浑河底泥产甲烷古菌多样性空间分布特征

为了深入探究影响河流甲烷排放的关键因素,采用PCR-RFLP(限制性片段长度多态性聚合酶链反应)技术及测序分析对浑河底泥产甲烷古菌的多样性及空间分布进行了研究.结果表明,浑河底泥产甲烷古菌划分为4大类群:甲烷杆菌目(Methanobacteriales)、甲烷微菌目(Methanomirobiales)、甲烷胞菌目(Methanocellales)和甲烷八叠球菌目(Methanosarcinales).从河流上游到下游,产甲烷古菌的群落结构呈现出空间变异的特征.河流上游占优势的产甲烷古菌菌属为Methanosarcina和Methanospirillum,分别约占46.2%和20.8%;中游主要菌属为Methanosarcina、Methanobacterium和Methanomethylovorans,分别约占40.9%、20.7%和15.2%;下游主要菌属为Methanosarcina和Methanobacterium,分别约占46.7%和22.1%.浑河底泥中Methanosarcina为优势菌属.Shannon指数(H')和Simpson多样性指数(D)计算结果表明,河流上游(H'=1.56,D=0.33)和中游(H'=1.79,D=0.26)产甲烷古菌的多样性与下游(H'=1.65,D=0.32)均较为接近.     

低温条件下湿地氨氮强化净化技术及其氨氧化微生物机制

针对北方寒冷冬季水源地氨氮微污染水体的特征,构建间歇流人工湿地系统并同步采用分子生物学方法对湿地系统中的氨氧化古菌和氨氧化细菌的丰度和古菌的多样性进行分析,并结合硝化速率潜势来研究氨氧化古菌和氨氧化细菌在氨氧化过程中的作用.结果表明:平均气温为5℃时,最佳运行工况为:停留时间21 h,水力负荷4.2 cm·d-1,氨氮去除率达99%;平均气温为-5℃时,最佳运行工况为:水力停留时间为21 h,水力负荷3.6 cm·d-1,氨氮去除率达81%,去除效率稳定.在低温条件下,氨氧化古菌和氨氧化细菌中amoA基因的丰度会因温度降低而减少,古菌中amoA基因丰度高于细菌2.9~33.2倍,且硝化速率潜势与氨氧化古菌中amoA基因丰度呈正向变化趋势,而与氨氧化细菌无显著相关,表明氨氧化古菌在低温条件下的氨氧化过程中起主导作用.湿地系统中的氨氧化古菌的生物多样性具有季节性变化,系统发育分析显示,夏季样品8个OTU全部属于土壤支系;冬季样品11个OTU序列属于土壤支系,2个OTU序列属于海洋水体支系,多样性较高.夏季和冬季样品中氨氧化古菌均属于一个新命名的古菌类群——奇古菌门(Thaumarchaeota).本文建立了一种在低温条件下基于氨氧化古菌有效强化湿地氨氮净化处理的稳定运行技术,为寒冷地区强化湿地去除氨氮提供了理论依据.     

水位变化对消落带氨氧化微生物丰度和多样性的影响

南水北调来水进入密云水库将直接引起水库水位上涨,这必将影响消落带土壤中氨氧化微生物的丰度和多样性,从而影响消落带中氮循环过程.采用分子生物学方法,探讨了水位变化对消落带氨氧化细菌(AOB)和古菌(AOA)的生物多样性和丰度的影响.Real-time PCR结果显示,2015年9月消落带岸上/水陆界面土壤和沉积物中AOA和AOB的丰度范围分别为1.00×10~7~3.91×10~7copies·g~(-1)和5.49×10~6~9.77×10~6copies·g~(-1).2015年11月水位比9月上升3 m,淹没区土壤/沉积物中AOA和AOB的丰度范围分别为5.80×106~1.56×10~7copies·g~(-1)和2.14×10~6~4.40×106copies·g~(-1),比被淹没前有所下降,但AOA的丰度始终高于AOB,说明AOA比AOB更适合在低氨氮的消落带环境中生长,并且更能适应低氧环境.水位上升3 m后,水陆交界面土壤中AOA和AOB的多样性均有所增加,而在沉积物中多样性减少.水位上涨之前,AOA大多数OTU属于Nitrososphaera、Nitrosopumilus,而水位上涨之后,大多数OTU归属于土壤簇Nitrososphaera,即在低氧消落带环境中土壤簇Nitrososphaera为优势AOA菌.对于AOB,水陆交界面土壤和沉积物中Nitrosopira和Nitrosomonas分别在氨氧化过程中发挥作用.     

浑河底泥细菌与古菌群落结构空间变化特征研究

利用变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)技术,考察了浑河表层底泥中细菌与古菌的多样性及群落结构变化情况.多样性结果表明,从上游至下游,底泥样品中细菌与古菌的种群结构均呈现由单一向复杂的演替趋势,且两者的Shannon多样性指数均在沈阳市下游的采样点-白塔堡河汇入浑河处分别达到其最大值3.88和2.91;而浑河底泥中细菌多样性及种群丰度均大于古菌多样性及种群丰度.群落结构的聚类分析结果表明,浑河底泥中细菌的群落结构具有明显区域特征,而古菌群落结构上下游保持稳定.冗余梯度分析(RDA)结果表明,上覆水中NO-3-N、NO-2-N、pH和Chl-a是影响细菌群落的主要因素,而NH+4-N、Chl-a、TP和NO-3-N则是影响古菌群落的主要因素.     

东太湖水产养殖对沉积物中氨氧化原核生物的影响

本研究旨在了解东太湖水产养殖区表层沉积物中氨氧化微生物的群落特征.以编码氨单加氧酶的α亚基(amo A)基因为标记,通过实时荧光定量PCR技术(real-time q PCR)分析环境中好氧氨氧化原核生物的丰度;通过构建克隆文库、测序,进而划分操作分类单元(OTUs)构建系统发育树,分析氨氧化微生物的群落结构与多样性.分析养殖区和对照区表层沉积物中氨氧化微生物群落结构和多样性发现,养殖区中氨氧化细菌(ammonia-oxidizing bacteria,AOB)的丰度更高而对照区中氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea,AOA)的丰度更高;AOA在养殖区多样性更高,AOB在对照区多样性更高;AOA在养殖区和对照区沉积物中的优势类群均为Nitrosopumilus,AOB在养殖区和对照区沉积物中的优势类群相同均为亚硝化螺旋菌属(Nitrosospira).水产养殖主要通过影响沉积物中的氨氮含量来影响AOA和AOB的丰度,养殖过程会影响AOA的群落结构而对AOB的群落结构则无明显影响.     

Identification and quantitative evaluation of nitrogen-converting organisms in a full-scale leachate treatment plant

The presence of ammonia nitrogen in landfill leachates poses a significant problem for treatment plant operators. The nitrification-denitrification process mostly carries out the nitrogen conversion in biological treatment systems. However, recent research shows that other processes by anaerobic ammonia-oxidizing bacteria (Anammox) and ammonia-oxidizing archaea (AOA) were also responsible for the removal of nitrogen in biological systems. In this study, the nitrogen-converting microorganisms in the Bursa Hamitler Leachate Treatment Plant were identified and monitored by using molecular tools. Fluorescent in situ hybridization (FISH) and slot-blot hybridization results showed that the Nitrosomonas and Nitrospira species were the dominant ammonia-oxidizing bacteria (AOB) and nitrite-oxidizing bacteria (NOB), respectively. Quantitative real-time PCR results indicated that AOB, NOB, AOA and Anammox bacteria exist in the leachate treatment plant. However, the removal of ammonia can be ascribed mainly to nitrification because AOB (1.5%) and NOB (11.3%) were predominant among all nitrogen-converting bacteria. The results of the phylogenetic analysis based on amoA and 16S rDNA gene revealed that the uncultured bacterium clone 4-24, Kuenenia stuttgartiensis genome fragment KUST_E and the uncultured Crenarchaeota clone NJYPZT-C1 belong to AOB, Anammox and AOA populations, respectively, and were the dominant species in their cluster.     

稻秸添加对两种水稻土产甲烷古菌及细菌的影响

稻秸还田对水稻土CH4排放有重要影响.本研究通过微宇宙厌氧培养,研究了两种水稻土[江西(JX)和广东雷州半岛(GD)]在稻秸(RS)添加条件下经相对较长时间的厌氧培养后产甲烷古菌及细菌菌群的响应.结果表明,不同RS添加量对JX水稻土产甲烷古菌群落结构有一定的影响,而对GD水稻土产甲烷古菌群落的影响不大. RS添加量与mcr A基因拷贝数之间存在显著正相关关系,JX水稻土的mcr A基因拷贝数变化对RS添加量的响应更敏感.相同RS添加条件下,JX水稻土mcr A基因拷贝数大于GD水稻土.相同稻秸量添加条件下两种水稻土的产甲烷古菌群落结构也有差异. JX水稻土共检测到的产甲烷古菌有Methanosarcinaceae、Methanocellaceae、Methanomicrobiaceae、Methanobacteriaceae以及未知菌群(494 bp). GD水稻土中仅有3大类产甲烷古菌,分别为Methanobacteriaceae、Methanosarcinaceae和Methanocellaceae.对2%RS处理培养第270 d的细菌菌群进行了测序,发现两种水稻土的细菌菌群明显不同,GD水稻土的细菌多样性高于JX水稻土,而其优势细菌数量(共有Longilinea、Acidobacteria/Gp6、Bellilinea及Thermosporothrix)低于JX水稻土(共有Bacillus、Desulfovirgula、Thermosporothrix、Acidobacteria/Gp1、Acidobacteria/Gp3及Ktedonobacter). RS作为底物促进产甲烷古菌的生长.不同类型的水稻土经相对较长时间的厌氧培养后其产甲烷古菌及细菌菌群结构也不同.