农业废物好氧堆肥过程因子对细菌群落结构的影响

采用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)技术研究了农业废物堆肥过程中细菌种群随时间的变化.同时,应用Quantity One2.0和Canoco4.5软件对获得的堆肥细菌种群数据与堆肥过程因子:环境温度、堆体温度、pH、含水率、水溶性有机碳(WSC)、C/N、水溶性氨氮(NH4+-N)和硝氮(NO3--N)进行冗余分析,并做出样点、种群与堆肥过程因子的二维排序图.结果表明,细菌群落(样点)以堆肥过程因子为梯度大体可划分为升温期(1～2d)、高温期(3～11d)、降温期(12～18d)和腐熟期(19～36d)4个阶段,每一阶段均有对应种群存在.不同的堆肥过程因子对细菌种群的影响大小依次为:NO3--N堆体温度WSCC/NNH4+-N含水率pH环境温度,其中,堆体温度、WSC、NO3--N、NH4+-N对细菌种群的影响极显著(p0.01),C/N、pH对细菌种群的影响显著(p0.05),含水率、环境温度对细菌种群的影响不显著.     

克隆文库方法分析厌氧氨氧化反应器中细菌群落结构

为了认识低基质浓度污水厌氧氨氧化(ANAMMOX)脱氮过程的生物学机制,为ANAMMOX脱氮工艺的优化提供理论依据,通过构建细菌16S rDNA(约1 500 bp)克隆文库和浮霉菌特有16S rDNA(约830 bp)克隆文库对ANAMMOX脱氮反应器中活性污泥的细菌群落结构进行分析。从细菌16S rDNA克隆文库中随机挑选到160个克隆子,共31个分类单元(OTU),与GenBank数据库比对结果表明,厌氧颗粒污泥中的细菌群落具有丰富的多样性,包括:变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidete)、硝化螺旋菌门(Nitrospira)、酸杆菌门(Acidobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)、Candidate division OP10、浮霉菌门(Planctomycetes)和未知菌,其中,变形菌门和拟杆菌门为优势菌群,分别占41.9%和34.2%。在浮霉菌特有16S rDNA克隆文库的40个克隆子中,34个克隆子属于CandidatusKuenenia属的厌氧氨氧化细菌,它们是ANAMMOX脱氮过程的主要功能菌。     

长江口邻近海域沉积物中厌氧氨氧化细菌分布特征研究

海洋生态系统氮素循环对维持海洋生态收支平衡具有重要意义,由厌氧氨氧化细菌(anaerobic ammonia-oxidizing bacteria,ANAMMOX Bacteria)推动的厌氧氨氧化过程是海洋氮素移除的重要途径.本研究采用荧光定量PCR(q PCR)技术,并结合环境理化因子,分析了2011年夏季长江口邻近海域沉积物中厌氧氨氧化细菌的种群丰度分布特征.结果表明,厌氧氨氧化细菌的种群丰度在长江口邻近海域的空间分布与环境因子密切相关,总有机碳含量、盐度、铵盐浓度对长江口邻近海域沉积物中厌氧氨氧化细菌的种群丰度具有重要调控作用.厌氧氨氧化细菌的丰度分布与总有机碳含量呈显著正相关关系(P0.01,r=0.69),同时又随亚硝酸盐浓度、溶解氧浓度的升高而降低,而盐度对厌氧氨氧化细菌丰度分布的影响较为复杂.     

去电子水对牛粪秸秆好氧堆肥进程及细菌群落的影响

通过对普通水进行去电子处理,得到可利用性较强的去电子水,但其对好氧堆肥进程的影响还不明确．在牛粪秸秆好氧堆肥过程中添加去电子水,分析堆肥腐熟进程,并通过细菌群落结构变化揭示其作用的微生物学机理．研究结果表明去电子水处理堆肥的电导率（EC）、腐熟度（E4/E6）和C/N分别比对照组降低了48.7%、43.2%和27.9%,堆肥最高温度和种子发芽指数（GI）分别升高了17.5%、30.6%．同时去电子水提高了Glycomyces、Ammoniibacillus、Flavobacterium、Actinomadura和Geobacillus等优势属的相对丰度,改变了细菌群落的分布．冗余分析表明堆肥不同阶段的细菌优势菌属驱动着堆肥温度、pH、EC的变化,提高GI,促进堆肥腐熟．总之,加入去电子水有利于调节堆肥环境,缩短堆肥周期,并增加优势属的相对丰度,提高堆肥产品的稳定性．     

处理不同废水MBR系统中微生物群落结构的比较

为了研究膜生物反应器中微生物群落结构与系统处理效能的关系.为工艺改进提供依据,从4种处理不同水质的MBR污泥中提取细菌总基因组DNA,采用PCR-DGGE和克隆测序技术对系统中的微生物群落结构进行了解析,根据序列数据进行同源性分析并建立了系统发育树.结果表明,在长期稳定运行后不同MBR中形成了各自特有的生态群落,进水水质对总细菌的群落结构有着较大的影响,处理含有较复杂成分废水的反应器中,种群多样性较高,Shannon指数分别为0.77和0.78.总细菌中,主要优势种群以Proteobacteria纲(8个OUTs)和Bacillus属(2个OUTs)为主.不同反应器中氨氧化菌群结构较为相似,存在着相同的顶级优势群落;测序结果表明MBR中存在着多种亚硝化菌属,其中以亚硝化单胞菌属最为普遍,并鉴定出2株反硝化菌属UncuItured Achromobacter sp.和Uncultured denitrifying bacterium,说明反应器中可能同时存在多种硝化和脱氮途径.     

污泥四环素含量对蚯蚓堆肥中氨氧化菌群的影响

抗生素常积聚于脱水污泥中,其含量可影响污泥蚯蚓粪的氮肥价值.本研究通过向城市污泥中添加不同浓度四环素(0、100、500和1 000 mg·kg~(-1)),比较四环素含量对污泥蚯蚓堆肥过程中的硝化速率、氨氧化菌种群结构和丰度的影响,揭示四环素对污泥蚯蚓堆肥体中氨氧化作用的影响机制.结果表明,高含量四环素(1 000 mg·kg~(-1))显著抑制污泥蚯蚓堆肥过程的硝化速率(P 0. 05),但低含量四环素对硝化速率的影响并不显著.相比于氨氧化细菌(AOB),污泥蚯蚓堆肥体中氨氧化古菌(AOA)为氨氧化作用的主导者.低含量四环素(100 mg·kg~(-1))能显著提升氨氧化菌群amoA基因的丰度(P 0. 05);但随着四环素剂量增加,其对amoA基因的丰度有显著的抑制作用(P 0. 05).高通量测序结果表明,添加四环素改变了AOA和AOB的种群多样性及其结构,且AOA的α多样性和四环素含量之间呈负相关关系.     

应用PCR-DGGE技术分析黄海冷水团海域的细菌群落组成

利用PCR-DGGE技术对2个季节(2006-04和2006-10)的黄海冷水团海域的细菌群落组成和优势菌群进行了分析.通过软件Glyko Bandscan分析DGGE图谱,4月份所有站位的条带数相近(约17条),多样性丰富;10月份,在冷水团范围以内站位的条带约16条,其多样性也较丰富;而在冷水团范围以外站位的条带少(约12条),其多样性较低.细菌16S rDNAV3区特征片段经DGGE分离、条带切割,共得到24条条带,克隆、测序后,进行系统进化分析,结果显示这24条带分别归属于2个细菌类群:变形细菌门(Proteobacteria)和拟杆菌门(Bacteroides).在24条序列中有16条分别与变形细菌亚群的γ和δ-Proteobacteria相似,有5条与拟杆菌门相似.时空分析发现,4月份所有站位水体(海水温度为7-12℃)的细菌群落组成和10月份(冷水团存在期)冷水团内部水体(海水温度低于10℃)的细菌群落组成相同(都包括γ-Proteobacteria、δ-Proteobacteria和Bacteroides),与10月份冷水团外部水体(海水温度大于19℃)的(包括γ-Proteobacteria和Bacteroides)不同.优势菌群也存在同样的分布特点,4月份所有站位水体的优势菌群与10月份冷水团内部水体的优势菌群也相同(都是γ-Proteobacteria),而10月份冷水团外部水体不同的站位优势菌群不同.该海域细菌群落组成和优势菌群的分布特点,可能与冷水团的形成有一定的相关性.     

巢湖完全氨氧化细菌的丰度、群落结构及其影响因素研究

完全氨氧化过程（complete ammonia oxidation, comammox）的发现使研究者们对硝化作用和氮循环都有了新的认识.本研究选取巢湖冬夏季表层（0~10 cm）沉积物样品,运用高通量测序、实时定量PCR等分子生物学技术对comammox细菌的丰度和群落结构进行研究.结果表明：基于amoA基因的comammox细菌的丰度为（5.20±0.72）×10⁶~（4.06±1.23）×10⁷ copies·g^-1;氨氧化古菌的丰度为（5.39±1.01）×10⁵~（1.60±0.18）×10⁷ copies·g^-1;氨氧化细菌的丰度为（6.16±1.57）×10⁵~（4.30±0.19）×10⁶ copies·g^-1.comammox细菌的绝对丰度显著高于氨氧化古菌和氨氧化细菌.多样性分析表明冬季巢湖表层沉积物中的comammox细菌的物种多样性大于夏季.其中Candidatus Nitrospira nitrificans、Candidatus Nitrospira nitrosa和Candidatus Nitrospira inopinata的相对丰度最高占比分别为78.72%、49.80%和6.28%,且夏季样点中Candidatus Nitrospira inopinata的相对丰度显著高于冬季样点.主坐标分析（Principle Coordinate Analysis, PcoA）结果表明,comammox细菌的群落结构具有明显的时间异质性.理化因子中,NH₄⁺和NO₃^-与comammox细菌的丰度呈负相关关系.本研究在一定程度上揭示了comammox细菌的丰度、群落组成、多样性及其与理化因子的关系.     

城市污水处理系统中氨氧化细菌种群结构研究

利用PCR-DGGE(变性梯度凝胶电泳)技术对北京7个城市污水厂中10个处理系统的氨氧化细菌(AOB)种群结构进行了调查研究,发现城市污水厂的AOB种群多样性不高,除了硝化效果不好的一个污水厂外,其他9个污水处理系统中均检测到AOB的存在.切胶测序结果表明主要属于Nitrosomomu oligotropha/aestuarii-like cluster.     

生态修复水生植物根际氨氧化细菌的研究

为研究水生植被恢复对底泥氨氧化细菌(ammonia-oxidizing bacteria,AOB)种群的影响,选取在生态修复中广泛使用的4种水生植物,芦苇(Phragmites communis)、窄叶香蒲(Typha angustifolia L.)、菹草(Potamogeton crispus L.)和荇菜(Limnanthemun nymphoides),采用最大可能数法(most pmbable number,MPN)计数AOB的数量,巢式聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(nested polymerase chain reaction-denaturing gradienl gel electmphoresis,nested PCR-DGGE)及条带回收测序的方法分析AOB的主要种类.结果显示,水生植物根际AOB密度显著高于无水生植物的表层底泥,而芦苇(2.8×105cells/g)和菖蒲(4.3×10'celts/g)又明显高于菹草(9.3 x 104cells/g)和荇菜(7.7×104 cells/g).水生植物根际呈氧化环境,而NH 4的浓度低于无水生植物的对照区.DNA测序结果显示尽管不同植物根际AOB主要种类有所区别,但基本属于亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas).此类微生物群落在水生植物根际的聚集对促进生态修复中N元素的循环具有重要作用.     

农业废物堆肥化中理化参数对GH6家族基因影响

采用PCR-DGGE技术,研究农业废物稻草堆肥化过程中参与纤维素降解的糖苷水解酶GH6家族基因的变化,并使用冗余分析(redundancy analysis,RDA)和蒙特卡罗置换检验(Monte Carlo permutation test)研究了生物信息矩阵与环境因子矩阵间的相关性.结果表明,8个理化参数对GH6家族基因变化影响的相对大小为:p H堆体温度TN(total nitrogen)TOM(total organic matters)C/N(TOC/TN)含水率环境温度WSC(water soluble carbon),8个理化参数共解释了83.1%的GH6家族基因变化,对GH6家族基因变化有重要影响,其中pH(P=0.002)、堆体温度(P=0.004)和TN(P=0.004)是影响GH6家族基因变化的显著因子,三者分别解释了24.92%、15.57%和15.04%的GH6家族基因变化.含GH6家族基因的优势菌种在堆体不同时期有所不同.GH6家族基因的多样性和丰度随堆肥化进程整体呈现出波动趋势.基于冗余分析的t-value分析表明3个显著因子对GH6家族基因的动态变化具有不同的正负相关性.     

利用垃圾渗滤液富集培养氨氧化菌

确保活性污泥中适当的氨氧化菌(AOB)的数量及活性对污水生物除氮过程至关重要,投加富集AOB是增加活性污泥中AOB浓度的方法之一. 为了经济有效地获取富集的AOB并有效处理难降解的垃圾渗滤液,对利用垃圾渗滤液富集培养AOB的可行性进行了研究. 采用烟台市生活垃圾填埋场的垃圾渗滤液作为培养基,利用辛安河污水处理厂A2/O工艺二沉池的回流污泥进行接种,通过更代方式富集培养AOB. 结果显示:更代4次后,菌液中AOB的浓度增至原来的5.6倍;向活性污泥中投加14.5%的经过4次更代富集培养的AOB,氨氧化速率提高了65.4%,从而验证了利用垃圾渗滤液富集AOB是可行的.      

Impact of acetochlor on ammonia-oxidizing bacteria in microcosm soils

Acetochlor is an increasingly used herbicide on corn in North China. Currently, the effect of acetochlor on soil ammonia-oxidizing bacteria (AOB) communities is not well documented. Here, we studied the diversity and community composition of AOB in soil amended with three concentrations of acetochlor (50, 150, 250 mg/kg) and the control (0 mg acetochlor/kg soil) in a microcosm experiment by PCR-DGGE (polymerase chain reaction-denaturing gradient gel electrophoresis) and the phylogenetic analysis of excised ...     

罗红霉素短期冲击对活性污泥中氨氧化微生物丰度和多样性的影响

本研究基于amo A基因,结合实时荧光定量PCR(quantitative real-time PCR,q PCR)和高通量测序技术研究罗红霉素(roxithromycin,ROX)短期冲击对活性污泥中氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea,AOA)和氨氧化细菌(ammonia-oxidizing bacteria,AOB)丰度和多样性的影响.本研究共设置10种ROX浓度,不同浓度的ROX对氨氧化作用的影响差异明显,环境浓度(0.3~30μg·L~(-1))与中等浓度(300μg·L~(-1)和3000μg·L~(-1))的ROX并未对氨氧化作用产生影响;较高浓度(5 000~12 000μg·L~(-1))的ROX对氨氧化作用产生明显的抑制作用.环境浓度和中等浓度的ROX刺激了AOA增长,而较高浓度的ROX导致AOA的丰度下降.此外,除了环境中的痕量浓度(0.3μg·L~(-1)),其余浓度的ROX均导致AOB丰度下降,且下降趋势比AOA显著,说明AOA对ROX的耐受性高于AOB.高通量测序结果表明,在ROX的选择压下,AOA的OTUs多样性减少,AOB的OTUs多样性增加;但3个样品中最主要的AOA Candidatus Nitrososphaera gargensis的相对丰度随ROX浓度增加而增多,最主要的AOB Nitrosomonas eutropha的相对丰度随ROX浓度增加而减少,这同样说明了AOA对ROX的耐受性高于AOB.冗余分析结果表明:AOA Ca.Nitrososphaera gargensis、Candidatus Nitrosoarchaeum koreensis和AOB Nitrosomonas oligotropha、Nitrosomonas watsonii、Nitrosomonas halophilus均与ROX浓度呈正相关.     

城市污水处理厂活性污泥中氨氧化菌群落结构研究

为了解析污水处理厂中氨氧化菌(AOB)的群落结构,以及处理工艺、规模等参数对AOB群落结构的影响,采用针对AOB功能基因氨单加氧酶(amoA)的末端限制性片段长度多态性技术(T-RFLP)、克隆测序等方法,研究了北京市6个污水处理厂的9个污水处理系统中AOB的群落结构.T-RFLP指纹图谱表明不同污水处理系统中AOB的群落结构有所不同,主要的末端限制性片段(T-RF)为354、491和291 bp.T-RFLP指纹图谱及聚类分析表明,污水处理工艺对系统中AOB的群落结构影响较小,而处理规模对AOB的群落结构有一定的影响.对功能基因amoA的系统发育分析表明,污水处理系统中优势AOB均为Nitrosomonasspp.,而非Nitrosospiraspp..这可能是Nitrosomonasspp.的最大比增长速率(μmax)较高,使其更容易成为活性污泥系统中的优势AOB.     

碧流河水库细菌群落结构特征及其关键驱动因子

为了解碧流河水库细菌群落结构及其多样性变化,探讨环境因子对其的影响,于2016~2017年应用16S r DNA高通量测序技术,分析比较了碧流河水库一年周期内4个季节的细菌群落结构及其多样性差异,使用冗余分析(redundancy analysis,RDA)探讨水体环境因子与细菌群落结构及其多样性的关系.结果表明,全年碧流河水库细菌群落多样性指数(ShannonWiener指数)平均达6.9,冬季夏季春季秋季.序列比对结果显示,除了分类地位不明确的菌群和稀有菌群外,共发现了细菌44门115纲184目368科865属,优势菌门为变形菌门Proteobacteria 34.16%,蓝菌门Cyanobacteria 24.35%,放线菌门Actinobacteria 13.35%,拟杆菌门Bacteroidetes 12.42%.优势菌门变形菌门中优势菌纲为β-变形菌纲β-Proteobacteria18.34%,优势菌属为unidentified_Chloroplast 17.73%;RDA结果表明不同菌群受环境因子影响不同,悬浮物(TSS)、透明度(SD)、酸碱度(p H)、活性磷(ADP)、溶氧(DO)、总磷(TP)、亚硝酸氮(NO-2-N)为影响群落分布主要的环境因子,其中夏季菌群与NO-2-N、ADP、TP和TSS显著正相关.     

堆肥过程多阶段强化接种对细菌群落多样性的影响

以生活垃圾为原料进行好氧堆肥,采用多阶段的方式强化接种功能微生物菌剂,利用PCR-DGGE方法并结合聚类分析和Shannon-Weaver指数变化来研究堆肥过程中多阶段强化接种对细菌群落多样性的影响,同时监测木质纤维素降解率的变化.结果表明,多阶段接种堆肥能有效提高堆体降温期和二次发酵期的温度;和普通接种堆肥相比可使半...     

土地利用变化对土壤硝化及氨氧化细菌区系的影响

以西藏高原相邻的原始森林、天然草原和农田土壤为研究对象,分别采用室内培养法和nested PCR-DGGE技术,对比研究了这3个生态系统的土壤硝化势、硝态氮浓度以及土壤氨氧化细菌（AOB）菌群区系.结果表明,农田土壤的硝化势和硝态氮（NO 3--N）浓度显著高于相邻的草原和森林土壤,硝化势分别是森林和草原土壤的9倍和11倍,NO 3--N是农田土壤无机氮（Nmin）的主要成分,占无机氮的70%～90%.铵态氮（NH 4＋-N）则是森林和草原土壤中主要的无机氮形态.原始森林和天然草原间的硝化势和硝态氮浓度没有显著差异.原始森林的土壤AOB菌群数量、多样性及均匀度最低.天然草原生态系统转换为农田后,土壤AOB菌群的多样性和均匀度显著降低,但是农田土壤的AOB菌群结构仍与其前身草原生态系统有较高的相似性.原始森林的AOB菌群数量、多样性及均匀度最低直接导致了其硝化势最低;农田土壤的硝化势和硝态氮浓度最高意味着农田生态系统中优势AOB的活性最高.以上结果表明,土地利用变化导致土壤氮素内循环及其关键微生物AOB的多样性与活性均发生显著变化,这些变化会影响土壤环境质量以及生态系统的持续与稳定.     

抗生素降解菌剂对猪粪堆肥腐熟和细菌群落演替的影响

接种抗生素降解菌可促进畜禽粪便中抗生素去除,但相关污染物降解菌对堆肥进程及土著微生物群落演替的影响研究甚少.分析一种以抗生素降解菌种为核心的复合微生物菌剂在猪粪抗生素去除中的作用,探究接种菌剂对猪粪堆肥理化进程以及细菌群落演替的影响.结果表明,抗生素降解菌剂接种处理猪粪中抗生素去除率达81.95%,与对照相比,其抗生素残留总量下降42.18%.在堆肥条件下,接种抗生素降解菌剂促进了猪粪堆肥升温,加速了堆体水分去除,降低了堆肥中氨气和硫化氢累积排放量,使得堆肥产物中氮磷钾总养分含量和萝卜种子发芽指数分别提高6.80%和68.33%,同时堆肥产物中稳定性有机质含量增加,纤维素和半纤维素等难分解物质含量下降.细菌群落结构分析指出,接种菌剂提高了堆肥中放线菌门和厚壁菌门细菌的相对丰度,其中与堆体升温正相关的嗜热菌丰度显著增加（P<0.01）,而致病细菌相对丰度下降.细菌群落共现网络分析表明,接种菌剂改变堆肥土著细菌群落互作模式,降低了细菌群落网络的复杂度和连通性,优化了有益细菌与其他菌群的生态关系,为建立新的和更加健康的堆肥细菌群落奠定了基础,可为抗生素降解菌剂在堆肥中的应用开发提供了科学依据.