荧光原位杂交技术在环境微生物生态学解析中的应用研究

近年来 ,诸多国家在环境微生物领域先后开展了分子生物学研究方法的建立和生物学评价工作。一些不依靠纯培养的微生物群落的分析方法已得到广泛应用和发展。荧光原位杂交 (FISH)技术 ,具有细胞在测定过程中不被破坏、形状不改变、特异性强、能够真实反映在自然环境下微生物的情况及分布等特点 ,在环境微生物群落探测分析中已逐渐被广泛应用。该技术利用带有荧光标记的特异性寡核苷酸探针 ,与细胞内相应的靶核糖体结合 ,能将微生物探测、鉴定到属和种的水平。运用于硝化细菌、除磷细菌和丝状微生物等废水处理中常见的特征性微生物种群和群落生态学研究中 ,颇为高效。该技术的应用避免了传统培养方法进行鉴定和计数的局限性 ,在环境微生物生态学解析中具有较高应用价值。     

绿色荧光蛋白分子标记在环境微生物学研究中的应用

绿色荧光蛋白(green fluorescent protein,GFP)分子标记是现有遗传标记中最简单方便的一种方法，GFP及GFP突变体在微生物降解污染物、生物膜菌群构架、环境生态学和环境检测生物传感器等研究领域取得了很好的应用效果。     

贫营养条件下2种MBR污泥微生物的菌群对比

为了揭示贫营养环境下MBR污泥微生物群落结构的演替和菌群变化的异同,取洗浴再生水、工业再生水MBR的污泥进行周期培养,利用PCR-DGGE和克隆测序技术获得了DNA指纹图谱并建立系统发育树。研究表明,微生物群落结构在贫营养条件下演替明显,洗浴水污泥微生物形成新的优势菌群(Uncultured Pseudomonas)而工业水只维持了原有的部分菌群(Uncultured Sphaerotilus)。2种污泥培养过程中种群多样性变化突出且差异显著。同时洗浴水污泥菌群相似性在培养第8天时发生突变而工业水总体变化平缓。克隆测序表明2种MBR污泥中既有与贫营养环境适生的共性种属又有与各自来源相对应的特性种属。菌群特异性与废水来源紧密相关,是造成2种污泥对贫营养环境适应能力不同的根本原因。     

生物强化系统微生物分子诊断技术的应用及新发展

现代分子生物技术的飞速发展及其在环境研究领域的应用，为生物强化技术的研究和发展提供了新方法和新思路。本文从生物强化系统特异微生物检测及定量化技术、生物强化系统微生物群落结构组成及动态演替规律研究、生物强化作用机制的分子生物学解析、生物强化菌的基因工程构建、生物强化系统微生物的安全释放及控制技术几方面，对生物强化系统微生物分子诊断技术的应用和发展作了较为全面的综述。     

分子生物技术在环境工程微生物领域中的应用

目前分子生物技术发展日新月异，已渗透到各相关学科。本文综述了分子生物技术的基本原理与方法，及其在环境工程微生物领域的应用。讨论了分子生物技术在环境工程微生物的检测应用及在污泥、生物膜、底泥和土壤等微生物种群的多样性分析方面，以及环境工程菌的挑选和培养等方面的研究成果及其巨大研究前景，对该技术在环境工程领域的应用与发展提出了一些见解。     

生物强化系统微生物分子诊断技术的应用及新发展

现代分子生物技术的飞速发展及其在环境研究领域的应用,为生物强化技术的研究和发展提供了新方法和新思路.本文从生物强化系统特异微生物检测及定量化技术、生物强化系统微生物群落结构组成及动态演替规律研究、生物强化作用机制的分子生物学解析、生物强化菌的基因工程构建、生物强化系统微生物的安全释放及控制技术几方面,对生物强化系统微生物分子诊断技术的应用和发展作了较为全面的综述.     

微生物在水处理技术研究中的新进展

微生物水处理法具有投资少、操作简单、处理时间短等优点,广泛应用于水处理工程之中.2000年3月,在东京大学召开了名为"运用复杂微生物群落机能的高级水处理技术体系的建立与评估"国际研讨会.本文主要就该国际会议从以下五个方面--微生物群落分析技术、水净化微生物技术、生物营养物去除、污泥减量与资源化技术和亚洲热带与亚热带地区的水处理技术等进行综述,并指出微生物在水处理技术中进一步发展的方向和趋势.     

间歇好氧硫酸盐废水处理系统微生物区系解析

应用PCR-DGGE(polymerase chain reaction-denaturing gradient gel electrophoresis)技术和16S rDNA序列测定对间歇好氧硫酸盐废水处理工艺的微生物群落结构进行了研究.采集味精厂好氧池原始污泥以及实验室内间歇好氧工艺驯化后不同条件下的活性污泥样品,通过基因组DNA的提取、PCR扩增和DGGE分离,初步分析了各污泥样品的微生物群落多样性,结果表明,PCR-DGGE方法可以在一定程度上反映工艺以及操作条件对微生物群落结构的影响.通过DGGE反复分离纯化及割胶回收,DGGE检验为单一条带后进行测序并提交到GenBank数据库比对,结果表明,间歇好氧硫酸盐系统中优势菌株大多数为未培养细菌,来源于不同的污染环境,具有重要污染物降解的生态功能,其中包括与硫酸盐还原菌(Desulfobulbus propionicus)在系统发育上非常接近的菌株.     

PCR-DGGE技术解析A2/O工艺好氧单元中微生物群落结构

应用PCR-DGGE方法,追踪了汉沽工业废水处理中好氧工艺的活性污泥系统中微生物群落结构动态变化过程及其微生物群落结构组成。研究结果表明:系统中的微生物群落结构随水质变化而变化,随着培养时间的延长,微生物群落结构趋于稳定,分别属于5大类群,与γ、δ、α、ε变形杆菌(Proteobacterias)、芽孢杆菌(Bacilli)的亲缘关系较近。其中γ变形杆菌是该废水处理过程中的主要菌群,包括Pseudomonas sp.、Rheinheimera sp.、Citrobacter sp.、Klebsiella sp.、Enterbacte-riaceae、Stenotrophomonas maltophilia、Acinetobacter。在整个系统中uncultured Pseudomonas sp.、Halobacillus sp.、Pseudomonassp.、Pseudomonas stutzeri、Acinetobacter sp.可稳定存在于系统中,为该污水处理系统中的优势微生物。因此,提高Halobacillussp.、Pseudomonas sp.、Pseudomonas stutzeri、Acinetobacter sp.菌属在系统中的数量和质量,有利于提高废水生化处理的效果。     

钯掺杂纳米塑料对产甲烷颗粒污泥的影响

金属掺杂纳米塑料已被广泛应用在纳米塑料的环境行为与生物效应研究中,但其中掺杂的金属是否会对其生物效应产生影响尚不清楚。以厌氧颗粒污泥为研究对象,基于乳液聚合的方法合成钯(Pd)掺杂的纳米塑料(Pd-NPs),研究它对污泥厌氧消化系统产甲烷性能、微生物群落分布和污泥胞外聚合物的影响。结果表明,Pd-NPs中的Pd会随时间的推移溶出,并通过提高厌氧消化系统中地杆菌(Geobacter)的相对丰度促进电子传递进而促进污泥厌氧消化系统产甲烷量;傅立叶变换红外光谱和三维荧光光谱结果显示,Pd-NPs能够与厌氧颗粒污泥表面胞外聚合物中蛋白质和腐殖酸类物质发生相互作用,使污泥颗粒更易絮凝。这些结果为评估金属掺杂的纳米塑料对厌氧消化系统的影响提供了一定的数据支撑。     

PCR-DGGE技术解析A~2/O工艺好氧单元中微生物群落结构

应用PCR-DGGE方法,追踪了汉沽工业废水处理中好氧工艺的活性污泥系统中微生物群落结构动态变化过程及其微生物群落结构组成。研究结果表明：系统中的微生物群落结构随水质变化而变化,随着培养时间的延长,微生物群落结构趋于稳定,分别属于5大类群,与γ、δ、α、ε变形杆菌（Proteobacterias）、芽孢杆菌（Bacilli）的亲缘关系较近。其中γ变形杆菌是该废水处理过程中的主要菌群,包括Pseudomonas sp.、Rheinheimera sp.、Citrobacter sp.、Klebsiella sp.、Enterbacte-riaceae、Stenotrophomonas maltophilia、Acinetobacter。在整个系统中uncultured Pseudomonas sp.、Halobacillus sp.、Pseudomonassp.、Pseudomonas stutzeri、Acinetobacter sp.可稳定存在于系统中,为该污水处理系统中的优势微生物。因此,提高Halobacillussp.、Pseudomonas sp.、Pseudomonas stutzeri、Acinetobacter sp.菌属在系统中的数量和质量,有利于提高废水生化处理的效果。     

不同污泥负荷下SBR处理游泳馆污水的微生物群落的演变

污泥负荷直接影响微生物的生长模式,当污泥负荷发生变化时,短时间内微生物群落结构将发生明显变化。为了研究污泥负荷冲击对SBR系统内活性污泥微生物群落结构的影响,应用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCRDGGE)技术,对不同污泥负荷冲击时,SBR处理游泳馆污水中的活性污泥微生物进行了考查。研究表明,在不同污泥负荷冲击的条件下,以MBR污泥为接种污泥,SBR工艺处理游泳馆污水系统内活性污泥微生物群落结构变化明显,多样性指数随着污泥负荷升高而逐渐增加并趋于稳定,但污泥冲击负荷过高多样性指数反而下降,SBR系统内微生物菌种大部分为未经培养菌种,肠杆菌属、甲苯单胞菌属以及γ-变形菌纲细菌等。微生物通过对不同负荷阶段环境条件的适应及演变,逐渐形成了适应相应污泥负荷的微生物种群。     

分子生物技术在环境工程微生物领域中的应用

目前分子生物技术发展日新月异,已渗透到各相关学科。本文综述了分子生物技术的基本原理与方法,及其在环境工程微生物领域的应用。讨论了分子生物技术在环境工程微生物的检测应用及在污泥、生物膜、底泥和土壤等微生物种群的多样性分析方面,以及环境工程菌的挑选和培养等方面的研究成果及其巨大研究前景,对该技术在环境工程领域的应用与发展提出了一些见解。     

光合产电微生物群落构建及光照培养对其产电性能的影响

采用淡水沉积物为接种来源,培养出光合产电微生物群落。将其与藻阴极联用组建了完整的光合作用微生物燃料电池时,功率密度达到(157.5±3.1)m W/m2。采用循环伏安法及电化学阻抗谱对该群落的电化学性能进行了测试。PCR-DGGE及紫外可见吸收光谱分析显示,该群落含有Ectothiorhodospiraceae科及Chloroflexi门不产氧光合细菌、产电菌Arcobacter butzleri、发酵细菌及其他细菌。对该群落进行长期黑暗培养或长期光照培养时,其产电性能均得到了提高,但功率密度测试显示,光照培养微生物燃料电池最大功率密度为(180.1±8.7)m W/m2,高于黑暗培养的微生物燃料电池(160.7±11.4)m W/m2。电化学测试也显示,光照培养的阳极产电性能优于黑暗培养的阳极。     

固定化微生物技术及其处理废水机制的研究进展

固定化微生物技术利用物理或化学手段将具有特定生理功能的游离微生物固定于载体材料内部或表面,并加以有效利用。该技术具有微生物活性高、单位空间微生物密度高、耐受性好、抗冲击负荷能力强、处理效率高等优点,目前已被广泛应用于废水处理。综述了固定化载体、固定化方法、固定化装置,阐述了固定化微生物技术对废水中重金属、有机污染物及氨氮的去除机制,并展望了固定化微生物技术的发展趋势,为固定化微生物技术在废水领域的普遍应用提供了指导。     

全细胞脂肪酶(菌)对SBR系统中微生物群落演替的影响

将具有油脂污水处理功能的全细胞脂肪酶(菌)制剂,直接加入到SBR系统的活性污泥中,应用PCR-DGGE技术的应用,研究该制剂对活性污泥中微生物群落演替的影响。16S rDNA DGGE图谱表明投加全细胞脂肪酶(菌)制剂72h后,菌群丰富度Rs为57%、与空白组的48%相比变化不明显,不同样品相似性系数Cs在48.1%~74.4%之间,表明投加全细胞脂肪酶(菌)对活性污泥中原核微生物群落的演替没有明显影响。18S rDNA DGGE图谱表明,投加全细胞脂肪酶(菌)制剂72 h后,菌群丰富度Rs为72%、与空白组的22%相比存在显著性的差异,不同样品相似性系数Cs在14.5%~73.7%之间,而且优势菌体也发生动态变化,表明投加全细胞脂肪酶(菌)后,对活性污泥中的真核微生物群落演替影响明显。     

活性污泥DNA样品的保存条件对聚磷菌FQ-PCR结果的影响

对目标微生物的准确定量是研究微生物群落的组成与功能的重要前提。荧光定量PCR技术作为目前流行的核酸定量分析技术,具有操作时间短,敏感性高,特异性强等特点,但也存在由客观因素导致实验结果出现显著误差的缺点。针对目前环境微生物定量方法中容易忽略的污泥样品DNA保存步骤与上机时间等环节,详细探讨了保存条件、上机批次对聚磷菌(PAOs)荧光定量PCR结果的影响。结果显示保存温度、保存时间均对标准质粒和污泥DNA样品中PAOs定量结果产生影响:模板DNA的浓度及保存时间会影响标准曲线Ct值的重复性;同一样品在相同保存温度(4℃)、不同保存时间、不同批次条件下的定量结果存在显著性差异(P0.05);相同样品在不同保存温度、不同保存时间、同一批次条件下定量结果存在显著差异(P0.05),平行保存于-20℃的污泥DNA样品不同保存时间、同一批次定量结果没有显著差异(P0.05)。因此,在对活性污泥样品进行定量分析时,DNA样品应平行保存于-20℃条件,尽量避免反复冻融,并确保对比的生物样品保存及上机条件完全一致,从而减少定量结果误差。     

宏基因组学在环境工程领域的应用及研究进展

宏基因组学作为环境生物学(特别是环境微生物学)和基因组学结合而产生的新兴学科,利用其独特的生物分子检测技术和高通量基因筛选方法,在环境微生物群落研究和资源开发上取得了一系列突破性的进展,并逐步应用到环境科学与工程的各个领域。旨在通过对宏基因组技术的简单介绍,总结近期它在环境工程领域,如水处理工程、污染土壤生物修复、生活垃圾生物处理、海洋及其他生境石油泄漏修复和生物电化学工程中的应用和进展。同时,也为环境工程领域中生物处理技术的改进提供更多微生物层面上的理论依据和方法学思路,并对宏基因组学在环境工程领域内的应用和发展进行了展望。     

空气微生物研究方法进展与展望

着重论述了空气微生物气溶胶的研究方法，主要有培养基法和非培养基法。培养基法是传统的微生物研究方法，需要花费大量的时间和劳动力，只能够检测活的能够在培养基上生长的微生物，可以大致反映空气中的微生物气溶胶。非培养基法，主要是PCR法，具有敏感性高、快速、特异性强等特点，能够检测出环境样品中绝大多数的微生物，是一种微生物气溶胶检测的有效途径。最后指出实时持续的监测是将来空气微生物研究的努力方向和发展趋势。     

分子生态技术对厌氧脱氮除磷微生物优势菌群的鉴定

应用分子生态克隆技术,直接对A/O反应器所驯化培养的厌氧脱氮除磷微生物样品进行主要功能菌群的分子生态学鉴定。通过克隆文库的序列分析,发现驯化培养后厌氧污泥样品中的优势菌群主要是Azospirillum和Selenomonas两个属。这一结果表明,厌氧反应器中的某些红螺菌科和氨基酸球菌科的微生物,可能是在厌氧条件下对氮磷同时降解起关键作用的功能菌群。