生物强化SBR系统中邻苯二甲酸二甲酯的降解

为实现低温条件下DMP的快速降解,在SBR反应器中,加入耐低温DMP降解菌Rhodococcus fascians STX-5,考察生物强化系统对DMP的去除效果,并通过设计特异引物,对邻苯二甲酸双加氧酶降解基因(phtA)进行扩增,利用荧光原位杂交(FISH)和实时荧光定量(q-PCR)对降解基因分布和丰度进行检测。结果表明,生物强化可显著提高DMP降解率(p0.05),强化反应器在20℃和15℃的条件下,运行后期对1 000 mg/L的DMP平均去除率分别达90%和71%,而未经强化系统对DMP去除率为54%和32%。FISH结果显示,phtA基因在反应器运行不同时段其分布特征不同,当DMP降解率上升时,其分布范围变宽且更均匀。q-PCR结果进一步表明,phtA基因丰度与DMP降解成正相关,在反应器运行的后期MLVSS与phtA基因丰度成显著正相关(r=0.97,p0.05)。当温度从20℃降至15℃时,未经强化系统中phtA基因从3.5×10~8copies/mg MLVSS下降到0.73×10~8copies/mg MLVSS,经强化的系统phtA基因数量在短暂下降后保持在4.5×10~8copies/mg MLVSS。     

菲反硝化降解菌群的富集及其群落结构解析

从潜在多环芳烃(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons,PAHs)污染的油田区域采集土壤样品,以菲为唯一碳源且添加硝酸根的培养基来富集土壤中的菲反硝化降解菌群.随后,通过定量PCR(Polymerase Chain Reaction)测定了获取的富集菌群中反硝化相关功能基因(硝酸还原酶基因nar G、亚硝酸还原酶基因nir S)的丰度,并通过Illumina Mi Seq测序对其中的细菌群落结构进行解析.结果表明,获取到的3个菌群(PDN-1、PDN-2和PDN-3)12 d内对菲的降解率分别为45.18%、34.04%和25.92%.各富集培养菌群中nar G的丰度均高于nir S,且菲降解率最高的PDN-1中的反硝化相关基因丰度较低.Illumina Mi Seq测序结果表明,菲降解率最高的富集菌群PDN-1同时也具有较高的细菌多样性指数,变形菌门(Proteobacteria)、疣微菌门(Verrucomicrobia)和拟杆菌门(Bacteroidetes)是各富集菌群中的优势菌门,且Proteobacteria在3个富集菌群PDN-1(97.78%)、PDN-2(96.57%)、PDN-3(93.90%)中的比例均最高.变形菌门的Pseudomonas(γ-Proteobacteria)和Methylophilus(β-Proteobacteria)则是各富集菌群中最大的优势菌属,前者为公认的PAHs降解菌,而后者则为能够利用还原型"一碳化合物"的特殊菌属.细菌多样性与菲的降解率呈正相关,表明菲的反硝化降解可能是多种细菌参与的共同结果.上述结果可为揭示典型PAHs反硝化降解的微生物机制提供理论依据,同时为深入研究反硝化与菲代谢的偶联机理打下基础.     

序批式生物反应器填埋场脱氮微生物多样性分析

为探究序批式生物反应器填埋场脱氮过程中的微生物作用机制,本研究采用建立脱氮功能基因(amoA、nosZ)克隆文库及PCR-RFLP技术对序批式生物反应器填埋场垃圾稳定化后期的主要脱氮功能微生物多样性进行分析.结果表明,矿化垃圾反应器中检测到的氨氧化细菌存在高度多样性,大部分为未知类群,且均为不可培养菌或未经分离获得的细菌,经系统发育树分析系统内氨氧化细菌以β-变形菌门中的亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)为主;新鲜垃圾反应器中反硝化细菌种群丰富,主要有β-变形菌纲中的陶厄氏菌属(Thauera)和硫杆菌属(Thiobacillus).Thauera属在好氧条件下具有反硝化特性,Thiobacillus属中的脱氮硫杆菌(Thiobacillus denitrificans)是一种硫自养反硝化菌,可见新鲜垃圾单元稳定化后期以好氧反硝化和自养反硝化的脱氮途径为主.此外文库中检测到的一部分反硝化细菌可能归属于α-变形菌纲的慢生根瘤菌科(Bradyrhizobiaceae).     

SBR系统外加磁场对微生物群落多样性和处理效果的影响

SBR反应器的应用越来越普遍,为进一步提高其处理效率,提出在SBR反应体系再外加一个磁场来提高其运行性能.研究了不同磁感应强度对反应系统污染物降解效率的影响,并采用Mi Seq高通量测序技术解析了磁场条件下活性污泥微生物群落多样性变化.结果表明,磁场的加入在一定程度上提高了SBR系统的运行性能,且当磁感应强度为7×10~(-2)T时效果最明显.其中,外加磁场对SBR反应系统中总氮去除效果的影响显著,在7×10~(-2)T时脱氮率从无磁场的65.69%提高到85.98%.外加磁场显著提高了污泥脱氢酶活性,因而也会对各种污染物的去除产生积极作用.通过对不同磁感应强度下活性污泥微生物群落多样性的比较发现,7×10~(-2)T磁场下活性污泥微生物丰度及多样性最高.实验SBR反应器中的细菌域共鉴定出14个门,主要以变形菌门Proteobacteria(25.3%~61.5%)、拟杆菌门Bacteroidetes(18.6%~46.2%)、放线菌门Actinobacteria(5.3%~47.2%)、酸杆菌门Acidobacteria(0.4%~4.0%)为主.重要的脱氮细菌:如α-Proteobacteria的Rhodoblastus、Paracoccus;β-Proteobacteria的Alicycliphilus、Comamonas、Xenophilus、Acidovorax、Dechloromonas、Thauera;δ-Proteobacteria的Desulfovibrio;Planctomycetes门等,在中等磁感应强度尤其是7×10~(-2)T时,丰度最高,与脱氮效率增加有内在的联系.典型的PAOs如Acinetobacter、Pseudomonas、Propionicimonas等,在中等磁场条件下含量较高,与除磷率变化趋势相同.活性污泥中细菌群落结构变化与污水处理效率存在一定相关性,外加磁场通过改变微生物群落结构影响污水处理效果.     

荧光定量PCR检测生物强化SBR系统中苯胺降解菌的数量变化

生物强化SBR系统中苯胺降解菌Pseudomonas otitidis strain JY9在降解苯胺废水过程中发挥重要作用.本研究根据该菌株的邻苯二酚1,2双加氧酶(C12O)的基因序列,设计特异引物,扩增特异片段并克隆到PGM-T载体中,以此重组质粒为参照,系统活性污泥中提取的总DNA为模板,应用实时荧光定量PCR方法定量检测该菌在苯胺废水生物强化SBR系统中的丰度变化.同时应用高效液相色谱法检测系统中苯胺的残留.结果表明,苯胺初始浓度在200~500 mg·L-1范围内,苯胺降解率均达到96%以上.并且SBR反应系统活性污泥中每单位(mg)MLVSS的C12O基因拷贝数随苯胺浓度的升高而显著上升,最高拷贝数达到2.7×109个,表明该菌的数量随苯胺浓度的升高而显著上升.结果显示,在苯胺去除过程中Pseudomonas otitidis strain JY9的投加能够稳定活性污泥中的MLVSS,当含有高浓度苯胺废水系统运行稳定时,该降解菌逐渐成为活性污泥当中的优势菌.     

固相碳源脱氮同步去除壬基酚的试验研究

采用一种基于PHBV研发的新型固相碳源NS,构建同步硝化反硝化脱氮生物反应器,同时探究常见的内分泌干扰物壬基酚(NP)在系统中的同步去除特性,并运用Illumina Mi Seq高通量测序和荧光定量PCR(q PCR)技术,对微生物群落进行解析.反应器运行效果良好,硝酸盐氮和氨氮去除率可分别达到96.18%和82.54%,出水COD平均浓度为27.48mg/L,壬基酚平均去除率为81.17%.高通量测序结果表明,Dechloromonas(脱氯单胞菌属)和Zoogloea(动胶菌属)等报道的具脱氮作用的菌属在无壬基酚条件下占据优势地位.加入壬基酚的条件下,菌种总数和α多样性降低.荧光定量PCR结果表明,系统中氮循环基因丰度较高,nir S基因丰度最大,而amo A基因丰度最低.进水中存在壬基酚的条件下碳源表面nir S基因丰度较低.     

嘉陵江不同干扰断面河道沉积物细菌群落多样性

为探究不同人为扰动对自然河流生态环境的影响,以嘉陵江河道沉积物细菌群落为研究对象,利用高通量测序技术分析工程干扰、支流干扰、采砂干扰、垦殖干扰和无干扰断面河道沉积物细菌的群落组成和功能变化.结果表明,嘉陵江不同干扰断面河道沉积物理化性质和细菌群落多样性均具有显著差异(P<0.05).无干扰断面细菌群落多样性最高,同时,采砂干扰和无干扰断面细菌群落均匀度最高,而支流干扰和垦殖干扰均导致细菌群落多样性和均匀度降低.工程干扰对细菌群落组成的影响显著区别于其他4种干扰断面.细菌优势菌门为变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteriota)、酸杆菌门(Acidobacteriota)和绿弯菌门(Chloroflexi),优势菌纲为γ-变形菌纲(γ-Proteobacteria)、α-变形菌纲(α-Proteobacteria)和Vicinamibacteria纲.采砂干扰导致放线菌门增加,工程干扰促进了酸杆菌门的增加.含水率、有机碳、总氮和总磷是影响沉积物微生物群落变化的主要环境因子.细菌群落主要涉及新陈代谢、遗传信息处理、环境信息处理和细胞过程这4类一级...     

百乐克(BIOLAK)活性污泥宏基因组的生物多样性及功能分析

百乐克(BIOLAK)是一种在全球范围内得到成功推广的多级活性污泥工艺,然而,迄今对于百乐克工艺的核心元件——活性污泥的生物群落及其功能尚鲜见报道.以连云港市大浦工业区废水处理厂为例,借助于新一代高通量测序技术,获得百乐克活性污泥中大规模的宏基因组数据(428 588条高质量DNA序列).鉴定出47个门类、872个属及1 351个物种.细菌域(289 933条序列)中包含33个门,其中变形菌门Proteobacteria是生物量最丰富的门(62.54%),其次是拟杆菌门Bacteroidetes(11.29%)、硝化螺旋菌门Nitrospirae(5.65%)和浮霉菌门Planctomycetes(4.79%),显示这些生物类群在百乐克废水处理系统中发挥着关键作用.在748个细菌属中,硝化螺菌属Nitrospira(5.60%)最为丰富,为活性污泥氮循环过程中的关键菌群.其次为芽单胞菌属Gemmatimonas(2.45%),是生物除磷过程的重要菌属.在古菌域(1 019条序列)中鉴定出3个门及39个属.在真核域(1 055序列),鉴定出10个门及60个属,其中,纤毛虫门Ciliophora是最大的门(257条序列).同时,检测到448条病毒序列,主要为噬菌体.在百乐克活性污泥中,参与氮、芳香化合物和磷代谢的功能基因比例分别为2.50%、2.28%和1.56%,均高于美国和澳大利亚两个废水处理厂活性污泥中功能基因的比例.在氮代谢的4个过程中,反硝化相关基因所占比重最高,达到80.81%,其次是氨化(12.78%)、硝化(4.38%)和固氮(2.04%).总之,在百乐克活性污泥中蕴藏着惊人的生物多样性,同时,参与氮、芳香化合物和磷代谢的功能基因非常丰富.     

基因工程菌生物强化处理系统微生物群落分析

在膜-生物反应器(MBR)和传统活性污泥反应器(CAS)中,考察了基因程菌生物强化对阿特拉津的去除效果,并通过PCRDGGE分析了反应器不同运行阶段污泥微生物群落的变化.结果表明,基因工程菌生物强化实现了阿特拉津的高效生物去除,MBR和CAS阿特拉津平均去除率分别达到88.6％和85.3％.阿特拉津生物强化去除有助于反...     

堆肥-生物强化对重度石油污染土壤的修复作用

为解决微生物强化修复油污土壤过程中降解菌在低温环境下活性较低的问题,利用有机堆肥作为固体培养基对降解菌进行扩大培养,将获得的降解菌-堆肥制剂施入油污土壤中进行修复研究.利用重量法和GC-MS分析土壤中石油烃含量变化,利用Illumina Mi Seq对土壤微生物群落结构进行分析.结果表明,利用堆肥作为固体基质可对降解菌进行扩大培养.低温环境下利用堆肥-降解菌制剂对油污土壤修复30 d,土壤中石油烃、烷烃、多环芳烃去除率分别为27.0%、19.6%、10.0%;自然放置的土壤中3种烃去除率分别为4.5%、9.5%、2.3%.加入降解菌-堆肥制剂进行修复的土壤香农指数和Ace指数分别由4.42和1718.5增加为5.30和2170.5;土壤中变形菌门(Proteobacteria)和放线菌门(Actinobacteria)所占丰度由53.4%和25.9%分别降低至48.9%和14.1%,拟杆菌门(Bacteroidetes)所占丰度由5.0%增加至24.5%.属水平上,不动细菌属(Acinetobacter)和假单胞菌属(Pseudomonas)所占丰度由0.02%和3.4%分别提高至15.2%和4.6%.研究结果表明,在低温条件下向石油污染土壤中施入降解菌-堆肥制剂可提高土壤中的石油烃去除率,并使土壤微生物群落结构发生明显变化.     

土壤环境中肠道致病菌的多重PCR检测研究初探

建立同时检测大肠杆菌、沙门氏菌、金黄色葡萄球菌、福氏志贺氏菌、铜绿假单胞菌等5种土壤常见肠道致病菌的多重PCR检测技术,为这些肠道致病菌感染的快速诊断提供实验依据.根据这些肠道病原菌的毒素基因、高度保守基因及特异性基因分别合成5对特异性引物,应用PCR扩增技术对目的菌株进行特异性检测.实验结果表明,5对寡核苷酸引物都具有较高的特异性和专一性,多重PCR检测限达到104cfu·g-1.多重PCR应用于土壤样品分析,极大的缩短了检测时间(仅需3～4h)、降低了检测成本,对控制病原菌的传播具有重要意义,可推广应用于环境监测、水源检测、食品卫生监督、商品检验检疫等领域.     

Uptake of radioiodide by Paenibacillus sp., Pseudomonas sp., Burkholderia sp. and Rhodococcus sp. isolated from a boreal nutrient-poor bog

Radionuclides, like radioiodine(~(129)I), may escape deep geological nuclear waste repositories and migrate to the surface ecosystems. In surface ecosystems, microorganisms can affect their movement. Iodide uptake of six bacterial strains belonging to the genera Paenibacillus,Pseudomonas, Burkholderia and Rhodococcus isolated from an acidic boreal nutrient-poor bog was tested. The tests were run in four different growth media at three temperatures. All bacterial strains removed iodide from the solution with the highest efficiency shown by one of the Paenibacillus strains with 99% of iodide removed from the solution in one of the used growth media. Pseudomonas, Rhodococcus and one of the two Paenibacillus strains showed highest iodide uptake in 1% yeast extract with maximum values for the distribution coefficient(K_d) ranging from 90 to 270 L/kg DW. The Burkholderia strain showed highest uptake in 1% Tryptone(maximum K_d170 L/kg DW). The Paenibacillus strain V0-1-LW showed exceptionally high uptake in 0.5% peptone + 0.25% yeast extract broth(maximum K_d 1,000,000 L/kg DW). Addition of 0.1% glucose to the 0.5% peptone + 0.25% yeast extract broth reduced iodide uptake at 4℃ and 20℃ and enhanced iodide uptake at 37℃ compared to the uptake without glucose. This indicates that the uptake of glucose and iodide may be competing processes in these bacteria. We estimated that in in situ conditions of the bog,the bacterial uptake of iodide accounts for approximately 0.1%–0.3% of the total sorption of iodide in the surface, subsurface peat, gyttja and clay layers.     

黄连根茎浸提物对绿藻的毒理作用

黄连根茎和制剂具有抗菌等作用,广泛用于水产养殖,所造成水生态风险需要评估.试验设置总生物碱为0(CK),0.088(T1)、0.44(T2)和1.76 mg·L-1(T3)的黄连根茎浸提液(CRE)4种处理,研究了对斜生栅藻和蛋白核小球藻的毒理作用.结果表明,T1抑制绿藻生长,T2和T3使绿藻生长和繁殖停止;它们均显著降低绿藻叶绿素和蛋白质含量,说明CRE抑制光合作用和蛋白质合成是绿藻生长繁殖速率降低和死亡的直接原因.CRE使氢离子和胞内物质外流,导致藻液p H值显著降低和电导率提高.在T1和T2处理中,绿藻细胞SOD活性先升后降;在T3处理中,SOD活性显著降低.说明在CRE暴露初期,低中浓度的CRE诱导绿藻细胞产生抗性,随暴露时间增长或直接暴露在高浓度的CRE下,抗氧化酶系统被破坏.同样,随着CRE浓度增大,丙二醛含量增加,意味着绿藻细胞膜结构破坏,透性增加.CRE总体上对蛋白核小球藻的危害作用大于斜生栅藻.在水产养殖中,滥用黄连根茎或制剂,以及大规模集约化种植黄连对水体初级生产力具有潜在的生态风险.     

农业废物好氧堆肥中环境因子对nirK、nirS和nosZ数量的影响

应用定量聚合酶链式反应(real-time PCR)技术对农业废物好氧堆肥过程中参与反硝化过程的功能基因(nirK、nirS和nosZ)丰度在堆体不同位置处随时间的变化情况进行了研究.结果表明,随着堆肥进程,3种基因数量整体呈现出先升后降的变化规律,且不同位置处的反硝化基因数量之间存在着显著的差异性.使用Canoco 4.5软件对获得的反硝化功能基因丰度数据与不同时期不同层次堆体温度、pH、含水率、NH4+-N、NO3--N和水溶性有机碳(WSC)等环境因子的相关性进行冗余分析(redundancy analysis,RDA).基于手动选择的RDA分析结果表明,WSC、NH4+-N和堆体温度对反硝化基因丰度有着显著的影响(P<0.05),且前2个因子达到了极显著水平(P<0.01).应用t-value回归分析方法单独分析每种环境因子与3种基因的相关性,其中nirK与温度和pH显著正相关(P<0.05),nirS与温度显著正相关(P<0.05),nosZ与NH4+-N显著正相关(P<0.05)、与WSC显著负相关(P<0.05).     

高温堆肥过程对猪粪来源抗生素抗性基因的影响

为研究大规模好氧高温堆肥过程对猪粪来源抗生素抗性基因的影响,采用荧光定量PCR法检测了4个大环内酯类抗性基因(erythromycin resistance methylase,erm A、erm B、erm C和erm F)、3个β-内酰胺抗性基因(beta-lactamase,bla TEM、bla CTX和bla SHV)和2个喹诺酮类抗性基因(quinolone resistance,qnr A和qnr S)在堆肥过程中的变化趋势.结果表明,堆肥初期大环内酯类抗性基因含量显著高于β-内酰胺类和喹诺酮类抗性基因(P0.01),其中erm B基因丰度最高为9.88×10~8copies·g~(-1),其次是erm F为9.40×10~8copies·g~(-1).在高温堆肥结束时β-内酰胺抗性基因和喹诺酮类抗性基因丰度维持在较低水平,而大环内酯类抗性基因在堆肥结束后仍然具有较高含量.其中,erm F基因与堆肥初期相比甚至出现了增加的情况,这表明高温堆肥过程不能有效去除所有抗生素抗性基因.对于某些抗生素抗性基因,堆肥可能还是良好的生物反应器而导致抗性基因的增殖,农田中堆肥产品的施用有可能会造成抗生素抗性基因的传递.     

山仔水库沉积物蓝藻复苏试验研究

采用正交试验考察了温度、光照、营养盐和物理扰动4个因素对山仔水库冬季沉积物中蓝藻复苏的影响,每个因素设置两个水平,培养周期为6 d,并以蓝藻复苏量为考察指标.结果表明,温度和光照为蓝藻复苏的主要影响因子,上覆水体的营养盐、物理扰动对沉积物中蓝藻门复苏的影响作用不显著,不同的蓝藻种属对温度和光照条件的响应程度不完全一致,蓝藻门微囊藻属(Microcystis)对温度和光照的复苏响应显著,颤藻属(Oscillatoria)仅对温度的复苏响应显著.同时,通过设置6.0~16.0 ℃之间6个温度梯度及50和2000 lx两个光照梯度,进行了沉积物柱状样复苏模拟实验.结果显示,山仔水库冬季沉积物微囊藻属和颤藻属在10 ℃左右开始复苏,微囊藻属对光的敏感性使其更容易处于优势地位.     

底泥对洋河水库微囊藻和鱼腥藻生长影响的研究

采用批量培养的方法研究洋河水库底泥浸出液对洋河水库微囊藻和鱼腥藻生长的影响.结果表明,厌氧条件底泥浸出液对鱼腥藻生长速率有促进作用,添加2%、20%、50%的厌氧底泥浸出液的鱼腥藻生长速率比M11培养基中分别高出36.6%、47.2%、36.0%;而添加厌氧底泥浸出液对微囊藻生长有抑制作用,微囊藻最大生物量随底泥浸出液的添加量增加而减小.与添加厌氧底泥浸出液相比,添加好氧条件的底泥浸出液对鱼腥藻生长速率也有一定的促进作用,添加20%的好氧底泥浸出液的鱼腥藻生长速率比M11培养基中高出37.2%;而添加好氧底泥浸出液对微囊藻生长影响不明显.在添加厌氧底泥浸出液的培养基中增加铁,则微囊藻的最大生物量显著增加,表明底泥浸出液对微囊藻生长的影响可能是较高浓度的有机质与铁的结合影响了微囊藻对铁的利用.     

给水管网中耐氯性细菌的灭活特性研究

使用4种常见消毒剂对从实际管网中分离出来的7株耐氯性细菌进行消毒实验.结果表明,这7株细菌均具有较高的耐氯性,其中1株耐氯性最高的类龟分支杆菌自由氯99.9%灭活的CT值为120 mg.(L.min)-1,另外2株血红鞘氨醇单胞菌和甲基杆菌99.9%灭活的CT值分别为7 mg.(L.min)-1和4 mg.(L.min)-1.比较4种消毒剂的消毒效果发现,二氧化氯和单过硫酸氢钾的消毒效果较好,能够在30 min内使分支杆菌的灭活率达到5个数量级.自由氯由于衰减较快,消毒效果不佳.一氯胺能够维持一定的消毒剂浓度,但由于其氧化性较弱,因此需要提高浓度,才能满足消毒要求.能在1 h内灭活3个数量级以上分支杆菌的消毒剂投加量为:3.0 mg/L一氯胺、1.0 mg/L二氧化氯(以Cl2计)和1.0 mg/L单过硫酸氢钾(以Cl2计).考虑到我国水厂消毒的实际情况,建议采用间歇性提高一氯胺浓度或改换二氧化氯消毒的方法,提高对耐氯性细菌的灭活效果.     

铜绿假单胞菌对白腐菌产木质纤维素降解酶的影响

采用固态发酵的方法,考察了两株不同型号的铜绿假单胞菌（AB93066和ATCC9027）对白腐菌（黄孢原毛平革菌）产木质纤维素降解酶（木素过氧化物酶LiP、锰过氧化物酶MnP和羧甲基纤维素酶CMCase）的影响,并对酶提取液的pH值、表面张力及稻草降解残渣中挥发性有机质含量的变化进行了分析.结果表明,添加5.72%的A...     

三种大型海藻对对氯苯胺的去除行为及光合生理响应

以龙须菜、坛紫菜和石莼3种大型海藻为实验材料,通过模拟实验,研究并比较了它们对不同浓度对氯苯胺(PCA)的去除行为,以及石莼对PCA的光合生理响应.实验结果显示,7d实验结束时,3种藻类对海水中PCA的最终去除率排序分别为:6mg·L-1PCA处理组,龙须菜(58.7%)<坛紫菜(75.7%)<石莼(94.9%);60mg·L-1PCA处理组,龙须菜(50.2%)<石莼(61.3%)<坛紫菜(74.9%);海藻的培植密度越大,PCA的去除率越高,在受PCA污染的海域中大面积种植大型海藻来有效地处理修复此类污染在理论上是可行的.在不同浓度PCA处理过程中,石莼的生长受到抑制,有效光化学效率、光合作用和呼吸作用呈现出低浓度(<5mg·L-1)促进、高浓度(>10mg·L-1)抑制的现象.叶绿素、类胡萝卜素和可溶性蛋白含量在各处理组之间没有表现出确定趋势,表明PCA对石莼生长的影响可能是由于呼吸速率的增加而引起的.