林可霉素菌渣堆肥微生物群落多样性分析

本试验以林可霉素菌渣-猪粪为原料、污泥-猪粪堆肥作对照,研究了林可霉素菌渣堆肥过程中残留林可霉素的降解情况,并基于Illumina Mi Seq高通量测序分析了林可霉素菌渣堆肥过程中微生物菌群的变化.结果表明:通过堆肥处理可以大幅度降解林可霉素菌渣中残留的林可霉素,经过33 d的堆肥处理后,林可霉素的残留量从最初的1 800 mg·kg-1降到483mg·kg-1,降解率高达73%.同时高通量测序结果表明,由于高含量的林可霉素残留,在堆肥初期和高温期林可霉素菌渣堆肥中细菌群落的分布丰度和多样性指数均低于污泥-猪粪堆肥,但真菌群落丰度和多样性均高于污泥-猪粪堆肥.林可霉素菌渣堆肥中细菌主要以Paucisalibacillus、Cerasibacillus、Bacillus、Virgibacillus、Ureibacillus、Paenibacillus、Sinibacillus属为主,而污泥-猪粪堆肥中主要以Truepera、Actinomadura、Pseudosphingobacterium、Pseudomonas、Luteimonas、Ureibacillus属为主,两者堆肥中微生物群落结构存在显著差异.随着堆肥进入腐熟期,林可霉素残留大幅度降解,抗生素对微生物的胁迫减小或解除,林可霉素菌渣-猪粪堆肥和污泥-猪粪堆肥相比,无论是细菌还是真菌,其微生物群落已逐渐趋同.表明堆肥处理可以大幅降解林可霉素残留,增加微生物多样性,有利于实现林可霉素菌渣无害化处理和资源化利用.     

不同季节尾水排放对河道细菌群落结构的影响

为探究不同季节尾水排放对河道细菌群落结构及多样性的影响,以常州市深水城北污水处理厂尾水、排放河道为例,利用Illumina Miseq高通量测序技术分析细菌群落结构,并分别讨论了不同季节尾水对河道水质、细菌群落结构及多样性的影响,分析细菌群落结构与水质的相关性.结果表明:①尾水增加了夏季、秋季河道的NO₃--N、TN浓度.②由于尾水的排放,使夏季、秋季河道细菌多样性下降.③共检测到43个门,其中变形菌门（Proteobacteria）为最优势菌门,平均占比为60.11%,其次为放线菌门（Actinobacteria）和拟杆菌门（Bacteroidetes）,尾水主要影响夏季、秋季河道Proteobacteria的相对丰度,其中假单胞菌属（Pseudomonas）夏季增加49.14倍,秋季减少0.95倍;鞘氨醇单胞菌属（Sphingomonas）夏季增加6.63倍,不动杆菌属（Acinetobacter）秋季减少0.98倍.④TN浓度对细菌菌属分布影响最大,其与微球菌属（Micrococcaceae）、Hgcl_clade呈负相关;与盐单胞菌属（Halomonas）呈正相关.研究显示,尾水排放对河道的影响主要表现在夏季和秋季,使NO₃--N、TN浓度显著上升,而使细菌多样性下降,对河道Proteobacteria下的Pseudomonas、Acinetobacter、Sphingomonas相对丰度影响较大,水中的细菌分布主要受TN浓度影响.      

硫自养反硝化过程中含硫副产物产生规律及微生物群落结构的空间分布

为探究硫自养反硝化过程中含硫副产物的产生规律,建立了上流式硫自养固定床生物反应器,考察HRT（水力停留时间）对水中NO₃--N去除的影响,运用零级和1/2级反应动力学模型对NO₃--N还原过程进行拟合,通过测定与理论计算分析含硫副产物的产生趋势及规律,利用高通量测序技术（high-throughput sequencing）测定微生物群落结构空间分布特征.结果表明:①当进水NO₃--N浓度为（30.45±0.38）mg/L,HRT为4和1 h时,NO₃--N去除率达到98%以上.硫自养反硝化过程符合1/2级反应动力学模型,1/2K_1/2V（1/2级反应动力学速率常数）为5.69 mg1/2/（L1/2·h）.②出水SO₄2-的产生量接近理论值,S2-在反应器中部出现微量的积累,在出水口处浓度进一步降低（< 0.5 mg/L）.③HRT的缩短改变了反应器内部微生物群落α多样性的变化规律;Proteobacteria成为了最主要的优势菌群,各阶段所占比例均大于59%,Sulfurimonas为最常见的反硝化菌,在HRT为1 h时,反应器中部其丰度达到36%,成为反应器中的优势菌属;Desulfurella为SRB（硫酸盐还原菌）,其丰度的增加与反应器内部S2-的积累一致.研究显示,硫自养反硝化过程中产生的SO₄2-与理论值接近,S2-产生量沿反应器高度方向呈现先增加后降低的趋势,微生物群落结构分布情况与反应器高度有关.      

北极新奥尔松地区土壤及沉积物中可培养细菌多样性及分布特征分析

以2010年中国北极黄河站科学考察从新奥尔松地区采集的2个土壤和8个不同类型的沉积物样品为研究对象,采用分离培养方法及16S rRNA基因序列测定分析可培养细菌的多样性。对从10个站位分离出的343株细菌进行菌落特征分析,选取47株代表性细菌进行16S rRNA基因的分子鉴定并构建系统发育树,结果表明47株细菌归属于4个门,6个纲,18个属和29个种。在属水平上,芽孢杆菌纲细菌的多样性最为丰富,共6个属;在菌株数量上,γ-变形菌纲属于优势类群,共27株,分属于13个种。北极新奥尔松地区可培养细菌在海洋沉积物、湖泊沉积物、河流沉积物及土壤中的种属构成存在差异,其中海洋沉积物中细菌多样性最为丰富,而湖泊沉积物中细菌多样性次之。     

不同排海方式城市尾水微生物扩散规律

尾水中含有大量病原菌,回用或排入自然水体后会对人群健康和生态安全构成威胁.为了探究不同排海方式对微生物扩散规律的影响,本研究利用高通量测序技术对春季污水处理厂尾水细菌群落结构、优势菌群、典型致病菌及其随扩散距离的变化进行研究.结果发现,先排河后排海的尾水物种更加丰富,分布在58个菌纲,相对丰度大于1%的细菌有32种,而直接排海的尾水中仅有41个菌纲,相对丰度大于1%的细菌有28种.相对于直排过程,间排方式微生物群落结构相对丰度更高,说明尾水的直接排海使得微生物更易扩散.同一污水处理厂优势菌门所占比例随着扩散距离的增大整体呈下降趋势,蓝藻菌门(Cyanobacteria)等由于在自然水体中的高浓度出现随扩散距离增大整体上升的趋势.两个系统的优势菌门都属于变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)及厚壁菌门(Firmicutes),纲、种水平重合度较低,但整体来讲排污口附近微生物多样性及丰度远高于海水(空白样品),且污水处理相关菌种丰度较高.另外,尾水中存在一定量的致病菌和条件致病菌,其中Pseudoalteromonas haloplanktis、Pseudomonas anguilliseptica致病性极强,扩散后相对丰度仍然很高,且弓形杆菌属(Arcobacter spp.)与人类和动物的腹泻、菌血症等疾病密切相关.因此,尾水排放过程中应对这几种细菌重点监测.     

株洲清水塘工业区周边土壤微生物群落特征

基于Illumina高通量测序技术分析了株洲清水塘工业区周边土壤的微生物群落特征,研究重金属污染对土壤微生物群落的影响.结果表明,土壤微生物群落的相对丰度和多样性变化趋势一致,均随着重金属污染程度增加而减小;稻田土壤平均相对丰度最高的门是变形菌门(49. 56%),其次为绿弯菌门(13. 07%)和酸杆菌门(8. 77%);较高重金属污染程度下伴随着更高丰度的变形菌门、绿弯菌门与更低丰度的硝化螺旋菌门、酸杆菌门; 4组样品的微生物群落结构相似性较高,OTU重叠度达52. 64%,丰度较高的OTU其微生物群落更趋向于相似;结合Spearman相关性分析,Cr与变形菌门显著负相关,与绿弯菌门显著正相关,Cd、Cu、Pb和Zn与硝化螺旋菌门显著负相关.以上结果表明,重金属污染是影响清水塘工业区周边土壤微生物群落结构的重要因素.     

宁南山区人工林草对土壤真菌群落的影响

以宁南山区天然草地（长芒草（Stipa bungeana Trin））为参照,选取2种典型人工恢复植被：人工草地（苜蓿（Medicago sativa））和人工林地（柠条（Caragana korshinskii Kom））的表层土壤（0-20cm）为研究对象,利用Miseq高通量测序技术分析土壤真菌的多样性、物种组成及其相对丰度变化特征,并采用冗余分析（RDA）的方法研究环境因子对不同植被土壤真菌群落的影响.结果表明：3种植被样地土壤样品共测得真菌27个门,44个纲,70个目,91个科.其中,优势菌门有子囊菌门（Ascomycota）和担子菌门（Basidiomycota）,丰度分别为71.8%和15.2%;优势菌纲主要有：粪壳菌纲（Sordariomycetes）、座囊菌纲（Dothideomycetes）、伞菌纲（Agaricomycetes）和盘菌纲（Pezizomycetes）;优势菌属有：赤霉菌属（Gibberella）、肾形虫属（Colpoda）、水球壳属（Hydropisphaera）、叶生壳属（Floricola）、管柄囊霉属（Funneliformis）和Marcelleina.土壤真菌丰富度和多样性在苜蓿地最大,柠条地最小.球囊菌门（Glomeromycota）在天然草地的丰度最高,为4.8%;子囊菌门丰度在苜蓿地里最大,达82.6%,在柠条地最低,为56.8%;担子菌门和分类不明确门（Unclassified）在柠条土壤中丰度最大,分别为：25.3%和7.9%,在苜蓿地中最低,分别为：7.1%和0.8%.盘菌纲在天然草地中的丰度最高,为17.8%,且显著高于柠条地.伞菌纲在（Agaricomycetes）柠条地中的丰度明显高于苜蓿地.Heatmap热图分析表明,尽管苜蓿地中土壤真菌群落与天然草地的相似度更高,但是天然草地中AM真菌（Arbuscular mycorrhizal Fungi）的相对丰度最大,种植苜蓿使土壤致病菌属的相对丰度增加,柠条地的肾形虫属相对丰度最高.人工林草对土壤真菌的群落组成和多样性有较明显的影响.土壤水分（SW）、有机碳（TOC）和全氮（TN）是影响宁南山区林草地土壤真菌群落的主要理化因子.     

驯化对餐厨垃圾厌氧消化系统微生物群落结构的影响

为研究驯化对餐厨垃圾厌氧消化系统微生物群落结构的影响,在单相完全搅拌式(CSTR)反应器内,以农村户用沼气池污泥为接种污泥,进行了餐厨垃圾中温厌氧消化.反应器在3 g·L-1·d-1(以VS计)的负荷下成功启动,并连续45 d维持性能稳定,表明驯化成功.期间采用454焦磷酸测序技术分析了驯化前后系统内的微生物群落结构.结果表明,微生物群落结构与底物密切相关,驯化后细菌及古菌群落都发生明显变化.从细菌群落看,与复杂有机物降解相关的菌类显著下降(如梭菌纲(Clostridia)和(vadin HA17),而易降解碳水化合物发酵菌(如Petrimonas)和脂肪降解菌(如Erysipelotrichia)显著增加.这与餐厨垃圾易降解有机物含量高,且富含淀粉和脂肪相关.丰富的易降解有机物还使得反应器内总挥发性脂肪酸(VFA)浓度((2203±174)mg·L-1)远高于种泥水平((222.0±0.3)mg·L-1),这导致了产甲烷菌由乙酸型的甲烷鬃菌属(Methanosaeta,占85.01%)绝对主导转向氢营养型的甲烷螺菌属(Methanospirillum,占35.35%)、甲烷囊菌属(Methanoculleus,占9.89%)与之(46.97%)共同主导的局面.然而,驯化后Methanosaeta在非最优条件下依然保持主导地位,可见接种污泥的群落组成对厌氧消化系统群落结构的塑造也具有重大影响.     

UASB反应器对印染废水中碳、氮、硫的协同去除研究

采用"UASB-缺氧好氧-混凝沉淀"组合工艺对印染废水进行中试处理研究.结果发现,UASB反应器不仅可以解决印染废水可生化性低、色度高的问题,还对废水中的碳、氮、硫具有协同去除作用,优化条件下UASB可将废水B/C从0.18~0.26提高至0.4以上,对色度、COD、TN、SO_4~(2-)、S~(2-)平均去除率分别为77.0%、36.4%、38.5%、77.5%、60.1%.同时,为了探究碳、氮、硫协同去除机理,对优化条件下的运行数据进行了分析并采用454高通量测序技术进行菌种鉴定.结果表明,UASB反应器内存在硫酸盐还原、厌氧氨化、同步脱硫反硝化和硝化反硝化4种作用,从而造成了碳、氮、硫的同步去除.菌种鉴定未发现产甲烷菌,说明产甲烷菌受到了抑制,UASB反应器很好地停留在了水解酸化阶段.进一步结合小试研究得出,硫酸盐还原是促使硝化反硝化、脱硫反硝化产生的原因,同时也促进了有机物去除.总体而言,硫酸盐还原促进了碳、氮、硫的协同去除.     

基于RNA干扰的家蝇几丁质酶2的幼虫转录组测序

几丁质酶是昆虫几丁质降解过程中的重要酶类,在昆虫整个生长发育过程中发挥着重要作用.为筛选及挖掘与防治有害医学昆虫相关的分子靶标,根据家蝇几丁质酶2(Musca domestica chitinase 2,MdCht2)基因序列设计并合成双链RNA(double-stranded RNA,dsRNA),采用微量注射法向家蝇2龄幼虫导入dsRNA,对对照组及干扰组的样本进行转录组测序,筛选差异表达基因,进行GO(gene ontology)功能注释和KEGG(kyoto encyclopedia of genes and genomes)通路富集分析.结果显示,注射dsRNA 24 h后,幼虫MdCht2 mRNA的表达显著下降,提示导入的dsRNA干扰了MdCht2的表达.经转录组测序,与对照组相比,显著差异基因共213条,其中78条基因为上调表达,135条基因为下调表达.随机选取8条显著差异基因通过实时荧光定量PCR(qRT-PCR)进行验证,该结果与转录组结果趋势一致.根据功能注释发现这些差异基因与生长发育、脂类代谢、免疫调控等途径相关.本研究通过RNA干扰和转录组测序技术处理家蝇获得大量差异基因,结果可为后续几丁质酶相关基因的挖掘和鉴定及功能研究提供一定的数据基础.(图7表4参46)