多功能细菌复合系NSC-7的菌种组成多样性

NSC-7是一组具有降解纤维素和林丹双重功能的细菌复合系.为系统了解复合系的菌种组成,在有氧条件下,利用传统的平板画线法分离到11株单菌,将11株单菌按体积比1∶1重新组合并不具备分解纤维素的能力,利用单层和双层平板滤纸法检测NSC-7的分解能力,发现只有双层平板上的滤纸变黄且降解,说明复合系内纤维素降解的关键菌是厌氧或微好氧菌.利用现代分子生物学技术对NSC-7构建克隆文库,获得了195个16S rDNA片断,经DGGE筛选获得25个代表克隆,其序列数据库比对结果中有60％的近缘种为已知菌,分别归属于Clostridium、Petrobacter、Bacteria、Paenibacillus、Proteobacterium 5个属,其余40％的近缘种为难培养菌株.     

快速木质纤维素分解菌复合系MC1对秸秆的分解能力及稳定性

以天然水稻秸秆为材料研究了快速降解木质纤维素的细菌复合系MC1对木质纤维素的分解能力;并在不同条件保藏、高温处理以及利用变性梯度胶电泳(DGGE)技术研究了复合系的稳定性.结果表明,复合系MC1在50℃液体静止培养条件下8～10d,把培养液2%干重的水稻秸秆完全分解溶化;经过9d的培养,水稻秸秆的总干重减少81%,其中纤维素减少99%,半纤维素减少74%,木质素减少51%.连续继代培养4a、常温干燥保存4a、-20℃冷冻藏4a、培养液直接在室温和4℃保存1a、90℃处理30min仍具旺盛的分解能力并稳定传代.平板培养基培养证明MC1全部由细菌组成,16SrDNA变性梯度胶电泳(DGGE)检测结果,在6个月内主要条带几乎没有变化,说明MC1的菌种组成相当稳定.MC1对纤维素的分解利用具重要前景.     

乳酸菌复合系SFC-2处理水稻秸秆的效果

以处理农作物稻秆,减轻环境压力为目的,将本实验室筛选的乳酸菌复合系SFC-2接种到水稻秸秆,研究了其饲料化效果.结果表明,接种处理与未接种处理相比外观上颜色发黄发亮,松软酸香,发酵30 d后,接种处理的pH降至3.8,对照为4.1.同时发酵料中乳酸生成量增加,尤其是L-乳酸增加了约2倍,粗蛋白含量提高了10.16%,粗纤维含量降低了3.2%.通过变性梯度凝胶电泳（DGGE）分析发酵过程中微生物菌系变化,接种SFC-2后,复合系中的主要组成菌Lactobacillus plantarum,Lactobacillus fermentum和Lactobacillus paracasei等菌株迅速成为发酵料中的优势菌群,相应未接种对照中可见的Enterobacter sakazakii, Pantoea agglomerans, Enterobacter endosymbiont, Pantoea ananatis等杂菌被抑制,发酵品质得到明显改善.     

纤维素降解复合菌系的微生物多样性及关键功能菌解析

为分析纤维素降解复合菌系中微生物多样性及关键功能菌,本研究通过梯度稀释法观察不同梯度下滤纸降解及酶活变化情况,确定复合菌系实现滤纸有效降解的临界点为10-5;在此基础上结合高通量测序技术对不同稀释度下的稀释液进行测序.研究结果表明,具有降解能力的稀释液(稀释度≤10-5)与无降解能力的稀释液(稀释度10-5)微生物组成差异显著.从门水平热图看,Firmicutes和Proteobacteria为复合菌系的优势菌门;在属水平上,复合菌系中协同降解纤维素的菌株主要属于Clostridium、Petrobacter、Defluviitalea等属,Clostridium属在有降解能力(稀释度≤10-5)的稀释液中丰度较高,而随着稀释度的增大,在无降解能力(稀释度10-5)的稀释液中几乎消失.经分析判断梭菌属Clostridium是纤维素降解复合菌系的关键功能属,它们与Petrobacter、Defluviitalea等菌属协同作用从而实现纤维素的高效降解.     

高效稳定纤维素分解菌复合系WSC-6的稳定性

对筛选到的一组纤维素分解菌复合系WSC-6,通过变性梯度胶电泳(DGGE)方法研究了菌种的组成稳定性.结果表明,在连续继代培养的第74～83代复合系的菌种组成没有变化,非常稳定.多代继代培养过程中各代的pH值变化趋势一致,pH值从发酵开始的8.7下降到纤维素旺盛分解时的6.5以下;随着分解结束,pH值逐渐恢复到发酵开始时的水平并保持稳定,具有较强的自我调节能力.多代继代培养后复合系各代的滤纸纤维素分解率和CMC糖化差异很小;在发酵液起始pH4～10的范围内,复合系对pH值具有缓冲能力,并正常分解纤维素;经过70～100℃高温处理10min后再转接的复合系对纤维素仍然具有分解能力,功能稳定.     

一组可抗抗生素干扰的木质纤维素分解菌复合系ADC-6的筛选

以高温期堆肥样为菌源,在含0.025 mg·mL-1四环素的培养基内以秸秆作为唯一碳源,经多代驯化筛选到一组能够分解木质纤维素和抗生素的ADC-6复合系.该复合系能够在6 d内分解四环素0.0194 mg,在14 d内使稻秆减重32%.ADC-6纤维素内切酶酶活、半纤维素酶活、总纤维素酶活在第4 d、2 d和2 d达到最大值分别为15.85 U·mL-1、62.97 U·mL-1和15.56 U·mL-1.用变性梯度凝胶电泳检测驯化过程中菌种的动态变化,并用克隆文库对稳定阶段的菌种多样性分析,发现该菌群中含Bacteroidetes、Sphingobacteriales、Bacillaceae、Clostridiales和Proteobacteria等5个属的微生物,其中,Clostridiales对木质纤维素的转化能力较强,很可能是菌群中分解木质纤维素的关键菌,而Bacteroidetes很可能是分解抗生素的关键菌.     

降解纤维素产甲烷的四菌复合系

自然环境中通常是微生物群落协同完成纤维素的降解,构建可降解纤维素的混菌体系是认识微生物相互作用的关键.利用富集培养法,结合变性梯度凝胶电泳(DGGE)指纹检测技术以及厌氧滚管技术,建立了一种筛选简单降解纤维素产甲烷复合菌系的方法.利用此方法从青藏高原若尔盖高寒湿地分离到一个由4株菌构成的降解纤维素产甲烷的稳定菌系.结果表明,该复合菌系由纤维素水解菌Clostridium glycolicum、非纤维素水解菌Trichococcus flocculiformis和Parabacteroides merdae、产甲烷古菌Methanobacterium subterraneum等具有不同功能的4种菌株组成,且在这4株菌的共同作用下可将纤维素直接转化为CH4.该简单复合系的获得为今后纤维素转化甲烷复合菌系的代谢控制和遗传改造提供了一个平台.     

接种纤维素降解菌对牛粪堆肥微生物群落的影响

以牛粪和稻草为堆肥原料,利用传统培养法和PCR-DGGE技术相结合对接种纤维素降解菌后堆肥的微生物群落的动态变化进行了分析.结果表明,接种菌堆肥与自然堆肥相比,微生物数量的变化趋势快于自然堆肥,接种菌在堆肥初期能够激发微生物增殖,快速启动堆肥发酵,缩短堆肥进程.接种菌堆肥比自然堆肥的DGGE凝胶图谱条带的差异性大,接种...     

一组小麦秸秆好氧分解菌系的构建及组成多样性

采用"外淘汰法"在常温、好氧条件下构建了一组稳定、有效降解小麦秸秆的复合系.复合系分解能力的研究表明,在100mL改良CMC培养基(液面深度2 cm和直径9 cm)中,分解的前6 d复合系保持较高分解能力,减重率达到66.1%,6 d后复合系分解能力逐渐减弱,到第10 d时减重率达到77.0%.1.86 g秸秆各成分中,纤维素分解0.78 g,半纤维素分解0.16 g,木质素分解0.24 g.复合系组成多样性的研究表明,通过克隆文库构建和单菌株分离共确定出13个菌属的微生物,优势菌属有Hydrogenophaga、Pseudomonas、Bacteroides和Clostridium,占100个阳性克隆子的78%.系统发育关系表明,克隆文库和单菌分离技术分别所确定的微生物种类及亲缘关系存在一定的差异;Isolated 7(FJ439527)和Clone 86(EU834839)与假单胞菌属中的厦门藻(Pseudomonas xiamenensis)亲缘关系较近.     

木质纤维素分解菌复合系WSC-6分解稻秆过程中的产物及pH动态

为了探明WSC-6分解稻秆过程中的代谢特性,本试验以稻杆为唯一碳源,50℃静止培养WSC-6,以一次性添加不同量稻秆和多次连续添加的方式,研究了WSC-6分解稻杆的相对分解率、绝对分解量、分解产物及pH变化特性.结果表明,一次性添加1%稻秆时,pH由初始的7.8迅速下降,第3 d降到6.0后逐渐回升,6 d后稳定在8.0左右,在此过程中DO值保持在0.01～0.12 mg·L-1微好氧条件.以GC-MS法在稻杆分解过程中检测到乙醇、乙酸、乳酸、甘油等10种以上有机物,其中乳酸的含量最高,为7.381 g·L-1.在90 d的实验中,一次性添加不同量稻秆时,随着稻秆量的增加,pH下降得快而低,且回升时间拖后,当稻秆量为5%时pH下降到5.0后不再回升.在多次连续添加稻秆的实验中,隔12d和15d添加的处理pH重复下降和回升的规律性变化,分解活性保持旺盛.90 d后隔15 d添加的处理相对分解率最高,为86.7%;绝对分解量以隔6 d添加的处理最高,为32.4 g.pH变化规律能够反映WSC-6对木质纤维素的分解进程及分解活性.     

堆肥化过程中微生物群落的动态

通过变性梯度凝胶电泳（DGGE）和平板计数法对堆肥化过程中微生物的区系动态变化进行了研究.结果表明,在堆肥化过程中,微生物数量总的趋势是细菌的数量最多,放线菌次之,真菌的数量最少,中温微生物的数量始终高于高温微生物.当发酵结束后,中温微生物的数量低于发酵初始水平,高温放线菌和高温真菌的数量试验结束后高于初始水平,高温细菌的数量在整个堆肥化过程中变化不大.通过DGGE分析表明,发酵过程中细菌的种类发生了明显的更迭现象.发酵初期Bdellovibrio、Clostridia bacterium、Bacillus、Clostridium等占优势,中期Beta proteobacterium、Petrobacter succinimandens、Nitrospirae bacterium、Clostridium等占优势,后期Clostridium、Beta proteobacterium、Paenibacillus等占优势,而在整个堆肥化过程中Clostridium都是优势种.     

PCR-DGGE技术解析生物制氢反应器微生物多样性

为了揭示发酵法生物制氢反应器厌氧活性污泥的微生物种群多样性 ,从运行不同时期取厌氧活性污泥 ,通过细胞裂解直接提取活性污泥的基因组DNA .以细菌 16SrRNA基因通用引物F338GC/R5 34进行V3高变异区域PCR扩增 ,长约 200bp的PCR产物经变性梯度凝胶电泳 (DGGE)分离后 ,获得微生物群落的特征DNA指纹图谱 .研究表明 ,不同时期的厌氧活性污泥中存在共同种属和各自的特异种属 ,群落结构和优势种群数量具有时序动态性 ,微生物多样性呈现出协同变化的特征 .微生物多样性由强化到减弱 ,群落结构之间的相似性逐渐升高 ,演替速度由快速到缓慢 .优势种群经历了动态演替过程 ,最终形成特定种群构成的顶级群落 .     

Monitoring impact of mefenacet treatment on soil microbial communities by PCR-DGGE fingerprinting and conventional testing procedures

The effect of acetanilide herbicide mefenacet on soil microbial communities was studied using paddy soil samples with different short-term treatments. The culturable bacteria （plate counts）, dehydrogenase activity and changes in community structure （denaturing gradient gel electrophoresis （DGGE） analysis） were used for biological community assessments. Mefenacet was a significant stimulus to cultural aerobic bacteria and dehydrogenase activity while Sphingobacterium multivorum Y1, a bacterium efficiently degrading the mefenacet, only induced the increasing colony-forming unit （CFU） of bacteria but little effect on dehydrogenase activity during the whole experiment. The degree of similarity between the 16S rDNA profiles of the communities was quantified by numerically analyzing the DGGE band patterns. Similarity dendrograms showed that the microbial community structures of the mefenacet-treated and non-treated soils were not significantly different. But supplement of S. multivorum Y1 could increase the diversity of the microbial community in the mefenacet-polluted paddy soil. This work is a new attempt to apply the S. multivorum Y1 for remediation of the mefenacet-polluted environments.     

Effect of methamidophos on soil fungi community in microcosms by plate count, DGGE and clone library analysis

Methamidophos was widely used a pesticide in northern China. The potential influences of methamidophos on soil fungal community in black soil were assessed by plate count, 28S rDNA-PCR-DGGE, and clone library analysis. Three methamidophos levels (50, 150, and 250 mg/kg) were tested in soil microcosms. Results from plate count during a 60-d microcosm experiment showed that high concentrations of methamidophos (250 mg/kg) could significantly stimulate fungal populations. DCGE (denaturing gradient gel electrophoresis) fingerprinting patterns showed a significant difference between the responses of culturable and total fungi communities under the stress of methamidophos. Shannon diversity indices calculated from DGGE profiles indicated that culturable fungi in all microcosms with methamidophos treatment increased after 1 week of incubation. However, the diversity indices of total fungi decreased in the first week, as compared to the stimulation of culturable fungi. At the 8th week, however, all the microcosms treated by methamidophos were similar to the control microcosms in community structure as suggested by the Shannon diversity indices for both culturable and total fungi. In contrast, after 1 week the fungal structure of culturable and unculturable both were disturbed to different extent under the stresses of methamidophos by clustering analysis. Clone sequencing analysis indicated the stimulation of pathogenic and unculturable fungal populations by methamidophos treatment, suggetsing potential risks of plant disease outbreak.     

农业废物好氧堆肥过程因子对细菌群落结构的影响

采用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)技术研究了农业废物堆肥过程中细菌种群随时间的变化.同时,应用Quantity One2.0和Canoco4.5软件对获得的堆肥细菌种群数据与堆肥过程因子:环境温度、堆体温度、pH、含水率、水溶性有机碳(WSC)、C/N、水溶性氨氮(NH4+-N)和硝氮(NO3--N)进行冗余分析,并做出样点、种群与堆肥过程因子的二维排序图.结果表明,细菌群落(样点)以堆肥过程因子为梯度大体可划分为升温期(1～2d)、高温期(3～11d)、降温期(12～18d)和腐熟期(19～36d)4个阶段,每一阶段均有对应种群存在.不同的堆肥过程因子对细菌种群的影响大小依次为:NO3--N堆体温度WSCC/NNH4+-N含水率pH环境温度,其中,堆体温度、WSC、NO3--N、NH4+-N对细菌种群的影响极显著(p0.01),C/N、pH对细菌种群的影响显著(p0.05),含水率、环境温度对细菌种群的影响不显著.     

铁元素对硫酸盐还原过程的影响及微生物群落响应

采用常规化学分析和微生物群落变性梯度凝胶电泳(DGGE)监测技术,探讨投加不同价态铁元素对硫酸盐还原过程的影响以及相应的微生物群落动态响应.结果表明,反应器启动后5d内硫酸盐去除率达到80%,在此过程中群落条带逐渐减少,但与已分离的硫酸盐还原菌(SRB)菌株一致的条带并没出现;Fe³⁺的投加极显著地改变了原有的高效群落结构,硫酸盐去除率降至20%,氧化还原电位(ORP)有所上升;而Fe²⁺和Fe0的投加未改变已经形成的顶极群落结构模式,也未显著降低硫酸盐去除率,仅硫化物的浓度变化对Fe²⁺的投加有短暂的响应.     

Mechanism on minimization of excess sludge in oxic-settlinganaerobic (OSA) process

The oxic-settling-anaerobic (OSA) process is a promising wastewater treatment technique for efficiently reducing sludge production and improving the stability of process operation. In this paper, the possible factors of sludge reduction such as sludge decay, uncoupled metabolism, and anaerobic oxidation with low sludge production were discussed in the OSA process. It has been confirmed that sludge decay is the decisive cause in the OSA process, accounting for 66.7% of sludge production reduction. Sludge decay includes hydrolysis and acidogenesis of dead microorganisms and particle organic carbon adsorbed in sludge floc and endogenous metabolism. By batch experiments, it has been proven that there is energetic uncoupling in the OSA system since microorganisms were exposed to alternative anaerobic and aerobic environment. It accounts for about 7.5% of sludge production reduction. Soluble chemical oxygen demand (SCOD) released from the anaerobic sludge tank in the OSA process was used as the substrate for cryptic growth. The substrate was used for anoxic denitrifying, anaerobic phosphorus release, sulfate reduction, and methane production. These anaerobic reactions in the sludge anaerobic tank have lower sludge production than in the aerobic oxidation when equivalent SCOD is consumed, which may lead to approximately 23% of sludge reduction in the OSA process. It has been concluded that multiple causes resulted in the minimization of excess sludge in the OSA system. The microbial community structure and diversity of sludge samples from the CAS (conventional activated sludge) and OSA systems were investigated by 16 SrDNA PCR-DG-DGGE (polymerase chain reaction-double gradient-denaturing gradient gel electrophoresis). DGGE profile and cluster analysis showed more abundant species in the OSA system contrasting to microbial communities in the CAS system.     

复合垂直流人工湿地污染物去除及微生物群落结构的PCR-DGGE分析

采用复合垂直流人工湿地净化富营养化景观水,考察了湿地系统中ρ(COD_Cr),ρ(TN),ρ(NH₄+-N),ρ(TP)和ρ(DO)以及pH的沿程变化,并采用PCR-DGGE技术分析了湿地系统中微生物群落结构垂直分布及组成的多样性. 结果表明:从下行池到上行池,ρ(COD_Cr),ρ(TN),ρ(NH₄+-N),ρ(TP),ρ(DO)和pH沿水流方向逐渐下降,上行池末端出水ρ(DO)略有回升,污染物的去除主要发生在下行池;由于湿地系统中环境条件和营养水平的变化,在湿地系统的不同位置微生物种群存在共同种属和各自的特异种属;下行池表层微生物多样性指数最高,上行池各样品间的相似性较好. 从下行池到上行池,微生物群落的多样性降低,群落结构间的相似性逐渐增大. 植物供氧、残体累积以及根际效应有助于提高湿地表层微生物的多样性.