小流域地下水与地表水微生物组成结构差异及其成因分析

对中山大学滨海水循环综合试验基地的河道水和地下水进行采样,运用16S rRNA基因分析方法,研究微生物的群落组成、结构,同时,通过Mothur软件分析不同采样点的系统发育多样性和文库稀释曲线.结果表明,上下游河道水和地下水均以变形菌(Proteobacteria),厚壁菌(Firmicutes),古菌(Archaea)为优势种群,变形菌在上游堰、下游堰、R1、R2、R3分别占各自总数的29.7%、30.3%、28.1%、20.9%、14.2%;厚壁菌在上游堰、下游堰、R1、R2、R3分别占各自总数的9.7%、20.3%、19.8%、8.6%、39.6%;古菌(不可培养的泉古菌和广古菌)在上游堰、下游堰、R1、R2、R3分别占各自总数的14.2%、12.3%、11.7%、12.1%、3.5%.表明地下水、地表水微生物组成结构有一定的趋同性.另一方面,酸杆菌(Acidobacteria)、硝化螺旋菌(Nitrospira)、拟杆菌(Bacteroidetes) 和Candidate division OPx等在不同采样点的丰度各异,不同埋藏条件下的地下水和地表水多样性指数与稀释曲线有所不同,揭示小流域的微生物组成、结构具有空间差异.研究显示,受周围水文地质条件、补给差异等影响,微生物种群随之演化,微生物特征与水文地质、化学离子密切相关.     

城镇化过程中地下水微生物的时空分异与演化——以珠海为例

运用不依赖培养的分子生物学技术,选择珠海市唐家湾居民密集地与人类活动扰动较少的中山大学珠海校区共二样区进行多采样点分析,构建16S rRNA基因文库进行序列比对,获得微生物的群落分布数据。数据显示,校区小流域地下水微生物群落基本保持原生态,其上、中、下游三组井均以变形菌、Candidate division OPx、古菌(含泉古菌和广生古菌)为优势类群,其中中游#M组井因环境不同微生物稍有差异。人类活动影响显著的唐家社区其微生物群落结构变异较大,未发现属于微生物鼻祖的古菌,也未检测到Candidate division OPx系列,而检测出许多与周围环境相吻合的微生物群落。二样区地下水微生物16S rRNA基因演化分析表明,城镇化进程中环境变化影响地下水微生物种群发育,地下水微生物也不断演化并影响环境。     

发酵温度对青海农用沼气池微生物群落的影响

为了研究发酵温度对青海农用沼气池微生物群落结构的影响,以沼气池全年6个温度时期的24个泥样为研究对象,采用变性梯度凝胶电泳分析样品中细菌与古菌的群落结构及其变化差异.结果显示：发酵温度的波动变化对微生物群落结构、多样性及沼气池产气量影响显著.细菌在温度最高（九月中旬）和最低（三月中旬）的2个采样时期多样性最高,古菌仅在温度最高时期多样性最高.在细菌类群中,厚壁菌门Firmicutes、拟杆菌门Bacteroidetes和变形菌门Proteobacteria是所有样品中丰度最高的类群（三者总和>72.43%）,是发酵系统中重要的功能细菌类群.细菌属分类水平上,理研菌科佩特里单胞菌属Petrimonas、梭菌属Clostridium、泰氏菌属Tissierella和假单胞菌属Pseudomona是所有样品的优势类群,总丰度比例较为恒定（约32.40%）.在古菌类群中,甲烷微菌目是最优势类群,丰度为40.62%~64.74%.产甲烷菌属Methanogenium是所有样品中主要的产气功能种群,丰度波动范围为32.62%~55.74%,随全年温度的变化而波动,此与沼气的产气规律相一致.     

柴达木盆地达布逊盐湖微生物多样性研究

本研究采用高通量测序与传统培养技术相结合的方式研究达布逊湖微生物的多样性。结果显示,达布逊盐湖中的细菌多样性与丰度远高于古菌。高通量测序所得的16SrRNA基因序列分别归属广古菌门(Euryarchaeota),放线菌门(Actinobacteria),拟杆菌门(Bacteroidetes),变形菌门(Proteobacteria)和疣微菌门(Verrucomicrobia)。广古菌门序列占原核微生物(细菌与古菌之和)的5.5%,以嗜盐的盐杆菌科(Halobacteriaceae)为主,而属于放线菌门、拟杆菌门、变形菌门和疣微菌门的细菌序列分别占原核微生物的53.0%、25.8%、14.1%和1.6%。定量PCR结果显示,达布逊盐湖水体中的细菌和古菌16S rRNA基因丰度分别为3.27×107和4.35×104拷贝/毫升。培养分离获得的纯细菌菌株分别属于假单胞菌属(Pseudomonas)和芽孢杆菌属(Bacillus)。古菌菌株则分别属于盐杆菌科的盐盒菌属(Haloarcula)、盐红菌属(Halorubrum)和盐棍菌属(Halorhabdus)。本研究为青藏高原盐湖微生物资源的开发和利用提供了有利的数据支持。     

排水管道沉积物微生物群落及环境因子分析

选取北京市某区的排水管道沉积物进行取样,采用高通量测序手段分析,结果表明变形菌门、广古菌门、拟杆菌门、厚壁菌门是排水管道沉积物微生物中的优势门类;在纲水平上,δ-变形菌纲、甲烷微菌纲、梭菌纲、拟杆菌纲占相对优势;在属水平上,功能性微生物硫酸盐还原菌（SRB）和产甲烷古菌（MA）普遍存在于各处管道.在所选的6段管段中,管段S3、S4处MA的相对丰度分别为20.6%、40.8%,高于其他管段,厌氧产甲烷的潜能较大,有发生可燃气积累的风险;管段S5、S6处的SRB相对丰度分别为9.14%、8.19%,高于其他管段,硫酸盐还原为硫化物的潜能较大,存在管道腐蚀的风险.RDA分析表明污水的DO、水温、硫酸根、TN与管道沉积物中微生物群落存在相关性.     

排水管道沉积物微生物群落及环境因子分析

选取北京市某区的排水管道沉积物进行取样,采用高通量测序手段分析,结果表明变形菌门、广古菌门、拟杆菌门、厚壁菌门是排水管道沉积物微生物中的优势门类;在纲水平上,δ-变形菌纲、甲烷微菌纲、梭菌纲、拟杆菌纲占相对优势;在属水平上,功能性微生物硫酸盐还原菌（SRB）和产甲烷古菌（MA）普遍存在于各处管道.在所选的6段管段中,管段S3、S4处MA的相对丰度分别为20.6%、40.8%,高于其他管段,厌氧产甲烷的潜能较大,有发生可燃气积累的风险;管段S5、S6处的SRB相对丰度分别为9.14%、8.19%,高于其他管段,硫酸盐还原为硫化物的潜能较大,存在管道腐蚀的风险.RDA分析表明污水的DO、水温、硫酸根、TN与管道沉积物中微生物群落存在相关性.     

酸性矿山废水库周边土壤微生物多样性及氨氧化菌群落研究

采集了安徽某铁矿酸性矿山废水库周边土壤样品,测定其理化参数,并采用分子生物学方法分别研究了土壤中细菌和古菌群落组成以及驱动氨氧化作用的微生物类群.结果表明,该土壤样品受到酸性矿山废水严重污染,pH低于3,铁铝等金属含量很高.细菌的16S rRNA基因文库覆盖11个类群,其中酸杆菌门(Acidobacteria)占主导地位,丰度达47.4%;疣微菌门(Verrucomicrobia)为第二大门类,丰度为18.9%.样品中含有大量嗜酸的细菌类群,如Candidatus Koribacter versatilis和Holophaga sp.等.古菌的16S rRNA基因文库仅覆盖2个类群,分别为奇古菌门(Thaumarchaeota)和广古菌门(Euryarchaeota),奇古菌门占绝对优势地位.该土壤样品中的氨氧化作用可能主要由奇古菌门的氨氧化古菌所驱动,且该区域存在新的氨氧化古菌类群.     

淀粉废水处理系统中活性污泥的微生物群落结构及多样性分析

为探究淀粉废水处理活性污泥中微生物的群落结构及多样性,基于Illumina MiSeq高通量测序方法,分析了不同运行阶段的A/O处理系统中活性污泥的微生物群落与多样性组成.结果表明,A/O系统中处理淀粉生产废水的活性污泥在同一种废水下微生物群落结构总体比较稳定,优势细菌主要为变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、绿弯菌门(Chloroflexi)、厚壁菌门(Firmicutes)和放线菌门(Actinobacteria)等;最重要优势细菌类群为变形菌门(45. 66%～66. 30%),其中γ-亚纲细菌是其主要成员,占比36. 38%～66. 65%.优势拟杆菌门主要成员鞘脂杆菌纲在污泥沉降性能较好时其占比下降,但绿弯菌门主要成员厌氧绳菌纲在污泥沉降性能较好时其占比明显增加,变化趋势正好相反,或许它们二者之间的耦合变化与污泥沉降性能变化密切相关.活性污泥样品中存在大量特殊功能菌群,它们在活性污泥的污染物分解和氮磷去除中发挥重要作用.     

蚯蚓对城市污泥蚯蚓堆肥过程中微生物特征变化的影响

为揭示蚯蚓对城市污泥中微生物特征的影响和作用,本研究采用赤子爱胜蚓处理城市污泥,以无蚯蚓处理为对照,探讨蚯蚓对污泥堆肥中微生物数量、活性和种群变化的影响.结果显示:蚯蚓在前期能够显著提升脱氢酶的活性和细菌16S r DNA的丰度;从而加速有机物的降解,促进后期堆肥产物的腐殖质化.高通量测序结果表明:从60 d开始,蚯蚓组和对照组的细菌种群结构出现明显差异,蚯蚓处理能够显著增加最终产物的细菌种群的Chao1和Shannon指数.最终产物中,对照组的优势菌群为变形菌门(56%)、拟杆菌门(16.3%)和厚壁菌门(15.4%);蚯蚓组的优势种群有变形菌门(31.3%)、拟杆菌门(27.1%)、放线菌门(21.1%).与对照组相比,蚯蚓粪中放线菌和根瘤菌的丰度分别提高了13.1%和2.5%,表明蚯蚓的作用提升了堆肥产物作为微生物肥料的潜力.     

基于MBR不同种泥短程硝化启动的微生物群落结构分析

为明确膜生物反应器(MBR)接种不同污泥启动短程硝化前后微生物群落结构变化特征,采用MBR反应器分别接种硝化污泥(R1)、厌氧亚硝化污泥(R2)和1∶1混合接种厌氧亚硝化污泥和反硝化污泥(R3),获取有利于实现快速短程硝化的污泥源.结果表明,结合间歇曝气和缩短水力停留时间(HRT),R1、R2与R3反应器分别耗时46 d、8 d和30 d成功启动短程硝化,R2反应器启动周期最短.稳定运行期内,R1、R2和R3反应器亚硝累积率平均为92%、93%和94%,R3反应器表现出更稳定的短程硝化性能.ACE、Chao、Shannon和Simpson指数结果表明,稳定运行后,R1和R2反应器微生物丰度和多样性水平均大幅低于接种污泥,R3反应器物种丰度略有减少而多样性水平变化不大.短程硝化成功启动后,3个反应器内的主要菌群为变形菌门(Proteobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes),且主要脱氮功能菌变形菌门丰度相较于接种污泥均有提高.β-变形菌纲为3个反应器短程硝化系统的优势菌群,分别占比59.6%、63.6%和69.3%.R1、R2和R3反应器内的优势菌属均为亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas),所占比例分别达12.8%、20.2%和19.7%.相比R1反应器,R2和R3反应器接种污泥内存在一定比例的亚硝化细菌,更有利于系统短程硝化的实现.     

Monitoring microbial community structure and succession of an A/O SBR during start-up period using PCR-DGGE

Polymerase chain reaction (PCR) - denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE) protocol was employed for revealing microbial community structure and succession in a sequential anaerobic and aerobic reactor performing enhanced biological phosphorus removal (EBPR) during start-up period.High phosphorus removal was achieved after 15 d.On day 30, phosphorus removal efficiency reached to 83.2% and the start-up was finished.DGGE profiles of periodical sludge samples showed that dominant microbial species were 19 OTUs (operational taxonomy unit ).Unweighted pair-group method using Arithmetic averages (UPGMA clustering analysis revealed that rapid community succession correlated to lower phosphorus removal rate and higher phosphorus removal efficiency reflected on steady community structure.Sequencing results indicated that determined sequences (12 OTUs) belonged to proteobacterium, Actinobacteria, Gemmatimonadales and unaffiliate group.Proteobacterium, Tetrasphaera elongate and Gemmatimonas aurantiaca may act important roles in phosphorus removal.With little amount as known glycogen accumulating organisms, Candidatus Competibacter phosphatis still at accumulating-phase had limited influence on microbial community structure.When climax community was obtained, dominant microbes were 14 OTUs.Microbes in a large amount were uncultured bacterium, Thauera sp., uncultured γ-Proteobacterium and Tetrasphaera elongata.     

大庆聚驱后油藏内源微生物群落结构解析与分布特征研究

利用变性梯度凝胶电泳(denaturing gradient gel electrophoresis,DGGE)技术和主成分分析法(principal component analysis,PCA)解析了大庆油田聚驱后油藏的细菌和古菌群落结构组成及分布特征.结果表明,注水井中的细菌主要以好氧的假单胞菌属和不动杆菌属为主,注水井近井地带以兼性厌氧的肠杆菌属为主,各采油井中的细菌则包括陶厄氏菌属、梭菌纲、假单胞菌属、油杆菌属及大量的未培养细菌;各注水井及注水井近井地带检测到的古菌主要是乙酸型产甲烷的甲烷鬃菌,各采油井中古菌则以甲烷微菌属、甲烷螺菌属及甲烷杆菌属等为主.总体上,该聚驱区块从注水井到采油井,细菌优势菌群依次呈好氧细菌-兼性厌氧细菌-严格厌氧细菌分布;古菌的分布受环境因素及微生物代谢产物影响,注水井和采油井中的优势菌群差异显著.     

质粒基因强化活性污泥系统对2,4–D的降解

以携带质粒pJP4[含编码2,4-二氯苯氧基乙酸(2,4-D)降解功能的基因片段]的基因工程菌Pseudomonas putida SM1443::gfp2x (pJP4::dsRed)为供体菌,通过半连续流实验研究了质粒基因强化对活性污泥系统的2,4-D的降解效应及菌群结构的影响.结果表明,以初始浓度约为320mg/L的2,4-D为唯一碳源,向活性污泥系统投加携带pJP4质粒的基因工程菌P. putida,运行初期,降解促进作用不明显;随着半连续流反应的进行,促进作用显著增强.与对照系统相比,降解速率之差最高为6.67mg/(L·h).从基因强化系统中筛选到1株占有优势的接合子,经鉴定为Alcaligenes sp.::pJP4. Alcaligenes sp.本身不具备降解2,4-D的能力,获得质粒pJP4后,对2,4-D降解能力大幅度提高,与野生型2,4-D高效降解菌Bacillus sp.相当. PCR-DGGE分析表明,在受到2,4-D冲击条件下基因强化的活性污泥系统较对照系统保持了相对更加稳定的菌群结构.     

Locating groundwater monitoring wells near cutoff walls

This paper presents a modeling study of two five-well monitoring networks designed for a rectangular landfill oriented oblique to regional groundwater flow. Respectively, a ‘linear’ and ‘non-linear’ network ignored and considered the hydraulic head field induced by a cutoff wall at the landfill's up-gradient boundary. All wells were located the same distance (measured parallel to groundwater flow) from the down-gradient boundary of the landfill, and there was an equal spacing (measured perpendicular to groundwater flow) between wells in each network. A simulation model was used to compute the detection efficiency of each monitoring network. In the non-linear network, wells clustered near the down-gradient corner of the landfill registered a 100% detection efficiency. This strategy was effective because the cutoff wall induced convergent groundwater flow beneath the landfill. Inter-well spacing was too high, and consequently detection efficiency was lower in the linear network. Two outer wells in that network detected no contaminant plumes. This study suggests that distorted hydraulic head fields induced by partial cutoff walls should be considered when designing detection monitoring networks at landfills.     

某垃圾填埋场地下水质监测井网优化设计——基于模拟优化法

以白城市垃圾填埋场为研究区,通过正交试验设计法得到2个污染源的4组可能污染源强组合,建立地下水流及溶质运移数值模拟模型,预测潜在污染源可能对研究区地下水产生的污染.根据污染羽分布情况,布设了57口潜在监测井.以最大化覆盖高污染区域为目标建立0-1整数规划优化模型并用隐枚举法进行求解.结果表明：模拟优化方法在允许监测井数目不同的情况下得到了最优地下水质监测井网布设方案.以7口监测井为例,最优布设方案为1,6,9,15,19,23,31号监测井（5口位于渗滤液调节池下游,2口位于填埋区下游）.最优布设方案的污染物检出概率达95%,远高于随机布设方案.     

2-氯酚驯化对厌氧污泥微生物种群结构的影响

用古细菌特异性引物ARC21F/ARC958R和酸杆菌特异性引物31F/907R,对2.氯酚(2-chlorophenol,2-CP)驯化前后厌氧颗粒污泥样品总DNA进行了16S rDNA的聚合酶链式反应(polymerase chain reaction,PeR)、克隆、测序及序列分析,研究了2-CP驯化前后厌氧颗粒污泥中微生物种群结构的变化.结果表明,2-CP驯化前后厌氧颗粒污泥中存在共有的古细菌菌种:Methanothrix soehngenii、Methanosaeta concilii 及 uncultured euryarchaeote 等.2-CP驯化后的厌氧污泥中出现了特有的微生物Methanobacterium aarhusense、Methanobacterium curvum及 Methanobacterium beijingense等,而接种污泥中特有的一些古细菌发生了消亡.对该厌氧体系酸杆菌的分析表明,2-CP驯化前后的厌氧颗粒污泥中存在共有的微生物菌种:uncultured bacterium、unculturedAcidobacterium和unknown Actinomycete(MC 9).经2-CP驯化后,接种污泥中特有的微生物Desulfotomaculum sp.176、uncultured Deltaproteobacterium n8d及uncultured bydrocarbon seep bacterium等发生消亡,并出现了特有的微生物uncultured Holophage/Acidobacterium、uncultured Acidobacteria bacterium及unidentified Acidobacterium.     

海底地下水排放对南黄海沿岸海水细菌群落结构的影响

在南黄海沿岸岸滩采集海水样品,将同位素地球化学与分子生物学技术相结合,探讨海底地下水排放(submarine groundwater discharge, SGD)对沿岸海水微生物群落结构的影响.结果表明,南黄海沿岸水体微生物优势类群为变形菌门、放线菌门、拟杆菌门、蓝细菌门、疣微菌门、厚壁菌门等.海水中较高浓度的镭同位素活度极有可能是由近岸海底地下水排放过程导致.沿岸海水中的²²⁴Ra活度与营养盐浓度、微生物群落的多样性及丰富度具有相对同步的变化规律.溶解氧对海水中的细菌群落结构具有显著影响(p<0.05),海底地下水排放输入的高浓度溶解无机氮、溶解硅酸盐可能是影响沿岸海水中细菌群落结构特征的主要因素之一.本研究表明,海底地下水排放对沿岸微生物群落结构的影响是不可忽视的.     

黔西南滥木厂铊矿化区铊污染的微生物效应

通过现场采样及室内培养分析,研究了黔西南滥木厂铊矿化区沉积物和土壤中的微生物区系组成及生物量与重金属的相关性。结果表明:与背景区相比,矿区内的河流沉积物、土壤中的微生物区系组成及其生物量了明显变化,沉积物中细菌、真菌、放线菌分别减少了89%,86%和99%,在土壤样品中则分别减少了78%,66%和88%,且三大微生物敏感性大小分别表现为放线菌>细菌>真菌。样品中的微生物生物量与重金属的含量呈明显的负相关关系,特别是与铊的的相关系数均低于-0.5,反映出铊对微生物的毒害作用。