Microbial community structures in an integrated two-phase anaerobic bioreactor fed by fruit vegetable wastes and wheat straw

The microbial community structures in an integrated two-phase anaerobic reactor（ITPAR）were investigated by 16 S r DNA clone library technology. The 75 L reactor was designed with a 25 L rotating acidogenic unit at the top and a 50 L conventional upflow methanogenic unit at the bottom, with a recirculation connected to the two units. The reactor had been operated for 21 stages to co-digest fruit/vegetable wastes and wheat straw, which showed a very good biogas production and decomposition of cellulosic materials. The results showed that many kinds of cellulose and glycan decomposition bacteria related with Bacteroidales,Clostridiales and Syntrophobacterales were dominated in the reactor, with more bacteria community diversities in the acidogenic unit. The methanogens were mostly related with Methanosaeta, Methanosarcina, Methanoculleus, Methanospirillum and Methanobacterium; the predominating genus Methanosaeta, accounting for 40.5%, 54.2%, 73.6% and 78.7% in four samples from top to bottom, indicated a major methanogenesis pathway by acetoclastic methanogenesis in the methanogenic unit. The beta diversity indexes illustrated a more similar distribution of bacterial communities than that of methanogens between acidogenic unit and methanogenic unit. The differentiation of methanogenic community composition in two phases, as well as pH values and volatile fatty acid（VFA） concentrations confirmed the phase separation of the ITPAR. Overall, the results of this study demonstrated that the special designing of ITPAR maintained a sufficient number of methanogens, more diverse communities and stronger syntrophic associations among microorganisms, which made two phase anaerobic digestion of cellulosic materials more efficient.     

不同溶解氧条件下A/O系统的除碳脱氮效果和细菌群落结构变化

应用一个在不同的溶解氧(3、2、1和0.5 mg·L-1)浓度下长期运行的缺氧/好氧(A/O)小试系统考察了溶解氧浓度的变化对系统的除碳和脱氮效果以及细菌群落结构的影响.结果表明,A/O系统的除碳和脱氮效果不随溶解氧(DO)的降低而降低,在低溶解氧(0.5 mg·L-1)条件下,系统仍具有很好的除碳和脱氮效果,即化学需氧量(COD)、氨氮(NH+4-N)和总氮(TN)的去除率分别为89.7%、98.3%和88.0%.通过PCR-DGGE方法,对系统中的细菌群落结构随DO浓度的变化规律进行了分析,结果表明,微生物群落结构随DO浓度的变化有所不同,高DO和低DO环境中的细菌群落结构差异较大,但是与高DO条件下系统内的细菌群落相比,在低DO条件下系统内细菌群落仍具有较高的生物多样性.在低DO条件下,系统内的优势细菌主要被鉴定为Proteobacteria.     

CANON在SBAF中的快速启动及其微生物特征

启动周期长是单级全程自养脱氮工艺(CANON)的主要制约因素之一.本文研究了基于淹没式生物滤池(SBAF)的CANON工艺的快速启动方法.首先,以城镇污水处理厂二沉池中普通活性污泥为种泥,在(30±2)℃、不添加有机碳源,控制DO(阶段Ⅰ:0.3~0.5 mg·L~(-1),阶段Ⅱ~Ⅳ:0.1~0.2 mg·L~(-1))的实验条件下,经过48 d对污泥微生物的驯化,成功启动了CANON工艺,氨氮(NH+4-N)和总氮(TN)最大去除率分别达到99.9%和86.5%.其次,采用16S r DNA宏基因组高通量测序技术研究了体系内微生物种群结构特性.测序结果显示体系内两个优势微生物菌门是Proteobacteria(变形菌门)和Planctomycetes(浮霉菌门),平均分别占比26.6%和17.8%,主要脱氮微生物是β-Proteobacteria中的Nitrosomonas和Brocadiae中的Candidatus brocadia.通过以上实验分析得出:采用SBAF启动CANON技术,具有可实现体系快速启动、生物高效脱氮、过程稳定运行等特性.     

2株好氧反硝化菌的筛选及其强化贫营养生物膜脱氮效果

经富集培养、BTB培养基初筛与反硝化能力测定,从城市污水处理厂活性污泥中筛选得到2株好氧反硝化细菌.通过16S rDNA同源性分析对2株菌进行鉴定;并将这2菌株接种到贫营养生物膜体系中以探究它们对系统总氮的去除能力的强化.结果表明,这2株菌分别属于Pseudomonas aeruginosa和Pseudomonas putida,2株好氧反硝化菌单独存在时,对模拟废水的TN去除率分别达78%和82%;2株细菌强化后的生物膜系统对TN去除率达68%和64%,较非强化对照系统分别提高47%和43%,且NH4+-N去除率均接近100%.说明这2株好氧反硝化细菌具有较强的反硝化能力,并能够有效强化生物膜在贫营养条件下的反硝化能力,并且不会抑制生物膜硝化能力,可实现生物膜系统同步硝化反硝化.     

酸性矿山废水区域废矿石中真核生物多样性分析

采集安徽某铁矿酸性矿山废水库周边的废矿石样品,分析了样品的主要物化参数,进而利用分子生物学方法,构建真核生物18S rDNA克隆文库,对样品中的真核生物多样性和群落结构进行了研究.结果表明,该区域呈现强酸性,pH均在3以下,Fe、SO2-4、P、NO-3-N含量都显示同一个趋势,即裸露的废矿石样品PD和1M的含量高于有植被覆盖的样品LW和XC.4个样品含有子囊菌门(Ascomycota)、担子菌门(Basidiomycota)、球囊菌门(Glomeromycota)和节肢动物门(Arthropoda)这4类真核生物.其中球囊菌门可以与植物形成绝对共生关系,是早期植物适应陆地环境的关键.包含球囊菌门的样品LW和XC,有植被保护,其生物多样性比裸露的废矿石样品PD和1M的生物多样性更丰富.此外,还发现样品中存在很多对极低pH、重金属有耐受力的菌种,如Penicillium purpurogenum、Chaetothyriales sp.、Staninwardia suttonii等.     

基于多个扩增子的DNA metabarcoding技术探究黄海微型真核浮游植物多样性

微型真核浮游植物是海洋生态系统中能量流动和物质循环的关键环节,对维持海洋生态系统的稳定发挥着关键的作用.本研究首次应用DNA metabarcoding技术探讨黄海微型真核浮游植物的物种组成及多样性,对比分析ITS、18S r DNA V4和18S r DNA V9扩增子条件下微型真核浮游植物的群落结构及多样性水平,并探讨了其多样性与温度、盐度的响应关系.结果表明:①基于ITS扩增子获得的微型真核浮游植物中绿藻门所占比例较高,而基于18S r DNA V4和18S r DNA V9扩增子获得的甲藻门相对丰度较高.②基于18S r DNA V9扩增子获得的微型真核浮游植物的ACE、Chao1、Shannon和Simpson指数较ITS和18S r DNA V4扩增子更高,而且其门、纲、目和科的数目较高.③黄海微型真核浮游植物的Shannon指数与温度呈现出显著正相关的关系(P 0. 01),而与盐度呈现出显著负相关的关系(P 0. 05).本研究通过对比不同扩增子条件下黄海微型真核浮游植物的群落结构及丰度特征,丰富了黄海微型真核浮游植物的认识,可为今后该海域微型真核浮游植物的生态学研究、生物多样性监测、生物资源动态变化及持续开发生产等方面的分析提供科学依据.     

发酵床垫料中微生物16S rDNA PCR反应条件的建立与优化

为探讨发酵床垫料中微生物16S rDNA基因扩增实验中诸多因素对实验结果的影响,采用单因素法对16S rDNA基因扩增时PCR反应体系中的5个潜在因素（Mg^2＋、dNTP、引物、Taq酶、模板DNA）5水平上进行优化实验,并进一步优化了反应程序中的退火温度、循环次数。结果表明：25μL的最佳反应体系为：10×PCR buffer 2.5μL、MgCl22.0 mmol·L^-1、dNTP 0.2 mmol·L^-1、引物0.2μmol·L^-1、Taq DNA聚合酶0.5 U、模板DNA 50 ng;最佳反应程序为：在94℃下进行4 min预变性;随后循环扩增25个循环（包括94℃变性45 s,53.7℃退火30 s,72℃延伸90 s）;最后在72℃下延伸10 min。     

不同MBR反应器中硝化菌群落结构的研究

采用PCR-DGGE技术研究了正常运行工况下6个不同MBR反应器中的硝酸菌和反硝化菌的群落结构.结果表明,不同的MBR反应器好氧段中硝酸菌之间的相似性较高,相似性数值为78.7%~92.1%,但环境条件、进水水质及运行参数等因素的不同导致了不同MBR反应器硝酸菌群落的差异.MBR反应器中有5种硝酸菌和3种反硝化菌,其中优势硝酸菌种以α-变形细菌(Alpha proteobacteria)、生根瘤菌(Bradyrhizobium)、维氏硝酸菌(Nitrobacter winogradskyi)为主,反硝化菌以好氧反硝化菌-产碱杆菌属(Alcaligenes)、脱氮副球菌(Paracoccus denitrificans)、红球菌属(Rhodococcus)为主,说明反应器内同时存在好氧反硝化菌,推断MBR反应器内可能同时存在多种硝化和脱氮途径.     

一株降解微囊藻毒素菌种的鉴定及其活性研究

从巢湖水体中分离出一株能够降解微囊藻毒素(MCs)的菌株M9,通过生理生化实验以及16S rDNA序列比对和序列分析,表明该菌株16S rDNA的全序列与吉氏库特菌kurthia gibsonii的相似性达99%.研究了pH值、外加碳源、氮源以及金属离子对菌株M9降解MCs活性的效应,发现菌株M9降解MCs的最适pH值为7.0.乙醇可显著提高MCs的降解活性,在48h内对微囊藻毒素RR(MC-RR)和微囊藻毒素LR(MC-LR)的降解率分别达到70.0%和81.4%.以硫酸铵为氮源时该菌株对MC-RR和MC-LR的降解率最高,分别为70.4%和80.9%.金属离子Cu2+、Zn2+和Mn2+对菌株M9降解MCs有明显的促进作用,48h时MC-RR和MC-LR的降解率分别达到了85%和93%以上;而Fe3+和Mg2+对降解过程的促进作用不如Cu2+、Zn2+和Mn2+.     

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.