给水生物预处理反应器的细菌种群多样性和群落结构

提取一生产性规模的给水生物预处理反应器中生物膜样品的总DNA,构建细菌16S rDNA克隆文库,并通过16S rDNA序列的系统发育分析,对生物膜中的细菌种群多样性和群落结构进行了研究.实验结果表明,给水生物膜反应器中的细菌种群多样性十分丰富;生物膜中的细菌分别属于10个主要类群,其中α-Proteobacteria是克隆文库中的最大细菌类群,占克隆子总数的32.28%,其次是β-Proteobacteria;与Rhodobacter系统关系密切的细菌是克隆文库中所占比例最大的一个菌属,占克隆子总数的12.6%;反应器中与硝化作用有关的是Nitrosomonas和Nitrospira属的细菌.研究结果表明,给水生物预处理反应器中的细菌群落结构和废水生物处理反应器中的细菌群落结构是有所差异的.图1表1参13     

大庆油田聚合物驱后油藏微生物多样性研究

从大庆油田4个聚合物驱后的采油井中提取总DNA,扩增其16S rDNA片段,克隆到大肠杆菌,然后用ARDRA法对所得的298个克隆中的插入片段进行分析,建立了16S rDNA克隆文库.采用文库库容值(C)、香农-威纳指数(H)和均匀度指数(E)对文库微生物多样性进行了评价.结果表明,4个样品中共得出22个操作分类单元(OUT).其中4个OUT(在整个群落中占78.18%,9个OUT只有一个克隆.对22个OUT的代表克隆序列、GenBank数据库比对和系统发育分析表明,聚驱后油井中的细菌基本属于α变形菌纲(24.83%)、γ变形菌纲(23.49%)、δ变形菌纲(35.56%)和未培养微生物(16.78%).与石油烃降解和产生物表面活性剂相关的假单胞菌(Pseudomonas)和不动杆菌(Acinetobacter),在文库中占的比例分别是17.79%和6.02%.     

宿根甘蔗根际土壤细菌多样性分析中培养法与非培养法比较研究

采用培养法和非培养法提取甘蔗根际土壤微生物的总DNA,基于通用引物PCR扩增构建两种方法的细菌16SrDNA文库,并进行核糖体DNA扩增片段限制性内切酶分析(ARDRA),通过部分克隆序列测定构建细菌克隆文库的系统发育树,进而对基于传统的细菌平板培养法和直接提取总细菌DNA的非培养法进行比较分析.结果显示,非培养法文库的香侬–威纳指数、辛普森指数、丰富度分别为4.94、0.998、28.91,均高于培养法文库中相应的多样性参数(分别为4.27、0.996、16.79),均一度数值都>0.95.结合统计学数据和序列测定信息,反映出甘蔗根际土壤存在着丰富的细菌多样性,但平板培养法所展现的多样性低于直接提取法,表明前者存在着很大的局限性,而非培养法文库中主要是未培养微生物的16S rDNA序列,这从一个侧面反映了土壤样品中未培养微生物占很大比例.因此,在土壤微生物群落研究中,必须结合新的分子生态学技术手段,如采用直接提取总DNA的方法进行研究,才能比较全面地认识土壤微生物多样性.图3表3参18     

PCR-DGGE技术解析针叶和阔叶凋落物混合分解对土壤微生物群落结构的影响

为深入理解凋落物类型和微生物群落之间的相互关系,通过小盆+凋落袋控制实验,运用PCR-DGGE技术解析了南方红壤丘陵区典型针叶树种马尾松和湿地松的凋落物分别与白栎、青冈两个阔叶树种凋落物混合分解对土壤微生物基因型多样性的影响.结果表明:1)针叶凋落物中加入阔叶后细菌群落结构未发生显著变化,将所有处理归为一类的相似度达72%,其差异仅表现在马尾松+白栎和湿地松+青冈处理土壤微生物群落16S rDNA的丰富度和多样性分别显著高于单一马尾松和湿地松;2)针叶凋落物中加入阔叶后真菌群落结构发生了显著变化,单一针叶处理与针阔混合处理间18S rDNA基因泳道带型的相似度只有28%,并且单一马尾松处理土壤18S rDNA的丰富度和多样性显著高于马尾松+白栎和马尾松+青冈,单一湿地松处理土壤18S rDNA的丰富度也显著高于湿地松+白栎和湿地松+青冈,多样性显著高于湿地松+白栎处理;3)土壤真菌18S rDNA的丰富度与凋落物初始C含量呈显著正相关,与凋落物初始N含量呈显著负相关.针叶凋落物中引入阔叶凋落物后,增加了凋落物中N的比重,C的比重则下降,显著影响了土壤真菌群落的结构.     

硝酸盐生物氧化沼气硫化氢及微生物群落结构

沼气中的硫化氢(H2S)是一种具有腐蚀性的有毒气体,因此在使用前必须对沼气进行人工脱硫处理.以硝酸盐作为电子受体,设置两个反应器研究在不同沼气进气速率下微生物对H2S去除能力的影响,并分析厌氧污泥的菌群结构和关键微生物种群类型.结果表明在接种污泥的反应器A中,在低进气H2S负荷下,即沼气流速为0.5 L/min时,H2S的去除率在96%以上;在高进气H2S负荷下,即沼气流速为2 L/min、3 L/min和4 L/min时,H2S去除率在20%-35%之间.即随着沼气流速加快,气体停留时间缩短,H2S去除率逐渐下降.未接种污泥的反应器B前6 d H2S去除率逐渐升高,6 d后去除率逐渐下降.厌氧污泥中的微生物生化作用对H2S的去除率有显著影响.微生物群落结构分析结果表明,在反应器运行过程中污泥的微生物种类变化较小.厌氧污泥中微生物群落的优势门是变形菌门(Proteobacteria),优势属是硫杆菌属(Thiobacillus).Sulfurimonas在微生物群落中的相对丰度变化与H2S去除率的变化呈显著正相关.故Sulfurimonas可能是本反应系统中的主要脱氮脱硫菌.     

我国蚕豆根瘤菌的多样性和系统发育研究

采用数值分类、16S rDNA PCR-RFLP、IGS PCR-RFLP等方法对分离自我国11个省的50株蚕豆根瘤菌及11株参比菌株进行了表型测定和遗传型研究,同时对5株蚕豆根瘤菌的代表菌株进行了16S rDNA全序列测定.表型测定的结果表明,在80%的相似水平上供试菌株分为4个群,各群间存在地区交叉;16S rDNA PCR-RFLP的聚类结果与数值分类的聚类结果有很好的一致性;IGSRFLP反映的多样性更明显,形成的遗传群较多,可用于菌株间的鉴别.实验结果表明我国蚕豆根瘤菌具有极大的表型多样性和遗传多样性.系统发育研究结果表明,蚕豆根瘤菌的代表菌株均位于快生根瘤菌属(Rhizobium)系统发育分支,与R.leguminosarum USDA2370的全序列相似性达99.9%,说明蚕豆根瘤菌属于Rhizobium,系豌豆根瘤菌的一个生物型.图4表3参12     

富营养化太湖沉积物中微生物群落及对环境因子的响应

沉积物是水生态系统重要的组成部分,研究沉积物中的微生物多样性及群落结构有助于从侧面了解水体的水质状况.采集太湖中具有不同富营养化水平的梅梁湾(ML)与湖心区(HX)表层沉积物(0--2 cm),测定沉积物样品中的总有机碳(TOC)、总氮(TN)、无机氮(NH4+-N与NO3--N)、pH、氧化还原电位(Eh)与溶解氧(DO),利用基于16S rRNA基因的Illumina Miseq宏基因组测序技术研究沉积物样品中的微生物群落结构,并分析沉积物中微生物群落结构与环境因子的潜在关系.从太湖两处采样点6个沉积物样品中共获得234 408条有效序列,Sobs指数在1 811-2 442之间,Shannon指数在6.16-6.49之间,Coverage值在96.2%-97.7%之间,说明序列信息量足够大且微生物多样性较高.沉积物中细菌相对丰度为99%以上,共检测到48个门118个纲.其中变形菌门(Proteobacteria)为优势菌门,在ML和HX沉积物中的相对丰度分别为40.5%和35.4%,主要包括δ-proteobacteria和β-proteobacteria纲.其他较为丰富的门类包括绿弯菌门(Chloroflexi)、硝化螺菌门(Nitrospirae)和拟杆菌门(Bacteroidetes)等.将沉积物中纲水平微生物群落组成与理化因子进行Spearman相关分析可知,Eh、DO、pH、NH4+-N和TOC含量能显著影响纲水平优势微生物类群(OTU1%),且以Eh影响的微生物类群种类最多.上述研究表明,太湖沉积物中微生物资源丰富,不同富营养湖区理化因子是影响其中微生物群落结构的重要因素.(图4表3参42)     

微氧折流反应器启动过程产甲烷菌群落结构变化特征

采用实时荧光定量PCR和构建克隆文库的方法,对微氧折流反应器启动过程中产甲烷菌群落结构进行分析,以期了解反应器去除污染物机理.结果表明:随着反应器的运行,产甲烷菌丰度整体呈现增加趋势,化学需氧量(COD)去除率由启动初期的30%左右逐渐上升到75%左右,出水pH也从初期的弱酸性到后期稳定在7.3左右.其中,微氧曝气的1#格室产甲烷菌基因丰度先由第一阶段的1 580 copies ng-1(S1A)下降到第二阶段的1 355 copies ng-1(S2A),最后稳定阶段又升高到2 864 copies ng-1(S3A).2#格室的产甲烷菌基因丰度表现出与1#格室类似的趋势,但是相比1#格室变化幅度小,3个阶段的产甲烷基因丰度依次分别为2 024 copies ng-1(S1B)、1 970 copies ng-1(S2B)、2 282 copies ng-1(S3B).处于厌氧状态的3#格室的产甲烷菌基因丰度随着反应器的运行逐步上升,稳定后达到最大,为3 508 copies ng-1(S3C).1#格室中,产甲烷优势菌由第一阶段的Methanobacteriales目(占所得产甲烷菌序列群50%)变为第三阶段的Methanomicrobiales目(80%).2#格室中没有明显的优势产甲烷菌,群落结构相对稳定,隶属于Methanomicrobiales目的产甲烷菌序列比例在3个阶段分别为36.4%、36.4%和30%.3#格室稳定运行后有60%的产甲烷菌序列群属于Methanosarcinales目,成为优势菌.在反应器运行的不同阶段,2#格室的生物多样性均高于1#格室,3#格室的多样性在前两个阶段没有变化,而在第三阶段升高.因此,在启动过程中,微氧折流反应器不同格室产甲烷菌的基因丰度、群落结构和生物多样性表现出不同的变化特征.     

化学-生物絮凝污水处理工艺中微生物群落结构变化分析

利用分子生物学技术，直接从化学-生物絮凝工艺的活性污泥样品中提取DNA，对16S rDNA V3区进行PCR扩增，结合DGGE（变性浓度梯度凝胶电泳），分析了活性污泥中微生物群落结构，并对Shannon多样性指数进行分析讨论，通过研究指出系统中细菌数量的增加或减少．测定了活性污泥中部分菌种的16S rDNA V3区片段序列，通过NCBI（美国国立生物技术信息中心）基因库比对，初步确定细菌的属．结果表明，PCR—DGGE结合测序技术是一种完全可行的快速进行环境样品微生物研究的分析方法．图3表4参13     

炼油厂周边PAHs污染土壤中微生物群落结构多样性研究

直接从污染土壤中提取微生物基因组DNA,对基因组DNA进行16S rDNA聚合酶链式反应（PCR）扩增和末端限制性片段多态性（T-RFLP）分析,进而对炼油厂附近PAHs污染区土壤微生物群落结构和多样性进行初步研究。结果表明,PAHs浓度较高的土壤中PAHs主要以高相对分子质量PAHs为主,此外,其土壤微生物群落多样性明显低于PAHs浓度较低的土壤。高浓度PAHs刺激了某些土壤微生物生长。不同污染程度的土壤存在一定数量相同的优势菌群,但相对丰度具有明显差异。其中α-变形菌是五个区域土壤中的主导微生物。研究结果将为炼油厂周边土壤的修复治理提供科学依据。