基于T-RFLP和因子分析的香蒲根际细菌群落研究

以北京市永定河王平湿地为研究对象,应用末端限制性片段长度多态性(T-RFLP)对王平湿地再生水补水口及其远离补水口的香蒲根际细菌和氨氧化细菌(AOB)的群落结构及多样性变化进行分析,在此基础上结合MiCA3比对、典范对应分析(CCA)和多元统计中因子分析(FA),解析湿地不同空间细菌群落功能特性的变化.结果显示再生水补水口细菌群落各多样性指数均明显低于远离补水口细菌群落,而氨氧化细菌群落则呈现相反趋势.基于传统的T-RFLP片段MiCA3比对、CCA和FA相结合的分析表明:对细菌群落,占再生水补水口细菌群落总丰度55.6%的菌群与150bp代表的鞘氨醇单胞菌(Sphingomonas sp.)具相似净化功能,并与总有机碳生物化学循环过程具密切关系,其次占再生水补水口上游细菌群落总丰度75.5%的菌群与81bp为代表的假单胞菌属(Pseudomonas sp.)和Geitlerinema sp.具相似净化功能,并与氮的生物化学循环过程具密切关系.占再生水补水口下游细菌群落总丰度68.7%的菌群与138bp代表的小单孢菌属(Micromonospora sp.)具相似净化功能,同时与重金属Cu、V、和Ti生物化学循环具密切关系.对氨氧化细菌,266bp受铵态氮影响较大,占再生水补水口氨氧化细菌群落总丰度65.5%的菌群与266bp代表的Nitrosomonas sp.具相似的生境特征,适合在高氨环境中生长;与58bp所代表的Nitrosospira sp.具相似功能特性菌群丰度在远离补水口样点中较前者呈现显著增加趋势,表征该类菌群适合在相对低氨环境中生长.     

再生水补水对河道底泥细菌群落组成与功能的影响

以北京市永定河麻峪湿地再生水补水河段河道底泥细菌群落为研究对象,联合限制性片段长度多态性(T-RFLP)技术,16S rRNA基因克隆文库技术和实时荧光定量q PCR技术,分析再生水补水口上游、补水口及补水口下游这3个断面的细菌群落组成与功能特征差异,尝试解释再生水补水对河道底泥细菌群落组成和功能特征的影响.结果表明,再生水中高浓度的碳氮磷含量是导致补水口细菌群落多样性显著升高和群落组成最为丰富的直接原因,人工湿地对碳氮磷浓度有较高的去除效率,净化后底泥细菌群落逐步恢复,表现出上下游相似的细菌群落多样性和结构组成;补水口处细菌群落的优势类群是变形菌门中β-Proteobacteria和δ-Proteobacteria,亚优势类群是Planctomycetes和Actinobacteria,而ε-Proteobacteria、Chloroflexi、Spirochaetes是补水口处的独有类群;氮碳磷循环是再生水补水河道底泥主要的生物地化循环过程,克隆文库中补水口以毛单胞菌属(Comamonas sp.)为优势类群的45.9%的克隆子与氮循环相关,其相对丰度高于上下游(27.7%和23.4%),以溶杆菌属(Lysobacter sp.)为优势类群的17.9%的克隆子与碳循环密切相关,其相对丰度高于上下游(14.4%和12.9%);再生水中携带的痕量病原菌和抗生素等,在一定程度上改变了河道底泥细菌群落碳氮循环的转换方式,表现为补水口处固氮作用主要是红环菌属(Rhodocyclus sp.)通过光合作用实现,上下游以对植物具有促生作用的伯克氏菌属(Burkholderia sp.)为代表进行共生固氮.该研究结果为再生水补水河道人工湿地修复研究提供理论依据.     

不同施氮水平下再生水灌溉对土壤细菌群落结构影响研究

微生物是土壤环境变化的敏感因子,为探明再生水灌溉和氮素减量施用对土壤环境的影响,以温室棚栽番茄为研究对象,借助Miseq高通量技术,比较研究了再生水灌溉下氮素常规施肥和氮肥减量施用对土壤细菌群落结构所产生的影响,并采用冗余分析(Redundancy Analysis,RDA)方法分析导致土壤细菌群落结构差异的因素.结果表明:再生水灌溉对土壤硝化螺菌门(Nitrospirae)、芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)、厚壁菌门(Firmicutes)、变形菌门(Proteobacteria)和放线菌门(Actinobacteria)群落结构的影响明显;再生水灌溉土壤细菌共53个属,其中41个属是再生水灌溉和清水灌溉土壤的共有菌属,其余12个属是再生水灌溉土壤的特有菌属.随氮素施用水平的降低,土壤细菌种群优势度呈先增加后降低然后再增加的趋势,减少氮肥施用有利于土壤细菌种群丰富度和多样性的增加.土壤微生物群落结构受土壤化学特性的影响.再生水灌溉能够促进与土壤碳、氮转化相关的微生物的增长,改变土壤微生物的群落结构.     

再生水湿地香蒲根内生细菌群落多样性及其水质特征分析

以北京白河人工湿地再生水补水河段香蒲根为研究对象,采用16S rDNA克隆文库技术对香蒲根内生细菌群落多样性进行分析,得出该克隆文库包括4大类群细菌,最优势类群为变形杆菌门Proteobacteria,其中包括Gammaproteobacteria、Betaproteobacteria、Epsilonproteobacteria、Alphaproteobacteria;其次为厚壁菌门Firmicutes、疣微菌门Verrucomicrobia、拟杆菌门Bacteroidetes;另外还包括部分非培养未确定种属的细菌.结合研究区再生水排放口与湿地下游水质数据,得出TN、TP、NO₃^-去除率达到了42.15%、47.34%、28.56%,表明湿地对再生水中的TN、TP、NO₃^-具有明显去除机制,说明香蒲根内生细菌克隆文库中菌株与湿地氮、磷等生物地球循环关系密切.     

生物质炭施用对再生水灌溉空心菜根际微生物群落结构及多样性的影响

再生水利用是缓解农业灌溉水资源短缺的重要途径之一.生物质炭作为生物质废弃物一种有效的处置方式,已被广泛用于农业环境的改良与修复等方面,但关于施加生物质炭对再生水灌溉根际土壤微生物群落结构及病原菌丰度变化的影响研究较少.基于盆栽试验,采用高通量测序技术和定量PCR方法考察生物质炭种类对再生水灌溉根际土壤微生物群落结构多样性与病原菌丰度特征的影响及差异性.结果表明,不同种类生物质炭对改善土壤养分状况存在差异,稻壳生物质炭和水稻秸秆生物质炭导致再生水灌溉根际土壤p H显著增加,4种生物质炭均显著增加根际土壤的EC值(P <0.05).水稻秸秆生物质炭处理下根际土壤细菌群落的Sobs指数、Shannon指数和Chao1指数显著增加,而添加花生壳生物质炭、稻壳生物质炭和小麦秸秆生物质炭使Simpson指数均显著降低(P <0.05).不同处理根际土壤细菌群落相对丰度存在差异,门水平的优势类群主要为Proteobacteria、Actinobacteria、Chloroflexi、Bacteroidetes和Acidobacteria,优势菌属包括Pseudomonas、Rheinhe...     

再生水构建水环境中沉水植物附着细菌群落特征

沉水植物茎、叶附着生物膜对再生水构建水环境的水质改善具有重要作用.为探究再生水水质及沉水植物种类对附着生物膜细菌群落特征的影响,选取再生水构建的水环境中不同种类沉水植物为研究对象,采用16S rRNA高通量测序技术对其附着生物膜及周围环境样本的细菌群落结构和功能基因进行分析.结果表明,再生水水体中氮磷营养物质在水环境中得到了20%~35%的吸收利用,下游水体中COD、浊度和色度呈现升高趋势.沉水植物附着生物膜中细菌群落与周围环境（土壤、底泥和水体）及再生水处理厂活性污泥的细菌群落存在差异：在群落多样性上,其丰富度和多样性显著低于土壤和底泥中细菌但高于水中浮游细菌;在群落结构上,其优势菌属及对应相对丰度与其它样本不同,主要优势菌属有鞘氨醇单胞菌属（Sphingomonas）、气单胞菌属（Aeromonas）、假单胞菌属（Pseudomonas）和不动杆菌属（Acinetobacter）,分别占比7%~40%.沉水植物种类和再生水水质（BOD₅、TN、NH₄⁺-N和TP）均会影响植物附着细菌群落,但水质对附着细菌群落的影响大于植物种类,且水质也会影响沉水植物附着细菌群落功能基因相对丰度,氮磷浓度较高区域氮循环与磷循环功能基因相对丰度较高.研究结果为揭示沉水植物附着细菌群落特征和优选沉水植物种植种类提供科学依据.     

稻香湖景酒店景观再生水生产中的细菌群落结构变化

为了解生活污水处理系统对水体细菌群落结构及多样性的影响,以北京稻香湖景酒店生活污水处理系统为例,利用16SrDNA文库技术研究了不同处理阶段水体细菌的群落结构及多样性.结果表明,酒店排放的生活污水中细菌类型较多,Shannon-Weaver多样性指数为3.12,其中ε-变形杆菌纲在克隆文库中所占比例最高,达32%;另外还有9%～15%的克隆分别与CFB类群、γ-变形杆菌纲、梭杆菌门和厚壁菌门的细菌高度同源;经中水站处理后,水体细菌多样性指数下降到2.41,β-变形杆菌纲的细菌占据绝对优势,比例高达73%;进一步经小型人工湿地处理后,细菌的多样性指数提高到3.38,其中放线菌门的细菌比例最高达33%,成为最优势的类群,蓝细菌的比例次之,达26%;而对照样品中蓝细菌为最主要的优势类群,比例高达38%,主要涉及的种属为蓝菌属、聚球藻属和微囊藻属,比例分别为47.1%、17.6%和8.8%,且检测到少量铜绿微囊藻,水体有轻度蓝藻水华暴发.因此,该酒店的生活污水经过逐级处理改造成景观再生水的过程中改变了细菌的优势群落结构和多样性;经过处理的水体未有蓝藻水华出现,水体状况优于对照.该研究对了解景观再生水生产过程中细菌微生态的变化、将来从生态学的角度加强蓝藻水华的控制提供有用的资料.     

叶面喷施硅肥对再生水灌溉水稻叶际细菌群落结构及功能基因的影响

再生水农业利用被认为是解决水资源短缺和减少水环境污染的有效途径.硅肥可提高作物产量及品质,并增强作物抗逆能力.叶面喷施硅肥对叶际微生物群落的影响仍缺少全面研究.通过盆栽试验,探讨了不同种类硅肥叶面喷施对再生水灌溉水稻叶际细菌群落结构组成及多样性和相关功能基因丰度的影响.结果表明,水稻叶际细菌优势菌门主要为厚壁菌门（Firmicutes）、变形菌门（Proteobacteria）、放线菌门（Actinobacteriota）、拟杆菌门（Bacteroidota）和疣微菌门（Verrucomicrobiota）.芽孢杆菌属（Bacillus）相对丰度较其他处理在再生水灌溉+叶面喷施那优硅（RIS3）处理中更高,再生水灌溉使潜在致病菌泛菌属（Pantoea）和肠杆菌属（Enterobacter）的相对丰度显著增加,其中未分类的菌属也是水稻叶际细菌群落重要的组成部分.硅肥处理显著富集了芽孢杆菌属（Bacillus）、微小杆菌属（Exiguobacterium）、 Aeromonas和柠檬酸杆菌属（Citrobacter）.功能预测分析表明,指示物种主要参与代谢与降解功能,并且预测的功能类群主要...     

铜尾矿白羊草叶际和根际细菌群落特征

植物叶际、根际微生物及其生存环境共同形成复杂的生态系统,其中,根际微生物也是土壤物质循环的主要动力,可以为植物的生长发育提供基础.叶际和根际微生物也可作为生态学指标,在矿区生态稳定与生态恢复中具有显著作用.本研究选择铜尾矿优势禾草白羊草为研究对象,采用高通量测序的方法,研究白羊草叶际和根际细菌群落特征,探究影响白羊草叶际和根际微生物群落结构与多样性的关键生态因子.结果表明,白羊草叶际和根际细菌群落结构具有显著差异.其中,白羊草叶际细菌优势属包括假单胞菌属、肠杆菌属和鞘脂单胞菌属,根际细菌优势属为Solrubrobacter和酸杆菌属.白羊草根际细菌群落的香农指数、ACE指数和Chao1指数均显著高于叶际细菌.土壤水分含量、p H、土壤砷和锌含量,白羊草总氮和总硫,及叶片和根内的镉和铬是影响白羊草叶际和根际优势细菌属的主要生态因子.此外,根际细菌群落香农指数与根内铜含量显著负相关,辛普森指数与根的总氮含量显著正相关,叶际细菌群落ACE指数与叶片总硫含量显著正相关.本研究结果可为铜尾矿生态恢复中发掘和利用叶际或根际细菌资源及提高矿区生态修复效率提供科学依据.     

再生水中的Pb对萝卜根际土壤微生物群落结构的影响研究

采用盆栽方法研究再生水、再生水+Pb、清水+Pb处理浇灌萝卜,以清水浇灌为对照对萝卜根际土壤微生物群落的影响进行研究。结果表明:(1)土壤总PLFA含量及各菌群生物量从大到小依次为:再生水再生水+Pb清水清水+Pb。再生水灌溉有利于萝卜根际微生物各类群数量的增加,丰富微生物多样性。用含铅的溶液(再生水+Pb、清水+Pb)浇灌萝卜,可抑制土壤微生物各类群的数量,G-受到的抑制尤为明显。(2)主成分分析表明,再生水灌溉与对照相比,土壤微生物群落结构差异最大。(3)土壤微生物各类群与土壤速效钾、硝酸盐氮含量呈极显著正相关(P0.01),真菌、放线菌与土壤有机质含量,G~+、G~-菌与p H均呈极显著正相关(P0.01)。G~+、G~-与萝卜地下鲜重均呈极显著负相关(P0.01),土壤微生物各类群与地上部分硝酸盐含量、与根冠比呈极显著正相关(P0.01)。     

Effect of reclaimed water effluent on bacterial community structure in the Typha angustifolia L. rhizosphere soil of urbanized riverside wetland, China

In order to evaluate the impact of reclaimed water on the ecology of bacterial communities in the Typha angustifolia L. rhizosphere soil,bacterial community structure was investigated using a combination of terminal restriction fragment length polymorphism and 16S rRNA gene clone library. The results revealed significant spatial variation of bacterial communities along the river from upstream and downstream. For example,a higher relative abundance of γ-Proteobacteria,Firmicutes,Chloroflexi and a lower proportion ofβ-Proteobacteria and ε-Proteobacteria was detected at the downstream site compared to the upstream site. Additionally,with an increase of the reclaimed water interference intensity,the rhizosphere bacterial community showed a decrease in taxon richness,evenness and diversity. The relative abundance of bacteria closely related to the resistant of heavy-metal was markedly increased,while the bacteria related for carbon/nitrogen/phosphorus/sulfur cycling wasn't strikingly changed. Besides that,the pathogenic bacteria markedly increased in the downstream rhizosphere soil since reclaimed water supplement,while the possible plant growth-promoting rhizobacteria obviously reduced in the downstream sediment.Together these data suggest cause and effect between reclaimed water input into the wetland,shift in bacterial communities through habitat change,and alteration of capacity for biogeochemical cycling of contaminants.     

再生水灌溉对草坪土壤微生物群落的影响

为探讨再生水替代自来水进行草坪灌溉的可行性,采集了北京市市政再生水草坪灌区及自来水对照区根际、根系层和非根系层土壤样品,通过可培养微生物在不同培养基上数量的变化,研究再生水对草坪根部不同空间微生物种群密度的影响;对根际层LB培养基10-4稀释度平板上分离的细菌单菌落提取基因组DNA,扩增16SrDNA片段并用限制性内切酶HinfⅠ对PCR产物进行扩增rDNA限制性分析(ARDRA),并采用综合多样性指数(H′),丰富度指数(R₂)和均匀性指数(E1)等指标评价再生水灌溉对根际微生物多样性的影响.结果表明,与对照相比,再生水草坪灌溉有利于草坪草根际微生物数量的增加,尤其是有利于芽孢杆菌的增加,但对根系及非根系层微生物无显著影响.再生水灌溉使得微生物群落结构及多样性发生相应变化.这种变化体现为优势类群及亚优势类群多度增加,对再生水敏感的非优势类群失去原有的地位,另外一部分偶见类群出现或消失,群落多样性最终增加.     

复垦红壤中牧草根际微生物群落功能多样性

通过盆栽试验研究了浙江省诸暨铜矿区复垦红壤牧草根际微生物生物量及群落功能多样性的变化.结果表明,种植不同牧草使矿区土壤根际微生物生物量碳发生了显著的变化,其影响大小因矿区土壤污染程度而异.无污染和轻度污染土壤根际微生物生物量碳变化表现为黑麦草+三叶草>三叶草>黑麦草>未种植土壤,处理间差异均达显著水平(P<0.05),重度污染环境下各处理间差异不明显.Biolog数据分析显示,种植不同牧草的矿区土壤根际微生物群落结构和功能多样性也发生了相应改变,根际土壤微生物群落代谢剖面(AWCD)均显著高于未种植牧草土壤,处理间差异达极显著水平(P<0.001).典型变量分析揭示了不同牧草根际微生物群落利用碳源种类和数量存在明显差异.     

生物炭添加对秸秆还田土壤细菌群落结构和多样性影响

为探讨生物炭对秸秆还田土壤细菌群落结构和多样性的影响,采用变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)技术结合克隆测序技术,对未添加(SW)和添加(SBW)生物炭秸秆还田土壤细菌群落结构和多样性进行表征.DGGE谱图和多样性分析结果表明,生物炭添加增加了秸秆还田土壤细菌DGGE图谱条带位置和灰度值及均匀度的变化,但两个处理土壤细菌群落Shannon-Wiener指数和丰富度没有显著差异(p0.05).聚类分析结果表明,SBW处理土壤细菌群落聚为5类,SW处理土壤细菌群落可聚为6类.DGGE条带测序和结构分析结果表明,生物炭添加导致秸秆还田土壤中Actinobacteria、Nitrospira消失和Spirochaetes、Gemmatimonadetes、Chloroflexi、WS3出现,并导致Firmicutes、Proteobacteria所占比例升高和Acidobacteria、Bacteroides所占比例降低,说明生物炭添加促进了秸秆还田土壤细菌群落组成结构变化.     

基于三方博弈的再生水回用市场演化路径分析

为促进再生水市场的构建,以西安市再生水回用市场发展过程为研究案例,采用演化博弈理论构建了基于政府、再生水厂商、消费者三方博弈的再生水回用市场推广模型,分析其博弈均衡及演化路径.结果表明再生水回用市场的演化过程可划分为四个阶段,不同条件下系统将演化至不同的均衡.发展初期政府支持和宣传能有效提高再生水处理量和回用量,发展中后期为了增强企业参与度和消费者接受度需要提高财政补贴、提高使用再生水效用、降低自来水效用、提升再生水厂商获利、减少政府管理成本.     

地下水波动带中细菌群落结构与水质响应关系

为揭示地下水波动带中细菌群落结构特征及其与地下水环境相互作用关系,选取哈尔滨市第一水源地作为研究区,采集地下水样品以及波动带不同深度（0~5m非饱和带和6~50m饱和带）含水介质样品,分别用于水化学分析和16S rRNA细菌高通量测序,依托冗余分析定量表述地下水质参数与细菌群落相关性.水化学分析结果显示,研究区地下水主要污染物为Fe、Mn、NH₄⁺和有机质,Fe、Mn超标与研究区特定地质背景有关,NH₄⁺和有机质主要来源于人类活动.微生物分析结果显示,非饱和带和饱和带的细菌群落结构差异性显著,非饱和带细菌群落丰度和多样性显著高于饱和带,Proteobacteria、Bacteroidetes、Actinobacteria、Firmicutes和Acidobacteria为研究区优势门,在非饱和带和饱和带的累积相对丰度分别为82.89%和98.64%.冗余分析（RDA）结果显示,门水平上非饱和带中与水质演化强相关的细菌类群是Bacteroidetes、Proteobacteria、Actinobacteria、Verrucomicrobia,贡献率分别为15%、14.8%、8.9%和5.2%;饱和带中对地下水质演化起主要作用的类群为Bacteroidetes、Acidobacteria、Actinobacteria和Firmicutes,贡献率分别为38.4%、19.0%、10.8%和9.1%.属水平上非饱和带中的Pseudomonas和饱和带中的Flavobacterium对Fe、Mn、NH₄⁺生物转化起主导作用.本研究为揭示地下水波动带中生物地球化学作用对地下水环境的影响提供了科学依据,对地下水污染修复具有重要的意义.     

甲基异噻唑琳酮对MBR出水微生物生长分泌特性及群落结构的影响

污水再生处理反渗透(RO)工艺已在国内外获得广泛应用,但膜污堵问题阻碍RO工艺的进一步推广.投加非氧化性抑菌剂是控制RO膜生物污堵的常用手段,能够抑制细菌生长,但对细菌代谢产物分泌特性的影响尚不清楚.本课题的前期研究表明,细菌的胞外多聚物(EPS)是导致反渗透膜生物污堵的重要因素,细菌数量并非导致RO膜污堵的主要原因.针对上述问题,本文系统考察了典型非氧化性抑菌剂——甲基异噻唑啉酮(MIT)对RO系统进水(MBR出水)微生物的生长特性、群落结构及分泌特性的影响.研究发现,随MIT浓度增加,微生物生长迟滞期明显增长,但稳定期生物量增加;放线菌门、放线菌纲、类节杆菌属相对丰度明显增加;微生物分泌产物胞外多聚物(EPS)浓度增加,可能加重RO膜污堵潜势.上述结果表明,在污水再生处理反渗透系统中,MIT高浓度、长时间间隔的冲击式投加可能不利于膜污堵控制.