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.     

高锰酸盐复合药剂预氧化对摇蚊幼虫DBPsFP的去除控制研究

以花翅摇蚊幼虫为试验对象,研究高锰酸盐复合药剂预氧化对摇蚊幼虫代谢产物在氯化消毒过程中消毒副产物前体物的去除控制.研究表明:在p H由5升高到9时,三氯乙酸(TCAA)与二氯乙酸(DCAA)的浓度呈逐渐减少趋势;p H由5升高到7时,三氯甲烷(TCM)和三氯乙腈(TCAN)的浓度减幅最大,1,1-二氯丙酮(1,1-DCP)和1,1,1-三氯丙酮(1,1,1-TCP)则在p H为8时浓度达到最低值;随着药剂投加量的增加,TCM呈现出持续稳定增长趋势,DCAA呈总体下降趋势,而TCAN、1,1-DCP、1,1,1-TCP和TCAA则先增加后减少,高锰酸盐的投加量为3mg·L-1时,消毒副产物去除效果显著;延长预反应时间,TCM呈总体上升趋势,1,1-DCP、DCAA、TCAA呈下降趋势,TCAN、1,1,1-TCP呈先增加后减少的趋势,综合考虑最佳预氧化时间为30 min;投加混凝剂能够有效控制消毒副产物前体物的生成,随着混凝剂的不断增加,TCM、1,1,1-TCP呈先增加后减少的趋势,TCAN、1,1-DCP、DCAA、TCAA浓度则逐渐降低,在投量为40 mg·L-1时,达到最低值.     

共代谢基质对芽孢杆菌Y-4降解异喹啉的影响

以吡啶，葡萄糖和邻苯二甲酸作为共代谢基质，研究了它们对芽孢杆菌Y_4降解异喹啉的影响。实验结果表明各降解过程均遵循二级反应动力学方程：-dS／dt=K2S2＋K1S＋K0。吡啶的加入会抑制异喹啉的降解，并且吡啶的浓度越高，抑制作用越明显。反应体系中葡萄糖的浓度为100-800mg／L时，葡萄糖的加入会促进异喹啉的降解，且葡萄糖浓度越大，异喹啉降解速率P越大，当葡萄糖的浓度为800mg／L时，其降解率速率P可由未加葡萄糖的0．1924h。上升为0．2255h-1。适宜浓度的邻苯二甲酸会对异喹啉的降解产生促进作用，邻苯二甲酸的浓度为50mg／L时，异喹啉的降解速率可由原来的0．1924h-1增加到0．2145h-1，邻苯二甲酸浓度过高反而会抑制异喹啉的降解。     

溶藻细菌L8的溶藻活性代谢产物对水华鱼腥藻光合特性的影响研究

从广州城区某富营养化池塘筛选出1株溶藻细菌L8(简称L8菌),研究了L8菌的溶藻活性代谢产物(简称L8菌溶藻产物)对水华鱼腥藻(Anabaena flos-aquae)光合特性的影响。结果表明,L8菌溶藻产物能够使水华鱼腥藻中的类胡萝卜素、藻蓝蛋白和别藻蓝蛋白的含量显著升高,经L8菌溶藻产物作用7d后,3者分别升高了35.7%、63.2%和185.7%,而叶绿素a含量下降了51.3%;经L8菌溶藻产物作用7d后,水华鱼腥藻的光系统Ⅱ(PSⅡ)的光化学效率、潜在活性以及光合电子产量均明显降低。低温(77K)荧光发射光谱的变化表明,光合色素相对含量的变化导致光能在水华鱼腥藻2个光系统之间的分配发生了变化,影响了光能在光系统Ⅰ(PSⅠ)、PSⅡ中的分配,进而影响了水华鱼腥藻的光合作用效率。     

初级基质对降解菌Pseudomonas putida共代谢苯扎贝特的影响

通过对3,5-二硝基水杨酸(DNS)法测定还原糖含量各影响因素的筛选,优化确定了显色时间8 min,稳定时间10 min,最佳波长490 nm下进行吸光度测定的检测方法;分析分别以葡萄糖和麦芽糖作为外加碳源时,降解菌Pseudomonas putida B-31的生长情况和共代谢降解典型药物苯扎贝特(BZF)的过程。结果表明,降解菌只有在外加碳源的条件下才可正常生长,而且其在葡萄糖环境中生长得更好;拟合得到的葡萄糖、麦芽糖和BZF代谢动力学结果显示,葡萄糖对BZF去除的促进作用更为明显,同时从葡萄糖培养基中降解菌所提取的酶比活力要高于麦芽糖培养基,分析原因可能是葡萄糖所诱导的降解菌关键酶活力更强,而且还可能会产生不同的蛋白质点位。     

活性污泥合成聚羟基烷酸酯代谢机制研究进展

聚羟基烷酸酯(PHAs)是生物制备型环境友好塑料,具有广阔的应用前景.活性污泥合成PHAs可降低生产成本,实现废水处理厂剩余污泥的减量化和资源化.研究微生物合成PHAs的代谢机制,有利于优化PHAs的工业化生产,目前其代谢研究多集中在以纯菌种合成PHAs,而以活性污泥合成PHAs的研究尚不成熟.资料表明,DO变化对活性污泥合成PHAs的代谢途径有显著影响,进而改变其PHAs产物的产量和单体组成.综述了活性污泥合成PHAs在厌氧/好氧工艺、微氧/好氧工艺、缺氧/好氧工艺、好氧动态底物投加工艺条件下的代谢机制,分析了现有PHAs合成代谢模型中存在的问题,展望了PHAs合成代谢机制研究的发展方向.     

土著致病菌及其胞外物在生物防治斑马贝中的作用

无脊椎动物斑马贝(Dreissena polymorpha) 的生物污损造成了巨大的经济损失,而应用从斑马贝体内分离出的土著菌株及其体外代谢产物对它进行生物防治是一种经济效益显著且对环境友好的方法.本文主要报导从斑马贝体内分离的土著菌株中筛选出致病菌并研究该细菌及其代谢产物对它的控制作用.在三十多种土著菌株中,中间气单胞菌( Aeromonas media),维罗纳气单胞菌(A. veronii),杀鲑气单胞菌杀鲑亚种(A. salmonicida subsp. salmonicida)和腐败希瓦氏菌(Shewanella putrefaciens)是幼体斑马贝的致命致病菌.当接种量为每只斑马贝107 个细菌时,接种中间气单胞菌、杀鲑气单胞菌杀鲑亚种和腐败希瓦氏菌的5 d 死亡率为100%,而维罗纳气单胞菌为65%.通过扫描电镜(SEM)发现,垂死的斑马贝肌肉组织被破坏并含有大量的细菌.4种细菌代谢产物的不同组分表现出对斑马贝不同的致死效果,在所研究的3种不同Mr组分中(Mr<5×103,5×103～10×103及>10×103),>10 ×103组分具有最高致死率.这些结果为控制贝类无脊椎动物的生物污损提供了新方法. 图4 参24     

联苯代谢对微生物的生长胁迫及分裂抑制

以联苯/多氯联苯降解菌株R04（Rhodococcus sp.R04）和几种模式微生物为研究对象，利用高效液相色谱、荧光显微镜、扫描电子显微镜等分析微生物在联苯及其代谢物培养条件下细胞分裂和形态的变化.结果表明联苯及其代谢产物对红球菌R04和几种模式微生物细胞的分裂有抑制作用，并对部分微生物形态有影响.与前体-联苯及其代谢产物2-羟基-6-酮基-6-苯基-2，4-己二烯酸相比，2，3-二羟基联苯对G⁺、G^-细菌，或是酵母细胞分裂都有较强的抑制和形态的改变.2，3-二羟基联苯导致R.R04和缺陷型R.R04细胞形成不完整隔膜的比例增加；造成96.4%的大肠杆菌BL21细胞表面凹陷，胞质内容物流失，菌体体积缩小；导致枯草芽孢杆菌89.6%的细胞体积明显缩小；导致金黄色葡萄球菌基本没有细胞能形成完整的分裂隔膜；导致红酵母细胞能进行出芽生殖的比例从64.2%降低到19.3%，但对其细胞形态无明显改变.联苯代谢物2，3-二羟基联苯对红球菌R04及其它微生物细胞分裂和增殖的抑制作用比其前体-联苯强，建议在研究环境化合物与微生物互作时，应考虑环境化合物代谢的毒性效应.     

共代谢条件下丁基黄药的生物降解实验研究

微生物共代谢是降解废水中难降解有机物的重要方式。通过实验研究,比较了以丁基黄药作为唯一碳源和能源以及有共代谢基质存在下丁基黄药的降解过程。结果表明,共代谢显著提高了丁基黄药的降解率。在25℃条件下,以丁基黄药为唯一碳源和能源时,其降解率仅为43.1%;而利用葡萄糖作为共代谢基质,当葡萄糖质量浓度为0.20g/L时,振荡培养72h后丁基黄药的降解率可达65.2%;再加入微量的蛋白胨作为氮源后,丁基黄药的降解率可提高到73.5%;加入共代谢基质后微生物的适应期由原来的36h缩短至24h。共代谢是提高丁基黄药生物降解性能的一条有效途径。     

Rhodobacter sp. NP25b菌株缺氧降解壬基酚聚氧乙烯醚的研究

从城市污水处理厂活性污泥中分离得到一株能够在缺氧条件下以壬基酚聚氧乙烯醚(NPEOs)为惟一碳源和能源生长的菌株NP25b.经生理生化鉴定和16S rRNA基因序列分析,该菌株属于红细菌属(Rhodobacter sp.),对该菌株降解NPEOs的特性进行了研究.结果表明,在缺氧条件下,菌株NP25b在7 d内对初始底物浓度为400 mg/L NPEOs的降解率可达84%.利用液相色谱-质谱(LC-MS)和气相色谱-质谱(GC-MS)对NPEOs降解中间产物进行了分析,结果表明,主要降解产物为短链NPEOs和壬基酚聚氧乙烯醚乙酸(NPECs),其中包括具有较强内分泌干扰效应的NP1EO.该菌株能够代谢含有疏水基团的聚氧乙烯醚类表面活性剂,例如辛基酚聚氧乙烯醚和脂肪醇聚氧乙烯醚.推测菌株NP25b降解NPEOs是通过乙氧基(EO)链末端氧化后逐步切割完成的.