芽孢杆菌促进植物生长的研究进展

芽孢杆菌(Bacillus)在自然界中分布广泛,其中有多种是植物根际促生菌的重要组成部分,因其具有促进植物生长、增强植物抗病能力、改善土壤质量等作用,是当下热门的研究方向。本文总结了芽孢杆菌促进植物生长机制和常用芽孢杆菌促进植物生长的能力,并对芽孢杆菌在今后的应用与发展前景进行了展望。     

离子型稀土矿植物根际促生芽孢杆菌的筛选与鉴定

以离子型稀土废弃矿修复植物的根际土壤为研究对象,采用稀释涂布法从土壤样品中筛选出具有植物根际促生作用,以及能够在高浓度稀土离子条件下生长的芽孢杆菌菌株,并对菌株的促生能力和稀土离子耐受性进行测试。试验结果表明,筛选得到的芽孢杆菌菌株中具有产吲哚乙酸(IAA)能力的有14株,其中同时具有产铁载体和NH3能力的共有5株。菌株Y18-3不仅具有较好的促生特性,而且对稀土离子铥和铽表现出较强的耐受性,半抑制浓度(IC50)分别为2.22和2.29 mmol/L,经16S rRNA基因序列分析法鉴定菌属为纺锤形赖氨酸芽孢杆菌(Lysinibacillus)。     

3株生防芽孢杆菌的筛选及对棉花枯萎病的防治研究

从植物根际土壤中筛选到3株对大豆根腐病、棉花枯萎病、小麦赤霉病等多种作物真菌病害有较强拮抗性的芽孢杆菌菌株Bacillus sp．920,Bacillus sp．930和Bacillus sp．932。用琼脂块法分别测定了它们对11种植物病原真菌的抗菌谱、发酵液的抑菌活性大小及其热稳定性,并对发酵液中的抑菌活性物质进行了初步提取。结果表明,920和932菌株为广谱性抗真菌菌株;930菌株仅表现出对稻瘟病菌具有较强的桔抗性。Bacillus sp．920发酵液中的抑菌活性物质可被酸沉淀,并具有较好的热稳定性。棉花盆栽试验结果表明,接种芽孢杆菌920菌剂可使棉花枯萎病引起的棉苗死亡率由15％降至3．7％,发芽率比对照提高了10％。     

3株生防芽孢杆菌的筛选及对棉花枯萎病的防治研究

从植物根际土壤中筛选到 3 株对大豆根腐病、棉花枯萎病、小麦赤霉病等多种作物真菌病害有较强拮抗性的芽孢杆菌菌株 Bacillus sp.920,Bacillus sp.930 和 Bacillus sp.932.用琼脂块法分别测定了它们对 11 种植物病原真菌的抗菌谱、发酵液的抑菌活性大小及其热稳定性,并对发酵液中的抑菌活性物质进行了初步提取.结果表明,920 和 932 菌株为广谱性抗真菌菌株;930菌株仅表现出对稻瘟病菌具有较强的拮抗性.Bacillus sp.920 发酵液中的抑菌活性物质可被酸沉淀,并具有较好的热稳定性.棉花盆栽试验结果表明,接种芽孢杆茵 920 菌剂 可使棉花枯萎病引起的棉苗死亡率由 15% 降至 3.7%,发芽率比对照提高了10%.     

生物质炭添加对土壤氧化亚氮排放影响的研究进展

氧化亚氮(N₂O)是一种会破坏平流层臭氧的长寿命温室气体,农业土壤是大气N₂O人为排放源中的最大贡献者,因此减少农业土壤N₂O排放十分迫切.生物质炭是生物质在低温限氧条件下热解产生的碳材料,具有丰富的孔隙结构.已有研究表明,生物质炭是减少土壤N₂O排放的重要手段之一,但对其影响效应和机理的系统报道很少.本文论述了生物质炭对土壤中N₂O排放的影响,重点从生物与非生物的角度讨论了生物质炭影响土壤N₂O排放可能的机制.从生物角度来看,生物质炭的“石灰效应”会升高土壤pH、改变土壤中微生物过程从而促进N₂O还原为N₂,同时生物质炭也会作为“电子穿梭体”加快这一过程.另外,生物质炭还会增加含有nosZ基因的反硝化细菌数量,促进N₂O的还原.而当土壤中N₂O主要来自于硝化作用时,生物质炭增加土壤中氨氧化细菌amoA丰度,进而增加土壤N₂O排放量.从非生物角度来...     

一株碱性果胶酶高产菌株的筛选与鉴定

对天津盐碱地土壤样品中分离筛选的碱性果胶酶高产菌株进行生理生化及分子生物学鉴定,确定其生物学分类地位。以果胶为底物从土壤中筛选碱性果胶酶生产菌株,对复筛获得的菌株L520进行16SrDNA基因测序和分析,结合Biolog微生物鉴定系统完成L520的菌种鉴定;常规的生理生化反应鉴定进一步阐明该菌株的生理生化特性。菌株L520在LB培养基上培养10 h左右产中生芽孢,能利用葡萄糖、甘露醇、木糖为碳源进行生长,降解淀粉,水解酪蛋白但不水解酪氨酸;16SrDNA（NCBI登陆号FJ906822）结果显示该菌株与枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌等有99%的相似性,Biolog鉴定系统中菌株L520培养16~24 h与Bacillus subtilis A相关数据为PROB 99%,SIM 0.853,DIST 2.06。该碱性果胶酶高产菌株分类学上属于芽孢杆菌属的枯草芽孢杆菌,命名为Bacillus subtilis L520,碱性果胶酶发酵活性达到45 U/mL。     

胞外脂肪酶在枯草芽孢杆菌中的表达及其性质

枯草芽胞杆菌Bacillus subtilis是一种高产的外源基因表达菌株,外源蛋白能大量分泌到细胞外培养基中.从地衣芽孢杆菌ATCC 14580基因组中克隆胞外脂肪酶全基因序列,并构建枯草芽孢杆菌表达载体pACC-pUB110,得到脂肪酶基因重组载体.该表达载体有一个强启动子,经淀粉诱导能高效表达外源蛋白,以枯草芽孢杆菌胞外蛋白酶缺失型菌株WB700和野生型菌株B.subtilis168为宿主菌,得到的脂肪酶以对硝基苯棕榈酸酯为底物,测得培养基上清总活力达到76.8 μ/mL.该脂肪酶在pH10~10.5表现最大水解活力,最适反应温度为37℃,在强碱条件下稳定性很好.     

纤维素酶EGA基因在枯草芽孢杆菌中的表达及其产物性质研究

枯草芽孢杆菌Bacillus subtilis是一种高效的外源蛋白表达菌株,能将目的蛋白分泌到细胞外的培养基中.从福寿螺胃液共生菌株Bacillus sp.Strain AC-1基因组中克隆纤维素酶EGA的基因序列,利用基因工程技术构建纤维素酶EGA的重组枯草芽孢杆菌表达载体pAUsp-ega.该载体含有一个强启动子和一段信号肽,经淀粉诱导能表达外源蛋白.以枯草芽孢杆菌蛋白酶缺失型菌株WB700为宿主菌,表达得到的重组纤维素酶EGA以羧甲基纤维素钠(CMC-Na)为底物得到的培养基上清酶活力达到1 120 U/L.该纤维素酶在pH 6.0表现最大水解活力,最适反应温度为60℃,在酸性条件下稳定性良好,具有较好的应用前景.     

樟树根际和内生细菌群落结构差异研究

以芳樟醇型樟树根际土壤、根、茎、叶和果为材料,通过16S rRNA扩增子测序评估根际土壤细菌及不同组织器官内生细菌群落的多样性。结果表明,樟树根际土壤细菌群落结构主要由γ-变形菌纲、α-变形菌纲、放线菌纲、嗜热油菌纲、芽孢杆菌纲、酸杆菌纲等组成,而γ-变形菌纲是樟树主要的内生细菌。细菌多样性表现出依赖于植物器官的现象,证实了樟树根际土壤及不同组织器官内生细菌群落的生态位分化,确定了樟树根际土壤和不同组织器官的核心细菌。研究结果对园林绿化用樟树的新品种创制、栽培养护和樟树相关微生物的开发利用具有重要意义。     

响应面法优化HPEF杀菌工艺研究

为了弄清高压脉冲电场(HPEF)的杀菌作用,研究高压脉冲电场对培养液中枯草芽孢菌(Bacillus subtilis,简称B.subtilis)的杀灭效果.以枯草芽孢杆菌为模式菌株,采用高压脉冲电场处理,在单因素实验基础上,响应曲面法考察了高压脉冲电场强度、脉冲频率和杀菌时间对杀菌的效果的影响.通过回归方程求解和响应曲面分析,得到了二次多项式提取回归模型,并通过模型求得高压脉冲电场的杀菌试验的最优解.通过验证,实验值与模型预测值拟合性良好,能较好地反应高压脉冲电场对液体物料中枯草芽孢杆菌的致死效果.得到杀菌最优工艺条件为:电场强度为25.4 kV/cm,脉冲频率为797.0 Hz,脉冲处理时间为120.0 s,致死率为95.24％.     

生物菌剂对蔬菜产量及菜地活性气态氮排放的影响

为了明确尿素配施生物菌剂对设施菜地活性气态氮(N₂O和NH₃)排放以及蔬菜产量的影响,分别采用静态暗箱-气相色谱法和通气室-氨捕获法对设施菜地N₂O和NH₃排放进行了原位观测.试验设置3个处理：空白处理(CK)、施用尿素(U)、尿素与生物菌剂配施(EM).结果表明：与CK处理相比,U处理蔬菜产量、N₂O排放量、NH₃排放量、活性气态氮累积排放量和活性气态氮排放强度分别增加了3.65%、43.40%、16.90%、38.60%和35.71%.与CK处理相比,EM处理蔬菜产量、N₂O排放量、NH₃排放量、活性气态氮累积排放量和活性气态氮排放强度分别增加了22.28%(P<0.05)、103.46%(P<0.05)、45.07%(P<0.05)、92.80%(P<0.05)和57.14%(P<0.05),差异显著.考虑EM处理显著增加了活性气态氮,并由此带来的环境损益,生物菌剂在菜地中的施...     

双碳目标下中国农业系统N2O排放及主粮低碳化生产研究

农业作为N₂O重要的排放源,厘清农业系统N₂O排放对“双碳”目标实现具有重要意义.本文基于2000—2019年中国种植业、养殖业数据,估算了农业系统N₂O排放量,并利用泰尔指数(Theil index)探求了中国大陆4大板块和8大经济区之间的差异性,对主粮低碳化生产提出对策建议.研究结果显示：1)中国农业系统N₂O排放呈现先增加后减少趋势,其中2000—2015年是上升阶段,从69.98万t增加到86.01万t, 2016—2019年为下降阶段,2019年农业系统N₂O排放量为76.43万t.2)分省农业系统N₂O排放量差异显著,2019年农业系统N₂O排放量最少的是北京(0.056万t),最多的是河南(5.69万t);集中趋势更为凸显,广西、河南、江苏等排放量较多.3)省域之间、区域之间农业系统N₂O排放量差异呈现多样性变化,如省域差异前期先扩大后缩小,2009年以来表现平稳,8大区域中北部沿海、东部沿海、大西...     

旱地生态系统碳氮过程对干旱响应与反馈的Meta分析

干旱会影响陆地生态系统碳氮循环,形成对气候变化的反馈效应.然而,目前国际上有关旱地生态系统碳氮过程对干旱的响应与反馈效应尚不清楚.本研究共收集整理了全球来自128篇文献的1344组原位观测数据进行Meta分析(Meta?analysis),用以定量评估旱地生态系统碳氮过程对干旱的响应程度和反馈效应.结果表明,干旱会显著...     

中国不同水果生产系统温室气体排放及减排措施

水果生产系统既是温室气体(GHG)排放源,又可通过土壤固碳起到减排增汇作用.计算中国不同水果生产系统传统与优化管理措施的净GHG平衡和单位产品温室气体强度(GHGI),识别不同水果生产的主要GHG排放途径及其优化碳减排潜力,可为水果生产绿色低碳管理方案的制定提供科学对策.本文对307项常规果园管理措施和333项优化果园管理措施下的肥料投入、产量、净GHG平衡和GHGI结果进行了Meta分析,并将其按播种面积大小分为柑橘、苹果、梨、葡萄、香蕉和其他水果共6类.结果表明：采取氮肥减量、增施有机肥、灌溉减量、控制灌水周期以及水肥耦合等优化管理措施的水果生产系统,在产量及GHG减排上都具优势.传统和优化管理措施下不同水果生产系统净GHG平衡排序均为香蕉>梨>苹果>葡萄>其他>柑橘,但优化措施净GHG平衡大幅降低53.2%～75.8%.不同水果生产系统GHGI也从传统措施下2.82±0.20(柑橘)～4.32±0.27(葡萄)kg(CO₂-eq)·kg^-1降至优化措施下0.64±0.19(柑橘)～1.40±0.13(香蕉)...     

金融科技水平影响企业非CO2温室气体排放的实证研究

针对企业非CO₂温室气体排放,以2011—2019年中国内地203个地级市面板数据为样本,构建面板门限回归模型,分析企业金融科技发展水平与非CO₂温室气体之间的关系.本文验证了金融科技水平影响企业非CO₂温室气体排放的结构特征及区域异质性影响.本研究的主要发现包括三个方面：1)金融科技的发展呈现出显著的污染减排效果,能够抑制非CO₂温室气体排放.企业的金融科技较低时,其工业二氧化硫减排作用较强,但更一般的情况是,在企业的金融科技水平较高时企业的工业氮氧化物减排效果大多呈现好转的态势.2)企业金融科技发展水平对企业污染减排的作用存在结构效应.金融科技覆盖广度对企业非CO₂温室气体的减排强度显著强于金融科技使用深度和金融数字化程度.3)金融科技对非CO₂温室气体减排作用存在区域差异,整体来看,中部地区显著高于东西部地区.研究结果对于各地实行差异化金融科技发展策略,推动社会经济发展全面绿色转型,实现“双碳”目标具有一定的指导价值.     

Selective catalytic reduction of NO with NH3 over sol-gel-derived CuO-CeO2-MnOx/γ-Al2O3 catalysts

Granular CuO-CeO₂-MnO _x /γ-Al₂O₃ catalysts were synthesized by the sol-gel method. The performance of the CuO-CeO₂-MnO _x /γ-Al₂O₃ catalysts for the selective catalytic reduction (SCR) was studied in a fixed bed system. Preliminary tests were carried out to analyze the behavior of NH₃ and NO over catalyst in the presence of oxygen. The optimum temperature range for SCR over the CuO-CeO₂-MnO _x /γ-Al₂O₃ catalysts is 300–400 °C. The catalysts maintain nearly 100% NO conversion at 350 °C. The °C NH₃ oxidation experiments show that both NO and N₂O are produced gradually with the increase of temperature. The catalysts in this experiment have a stronger oxidation property on NH₃, which improves the denitrification activity at low temperature. The over-oxidation of NH₃ at high temperature is the main cause leading to a decrease in the NO conversion. The NH₃ and NO desorption experiments show that NH₃ and NO can be adsorbed on CuO-CeO₂-MnO _x /γ-Al₂O₃ granular catalysts. The transient response of NH₃ and NO indicates that the SCR reaction proceeds in accordance with the Eley-Rideal mechanism. The adsorbed NO has little influence on the denitrification activity in SCR process. Foundation item: Projects (50776037, 50721005) supported by the National Natural Science Foundation of China     

Electronic band structures of TiO<Subscript>2</Subscript> with heavy nitrogen doping

The first-principles density-functional calculation was conducted to investigate the electronic band structures of titanium dioxide with heavy nitrogen doping （TiO2-xNx）.The calculation results indicate that when x≤0.25,isolated N 2p states appear above the valence-band maximum of TiO2 without a band-gap narrowing between O 2p and Ti 3d states.When x≥0.50,an obvious band gap narrowing between O 2p and Ti 3d states was observed along with the existence of isolated N 2p states above the valence-band of TiO2,indicating that the mechanism proposed by Asahi et al operates under heavy nitrogen doping condition.     

不同污泥龄厌氧氨氧化菌的脱氮效能及其动力学特性

为研究不同污泥龄(SRT)条件下厌氧氨氧化菌的脱氮效能和动力学特性,采用一组SBR反应器研究梯度降低污泥龄过程中系统的NO2--N去除负荷(Nr)和NO2--N污泥负荷(Ns),并对各阶段厌氧氨氧化过程动力学特性进行分析.结果表明,污泥龄由21 d梯度降低到12 d,Nr由0.590 kg/(m3·d)降低到0.493 kg/(m3·d),单位MLVSS Ns由0.178 kg/(kg·d)提升到0.297 kg/(kg·d),系统整体的脱氮性能有所下降,但单位质量的厌氧氨氧化菌脱氮效率显著提升;采用莫诺(Monod)模型可以较好地模拟不同污泥龄运行阶段厌氧氨氧化菌的动力学行为,动力学分析表明,随着污泥龄的降低,NO2--N的最大比降解速率vmax由0.406 d-1提高到0.826 d-1,半饱和常数Ks由23.3 mg/L增加到95.3 mg/L,梯度降低污泥龄能够筛选纯化生长速率较快的厌氧氨氧化菌菌种,提升NO2--N的最大比降解速率,但厌氧氨氧化菌对底物的亲和性会逐渐变差,稳定性降低.     

Theoretical calculation and experimental study of influence of oxygen vacancy on the electronic structure and hemocompatibility of rutile TiO2

In this work, the relationship between electronic structure and hemocompatibility of oxygen deficient rutile TiO_2−x was studied by both theoretical calculation and experimental study. Based on the local density functional theory, first-principals method was performed to calculate the electronic structure of rutile TiO₂ with different oxygen vacancy concentration. In the range of less than 10% of (or equal) physically realistic O vacancy concentration, the band gap of rutile TiO₂ increases with increasing O vacancy concentration, leading the TiO₂ changes from a p-type to an n-type semiconductor. The valance band of TiO₂ is predominated by O 2p orbital, while the conduction band is occupied by Ti 3d orbital for different O vacancy concentration. The O vacancy results in the occupation of electrons at the bottom of conduction band of TiO₂, and the donor density increases with increasing O vacancy concentration. When materials come in contact with blood, the n-type semiconductor feature of oxygen deficient TiO_2−x with the bottom of conduction band occupied by electrons would prevent charge transfer from fibrinogen into the surface of materials, thus inhibiting the aggregation and activation of platelets, therefore improving the hemocompatibility of rutile TiO_2-x . Supported by the National Basic Research Program of China (Grant No. 2005CB623904), National High-Tech Research Program of China (Grant No. 2006AA02A139) and National Natural Science Foundation of China (Grant No. 20603027)