利用PCR-DGGE技术分析生物陶粒硝化反应器中微生物群落动态

为了揭示生物陶粒硝化反应器中活性污泥的微生物种群多样性,从运行不同时期的反应器中提取活性污泥,利用PCR-DGGE技术初步分析了生物陶粒反应器细菌的种群演替情况.结果表明,随着进水COD值的逐阶段降低,氨氮去除率逐步提高到64.38%.群落结构和优势种群的数量具有时序动态性,微生物多样性与废水的处理效果出现协同变化的特征.测序结果表明,生物陶粒反应器中运行第21天的优势种群除了自养细菌,还有异养细菌存在.其中自养细菌为Nitrosospira.sp和Nitrobacter.sp,异养细菌为Bacillus.sp、Pseudomonas.sp和Pseudochrobactrum.sp.     

两相一体式污泥浓缩消化(TISTD)反应器微生物多样性研究

针对课题组开发的两相一体式污泥浓缩消化反应器(TISTD),采用16S rDNA、PCR-TGGE等分子生物学技术,对反应器在不同阶段稳态下的内、外反应室中微生物的多样性和种群结构进行了研究.结果表明:TISTD反应器内外反应室中微生物群落均呈现高度的多样性分布,优势菌群明显,群落结构差异性很大,且外反应室较内反应室具有更多的微生物种群数量,外室是水解酸化的场所,污泥在外室经过微生物的水解酸化后进入内室,内室是严格厌氧的产甲烷场所;从反应器运行的不同时期来看,反应器中微生物优势种群呈现一定的差异,随着反应器负荷的改变,微生物的群落结构和种群数量也呈现出明显的演替过程,优势种群的功能地位处在动态变化中.微生物种群之间通过协同和竞争作用,形成了特定生态位的群落结构.研究结果解释了TISTD反应器同时浓缩和消化的工作机理,并为其推广、应用及优化调控提供了理论基础.     

城市污水处理系统真核微生物群落特性与地域性差异

城市污水处理厂是控制水污染、保证城市与人类可持续发展的重要设施.真核微生物作为活性污泥系统中不可或缺的一部分,在指示活性污泥性质、预测出水水质、强化净化效果、保障系统稳定运行过程中发挥着重要作用.本研究以来自北京、深圳和无锡的14个城市污水处理厂的61份样品为研究对象,采用18S r DNA高通量测序技术并结合多种生态学及统计学相关分析方法,探讨了活性污泥系统内真核微生物群落特性与地域性差异.结果表明,不同空间尺度下,活性污泥系统内真核微生物群落优势种群组成相似,在Devision水平上,群落优势种群主要由真菌、原生动物(纤毛亚门)和后生动物组成,三者相对丰度之和高达86. 22%～89. 40%.不同城市污水处理厂活性污泥系统内真核微生物多样性存在差异,无锡群落的多样性(丰富度和香农-威纳多样性指数)最高,北京的最低,且3个城市的活性污泥系统内真核微生物群落结构存在显著的地域性差异. partial mantel test和多元回归矩阵分析结果表明,曝气池混合液温度和出水总氮浓度与活性污泥系统内真核微生物群落结构的相关性较强.研究结果深化了对污水处理系统中真核微生物的认识.     

超声波促进好氧/缺氧污泥消化过程中细菌群落结构分析

应用基于16S rDNA的PCR-DGGE对超声波-好氧/缺氧污泥消化过程中微生物种群的多样性进行研究.通过SDS细胞裂解法提取不同时期污泥中的基因组DNA,采用通用引物进行V3区域PCR扩增,长约190 bp的PCR产物经DGGE分离后,获得污泥微生物群落的DNA特征指纹图谱,对条带进行切胶测序,使用序列数据进行同源性分析并建立系统发育树.DGGE图谱表明,在反应器运行的不同时期,微生物群落结构发生动态演替.5、10、15、20、25 d微生物相似性与0 d相比分别为61.2%、48.2%、46.4%、42.6%、41.7%,总细菌Shannon指数经历了一个从逐渐减少到趋于稳定的过程,这表明超声波改变污泥内部性质,导致微生物多样性的降低.UPGMA聚类分析将DGGE图谱区分为三大族群并对应于不同运行时期.测序结果表明,超声波-好氧/缺氧污泥消化中微生物群落主要为Firmicute、Genuscitrobacter、Bacilli、α-Proteobacteria、β-Proteobacteria.     

利用T-RFLP技术对温榆河微生物群落结构研究

利用T-RFLP技术(综合运用PCR技术、DNA限制性酶切技术和DNA序列自动分析技术)对温榆河不同尺度、不同时期的微生物群落结构进行了研究.从微生物的种类数、物种丰度、优势菌落、群落结构稳定性等方面特征着手,找出其优势群落;利用两种多样性指数(香侬一威勒多样性指数、辛普森多样性指数)探讨各种微生物群落结构的多样性以及同一群落随时间而发生的变化;比较了微生物指标与水质指标COD之间的变化关系.结果表明,温榆河不同尺度、不同时期的微生物具有明显变化,说明季节性变化对水体中微生物群落产生了明显的影响;T-RF67bp、151bp、440bp、481bp、488bp所代表的微生物群落体现其为优势种群; T-RF为135bp、151bp、440bp的微生物群落对于外界反映最敏感,验证其有可能能作为环境变化的指示性生物;微生物指标与COD呈现明显的正相关.     

MBR和CAS工艺污泥在贫营养培养条件下的微生物群落结构研究

采用聚合酶链式-变性梯度凝胶电泳（PCR-DGGE）技术,研究了膜生物反应器（MBR）和传统活性污泥工艺（CAS）反应器中微生物在贫营养条件下的总细菌群落结构.结果表明,在培养过程中,污泥的微生物种群经历了一个比较明显的变化过程,且以CAS污泥微生物种群的变化更为明显,演替过程中既有原始优势种群的消亡,又有新的优势种群...     

除磷工艺中含氧条件对聚磷菌种群结构影响研究

利用分子生物学技术直接从活性污泥样品中提取DNA,采用套式PCR技术对特征基因片断进行扩增,结合DGGE(变性浓度梯度凝胶电泳)分析活性污泥中微生物种群结构.研究了除磷工艺在正常运行情况下的微生态系统种群结构,并分析了微生物群落结构及行为特征.测定了活性污泥中变形杆菌(Proteobacteria)和产酸菌(Acidobacterium)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,初步确定了部分细菌的属.在厌氧/好氧和缺氧/好氧工艺中各类优势菌群变化规律研究表明,在除磷效果稳定的情况下,系统中除磷微生物种群结构大致能保持不变,少数数量或种类发生变化的种群与系统中含氧量变化有关,但是处于动态变化中的菌群结构总体能够适应工艺运行环境.     

污泥高温好氧消化过程的生物多样性分析

模拟单级污泥高温好氧消化工艺进行批式试验,分析了不同消化时期污泥中挥发性固体物质(VSS)的去除率.同时,运用现代分子生物学手段对活性污泥中提取的细菌基因组DNA进行PCR扩增,扩增产物经变性梯度凝胶电泳(DGGE)分离,获得微生物群落的DNA特征指纹图谱,初步探讨了高温消化时微生物多样性对污泥稳定化的影响.结果表明:污泥高温好氧消化时,VSS降解速率较快,消化120h即可达到38%以上的去除率;温度对消化体系中微生物的种群结构影响较为明显,芽孢杆菌是高温(55℃)消化时的主要种群;消化过程中,体系内部优势微生物种群结构发生了较大改变,这种及时调整使整个消化体系能尽快适应外部环境变化,从而加快污泥稳定化进程.     

MBR活性污泥培养驯化过程中生物多样性研究

以MBR反应器启动调试阶段的活性污泥为主要研究对象,系统考察了传统活性污泥法(Conventional activated sludge,CAS)污泥接种至MBR反应器内污泥培养驯化过程中生物多样性情况及微生物群落结构的演变规律.同时,在传统污水污泥检测指标的基础上,对各阶段污泥中总细菌基因组DNA进行提取,应用PCR-DGGE分子生物学技术获得了相应的凝胶电泳图谱并进一步分析了菌群间的相似性.结果表明,以CAS污泥为接种污泥在MBR反应器内培养驯化过程中微生物的多样性变化突出,细菌群落结构演替明显,不同阶段菌群间的相似性说明了各阶段菌群的演变关系:污泥培养驯化是一个逐步有序的过程,微生物随反应器内不同时期及环境的变化而调整,逐渐演变成适应MBR工艺的群落结构.     

高浓度硝酸盐对城市污水活性污泥中微生态种群结构的影响

研究了城市污水处理系统中微生态种群结构在无机培养基和基础培养基条件下受到无机硝酸盐冲击的情况,并分析了微生物群落结构及行为特征．利用分子生物学技术直接从活性污泥样品中提取DNA,对16S rDNAV3区进行PCR扩增,结合DGGE(变性浓度梯度凝胶电泳)分析活性污泥中微生物种群结构．测定了活性污泥中部分菌种的16S rDNAV3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,初步确定了部分细菌的属．在受到高浓度硝酸根离子冲击时,城市污水处理系统微生态种群结构在尽可能保持原有微生物多样性的同时,会及时改变菌群结构以尽快适应新的环境条件．     

PCR-DGGE技术在城市污水化学生物絮凝处理中的特点

通过PCR-DGGE等分子生物学技术可以不经过常规培养直接从活性污泥和生物膜样品中提取DNA,对16Sr DNA V3区进行PCR扩增,结合DGGE(变性梯度凝胶电泳),从而分析活性污泥与生物膜中微生物种群结构.研究证实,活性污泥培养前后微生物种群结构发生很大的改变.同时对2种污水处理工艺中微生物种群结构进行了对比研究,对同一反应器不同位置微生物分布以及不同工况下的微生物种群结构进行了初步探讨.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.结果显示,PCR-DGGE结合测序技术是一种完全可行的快速进行环境学样品微生物研究的分析方法.     

应用PCR-DGGE技术研究处理含氨废气的生物滤塔中微生物多样性

变性梯度凝胶电泳技术(DGGE)在微生物生态学领域有着广泛的应用.本文应用DGGE技术对处理含氨废气的生物滤塔中微生物多样性随时间的变化进行了研究.在生物滤塔运行的不同时间采集滤塔中的填料样品,进行了生物滤塔对氨处理效果的分析和DGGE分析.结果显示,污泥和混合填料生物滤塔氨的出气浓度在经过一段时间后,逐渐升高,而堆肥生物滤塔的运行情况较好,对氨的去除效率始终在98%以上.PCR-DGGE图谱显示,不同时间的相同填料中微生物DGGE图谱有着明显的差异性.Shannon指数分析表明,填料中微生物的多样性都随着反应器运行时间的延长而有所减少.运行一个月后,混合填料的微生物多样性指数最低为0.389;其次为污泥填料,其多样性指数为0.473;堆肥填料的微生物多样性程度最高为0.569.生物滤塔对氨的去除效果与填料中微生物多样性Shannon指数之间有一定的相关关系.主成分分析(PCA)显示对于堆肥和污泥来说,填料样品之间微生物群落结构相似性较高,而混合填料样品间的微生物群落结构相似性较低.     

不同16SrDNA靶序列对DGGE分析活性污泥群落的影响

为探讨不同通用引物扩增16S rDNA靶序列对活性污泥微生物群落分析的影响,更合理的利用变性梯度凝胶电泳(DGGE)技术分析活性污泥样品.从连续流搅拌槽式反应器(CSTR)中获取活性污泥,以3对通用引物341f/534r、968f/1 401r和341f/926r扩增16S rDNA序列,用DGGE分离PCR扩增产物.研究表明采用不同引物对进行DGGE分析时,群落多样性和动态存在显著的差异.341f/534r和968f/1 401r的靶序列分离效果较好,341f/926r的靶序列分离效果较差.引物341f/534r和341f/926r DGGE图谱显示S2和S3相似性高,引物968f/1 401r DGGE图谱显示S1和S2相似性高.由此可见采用不同引物对进行DGGE分析时,群落结构之间的相似性和动态是不一致的.341f/534r的DGGE图谱中条带丰富,多样性最好,968f/1 401r的DGGE图谱次之,341f/926r DGGE图谱条带最少,多样性也较差.因此,在利用DGGE分析活性污泥样品时采用引物341f/534r和968f/1 401r是比较适宜的.     

不同16SrDNA靶序列对DGGE分析活性污泥群落的影响

为探讨不同通用引物扩增16S rDNA靶序列对活性污泥微生物群落分析的影响,更合理的利用变性梯度凝胶电泳(DGGE)技术分析活性污泥样品.从连续流搅拌槽式反应器(CSTR)中获取活性污泥,以3对通用引物341f/534r、968f/1 401r和341f/926r扩增16S rDNA序列,用DGGE分离PCR扩增产物.研究表明采用不同引物对进行DGGE分析时,群落多样性和动态存在显著的差异.341f/534r和968f/1 401r的靶序列分离效果较好,341f/926r的靶序列分离效果较差.引物341f/534r和341f/926r DGGE图谱显示S2和S3相似性高,引物968f/1 401r DGGE图谱显示S1和S2相似性高.由此可见采用不同引物对进行DGGE分析时,群落结构之间的相似性和动态是不一致的.341f/534r的DGGE图谱中条带丰富,多样性最好,968f/1 401r的DGGE图谱次之,341f/926r DGGE图谱条带最少,多样性也较差.因此,在利用DGGE分析活性污泥样品时采用引物341f/534r和968f/1 401r是比较适宜的.     

Carrousel 2000 氧化沟工艺中前置缺氧池与厌氧池的微生物多样性分析

2005年4—8月采集了Carrousel 2000氧化沟工艺调试过程中缺氧池和厌氧池中的活性污泥样品,直接提取样品的基因组DNA并纯化,对细菌16S rDNA的V₃高变区进行PCR扩增和DGGE分离,通过比较DGGE指纹的相似性来研究氧化沟的调试过程中微生物的变化情况. 结果表明,缺氧池中戴斯系数(Cs)最大值:4月为68.2%,5—6月为57.7%,8月为83.6%;厌氧池中Cs最大值:4月为64.8%,5—6月为62.7%,8月为71.5%. 缺氧池与厌氧池的微生物多样性均表现为先减少后增加的趋势. 两池间的微生物种群相似性逐渐降低,启动初期(4月)Cs最大值为80.5%;调试中期(5—6月)Cs最大值为60.8%;调试后期(8月)Cs最大值为59.3%. 好氧接种污泥在缺氧池和厌氧池中的驯化期为4个月左右.      

Shinella zoogloeoides BC026对吡啶的降解特性研究

从首钢焦化厂的污水处理系统中分离1株能以吡啶为唯一碳、氮源的细菌BC026,它具有自絮凝特性,对卡那霉素、氨苄青霉素和壮观霉素具有抗性,可在阿须贝无氮培养基中良好生长.通过16S rRNA序列分析和Biolog微生物鉴定系统鉴定,确定该菌为Shinella zoogloeoides.纯菌对单基质的降解实验表明,在30℃、180 r/min和pH为7的条件下,当投菌量为0.1 g/L时,BC026可在17 h内将400 mg/L吡啶完全降解;在吡啶初始浓度为99～1 806 mg/L的无机盐培养基中,BC026均能保持降解活性,较高初始浓度的吡啶对BC026的生长产生一定抑制,但BC026在适应后对吡啶的降解速率较快;降解最适温度为30～35℃,最适pH为8.BC026对吡啶的代谢途径研究表明：降解的第一步是断开吡啶的2条C—N链,生成氨氮和戊二醛,随后戊二醛被氧化为戊二酸,并最终转化为二氧化碳和水;吡啶中的氮有59.5%转化成氨氮.     

PCR-DGGE分析啤酒废水生物处理工艺的微生物区系

应用基于16s rDNA的PER-DGGE(变性梯度凝胶电泳)技术对啤酒废水"水解酸化 SBR"工艺的微生物多样性进行研究.分别取水解酸化池与SBR池中不同深度以及不同处理时段的活性污泥,提取样品总DNA,通过PER扩增、变性梯度凝胶电泳,将16S rDNA(V3区)的PER扩增片段割胶克隆测序确定样品中的微生物群落,与筛选出的高效菌株进行对比分析.结果表明,水解酸化池中的微生物群落随深度的改变,在结构组成和种群数量上均有较大差异,2 m深处微生物群落相对丰富,优势条带突出;SBR池不同深度微生物种群结构一致,沉淀期、进水期和曝气期不同处理时段的微生物种类一致,但优势菌群不同;所测序列v2、23、25、31、h5和15号分别与菌株uncultured Thermotogales sp.Comamonas sp.WT OTU1、Agrobaaerium tumefaciens、Bacillus subtilis、Bdellovibrio bacteriovorus、Comamonas testosteroni有高度同源性,活性污泥样品中的优势条带与高效菌株的序列不同,表明筛选出的高效菌并非为实际处理过程中的优势菌.     

PCR-DGGE研究处理垃圾渗滤液序批式生物膜反应器(SBBR)中的细菌多样性

为了研究序批式生物膜反应器中的细菌多样性及其脱氮的微生物学机理,为工艺改进提供依据,从同步高效去除垃圾渗滤液中高氨氮和高COD的SBBR生物膜和渗滤液原水中采集微生物样品并提取微生物总DNA,使用细菌通用引物对（GC341F/907R）从总DNA中成功扩增出目标16S rDNA片段,然后对扩增的16S rDNA进行DGGE,对凝胶染色并进行条带统计分析和切胶测序,使用序列数据进行同源性分析并建立了系统发育树.结果表明,该驯化后的SBBR生物膜和渗滤液原水中都有比较丰富的细菌多样性,驯化的生物膜细菌主要来自渗滤液原水,而且生物膜细菌在反应器正常运行时不会出现明显的群落结构变化;在该SBBR中有多种硝化细菌与反硝化细菌、好氧反硝化细菌和厌氧氨氧化细菌共存,说明该反应器中可能同时存在全程硝化反硝化、同步硝化反硝化和厌氧氨氧化3种脱氮方式.研究结果为SBBR脱氮微生物机理研究提供了一些有价值的参考依据.     

Analysis of bacterial community structures in two sewage treatment plants with different sludge properties and treatment performance by nested PCR-DGGE method

The bacterial community structures in two sewage treatment plants with different processes and performance were investigated by denaturing gradient gel electrophoresis （DGGE） of nested polymerase chain reaction （nested PCR） amplified 16S rRNA gene fragments with group-specific primers. Samples of raw sewage and treated effluents were amplified using the whole-cell PCR method, and the activated sludge samples were amplified using the extracted genomic DNA before the PCR products were loaded on the same DGGE gel for bacterial community analysis. Ammonia-oxidizing bacterial and actinomycetic community analysis were also carried out to investigate the relationship between specific population structures and system or sludge performance. The two plants demonstrated a similarity in bacterial community structures of raw sewage and activated sludge, but they had different effluent populations. Many dominant bacterial populations of raw sewage did not appear in the activated sludge samples, suggesting that the dominant bacterial populations in raw sewage might not play an important role during wastewater treatment. Although the two plants had different sludge properties in terms of settleability and foam forming ability, they demonstrated similar actinomycetic community structures. For activated sludge with bad settling performance, the treated water presented a similar DGGE pattern with that of activated sludge, indicating the nonselective washout of bacteria from the system. The plant with better ammonium removal efficiency showed higher ammonia-oxidizing bacteria species richness. Analysis of sequencing results showed that the major populations in raw sewage were uncultured bacterium, while in activated sludge the predominant populations were beta proteobacteria.