辽河口湿地沉积物硝化细菌及硝化作用研究

2009年6月和8月,采用现场培养和实验室模拟培养相结合的方法对辽河口湿地表层沉积物硝化细菌数量、硝化速率及影响因素进行了研究.结果表明,辽河口湿地表层沉积物氨氧化细菌(ammonia-oxidizing bacteria,AOB)数量6月在0.54×104～5.69×104个.g-1之间,平均值为(2.21±2.32)×104个.g-1,8月在1.90×104～7.90×104个.g-1之间,平均值为(3.61±2.87)×104个.g-1;沉积物潜在硝化速率6月在9.72～16.45 mmol.(m2.h)-1之间,平均值为(12.54±3.14)mmol.(m2.h)-1,8月在14.66～24.62 mmol.(m2.h)-1之间,平均值为(18.71±4.21)mmol.(m2.h)-1;净硝化作用速率6月(S1站)为0.41 mmol.(m2.h)-1,8月在0.20～0.53 mmol.(m2.h)-1之间,平均值为(0.35±0.16)mmol.(m2.h)-1.潜在硝化速率显著高于净硝化速率,AOB数量、净硝化作用速率和潜在硝化作用速率均表现为8月高于6月,芦苇根际效应对硝化作用有促进作用.通过SPSS 13.0软件统计分析,表明影响辽河口湿地表层沉积物硝化作用的主要环境因子有上覆水NH 4+-N浓度和沉积物pH、有机质、总氮(TN)、总磷(TP)、NH 4+-N含量以及AOB数量(p0.05),其中上覆水NH 4+-N浓度和沉积物总磷(TP)、NH 4+-N含量对硝化作用影响较大,是辽河口湿地硝化作用影响的关键因素.根据研究结果估算辽河口湿地沉积物硝化作用每天可以将1.14×105kg的NH 4+-N转化为NO 3--N,对河口湿地氮的循环具有重要意义.     

辽河口芦苇湿地土壤氨氧化菌的时空变化

采用传统的最大或然数法(MPN)和不依赖于培养的变性梯度凝胶电泳技术(DGGE),对辽河口芦苇湿地土壤中AOB的丰度、多样性进行了解析,并试图探究AOB同土壤可溶性盐分等环境因素之间的关系.结果表明:芦苇湿地土壤中AOB多样性指数时空分布存在较大差异,同一月份中不同站点之间群落结构相似性较大,AOB细菌数量与土壤可溶性盐分之间存在显著负相关关系(P<0.05),与土壤总氮和有机质含量之间存在极显著性正相关关系(P<0.01),表明盐分、总氮和有机质含量是辽河口湿地AOB数量时空分布的重要影响因素.     

SSCP技术解析硫酸盐还原反应器中微生物群落结构

采用改进的单链构象多态性(SSCP)技术,以16SrRNA基因的V3区为靶对象,分析完全混合式硫酸盐还原反应器中微生物的群落结构以及硫酸盐还原菌(SRBs)与产酸菌(ABs)的种间关系.共得到13个可辨晰的SSCP条带,对其中的6条带(A1,A3,A4,A5,A9,A10)进行了测序分析,分别同嗜柠檬酸明串球菌(GenBank登录号:AY453065,下同)、未培养细菌(AJ318147,AF227834,AJ576427)、产乙醇杆菌(AY434722)、梭杆菌(AB084627)等相似性较大.为检测系统中的SRBs,以SRBs富集培养基,对反应器中的活性污泥进行选择性富集,培养的混合菌群同样采用SSCP分析,带型与前者相差较大,其中有2条带与Bacteroidetes(AB074606)和脱硫弧菌(Y12254,U42221)最为相似.分析表明,SRBs在总DNA中的含量可能不到1·5%,但是它们与大量的ABs形成很好的种间协作关系,从而维持工艺系统较高的硫酸盐去除率和运行稳定性.     

以预处理剩余污泥为燃料MFC产电性能及不连续供电的可行性

为探讨微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)处理经预处理后剩余污泥的可行性以及不连续供电能力,采用双室MFC,以剩余污泥热处理上清液为基质进行启动和运行,通过改变电池阴极电子受体而导致电势差变化来监测其产电的运行稳定性.结果表明,反应器以氧气作为阴极电子受体148 h后启动成功,最大输出电压0.24 V,将阴极电子受体换为铁氰化钾时,能获得0.66 V的最大输出电压和4.21 W·m~(-3)的最大功率密度.当将阴极电子受体分别替换为氧气或者开路,又转换为铁氰化钾后,电池输出功率恢复迅速,电池对有机物去除效率基本不受影响,对化学需氧量(COD)、氨氮去除效率分别达70%和80%.本研究表明,利用预处理剩余污泥进行MFC处理和产电是可行的,可获得较高的功率密度,同时MFC可以实现不连续供电.     

小球藻培养条件优化及油脂积累特征

为探索小球藻光生物反应器培养和油脂积累的最佳条件,就pH和不同浓度的NO3-N、Mg2+、Fe3+和Zn2+等环境因素对小球藻生长的影响进行了探讨,同时应用尼罗红染色荧光法对各环境因子条件下小球藻细胞内油脂积累状况进行了动态监测;继而应用正交实验对显著影响小球藻生长和油脂积累的培养条件进行了组合优化。结果表明:高浓度的NO3-N、Mg2+、Fe3+可促进小球藻的生长,而Zn2+则抑制其生长,pH对其生长及油脂积累影响不明显;在一定范围内,氮限制和高浓度的金属离子可以有效地促进小球藻油脂的积累;小球藻最优培养条件组合为:Fe3+浓度为12μmol/L,Zn2+浓度为7.2μmol/L,NO3-N浓度为0.3 mmol/L。     

固定化硫氧化菌对海水养殖生境中硫化物的控制效果研究

海水养殖生境中由于有机质积累以及缺氧条件导致硫化物大量产生,严重危及养殖环境健康。为此,创建海水养殖系统,以沸石为载体吸附固定化硫氧化菌株,通过定位布放固定化硫氧化菌袋,探究其对生境中硫化物控制效果及其影响因素。结果表明,固定化菌剂中活菌含量为1.9×107 CFU/g,对硫化物的控制效果受环境温度、pH、菌剂投加量的影响较大,对温度及pH变化有更好的耐受性;在温度为30℃、pH为7.0、150 r/min的实验条件下,对硫化物的最大去除速率为8.3 mg/（g·h·L）。在海水养殖环境中,将沸石固定化菌剂平铺于土工布袋内,将布袋平铺于养殖系统沉积物-水界面,覆盖率2.5%,固定化布袋菌剂能够显著抑制环境中硫化物的产生,在缺氧条件下7 d内对硫化物的控制率达到99%。本研究表明定点布放硫氧化菌袋能够很好的控制养殖水体中硫化物,为其在海水养殖系统中的应用提供了技术支撑。     

纳米银对胶州湾西北部海区及河口区沉积物反硝化能力和功能基因丰度的影响

在胶州湾西北部海区和大沽河河口区选择S站和E站2个研究站位,现场采样带回实验室进行模拟培养,研究纳米银对沉积物反硝化能力、反硝化酶活性及功能基因丰度的影响.将不同剂量(0、135、1 350 mg·L~(-1))的纳米银添加至由表层沉积物和原位底层海水组成的培养体系中培养6 d,测定其在不同时间内NO_3~-和NO_2~-含量、NO_3~-还原酶和NO_2~-还原酶活性、反硝化功能基因narG和nirS相对丰度的变化,探讨纳米银对不同区域沉积物反硝化过程的影响和可能的作用途径.结果表明,纳米银胁迫对2个站位沉积物NO_3~-和NO_2~-的还原能力、NO_3~-和NO_2~-还原酶活性及narG和nirS的基因丰度均具有明显的抑制效应,纳米银浓度越高,抑制程度越强,并会导致NO_2~-累积量的增加;纳米银对NO_2~-还原酶的抑制程度明显大于NO_3~-还原酶,对功能基因nirS的抑制程度明显大于narG;纳米银胁迫对NO_3~-还原过程的影响主要通过对功能基因的抑制作用,而对NO_2~-还原过程的影响主要是通过对还原酶活性的抑制作用;纳米银对胶州湾西北部海域反硝化能力、NO_3~-还原酶和基因丰度的抑制程度大于大沽河河口区.     

1株耐盐异养硝化-好氧反硝化菌Zobellella sp.B307的分离及脱氮特性

从胶州湾沉积物中分离出1株异养硝化-好氧反硝化菌株B307,采用16S rRNA基因序列分析对该菌株进行鉴定,采用单因素实验对其进行条件优化和耐盐特性研究,并在最优条件下考察其在单一和混合氮源中的脱氮效果.结果表明,该菌为Zobellella sp.,其最佳碳源为丁二酸钠,最适C/N为5,最适初始p H为9,最适温度为35~40℃.该菌株在混合氮源体系中12 h对NH_4~+-N和NO_3~--N的去除率分别为98.35%和99.75%;在盐度为75 g·L~(-1)(以NaCl计)条件下24 h对NH_4~+-N和NO_3~--N去除率仍分别保持在97.67%和94.39%.表明该菌株具有高效的异养硝化-好氧反硝化能力和较强的耐盐特性,在高盐废水脱氮等领域具有广泛的应用前景.     

富硫沉积生境中微生物群落的垂直分布特征

为探讨富硫沉积环境中特定微生物类群对硫循环的贡献,人工建立富含硫酸盐的模型,对模型中各种环境化学参数进行监测,并采用不依赖于培养的微生物分子生态学技术对微生物群落垂向分布特征进行解析.结果表明,以沉积物-水界面为分界线,上层水相为好氧环境,硫化物浓度较底;而沉积物相中硫化物浓度较高,为厌氧生境.微生物群落分布与环境特征具有很好的吻合性,沉积物相中微生物群落相似性较高,多样性相对较低,而水相中微生物多样性较高,且与沉积物中微生物分离距离较大.在水-沉积物垂向剖面中,细菌域中的变形菌门(Protebacteria)(丰度为7.6%~32.8%)、绿弯菌门(Chloroflexi)(13.6%~22.3%)以及古菌域中的广古菌门(Euryarchaeota)(19.3%~29.2%)是微生物群落中的绝对优势类群.在该生境中,存在微生物主导的硫循环过程,在厌氧沉积物表层,δ变形菌纲(Deltaprotebacteria)中的硫酸盐还原细菌还原硫酸盐产生硫化物,同时降解有机质.硫化物向上层扩散时,被Thiobacillus、Acidithiobacillus和Halothiobacillus等属的硫氧化微生物氧化为单质硫,并进一步氧化为硫酸盐,在硫循环过程中有机质被逐渐降解.特定微生物种群的富集需要在不同的环境因素,多种微生物共同参与硫循环过程,完成有机质降解.