荧光原位杂交技术在环境微生物生态学解析中的应用研究

近年来，诸多国家在环境微生物领域先后开展了分子生物学研究方法的建立和生物学评价工作。一些不依靠纯培养的微生物群落的分析方法已得到广泛应用和发展。荧光原位杂交(FISH)技术，具有细胞在测定过程中不被破坏、形状不改变、特异性强、能够真实反映在自然环境下微生物的情况及分布等特点，在环境微生物群落探测分析中已逐渐被广泛应用。该技术利用带有荧光标记的特异性寡核苷酸探针，与细胞内相应的靶核糖体结合，能将微生物探测、鉴定到属和种的水平。运用于硝化细菌、除磷细菌和丝状微生物等废水处理中常见的特征性微生物种群和群落生态学研究中，颇为高效。该技术的应用避免了传统培养方法进行鉴定和计数的局限性，在环境微生物生态学解析中具有较高应用价值。     

绿色荧光蛋白分子标记在环境微生物学研究中的应用

绿色荧光蛋白(green fluorescent protein,GFP)分子标记是现有遗传标记中最简单方便的一种方法，GFP及GFP突变体在微生物降解污染物、生物膜菌群构架、环境生态学和环境检测生物传感器等研究领域取得了很好的应用效果。     

环境微生态研究中的分子生物学新技术

随着分子生物学的发展,可用于环境微生态研究的新方法新手段不断出现.利用这些分子生物学技术,可直接对环境样品的总DNA进行分析,绕开菌株分离和培养瓶颈,可以最大限度地获得相关微生物的遗传信息,全面地分析环境中微生物的多样性.对目前广泛应用于环境微生态研究的分子生物学新技术,包括rDNA基因序列分析、变性梯度凝胶电泳、温度梯度凝胶电泳、单链构象多态性、限制性片段长度多态性、随机扩增多态性DNA、核酸杂交和DNA芯片等技术进行了综述.     

基于三维荧光光谱技术解析不同微生物法净化黑臭水体的效果

应用曝气、菌剂+曝气、生物促生剂+曝气、菌剂+生物促生剂+曝气4种微生物技术净化黑臭水体,分别考察了进水中溶解性有机物(DOM)的特征和来源及出水中DOM的特征和效果,采用三维荧光(EEM)光谱技术与平行因子(PARAFAC)模型相结合的方式对进出水DOM进行了分析。结果表明,不同处理方式下进出水DOM的不同组分荧光峰强度变化存在较明显的差异,经过菌剂和生物促生剂联合处理之后,对类腐殖质等难降解物质削减效果最好。FI、HIX和BIX指数分析表明各处理水样中的DOM整体处于较强的自生源特征。利用主成分分析法(PCA)对影响黑臭水体DOM的主要因素及其贡献量研究发现：第1主成分表现为陆源类腐殖质和生物源类腐殖质共存的现象,对水体中DOM的贡献率为54.98%;第2主成分反映了以微生物代谢过程为代表的内源污染,对水体中DOM的贡献率为26.56%。因此,利用三维荧光分析能够较好的反映水中DOM的去除情况,易于实时在线监测,对黑臭水治理具有重要意义。     

正十六烷微生物吸附降解的荧光显微研究

使用激光扫描共聚焦显微镜（CLSM）系统,以罗丹明123（Rhodamine123）为荧光探针,定量研究了石油组分正十六烷在石油降解菌（大庆油田石油污染土壤中的优势菌种,革兰氏阴性G^-、黄杆菌属Flavobacterium）细胞膜上的吸附降解动态变化过程。研究发现：微生物培养体系加入正十六烷120s后,正十六烷在菌株膜上的浓度变化在不断增大,呈现出不规则的锯齿状攀升;在攀升过程中,峰谷之间出现明显有“节奏”的振荡传递;在0～508内,正十六烷处于吸附运输的加速阶段;在50—120s内,正十六烷不断被吸附并累积于细胞膜表面,处于吸附积累阶段,使用幂指数定律建立该微生物膜上的正十六烷的动力学方程,确定其动力学级数为2级,微生物降解正十六烷的速率常数为6×e^-5。     

分子生物技术在环境工程微生物领域中的应用

目前分子生物技术发展日新月异,已渗透到各相关学科。本文综述了分子生物技术的基本原理与方法,及其在环境工程微生物领域的应用。讨论了分子生物技术在环境工程微生物的检测应用及在污泥、生物膜、底泥和土壤等微生物种群的多样性分析方面,以及环境工程菌的挑选和培养等方面的研究成果及其巨大研究前景,对该技术在环境工程领域的应用与发展提出了一些见解。     

景观生态学在水库环评中的应用--以周公宅水库为例

生态完整性的判定是生态影响评价的基础，可从生态体系的结构和功能两个方面考虑进行评价。分别从景观结构、植被生物量和植被分布的空间异质性三个角度对宁波市周公宅水库库区景观生态体系的结构和功能状况进行了评价。     

微生物在水处理技术研究中的新进展

微生物水处理法具有投资少、操作简单、处理时间短等优点,广泛应用于水处理工程之中.2000年3月,在东京大学召开了名为"运用复杂微生物群落机能的高级水处理技术体系的建立与评估"国际研讨会.本文主要就该国际会议从以下五个方面--微生物群落分析技术、水净化微生物技术、生物营养物去除、污泥减量与资源化技术和亚洲热带与亚热带地区的水处理技术等进行综述,并指出微生物在水处理技术中进一步发展的方向和趋势.     

混凝剂对生物造粒流化床污泥中微生物生理生态的影响研究

为了系统研究聚合氯化铝(PAC)和聚丙烯酰胺(PAM)对生物造粒流化床颗粒污泥生理生态的影响,对投加PAC或PAM后活性污泥的特性和硝化菌群的空间分布进行了对比研究,同时考察了投加混凝剂后的污染物去除效果.结果表明,与不投加混凝剂相比,投加PAC后,运行60 d时反应器中混合液悬浮固体(MLSS)、混合液挥发性悬浮固体(MLVSS)浓度分别提高了73％、29％；通过平板计数法计算结果可知,未投加混凝剂、投加PAC、投加PAM的反应器中微生物的增长是非常稳定的,投加PAC或PAM都促进了细菌的生长和繁殖；荧光原位杂交鉴定结果表明,各个反应器中亚硝化菌(AOB)或硝化菌(NOB)所占比例均基本相当,且AOB数量均略高于NOB数量；投加PAC或PAM都能够提高COD的去除率；投加PAC可大大提高TP的去除率；3个反应器中各种形态氮的去除效果非常接近,脱氮主要靠硝化菌群的生物降解作用,投加PAC或PAM对微生物的硝化作用没有抑制.     

固定化微生物技术在环境工程中的应用研究进展

综述了固定化微生物的制作方法及载体的选择,并对固定化技术在废水、大气和土壤等环境工程中的应用和研究进展状况进行了简介,同时对固定化技术的应用前景及存在的问题进行了评述。     

温度对生物除磷系统微生物种群关系及动力学的影响

以西安市第三污水处理厂的氧化沟工艺为对象,利用荧光原位杂交技术（FISH）,研究了温度对强化生物除磷系统（EBPR）除磷性能及微生物种群关系的影响。结果表明：当水温低于20 ℃时,厌氧释磷速率和乙酸吸收速率随着温度上升逐渐增加,聚磷菌（PAOs）占总细菌（EUB）的比例也逐渐增加;当水温在20~25 ℃之间,厌氧释磷速率达到最大值,为10.86 mg P·（g VSS·h）-1,乙酸吸收速率随温度升高持续增加,PAOs占EUB的比例也达到最大值,为6.65%;当水温高于25 ℃时,厌氧释磷速率随温度的升高而下降,而乙酸吸收速率则继续增加,聚糖菌（GAOs）的数量已经超过PAOs而成为优势菌,导致处理效果下降。通过对实验数据的统计,得出活性污泥厌氧乙酸吸收速率的温度系数为1.018。     

聚丙烯酰胺对活性污泥特性的影响研究

高分子混凝剂PAM投加是强化污泥造粒的有效方法,但PAM的投加对活性污泥中微生物群落以及对其生化降解性能的影响尚缺乏系统性研究。为此,通过实验室小型实验,在SBR中连续投加PAM,运用FISH等微生物检测技术,研究了PAM对活性污泥的影响。在PAM投量为3 mg/L的条件下,反应器中活性污泥的生长过程与对照反应器没有根本性差别,且PAM投加后MLSS浓度和单位重量污泥的生物量均有一定增大,污泥的沉降性能也得到改善。FISH检测的结果表明,与对照反应器相比,总细菌、亚硝化菌、硝化菌的个数分别由9.1×105、1.8×105和1.1×105CFU/mL增长到1.0×106、2.0×105和1.2×105CFU/mL,说明PAM没有对各种菌落的生长产生不利影响。连续运行80 d的结果也表明,投加PAM的反应器中COD和氨氮的去除均有所改善。     

污泥好氧颗粒化过程中微生物群落结构的演变与分析

为了揭示颗粒污泥形成过程中微生物群落结构多样性的演变过程,以人工配水为进水,在SBR中采用厌氧/好氧循环的手段成功培育出具有聚磷特性的颗粒污泥,利用基于16S rDNA的PCR-DGGE技术获得了微生物群落的DNA特征指纹图谱,对条带进行了统计分析和切胶测序,并建立了系统发育树。结果表明,污泥沉降性能的改善要先于颗粒污...     

温度对SBR强化生物除磷工艺除磷性能的影响

以厌氧/好氧交替运行的序批式反应器（SBR）为对象,利用荧光原位杂交技术（FISH）,研究了温度（20、25和30℃）对强化生物除磷（EBPR）的影响。结果表明,温度为20℃时,系统的磷去除率高于98%,厌氧释磷速率和好氧吸磷速率分别为55.70 mg P·（g VSS·h）-1和45.16 mg P·（g VSS·h）-1,聚磷菌（PAOs）占总细菌（EUB）的比例达到90%,而聚糖菌（GAO）的比例只有1%;温度升高到25℃后,除磷效果不断降低,释磷速率和吸磷速率逐渐下降,PAOs的比例下降,而聚糖菌（GAOs）的比例不断增加;温度为30℃时,出水水质恶化,磷去除率仅为67%,释磷速率和吸磷速率分别为33.66 mg P·（g VSS·h）-1和17.55 mg P·（g VSS·h）-1,GAOs的比例高达87%,而PAOs的比例仅为5%,在与PAOs的竞争中,GAOs处于优势,导致除磷效果降低。     

生物传感器在环境监测中的应用

介绍了生物传感器在环境监测中的应用 ,主要分析了酶传感器、微生物传感器、免疫传感器及DNA传感器在环境监测中的作用机理及监测方法 ,并针对环境中的杀虫剂、爆炸类物质、有毒污染物及水体中的BOD负荷等的监测进行了较详细的论述 ,对生物传感器的发展方向及前景进行了展望     

高效液相色谱-二极管紫外阵列/荧光串联测定雌激素的方法及污水处理厂对雌激素的去除特性

建立了高效液相色谱-二极管紫外阵列（PDA）/荧光（FLD）串联法测定雌酮（E1）、雌二醇（E2）、乙炔雌二醇（EE2）、雌三醇（E3）和双酚A（BPA）5种典型雌激素的方法,并利用该方法测定了某城市污水处理厂5种雌激素的分布情况及去除特性。研究结果表明,二极管紫外阵列/荧光检测器对 5 种雌激素的检出限在4.30~9.54 μg·L-1之间,定量限在12.90~28.62 μg·L-1之间。5 种雌激素日内精密度的相对标准偏差小于6.86%,日间精密度相对标准偏差小于9.47%;对100、500和1 000 ng·L-13个浓度的 5 种雌激素经富集浓缩后测定的加标回收率在 62.8%~96.0% 之间,方法符合痕量分析要求。利用该方法对城市某污水处理厂雌激素的含量进行测定,结果表明污水处理厂进水中5种雌激素的总浓度为3 073.1 ng·L-1,其中雌三醇（E3）的浓度最大,占 5 种雌激素总量的40.1%。出水中 5 种雌激素的总浓度为124.7 ng·L-1,5 种雌激素的总去除率为 95.9%。不同处理单元对雌激素的去除效率存在明显差异,生物处理单元对 5 种雌激素的去除效果最好,5 种雌激素的去除率在73.6%~96.6%之间;一级处理工艺和消毒工艺对雌激素的去除效果较差。     

双重抑制下亚硝化系统的启动及运行特性

采用连续进水（feed-batch）方式的SBR,在高氨氮负荷（1 kg·（m3·d）-1）和双重抑制下实现了亚硝化系统的启动及稳定运行。采用荧光原位杂交技术（FISH）对活性污泥中氨氧化菌（AOB）和亚硝酸盐氧化菌（NOB）种群及数量变化进行测定。结果表明,在温度（35±1）℃,进水氨氮浓度为1 000 mg·L-1的条件下,对NOB的抑制由游离亚硝酸（FNA）和DO的双重抑制转变为游离氨（FA）和DO的双重抑制,污泥亚硝酸盐氧化速率由28.16 mg·（g·h）-1（以MLVSS计）降到0.3 mg·（g·h）-1（以MLVSS计）以下,成功实现了高氨氮废水的稳定亚硝化。反应器出水NO2--N平均浓度为466.45 mg·L-1,NO2--N/NH4+-N接近1,NO3--N浓度低于20 mg·L-1,满足厌氧氨氧化（ANAMMOX）的进水基质要求。FISH结果表明,富集培养阶段AOB、NOB的优势种属由亚硝化单胞菌属（Nitrosomonas）及硝化螺旋菌属（Nitrospira）转变为Nitrosomonas及硝化杆菌属（Nitrobacter）,抑制过程中NOB逐渐被淘汰,最终硝化菌以Nitrosomonas为主,从微生物学角度佐证了亚硝化的稳定运行。     

干式厌氧消化过程挥发酸对硫酸盐还原菌的影响

在牛粪干式厌氧消化过程中,通过添加不同挥发酸(乙酸、丙酸、丁酸),考察消化稳定阶段,挥发性脂肪酸的分布特征,挥发性脂肪酸酸组成变化对硫酸盐还原菌(SRB)的影响,微生物种群组成和种群间关系。实验结果表明,挥发性脂肪酸对SRB还原速率的贡献依次为:丙酸丁酸乙酸。相比乙酸和丁酸,添加一定量的丙酸,更有利于激活SRB的活性,从而加强SRB与产甲烷菌(MB)的种间协同,保证厌氧系统的稳定运行。     

生物强化组合工艺处理河水的三维荧光及生物多样性分析

通过对受污染地表水进行生物滤池-臭氧预氧化-生物活性炭滤池工艺处理,考察生物强化条件下该项工艺对河水中主要污染物的净化效果,并采用EEM光谱技术进行了溶解性有机物变化和去除规律分析,利用PCR-DGGE技术进行各单元中微生物多样性对比分析。结果表明,生物强化组合工艺系统出水水质主要指标已达到/接近地表水环境质量标准(GB 3838-2002)Ⅳ类限值,生物强化滤池填料中微生物多样性指数和物种数均高于其他工艺单元。受污染河水DOM中主要的荧光物质有类芳香族蛋白质(荧光峰A、B和E)及类腐殖酸(荧光峰C)及类富里酸(荧光峰D),其中,A峰、B峰与E峰的中心位置分别位于225/340 nm、275/336 nm和225/298 nm,各特征荧光峰强度发生明显改变表明,污水中溶解性有机物的含量随系统处理过程而变化。