维持胞内pH稳态。此外,微生物还进化出了主动改变... 详细信息

无论是在环境中还是细胞内部,适当的pH值对于微生物的生存和功能发挥都至关重要。在酸碱环境的胁迫下,微生物进化出了诸如氢离子转运、产生酸性或碱性物质和细胞膜保护等多种应对策略来维持胞内pH稳态。此外,微生物还进化出了主动改变外部环境pH的能力。本文综述了在酸碱胁迫下微生物胞内pH稳态维持机制以及改变胞外pH机制,旨在提高微生物与环境相互作用的认知,为进一步研究微生物与环境协同机制提供参考。

关键词： pH稳态氢离子酸碱胁迫胞外pH 机制

缙云山两种森林表层土壤胡敏酸的性质及凝聚特征研究

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土壤学报 2024年

作者：毕琳娜田锐土壤多尺度界面过程与调控重庆市重点实验室西南大学资源环境学院

区域土壤的植被覆盖类型影响着胡敏酸(HA)的数量、质量和组成,进一步影响其凝聚特性。以重庆缙云山竹林(海拔580 m)和阔叶林(海拔280 m)表层土壤HA为研究对象,采用元素分析、热重分析(TG)和傅里叶红外光谱分析(FTIR)表征其结构特性,结... 详细信息

区域土壤的植被覆盖类型影响着胡敏酸(HA)的数量、质量和组成,进一步影响其凝聚特性。以重庆缙云山竹林(海拔580 m)和阔叶林(海拔280 m)表层土壤HA为研究对象,采用元素分析、热重分析(TG)和傅里叶红外光谱分析(FTIR)表征其结构特性,结合动态光散射(DLS)和ζ电位测定,比较研究了Na+、Mg2+、Ca2+离子引发两种HA胶体凝聚的动力学特征。结果发现,竹林土壤HA具有更高的碳氮比(C/N)和碳氢比(C/H)、更强的热稳定性以及更多的芳香性红外吸收谱带,意味着竹林土壤HA结构更复杂、芳香性官能团更多,因此竹林土壤HA腐殖化程度更高。光散射研究结果表明,竹林土壤HA凝聚需要的Na+、Mg2+、Ca2+的临界聚沉浓度分别为1 097.9 mmol·L-1、8.6 mmol·L-1、5.1 mmol·L-1;阔叶林土壤HA在Na+体系中不凝聚,在Mg2+、Ca2+体系中的临界聚沉浓度分别为80.7 mmol·L-1和20.2 mmol·L-1。竹林土壤HA的ζ电位远低于阔叶林土壤HA,具体表现为:竹林土壤HA的ζ电位绝对值是阔叶林土壤HA的3.43倍,可用于解释二者凝聚特征的差异;竹林土壤HA对三种阳离子的敏感程度远高于阔叶林土壤HA,能够快速形成有效粒径更大的凝聚体。覆盖植被类型的改变会引起表层土壤中HA性质差异,高海拔竹林土壤HA腐殖化程度更高,对土壤溶液中阳离子的敏感程度也更强烈。研究结果对深入理解有机物质输入土壤后HA的形成及稳定性具有重要作用。

关键词：胡敏酸植被类型胶体凝聚光散射阳离子

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土壤电场和机械组成对土壤磷迁移的影响

环境工程学报 2024年第3期18卷 886-896页

作者：谢佩玲谭立李航刘新敏西南大学资源环境学院土壤多尺度界面过程与调控重庆市重点实验室重庆400716 西南大学含弘学院重庆400715

土壤磷随水迁移是土壤侵蚀和农田面源污染发生的重要因素之一。本研究通过电解质浓度和类型(Na^(+)和K^(+))调节土壤电场,通过加入直径为2~3 mm的石英砂颗粒来调节土壤的机械组成,探究土壤电场和机械组成对土壤磷迁移的影响。结果表明:1... 详细信息

土壤磷随水迁移是土壤侵蚀和农田面源污染发生的重要因素之一。本研究通过电解质浓度和类型(Na^(+)和K^(+))调节土壤电场,通过加入直径为2~3 mm的石英砂颗粒来调节土壤的机械组成,探究土壤电场和机械组成对土壤磷迁移的影响。结果表明:1)土壤磷迁移主要以颗粒态磷为主,例如,在浓度为0.01 mol·L^(-1)的Na^(+)体系中,颗粒态磷迁移量是溶解态磷迁移量的31倍;2)与Na^(+)相比,K^(+)能显著降低土壤电场,减少土壤颗粒态磷而增加溶解态磷的迁移;3)土壤颗粒态磷和溶解态磷的迁移量均随电解质浓度增加而降低,电解质浓度增加降低土壤电场强度和作用力程,土壤团聚体稳定性增强,从而有利于土壤磷的保持;4)添加石英砂后改变了土壤机械组成,能够显著改变土壤磷的迁移规律,且与离子类型有关;5)土壤电场和机械组成共同作用控制着土壤磷的迁移。本研究可为土壤磷迁移以及农田面源污染防控提供一定理论参考。

关键词：土壤颗粒相互作用土壤电场机械组成磷迁移

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厨余好氧水解高效菌剂复配及污水处理应用

应用与环境生物学报 2023年第4期29卷 836-842页

作者：王正江桂许维李振轮西南大学资源环境学院土壤多尺度界面过程与调控重庆市重点实验室重庆400715

为促进厨余资源化,分离筛选蛋白质、淀粉、纤维素和脂肪高效降解菌株并制备菌剂,优化菌剂的降解条件,探讨厨余水解液作为生活污水处理添加剂的可行性.结果显示,蛋白质、淀粉、纤维素和脂肪高效降解菌及其降解率分别为解淀粉芽孢杆菌(Bac... 详细信息

为促进厨余资源化,分离筛选蛋白质、淀粉、纤维素和脂肪高效降解菌株并制备菌剂,优化菌剂的降解条件,探讨厨余水解液作为生活污水处理添加剂的可行性.结果显示,蛋白质、淀粉、纤维素和脂肪高效降解菌及其降解率分别为解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens,83.01%)、枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis,59.15%)、解淀粉芽孢杆菌(25.00%)、嗜麦芽窄食单胞菌(Stenotrophomonas maltophilia,21.65%).4种菌株按3:1:2:4制备菌剂,在温度(45℃)、转速(160 r/min)及培养时间(72 h)等优化条件下,对厨余水解效率达64%.按生活污水体积0.5%添加厨余好氧水解液作为添加剂,6 h内污水中97%以上总氮和总磷被去除.上述研究表明解淀粉芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌和嗜麦芽窄食单胞菌制备的菌剂在好氧条件下能有效水解厨余,且好氧水解液能代替葡萄糖作为污水脱氮除磷添加剂,结果为厨余好氧高效水解菌剂的制备及其水解液作污水外添加剂的可行性提供了依据.(图6表1参31)

关键词：厨余垃圾生物菌剂降解效率污水外添加剂

基于Gouy-Chapman理论估算碱金属离子在Cu^(2+)-蒙脱石表面Hofmeister能

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土壤学报 2022年第2期59卷 498-508页

作者：朱晔玮刘新敏李睿李航土壤多尺度界面过程与调控重庆市重点实验室西南大学资源环境学院重庆400715

Hofmeister效应在离子交换吸附过程中具有重要的科学意义。本研究基于Gouy-Chapman理论研究三种碱金属阳离子(Na^(+)、K^(+)、Cs^(+))在Cu^(2+)-蒙脱石饱和样表面吸附过程的Hofmeister效应,进一步计算了离子-表面Hofmeister能以及表观... 详细信息

Hofmeister效应在离子交换吸附过程中具有重要的科学意义。本研究基于Gouy-Chapman理论研究三种碱金属阳离子(Na^(+)、K^(+)、Cs^(+))在Cu^(2+)-蒙脱石饱和样表面吸附过程的Hofmeister效应,进一步计算了离子-表面Hofmeister能以及表观电荷系数。研究发现:(1)Na^(+)、K^(+)、Cs^(+)在Cu^(2+)-蒙脱石表面的吸附均表现为弱静电力作用下的一级动力学过程,平均吸附速率以及平衡吸附量均表现出明显的Hofmeister效应,呈现出Na^(+)土壤这一特殊体系的界面反应机制提供了新的思路。

关键词：离子吸附离子-表面Hofmeister能 Hofmeister效应蒙脱石

有机物料还田对稻田土壤DOM碳源代谢能力的影响

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环境科学 2022年第7期43卷 3884-3894页

作者：肖怡李峥黄容汤奥涵李冰王昌全四川农业大学资源学院成都611130 土壤多尺度界面过程与调控重庆市重点实验室重庆400715

以成都平原典型稻麦轮作长期定位施肥试验土壤为研究对象,设置常规施肥(T1)、猪粪替代50%氮肥(T2)和猪粪替代50%氮肥+秸秆全量还田(T3)这3种处理,采用Biolog-ECO方法,研究长期有机物料还田下土壤和土壤可溶性有机质(DOM)的碳源代谢能力... 详细信息

以成都平原典型稻麦轮作长期定位施肥试验土壤为研究对象,设置常规施肥(T1)、猪粪替代50%氮肥(T2)和猪粪替代50%氮肥+秸秆全量还田(T3)这3种处理,采用Biolog-ECO方法,研究长期有机物料还田下土壤和土壤可溶性有机质(DOM)的碳源代谢能力.结果表明,T3处理较T1和T2处理显著增加了土壤的碳源代谢能力,平均颜色变化率(AWCD)分别增长16%和48%;同时T3处理提高了土壤DOM的碳源代谢能力,其AWCD值为0.43.从微生物碳代谢功能多样性指数来看,土壤和土壤DOM中微生物的碳代谢功能多样性指数均以T3处理最高,其中土壤DOM中微生物的Shannon、Simpson和McIntosh指数分别为2.73、0.91和3.75.主成分分析和富集分析结果显示,不同施肥处理下土壤和土壤DOM的主要利用碳源类型存在差异,对于DOM而言,T1和T2处理的DOM主要利用碳源仅为糖类,而T3处理增加了对氨基酸类、羧酸类、聚合物类和胺类的利用.土壤pH和质地的改变是引起土壤DOM碳源代谢能力差异的主要因素.综上,猪粪配合秸秆施用显著增加了土壤和土壤DOM的微生物群落多样性和碳源代谢能力,促进了微生物碳源偏好向多元化转变.

关键词：有机物料可溶性有机质(DOM) 土壤微生物 Biolog-ECO

面向厨余制备污水处理添加剂的好氧水解高效菌剂复配与优化

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应用与环境生物学报 2023年

作者：王正江桂许维李振轮西南大学资源环境学院土壤多尺度界面过程与调控重庆市重点实验室

为促进厨余资源化，分离筛选蛋白质、淀粉、纤维素和脂肪高效降解菌株并制备菌剂，优化菌剂的降解条件，并探讨了厨余水解液作为生活污水处理添加剂的可行性。结果显示，蛋白质、淀粉、纤维素和脂肪高效降解菌及其降解率分别为解淀粉芽... 详细信息

为促进厨余资源化，分离筛选蛋白质、淀粉、纤维素和脂肪高效降解菌株并制备菌剂，优化菌剂的降解条件，并探讨了厨余水解液作为生活污水处理添加剂的可行性。结果显示，蛋白质、淀粉、纤维素和脂肪高效降解菌及其降解率分别为解淀粉芽孢杆菌（83.01%）、枯草芽孢杆菌（59.15%）、解淀粉芽孢杆菌（25.00%）、嗜麦芽窄食单胞菌（21.65%）。4种菌株按3:1:2:4制备菌剂，在温度（45 ℃）、转速（160 r/min）及培养时间（72 h）等优化条件下，对厨余水解效率达64%。按生活污水体积0.5%添加厨余好氧水解液作为添加剂，6 h内污水中97%以上总氮总磷被去除。上述研究表明解淀粉芽孢杆菌（Bacillus amyloliquefaciens）、芽孢杆菌（Bacillus subtilis）和嗜麦芽窄食单胞菌（Stenotrophomonas maltophilia）制备的菌剂在好氧条件下能有效水解厨余，效果明显，且好氧水解液能代替葡萄糖作为污水脱氮除磷添加剂，这为厨余好氧高效水解菌剂的制备及其水解液作污水外添加剂的可行性提供了依据。

关键词：厨余垃圾生物菌剂降解效率污水外添加剂

结合代谢组学和转录组学分析Pseudomonas putida Y-9主动稳定胞内外pH的机制

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微生物学报 2023年

作者：聂铭杨裕然李振轮西南大学资源环境学院土壤多尺度界面过程与调控重庆市重点实验室

[目的] 揭示恶臭假单胞菌(Pseudomonas putida)Y-9在氨氧化过程中主动调节胞外pH的机制和胞内pH稳态机制。[方法]在初始pH为7.19和9.40的硝化培养基中培养Y-9生长48 h，利用代谢组学对比分析Y-9氨氧化过程中的显著差异代谢产物并预测了... 详细信息

[目的] 揭示恶臭假单胞菌(Pseudomonas putida)Y-9在氨氧化过程中主动调节胞外pH的机制和胞内pH稳态机制。[方法]在初始pH为7.19和9.40的硝化培养基中培养Y-9生长48 h，利用代谢组学对比分析Y-9氨氧化过程中的显著差异代谢产物并预测了解离常数（pKa）；结合转录组学对比分析Y-9氨氧化过程中的显著差异调控基因。[结果] Y-9在初始pH为7.19的相对酸性条件下，产生麦芽糖醇提高胞外pH；通过上调脱氨酶、脱亚胺酶和阳离子转运相关基因在相对酸性环境中的表达来维持细胞内pH稳定性。在初始pH为9.40的碱性条件下，产5-氨基戊酸3和草氨酸等有机酸及酸性物质降低胞外pH；通过调控NADH脱氢酶、细胞色素、ATP合酶和氨基酸转运相关基因的表达来维持细胞内酸度，应对碱性环境。[结论] 本研究结果首先发现了Y-9具有稳定胞外pH的能力，探讨了其胞内pH稳态机制，拓展了对微生物与环境相互作用的认知，为进一步认识微生物脱氮过程中系统pH稳定机理提供了理论依据。

关键词：恶臭假单胞菌代谢组学转录组学 pH稳态解离常数

ZnO和CuO纳米颗粒对废水生物处理的影响及缓解毒性的研究进展

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生物工程学报 2023年第3期39卷 1026-1039页

作者：杨裕然张灿李振轮西南大学资源环境学院土壤多尺度界面过程与调控重庆市重点实验室重庆400716 中低品位磷矿及其共伴生资源高效利用国家重点实验室贵州贵阳550016

ZnO和CuO纳米颗粒(nanoparticles, NPs)在研究、医学和工业等领域的广泛使用,已引起人们对其生物安全性的忧虑。相关学者已在污水处理系统中检测到ZnO NPs和CuO NPs,由于其独特的理化性质,低含量NPs就对微生物群落结构和生长代谢产生毒... 详细信息

ZnO和CuO纳米颗粒(nanoparticles, NPs)在研究、医学和工业等领域的广泛使用,已引起人们对其生物安全性的忧虑。相关学者已在污水处理系统中检测到ZnO NPs和CuO NPs,由于其独特的理化性质,低含量NPs就对微生物群落结构和生长代谢产生毒性,进而影响污水脱氮的稳定运行。本文综述了ZnO NPs和CuO NPs对生物脱氮系统中相关功能细菌的毒性及机制,并总结了通过调节水环境因素(如pH值、离子强度、离子类型和天然有机物等)缓解ZnO NPs和CuO NPs的细胞毒性,以期为今后缓解和应急调控金属纳米颗粒(metal oxide nanoparticles, MONPs)对污水处理系统的冲击提供理论基础和支撑。

关键词：金属氧化物纳米颗粒解毒生物脱氮毒性机制环境介质