石油烃类污染对青藏高原北麓河地区冻区土壤微生物多样性的影响

为了探究石油烃类污染对青藏高原冻土区土壤微生物多样性及群落结构的影响,以柴油、机油为典型的石油烃类污染物,原位人工模拟污染,利用MiSeq高通量测序技术分析和比较了4个土样在土壤微生物多样性及群落结构维度的差异性,并识别了具有石油烃类污染物降解功能的菌群。结果表明:4个土样中可变区的遗传物质,在97%的相似度水平下产生有效的OTU 944个,获得土壤微生物群落25门、56纲、115目、213科、315属。石油烃类污染可改变原有土壤微生物多样性及群落结构,4个土样中细菌的多样性为机油污染土样(SLO)上层5 cm处未污染土样(TS)中层20 cm处未污染土样(MS)柴油污染土样(SDO),SLO(机油污染土样)多样性最高,其次为未污染土样(TS、MS),SDO(柴油污染土样)多样性最低;未污染土样(TS、MS)在垂直方向群落结构差异较小,分布基本一致,SDO、SLO与未污染土样群落结构相比差异较大,SDO、SLO样本间差异同样明显;识别出具有石油烃类污染物降解功能的菌属包括Sulfuritalea属、红球菌属(Rhodococcus)、红游动菌属(Rhodoplanes)、鞘脂单胞菌属(Sphingomonas)、Alkanindiges属、诺卡氏菌属(Nocardioides)、放线菌属(Actinobacteria norank)等7种。研究结果揭示了石油烃类污染对高寒冻土区土壤微生物多样性及群落结构的影响,在石油烃类污染物的胁迫作用下产生出具有石油烃类污染物降解功能的优势菌群,为该地区进行原位石油烃类污染修复提供技术支持。     

污泥施用对根际和非根际石灰性土壤中细菌多样性的影响

为研究污泥施用对石灰性土壤细菌多样性的影响,在连续2年种植夏玉米大田系统中,施用不同量的腐熟污泥,采集根际和非根际土壤进行16S rDNA-V3-V4区高通量测序,分析污泥施用对石灰性土壤细菌丰富度、多样性指数、群落结构、功能基因在代谢途径的影响,同时对细菌群落和环境因素之间的相关性进行分析。结果表明:污泥用量分别在3.5～37.5 t·hm~(-2)和3.5～7.5 t·hm~(-2)有利于非根际和根际土壤OTU数量增加;但污泥在75 t·hm~(-2)过量施用时,根际和非根际土壤细菌的Shannon多样性指数显著降低,Simpson指数显著增加,Ace,Chao丰富度指数显著降低。主成分和门水平物种丰度分析表明:污泥施用量不同会造成根际和非根际细菌群落结构差异,并且当污泥施用量为75 t·hm~(-2)时,明显降低了非根际土壤放线菌门的丰度;污泥施用量在3.75～37.5 t·hm~(-2)时,非根际土壤中拟杆菌门丰度会明显增加。与对照相比,当污泥用量为75 t·hm~(-2)时,根际土壤拟杆菌门有明显的增加,增加丰度达1.45倍,但酸杆菌门和放线菌门丰度降低了49.74%和80.57%。冗余分析(RDA)表明,土壤TN、Cd、Cu、TP是影响土壤细菌群落最主要的因素,其中TN、Cd、Cu和细菌Shannon、Simpson多样性指数呈现显著相关性(P0.05)。由此可见,连续过量施入污泥会对根际和非根际石灰性土壤中细菌多样性造成不利影响,而且上述微生物多样性变化可作为污泥合理施用的判断依据。     

氧化石墨烯强化铜绿假单胞菌降解污染土壤多环芳烃的效果及其机制研究

微生物修复技术具有经济绿色、环境友好等特征,已成为多环芳烃(PAHs)污染土壤的主要修复手段之一。然而,针对经历长期老化的污染场地土壤,微生物修复效率偏低,生物强化技术亟待进一步提高。以PAHs高效降解菌铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa,PAE)为对象,研究了新型碳质纳米材料氧化石墨烯(GO)对PAE生长和PAHs降解的影响,探讨了GO强化PAE降解土壤PAHs的效果及其机制。结果显示：(1)50～100 mg/L GO可以显著促进PAE的生长和胞外聚合物(EPS)的分泌。(2)PAE及GO(100 mg/kg)的添加显著促进了老化土壤中PAHs的降解。(3)GO添加前期,土著微生物群落丰度下降,PAE丰度显著增加;处理后期,土壤细菌群落丰度恢复至对照组水平。适宜浓度GO的添加可以影响土壤微生物的多样性和丰度,促进PAHs的降解,然而,修复后期GO的影响力下降,土壤微生物群落呈现出“扰动—恢复”模式。研究结果有助于深入理解GO对环境微生物的效应,为PAHs污染土壤的微生物修复提供新思路。     

SBR中SRT对总细菌群落结构的影响研究

为了揭示序批式反应器不同污泥停留时间(SRT)下总细菌群落结构的异同及SRT变化对总细菌群落结构的影响,应用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)进行研究。通过克隆测序发现,不同的SRT条件下生物多样性和种群结构会有所差异,既存在各SRT条件下相同的优势菌群(Escherichia coli和Aeromonas sp.),也存在某些SRT下特有的优势菌群(Uncultured Peptostreptococcaceae),SRT为40 d时检测到以降解硫酸盐获得能源的优势微生物。研究还表明,SRT为40 d时多样性指数取得最大值,各SRT条件下微生物的种群相似性差别较大。     

光合细菌改善Cd、Pb及呋喃丹污染土壤的微生物群落DNA序列多样性的研究

应用DNA随机扩增多态性(RAPD)分子标记技术研究了光合细菌(PSB)对Cd、Pb及呋喃丹污染土壤的微生物群落DNA序列多样性的影响.结果表明,Cd、Pb及呋喃丹单一污染或3者复合污染土壤的微生物群落DNA序列的丰富度相对对照土样(S0)都有不同程度的增加,受Cd、Pb或呋哺丹污染,可能会引起土壤微生物群落DNA序列...     

固定化耐低温混合菌对焦化土壤多环芳烃的降解研究

研究了固定化耐低温真菌-细菌混合菌在低温环境下,对焦化厂污染土壤中的菲(Phe)和苯并[b]荧蒽(BbF)降解的动态变化,利用高通量测序技术分析了降解过程中微生物群落多样性变化。结果表明:在低温条件下固定化混合菌对土壤中Phe、BbF的去除率远高于游离混合菌与固定化单菌,在60d的降解周期下,固定化混合菌对土壤中Phe和BbF的降解率分别可达59.61%和45.24%。处理前,土壤中细菌与真菌初始Shannon多样性指数分别为2.79和0.33,细菌远高于真菌,土壤中土著微生物以细菌为主,高丰度的细菌抑制了真菌的生长代谢。处理后,细菌的Shannon多样性指数下降至1.33,真菌的Shannon多样性指数增加至1.01,Phe和BbF的降解与细菌多样性呈负相关,且细菌多样性的降低减少了其对真菌的抑制作用。对比分析了处理前后土壤中微生物群落组成的变化,结果表明:投加固定化混合菌后,固定化混合菌中的假单胞菌(Pseudomonas sp.)SDR4和高山被孢霉(Mortierella alpina)JDR7在低温下生长代谢良好,并成为降解过程中的优势菌,其物种相对丰度分别提高至79.84%与58.63%。固定化混合菌对低温环境有良好的耐性,固定化混合菌的投加提高了菌株对多环芳烃(PAHs)的生物利用有效性,改变了土壤中微生物群落的结构和丰度,可应用于低温土壤PAHs的原位修复。     

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。     

不同浓度鼠李糖脂对土壤多环芳烃去除率及微生物群落结构的影响

研究了鼠李糖脂浓度对3种多环芳烃(PAHs)菲、荧蒽和芘去除率的影响,以及对土壤微生物群落结构的影响。结果表明,培养35d后,鼠李糖脂质量浓度为100～200mg/kg时,菲、荧蒽和芘的去除率相对最高,土壤中细菌16SrRNA基因和phnAc基因的丰度也达到最大。土壤中天然的PAHs降解菌群主要是假单胞菌属(Pseudomonas)、芽孢杆菌属(Bacillus)、鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)、溶杆菌属(Lysobacter)和环脂酸芽孢杆菌属(Tumebacillus)等;加入鼠李糖脂后,赭黄嗜盐囊菌属(Haliangium)和土壤红杆菌属(Solirubrobacter)的丰度增加,促进了PAHs更高效的降解。     

运行条件及温度对陈垃圾反应器效能的影响及菌群结构分析

以上海老港填埋场填埋垃圾为填料构建陈垃圾反应器,通过调节反应器的水力负荷、回流比以及所处的环境温度,考察了反应器对成熟垃圾渗滤液中氨氮(NH3-N)、总氮(TN)、BOD5和COD处理效果的影响,同时采用PCR-DGGE方法分析了不同条件下微生物群落结构的变化。结果表明,在15℃温度下,水力负荷由8.5 L/(m3·d)升高至17 L/(m3·d)时,反应器对污染物BOD5和NH3-N的去除效率没有改变,而对COD和TN的去除效率有明显提升;当增加回流时,反应器对污染物的去除效果没有显著差异,未能提高脱氮效率;当环境温度从15℃提高到30℃时,NH3-N和BOD5接近完全去除,COD的去除率从73.1%提高到82.4%,TN的去除率从27.3%提高到43.7%,明显提高了反应器效能。群落结构分析表明,在本研究条件下增加回流比对反应器中细菌群落结构影响不大;提高水力负荷使得上部群落结构多样性提高;而温度提高时,反应器上、下部细菌的种类数量都明显增加,多样性提高。表明在陈垃圾反应器运行时,环境温度对其效能和群落结构的影响较大。     

溶解氧对晚期垃圾渗滤液短程硝化及微生物群落结构变化的影响

以上海老港垃圾填埋场配套污水处理设施中的污泥为菌种源,在序批式活性污泥反应器(SBR)中对晚期垃圾渗滤液进行短程硝化处理,调节SBR中溶解氧浓度,考察溶解氧对渗滤液短程硝化的影响,分析不同溶解氧条件下污泥微生物群落结构的变化.结果表明,低溶解氧(0.2～0.5 mg/L)条件下,SBR可以获得较高的短程硝化效率,反应17h后,SBR内亚硝态氮/氨氮(质量比)为1.05,氨氮负荷可达到1.5 kg/(kg·d)(以每千克污泥悬浮固体每天承担的氨氮计),出水可以满足后续厌氧氨氧化处理的要求.从污泥变形梯度凝胶电泳(DGGE)图谱中可以看出,SBR微生物群落结构中主要优势种有uncultured Bacteroidetes bacterium、uncultured bacterium、uncultured Candidatus Amoebophilus sp.等.随着溶解氧含量的升高,SBR内微生物群落结构的多样性有所升高,但溶解氧对微生物群落结构影响有限.     

生物可渗透性反应墙修复石油烃污染地下水的效果及微生物多样性研究

采用可渗透性反应墙(PRB)协同微生物作用对石油烃污染地下水进行室内模拟修复.研究结果表明,生物PRB对石油烃污染地下水具有较好的处理效果.反应器运行200 d后,生物PRB前端介质总石油烃(TPH)含量高,15个取样点的TPH质量浓度为0.74～5.42 mg/L,后端介质TPH含量较低且分布较均匀,10个取样点中TPH均低于0.29 mg/L,生物PRB出水中未检出TPH.采用聚合酶链式反应(PCR)-变性梯度凝胶电泳(DGGE)技术对生物PRB内的微生物群落结构进行分析,结果显示,生物PRB中微生物群落结构的相似性随着横向距离的增大而降低,其中B2与B5取样点微生物相似度最高,达83.1％.在生物PRB前端TPH浓度高的部位,微生物群落较为稳定,多样性较低,而后端TPH浓度低的部位,微生物群落不稳定,多样性较高.     

外源菌剂对餐厨垃圾和污泥联合堆肥酶活性及微生物的影响

以餐厨垃圾和污泥(质量比1∶1)混合物为底物,以不接种微生物为对照,以添加外源菌剂和腐熟堆肥为两个处理,研究外源菌剂对联合堆肥过程中酶活性和腐熟期微生物的影响。结果表明,外源菌剂可促进堆体升温并延长高温期,可显著提高纤维素酶、过氧化氢酶、脲酶、蛋白酶的活性,4种酶的峰值分别为377.294 U/g、83.107 mL/(g·h)、0.763 mg/(g·d)和147.411 U/g。采用高通量测序技术分析发现,添加外源菌剂降低了腐熟期细菌、真菌的群落多样性,但提高了真菌群落丰富度。门水平上,各堆体细菌和真菌的优势群落种类差异较小,仅相对丰度变化较大;属水平上,添加外源菌剂使堆体中优势细菌占比更均匀,优势真菌主要为土壤伊萨酵母菌(Issatchenkia)、念珠菌(Candida)、未分类真菌(Unclassified Fungi)等。采用FAPROTAX工具对细菌功能分组,各堆体相对丰度较高的功能菌以化能异养、有氧化能异养、硝酸盐还原等为主,然而添加外源菌剂和腐熟堆肥使芳香族化合物的降解功能菌相对丰度分别提高了8.0倍、7.4倍。     

黑土微生物群落对副球菌属(Paracoccus sp.)QD15-1修复邻苯二甲酸二甲酯污染土壤的响应

采用Illumina MiSeq高通量测序法探究黑土微生物群落对副球菌属(Paracoccus sp.)QD15-1修复邻苯二甲酸二甲酯(DMP)污染土壤的响应。结果表明,副球菌属QD15-1在7d内可快速有效降解土壤中的DMP,平均降解率为94.7%,并能保持稳定;Shannon、Sobs指数显示,土壤中微生物多样性、丰富性受到DMP的影响;土壤中的优势门为放线菌门(Actinobacteria),占总菌门数的50%以上;鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)是第一优势菌属,第二优势菌属为类诺卡氏菌属(Nocardioides)。     

废水处理污泥中邻苯二甲酸酯降解菌的多样性研究

系统探究了常规废水处理污泥对典型邻苯二甲酸酯(PAEs)的微生物群落响应特征和污泥中PAEs降解菌的多样性。结果表明:(1)废水处理污泥经过10d培养后,对1 000mg/L的邻苯二甲酸二丁酯(DBP)和邻苯二甲酸二异辛酯(DEHP)的降解率分别可达99.9%和83.6%。DEHP的降解速率低于DBP。(2)DBP和DEHP的添加显著降低了废水处理污泥的微生物多样性;DBP、DEHP降解菌富集培养后污泥物种组成相似性较高,且均与废水处理污泥差异较大。(3)废水处理污泥中存在多种类型PAEs降解菌。高浓度DBP和DEHP的存在促使具有DBP/DEHP降解能力的微生物群落不断增长,进而成为优势微生物,最终达到DBP和DEHP的有效降解。     

处理高污染河水垂直流人工湿地微生物群落特性

为了研究处理高污染河水垂直流人工湿地基质和根际微生物群落特性,采用PCR-DGGE技术对其进行分析,使用通用引物(BAC 338F GC和BAC 805R)对16S rDNA V3~V5区基因片段进行扩增。结果表明,湿地系统中基质微生物群落多样性随基质深度的增加呈现先增大后减小,根际微生物群落多样性逐层递减,同一垂直深度根际微生物群落多样性均高于基质;根际微环境刺激了严格好氧菌Acinetobacter tjernbergiae(不动杆菌属的)出现,证明根系具有泌氧功能;聚类分析表明湿地系统中微生物群落相似度较高,并随深度增加依次递减;测序结果表明湿地系统中拟杆菌门和变形菌门在系统发育树中分别显示出高度序列同源性,湿地系统上、中层广泛分布着好氧菌Flavobacterium sp.(黄杆菌属)和Sporocytophaga sp.(生孢噬纤维菌属),并出现了大量的脱硫功能菌。     

规模化奶牛养殖粪水还田对土壤理化性质及微生物群落特征的影响

规模化奶牛养殖粪水还田可实现资源化利用,但其对土壤环境的影响尚待明晰。通过完全随机区组设计试验研究了粪水还田量分别为0、0.32、0.64、0.96 t/m²时对土壤理化性质及微生物群落特征的影响。结果表明：养殖粪水还田可以提高土壤养分和作物生物量,最合适的粪水还田量应为0.64 t/m²,此时对土壤微生物的丰富度和多样性影响也最小。土壤细菌中的优势细菌属斯克尔曼氏菌属(Skermanella)可生物固氮,减少土壤氮素流失;芽孢杆菌属(Bacillus)能分泌纤维素酶,有利于土壤中纤维素类的降解。子囊菌门(Ascomycota)为最主要的优势真菌门,它们有助于植物纤维素和木质素的降解。     

施用城市污泥堆肥对土壤微生物群落结构变化的影响

在温室条件下进行了15周的盆栽实验，考察了施用城市污泥堆肥后，土壤中养分含量的变化规律，重点研究了施用城市污泥堆肥对土壤微生物群落结构变化的影响。实验发现，污泥堆肥能改善土壤养分，有机质和氮、磷含量得到显著提高。经PCR—DGGE分析，施肥1周后土壤中细菌和真菌的群落结构均发生了较大的变化。随着施肥时间的延长，细菌在富含有机质及氮、磷等养分的土壤环境下大量生长，多样性提高，其优势菌群属于γ变形菌、α变形菌和芽单胞菌；随着有机质的不断消耗，细菌的生长活性受到抑制，最终由于养分的缺乏，细菌种群多样性呈现小幅度的降低，优势菌群变为绿弯菌门、γ变形菌亚纲和厚壁菌门。对于真菌，其多样性指数在堆肥前3周逐渐提升，在第3～12周的监测中呈现相对稳定的变化趋势，优势菌群主要为座囊菌纲和散囊菌纲。     

不同供氧策略和氨氮浓度下SBR中微生物群落的演变

以供氧策略和进水氨氮浓度为控制因素,应用PCR-DGGE技术并结合系统处理效果研究SBR内活性污泥微生物群落结构的演替情况。结果表明,在一定范围内,进水氨氮浓度越小越有利于COD和氨氮的去除,同时污泥性状主要受供氧时间的影响,运行前40 d,MLSS值均在4 000 mg·L~(-1)以上波动。微生物群落结构受供氧的影响演替剧烈,多样性指数在时间上呈先增后减的变化趋势,曝停比为4 h∶2 h的间歇曝气B方案下菌种最丰富,多样性指数达1.092、1.079。切胶测序结果显示,SBR系统内微生物菌种大部分为未培养菌种,其中酸杆菌属和绿弯菌属占据优势地位,这些菌种在污水生物处理中对污泥性能和系统的运行有重要的影响。     

施用城市污泥堆肥对土壤微生物群落结构变化的影响简

在温室条件下进行了15周的盆栽实验，考察了施用城市污泥堆肥后，土壤中养分含量的变化规律，重点研究了施用城市污泥堆肥对土壤微生物群落结构变化的影响。实验发现，污泥堆肥能改善土壤养分，有机质和氮、磷含量得到显著提高。经PCR-DGGE分析，施肥1周后土壤中细菌和真菌的群落结构均发生了较大的变化。随着施肥时间的延长，细菌在富含有机质及氮、磷等养分的土壤环境下大量生长，多样性提高，其优势菌群属于γ变形菌、α变形菌和芽单胞菌；随着有机质的不断消耗，细菌的生长活性受到抑制，最终由于养分的缺乏，细菌种群多样性呈现小幅度的降低，优势菌群变为绿弯菌门、γ变形菌亚纲和厚壁菌门。对于真菌，其多样性指数在堆肥前3周逐渐提升，在第3~12周的监测中呈现相对稳定的变化趋势，优势菌群主要为座囊菌纲和散囊菌纲。     

膜生物反应器中不同阶段微生物群落结构演变的研究

为了研究膜生物反应器（membrane bioreactor, 简称MBR）中微生物群落结构的演变情况,对不同阶段运行状况下(包括培养驯化阶段、初期增长阶段、污泥流失阶段和恢复成熟阶段4个阶段)污泥中的微生物进行了考察。从MBR污泥中提取细菌总基因组DNA,进行聚合酶链式反应变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)图谱的直观分析,以及总细菌的Shannon多样性指数、各污泥样品的相似性分析和聚类分析。研究表明,反应器中的微生物群落比较丰富。不同的阶段状况下,微生物的群落结构变化比较明显,能够比较好地反映MBR的运行状况和系统处理效能的关系,并且发现微生物的群落结构能够随着反应器的运行状况的变化做出调整恢复。