密云水库入库河流微生物群落演替对氮素形态转化的影响

密云水库是北京市重要的地表饮用水源地,但近年来,密云水库库区及入库河流中的总氮（TN）浓度呈现连年上升的趋势.以密云水库上游典型入库河流牤牛河为例,考察各形态氮素变化的空间分布规律,并从微生物群落组成和功能预测的视角,解析氮素形态的转化,以期为密云水库的氮污染治理提供科学依据.结果表明,密云水库上游除TN外,其余水质理化指标均满足我国地表水环境质量标准（GB 3838-2002）的Ⅱ类标准.入库河流TN浓度显著高于库区（P<0.05）,且以NO₃^--N为主,占比为77.7%~92.9%.半城子水库库区的C/N较高,有助于反硝化脱氮的发生,表现出一定自净能力.牤牛河水体和底质中微生物群落结构具有显著差异,呈现一定的空间分布特征,高NO₃^--N浓度是影响微生物群落结构演替的主要环境因子.牤牛河中存在大量硝化和反硝化功能微生物,反硝化菌相对丰度高于硝化菌,且均呈现出底质略高于水体的特点.牤牛河优势硝化菌和反硝化菌分别为Nitrosopumilus和Pseudomonas.PICRUSt2功能预测结果表明,牤牛河微生物氮代谢以NO₃^--N还原模块为主,且主要发生于水体中;硝化过程的功能基因在水体中的丰度最高,主要为narGH;而参与NO₃^--N还原反应的主要功能基因为底质中的异养反硝化菌（DNRA）所携带的nirBD,而反硝化模块的功能基因主要为nirK.     

强降雨对北运河流域沙河水库水质的影响

随着北运河点源污染逐步得到有效治理,汛期面源污染成为北运河水质不达标的主要影响因素,而现阶段有关强降雨对北运河上游水质的影响研究尚匮乏.本文以北运河上游沙河水库为研究对象,开展了单场强降雨对北运河上游水质的影响研究.在强降雨后（降雨量达53.8 mm·d^-1）开展连续6 d跟踪采样,并对比强降雨前后该库区的水质监测数据,系统解析了强降雨对北运河上游水质的影响特征.结果表明,库区水质基本达到IV类水质标准（GB3838-2002）,总磷是雨后影响库区水质的主要因素.南沙河污染和富营养化程度严重,严重超出IV类水质标准,是主要的汇入污染源.再生水厂出水是库区水质硝态氮的主要贡献来源.汛期单次降水不会引起水质的显著恶化,大部分水质指标于3~4 d后降低,4~6 d逐渐恢复到降雨前水质,并趋于稳定.     

不同根瘤菌中突变cysDN基因对硫酸盐同化途径的影响

硫是生物体必须的元素,根瘤菌结瘤因子的硫化修饰与其宿主范围和识别效率有着重要关系,实验室前期研究中突变费氏中华根瘤菌的cys DN基因后,突变体不能利用硫酸盐生长,这与Sinorhizobium sp.BR816的cys D基因突变后的现象不同,两株菌的硫酸盐同化途径中可能存在差异.为探讨不同根瘤菌cys DN基因对硫酸盐同化途径的影响,本研究利用同源交换的方法构建费氏中华根瘤菌WGF03、费氏中华根瘤菌HN01、苜蓿中华根瘤菌14500及大豆慢生根瘤菌15606的cys DN突变体,Δcys DN-WGF03、Δcys DN-HN01、Δcys DN-14500和cys NR-15606,对突变体的硫源利用情况和植株结瘤情况进行研究.结果发现,Δcys DN-WGF03和Δcys DN-HN01失去利用硫酸盐的能力;Δcys DN-14500能微弱地利用硫酸盐生长,生长量约为野生菌株的1/3左右;cys NR-15606对硫酸盐的利用与野生菌株相比无明显差别.植株实验结果显示,Δcys DN-WGF03、Δcys DN-HN01和Δcys DN-14500在平均瘤数、平均瘤重、平均植株干重和固氮酶活性方面均表现出显著降低,而突变体的回补体能够恢复硫酸盐的利用能力及与植株的共生固氮能力.这说明cys DN基因在费氏中华根瘤菌WGF03、费氏中华根瘤菌HN01和苜蓿中华根瘤菌14500硫酸盐同化途径中起着关键影响,而该基因在大豆慢生根瘤菌15606的影响并不明显.本研究表明,cys DN基因在不同根瘤菌中所起的作用不同,不同根瘤菌的硫酸盐同化方式也存在差异.     

MBR工艺处理螺旋霉素制药废水过程中抗生素耐药菌与抗性基因的研究

抗生素废水含有大量的抗生素耐药菌(antibiotic resistant bacteria,ARB)与抗性基因(antibiotic resistance genes,ARGs),处理排放后可能增强受纳环境的微生物抗性,因此有必要深入研究抗生素废水处理过程中ARB与ARGs的削减效果及其影响因素。本研究采用膜生物反应器(membrane bioreactor,MBR)工艺处理螺旋霉素制药废水,考察了不同水力停留时间(hydraulic retention time,HRT)对ARB与ARGs削减效果的影响。结果表明,虽然在HRT=30 h时MBR对COD与氨氮的去除率略高于HRT=40 h,但HRT=40 h时,不仅总异养菌与肠球菌的去除效果更佳,出水肠球菌耐药率及携带的抗性基因检出率也更低,而且MBR对废水中erm B、erm F、erm X、mef A、ere A、mph B和转移元件ISCR 1、Tn 916/1545相对丰度的削减效果更好。这表明长HRT更有利于MBR工艺削减螺旋霉素废水的耐药菌与抗性基因。     

底物类型对厌氧消化过程中胞内外抗生素抗性基因归趋的影响研究

厌氧消化（anaerobic digestion,AD）是畜禽粪污和剩余污泥重要的处理处置方式,其在能源回收和消减抗生素抗性基因（antibiotic resistance genes,ARGs）中具有重要的应用前景.底物类型及预处理是影响厌氧消化过程的重要因素,其对ARGs归趋特征的影响尚不明确.本研究针对猪粪、鸡粪和剩余污泥3种典型的环境ARGs源为研究对象,明确不同底物类型对厌氧消化中ARGs归趋的影响特征,结合胞内ARGs （Intracellular ARGs,iARGs）和胞外ARGs （Extracellular ARGs,eARGs）及其微生物群落结构演替的差异,探讨不同底物类型在厌氧消化过程中ARGs的响应特征.结果表明,底物类型对厌氧消化过程中的胞内外ARGs的变化具有显著的影响.高压蒸汽灭菌（120℃,30 min）预处理底物对厌氧消化结束时的总累积甲烷产气量没有显著的提高,鸡粪组中出现产气抑制的现象,这与之前的研究一致.不同底物类型样品中DNA浓度与DNA中16S rRNA基因的丰度之间存在显著相关性（R²=0.663,p<0.05）.底物中微生物对厌氧消化中iARGs和eARGs的转归贡献率较小,剩余污泥中的eARG在总ARGs中的比例最高（5.47%）.在不同底物类型中iARG和eARGs的变化均显著不同.     

费氏中华根瘤菌15142的cysDN基因克隆及其相关功能

为确定cysDN操纵子的功能及对根瘤菌结瘤的影响,通过三亲本接合,将质粒转座子pTnMod-RKm′随机插入费氏中华根瘤菌15142中,建成随机插入突变体库,随后通过含有不同硫源的MM培养基的筛选得到一株不能利用硫酸盐但能够利用半胱氨酸的突变体.进一步克隆和测序分析后发现该操纵子与已报道的Sinorhizobium sp.strain BR816的cysDN在核苷酸水平上有92%的相似性,在氨基酸水平上有96%的相似性.用自杀质粒pK18mob分别构建含有cysD部分片段和cysN部分片段的重组质粒,通过三亲本接合导入出发菌株15142中,经过同源单交换,分别获得cysD的pK18mob正反向插入突变株cysDF/15142以及cysDR/15142和cysN的pK18mob正反向插入突变株cysNF/15142与cysNR/15142.用广谱宿主质粒pLAFRJ载体连接完整操纵子cysDN构建互补质粒cysDN+pLAFRJ,将该质粒通过三亲本接合导入突变株中,获得互补菌株.用不同硫源的液体MM培养基培养,发现互补菌株能够补回突变菌株不能利用硫酸盐作为唯一硫源的缺陷,说明cysDN操纵子确实与硫酸盐同化途径有关;植株试验表明突变株比出发菌株推迟结瘤1~2 d,固氮酶活也比出发菌株稍低;竞争结瘤试验表明突变菌株占瘤率较差,但在平均瘤数、平均瘤重、平均植株干重上则无差异.     

螺旋霉素制药废水处理过程中耐药菌和抗性基因的转归特征

抗生素耐药菌和抗性基因对环境和人体健康构成了巨大的潜在危害.因此本研究通过现场采样,分析了某抗生素制药厂污水处理站不同季节螺旋霉素制药废水生物处理过程中大环内酯类耐药菌、6种大环内酯类抗性基因erm B、erm F、erm X、mef A、ere A、mph B和3种转移元件ISCR1、int I1、Tn916/1545的转归特征.结果表明,废水生物处理能有效削减异养菌和肠球菌1.6~2.1 logs和3.7 logs,4个处理单元(调节池、厌氧池、缺氧池、好氧池)出水中分离出的94株肠球菌均对螺旋霉素、阿奇霉素、红霉素、克拉霉素具有抗性,并且出水中肠球菌的耐药率并没有下降.PCR和荧光定量PCR的分析结果表明,80%耐药肠球菌携带抗性基因erm B,其他的抗性基因未检出,并且春季和秋季样品中抗性基因erm B和erm F的含量均为最高.废水生物处理对抗性基因erm B、erm F、mef A、ere A、mph B和转移元件Tn916/1545有一定的削减效果,但erm X、int I1、ISCR1出现了一定程度的反弹;mef A、ere A、Tn916/1545的丰度降低了,且春季mef A、ere A、Tn916/1545的去除效果明显好于秋季,而erm X、int I1、ISCR1的丰度增加了.     

强降雨对沙河水库的水质及其藻类群落结构的影响

汛期强降雨往往对河流水质产生重要影响,而关于不同类型强降雨对河流水质及藻类群落的影响值得深入探讨.以北运河上游沙河水库及其支流为研究对象,对比分析2019年和2020年汛期不同类型强降雨对沙河水库水质的影响.通过对2019年强降雨(累计降雨量达51.6 mm·d-1和降雨强度12.9 mm·h-1,历时4 h)和202...