循环水养殖系统中自然微生物生物膜形成过程实验

进行了不同初始NH4-N浓度,在实验水温20～24℃条件下,利用微生态制剂辅助,循环水养殖系统中自然微生物生物膜形成过程的实验研究。结果表明:不同NH4-N浓度对自然微生物生物膜形成产生显著影响,5、10和20 mg/L高浓度NH4-N更易于微生物的扩繁生长和生物膜形成,其生物膜达到预期水质净化效果的形成周期,即生物挂膜成熟周期,约需要35～40 d。生物挂膜成功后,形成很好的硝化作用,实验生物滤池中的NH4-N、NO2-N浓度均保持低于0.05 mg/L,COD浓度低于3 mg/L,显示出对NH4-N、NO2-N和COD很高的去处效果,但对PO4-P处理效果不明显。而1和2 mg/L低浓度NH4-N不易于微生物的扩繁生长,难以形成具有较好水质净化效果的生物膜,即生物挂膜难以成功。     

不同污泥龄膜生物反应器内微生物的群落结构特征

为研究不同污泥龄MBR(膜生物反应器)内的微生物群落结构特征,构建了SRT(污泥龄)分别为10、20、40和80 d的4个平行的MBR,通过PCR-DGGE技术获得各MBR内微生物的DNA指纹图谱,并对条带进行切胶测序. 结果表明,SRT不影响MBR对废水的处理效果,不同SRT下MBR对NH₄+-N和COD_Cr的去除率均能达到90%以上. DGGE结果表明,在运行过程中,各MBR内的微生物群落结构均发生了明显变化,并且不同SRT的MBR内总细菌群落结构变化特征相同;SRT影响同一微生物在各MBR中的出现速率;总细菌Shannon-Wiener多样性指数和丰富度指数均随着SRT的增加而升高,SRT为80 d的MBR内Shannon-Wiener多样性指数最高. 测序结果表明,不同SRT的MBR内的优势种属不同,其中Arcobacter sp.、beta proteobacterium及Thiothrix sp.为不同SRT的MBR中共同存在的关键菌属,对MBR的运行起着重要作用.      

MBR处理腈纶废水的效能及微生物群落结构分析

采用序批式膜生物反应器(SBMBR)处理腈纶聚合废水和丙烯腈废水,考察了不同废水比例和运行条件下反应器的运行效果,并采用PCR-DGGE技术分析了反应器内微生物群落结构的变化.结果表明,SBMBR对腈纶废水具有较好的处理效果,碳源和碱度不足是影响脱氮效果的两个主要因素;在水力停留时间为24 h,90 min缺氧/150 min好氧交替运行的条件下,COD、NH+4-N和TN的平均去除率分别为82.5%、98.7%和74.6%,出水水质可以稳定达到国家污水综合排放标准(GB8978-1996)的一级标准;PCR-DGGE分析结果表明,反应器内微生物多样性与进水水质和运行条件密切相关,微生物群落呈现出较明显的演替过程;通过克隆测序,从9个污泥样品中成功鉴定获得22种微生物的16S r DNA序列,并筛选出7种降解腈纶废水的优势菌种.     

利用PCR-DGGE研究膜生物反应器中微生物的群落结构

使用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳技术(PCR-DGGE)考查了天津某再生水处理厂膜生物反应器(Membrane Bioreactor,简称MBR)培养驯化直至正常运行全过程中总细菌群落结构的演替情况.结果表明,在MBR环境中,接种的传统活性污泥中的微生物群落在几天内发生了较大的变化,在进污水驯化时,微生物群落也遭受了冲击,最后经过培养驯化趋于稳定,一些菌种逐渐成长为顶级优势微生物,在反应器内占据主导地位.最终该反应器逐渐形成了自己独有的微生物群落生态系统.另外,对该微生物群落的部分优势总细菌进行了克隆测序和系统发育树分析,通过鉴定获得的10条总细菌的16S rDNA序列,它们分别与气单胞菌属、假单胞菌、亚硝酸菌属、丛毛单胞菌属和杆菌的同源性在97%以上,这些优势微生物在MBR反应器去除有机物的过程中起到了关键的作用.     

利用PCR-DGGE技术分析生物陶粒硝化反应器中微生物群落动态

为了揭示生物陶粒硝化反应器中活性污泥的微生物种群多样性,从运行不同时期的反应器中提取活性污泥,利用PCR-DGGE技术初步分析了生物陶粒反应器细菌的种群演替情况.结果表明,随着进水COD值的逐阶段降低,氨氮去除率逐步提高到64.38%.群落结构和优势种群的数量具有时序动态性,微生物多样性与废水的处理效果出现协同变化的特征.测序结果表明,生物陶粒反应器中运行第21天的优势种群除了自养细菌,还有异养细菌存在.其中自养细菌为Nitrosospira.sp和Nitrobacter.sp,异养细菌为Bacillus.sp、Pseudomonas.sp和Pseudochrobactrum.sp.     

强化生物除磷系统微生物群落结构对水温变化响应的试验研究

在富集聚磷菌(PAOs)且具有较高磷去除率的强化生物除磷(EBPR)系统中,通过对系统水温的控制,研究了EBPR系统微生物群落结构对温度升高和恢复的响应.结果表明,运行温度上升后,EBPR系统除磷效率急速下降.处理水温为25℃和30℃的系统恢复至20℃运行后能够恢复至原始的良好除磷状态,而处理水温为35℃的系统崩溃(磷...     

基因工程菌生物强化处理系统微生物群落分析

在膜-生物反应器(MBR)和传统活性污泥反应器(CAS)中,考察了基因程菌生物强化对阿特拉津的去除效果,并通过PCRDGGE分析了反应器不同运行阶段污泥微生物群落的变化.结果表明,基因工程菌生物强化实现了阿特拉津的高效生物去除,MBR和CAS阿特拉津平均去除率分别达到88.6％和85.3％.阿特拉津生物强化去除有助于反...     

处理不同废水MBR系统中微生物群落结构的比较

为了研究膜生物反应器中微生物群落结构与系统处理效能的关系.为工艺改进提供依据,从4种处理不同水质的MBR污泥中提取细菌总基因组DNA,采用PCR-DGGE和克隆测序技术对系统中的微生物群落结构进行了解析,根据序列数据进行同源性分析并建立了系统发育树.结果表明,在长期稳定运行后不同MBR中形成了各自特有的生态群落,进水水质对总细菌的群落结构有着较大的影响,处理含有较复杂成分废水的反应器中,种群多样性较高,Shannon指数分别为0.77和0.78.总细菌中,主要优势种群以Proteobacteria纲(8个OUTs)和Bacillus属(2个OUTs)为主.不同反应器中氨氧化菌群结构较为相似,存在着相同的顶级优势群落;测序结果表明MBR中存在着多种亚硝化菌属,其中以亚硝化单胞菌属最为普遍,并鉴定出2株反硝化菌属UncuItured Achromobacter sp.和Uncultured denitrifying bacterium,说明反应器中可能同时存在多种硝化和脱氮途径.     

生物陶粒与生物活性炭上微生物群落结构的PCR-SSCP技术解析

采用PCR-SSCP(单链构象多态性)技术,以16S rRNA基因的V4-V5区为靶对象,分析用于饮用水处理的生物陶粒和生物活性炭上的微生物群落结构.对生物陶粒和生物活性炭上的微生物分别进行超声波洗脱、R2A和LB平板培养后提取基因组DNA.结果表明,除生物活性炭超声波洗脱不能提取到DNA外,其他处理均能提取到大小在10 kb以上的基因组DNA,但所提取的量有较大差异.以提取的DNA为模板分别进行PCR,均能扩增到408 bp的基因片段.这些片段经λ核酸外切酶消化处理后进行SSCP电泳.结果显示,超声波洗脱、R2A和LB培养对试验结果影响不明显.生物陶粒的微生物基因扩增片段SSCP图谱相同,且只出现1条带.测序后与基因组数据库对比,结果显示其与uncultured Pseudomonas sp. clone FTL201 16S rDNA （GenBank登录号AF509293.1）片段同源性为92%.生物活性炭的微生物基因扩增片段SSCP图谱也相同,但有2条带.测序对比的结果表明, 这2个基因片段与Bacillus sp. JH19 16S rDNA （GenBank 登录号DQ232748.1）片段和Bacterium VA-S-11 16S rDNA （GenBank登录号AY395279.1）片段的同源性分别为100%和99%.     

不同DO下MBR内微生物群落结构与运行效果关系

应用A/O-MBR处理实际生活污水,考察了不同溶解氧(DO)条件下,微生物群落结构与其处理效果的对应关系.结果表明,DO浓度在0.2~4.0mg/L对COD去除效果无明显影响,COD平均去除率均在90%以上.DO浓度变化对NH4+-N去除影响较大,DO浓度下降到0.2mg/L时,NH4+-N平均去除率由99%下降到65%.通过PCR-DGGE分析,较高DO条件下(4.0,2.0mg/L)的总细菌微生物群落多样性高于较低DO条件(0.5,0.2mg/L),但其群落结构变化与与反应器的处理效果对应关系不明显;氨氧化菌的群落结构变化较明显,且在不同的DO条件下起主要作用的氨氧化菌的菌属不同,其群落变化与反应器的NH4+-N去除效果相对应,DO为2.0,0.5mg/L时氨氧化菌群落结构比较相似,此时反应系统的脱氮效果也比较好.     

不同盐度循环养殖水体微生物群落特征

为探究盐度对拟穴青蟹养殖水体微生物群落结构的影响,深入理解养殖盐度、氮磷环境因子与微生物群落结构的相关关系,采用16S rRNA高通量测序技术分析了盐度为1‰（S1）、3‰（S3）、5‰（S5）、7‰（S7）、9‰（S9）的循环养殖水体中微生物群落特征.结果表明:①水体中微生物包含67门74纲152目281科745属431种,不同盐度的养殖水体中微生物物种数目依次表现为S3 > S1 > S5 > S7 > S9,物种多样性依次表现为S1 > S3 > S7 > S9 > S5,S1和S3的水体优势菌种的地位和作用远高于S5、S7和S9的养殖水体.②五组水样的微生物群落结构总体相似度较低,S1与S3以及S7与S9的水体微生物群落结构最为相似.③变形菌门（Proteobacteria）为养殖水体绝对优势菌门,其相对丰度依次表现为S5 > S7 > S9 > S1 > S3,厚壁菌门（Firmicutes）相对丰度依次表现为S9 > S3 > S5 > S7 > S1,拟杆菌门（Bacteroidetes）相对丰度依次表现为S1 > S7 > S3 > S9 > S5.养殖水体存在大量具有脱氮除磷特性的微生物,较小盐度差会造成脱氮除磷微生物种类和丰度出现显著差异化.④4种营养盐中的ρ（NO₂--N）对水体微生物群落影响最为显著（P < 0.05）,ρ（NH₄+-N）、ρ（NO₂--N）、ρ（NO₃--N）、ρ（PO₄3--P）整体与属水平微生物群落呈极显著性正相关（P < 0.01）.研究显示,盐度主要通过影响养殖水体的氮磷营养盐间接改变水体中微生物群落,氮磷环境因子中NO₃--N为主要驱动因子,一个系统中的营养盐因子并不是单独地对养殖水体微生物群落起作用,而是协同发挥作用,共同调节其微生物群落结构.      

ERIC-PCR图谱分析生物栅填料生物膜微生物群落结构

采用以填料生物膜和水生植物为主体,以微生物、浮游植物、水生动物为要素的生物栅集成装置,处理上海市某一富营养化水体,实验采用6m³/d的中试规模,7个廊道并联运行,连续进出水.测试进出水的理化指标,并采用ERIC-PCR指纹图谱技术对生物栅填料生物膜微生物进行分析.结果显示,生物栅技术对富营养化水体的污染物降解效果显著,稳定运行后,采用设置生物栅的2～7号净化池的COD、总氮、氨氮、总磷的去除率较对照池分别提高了20.7%～48.5%、20.1%～49.7%、39.8%～66.2%和60.0%～73.9%.水生植物有利于水体氮、磷的吸收和去除,设置水生植物的2号、5号、6号净化池对总氮去除率较未设置水生植物的3号、4号和7号净化池分别提高了30.1%、24.9%、17.6%,总磷的去除率也都提高了10%以上.ERIC-PCR指纹图谱分析显示,设置水生植物的3个净化池微生物群落结构相似,且微生物种类较未设置植物的净化池丰富.指纹图谱在第2d、第15d、第30d的微生物多样性指数分别为1.89～2.22、2.17～2.43和2.28～2.68,平均相似系数分别为71.8%、86.9%和91.0%,表明随着系统的运行微生物多样性指数逐渐增大,条带的相似性逐渐增加,系统中微生物种群趋于多样化,结构趋于稳定,污染物降解效率也同步提高.     

石油污染土壤微生物群落结构与分布特性研究

针对污染胁迫下土壤微生物群落结构与分布问题,基于PCR-DGGE分析与系统发育树等现代分子生物学分析方法,探讨典型油田区石油污染土壤微生物群落结构特征,污染水平与微生物群落分布的关系.结果表明,污染土壤石油含量的差异是造成微生物群落结构相似度差异的主要因素;微生物群落结构相似性指数与土壤石油污染水平具有显著相关性;随着土壤污染程度的增加,微生物群落的均匀度指数降低,菌属分布不均匀,表现出土壤微生物群落结构和种属的污染胁迫与分异现象;石油污染土壤中存在明显的优势菌属:Gulosibacter、Halomonas、Petrobacter、Methylocystis、Pseudoalteromonas.本研究结果为认识石油污染土壤微生物特性提供基础.     

南淝河细菌群落结构的研究

为了研究受污染城市河道南淝河在进行修复前微生物群落的多样性,于2009年10月(秋季)和2010年1月(冬季)在南淝河河道中采集水样,直接从水中提取总DNA,用细菌16S rDNA的通用引物对V3区进行PCR扩增,PCR产物经DGGE(变形梯度凝胶电泳)分离后,获得水体细菌群落的DGGE指纹图谱;同时运用平板计数法对水体的异养细菌进行计数。结果表明:不同季节,不同位点南淝河的细菌群落的多样性都很丰富,但不同季节优势种有差异;相同季节临近位点细菌种群结构的相似性较高,且有顺河而下相近位点相似性增高的趋势。南淝河水体异养细菌数量秋季为20.3×103～616.3×103CFU/mL。冬季为2.3×103～53.6×103CFU/mL,冬季异养细菌数量比秋季低一个数量级,并且从上游到下游逐渐增多。但与其他同等富营养化水平的水体相比,其异养细菌含量较低。     

含硝氮废水的好氧反硝化处理及其系统微生物群落动态分析

利用好氧反硝化细菌强化生物陶粒反应器处理含硝氮废水,探讨了生物陶粒反应器中好氧反硝化生物脱氮的实现过程,并运用变性梯度凝胶电泳技术(DGGE)对微生物菌群结构稳定性进行了分析.结果表明,在水力负荷0.75 m/h,气水比5∶1～10∶1,水温15～23℃,进水COD负荷1.92～5.98　kg/(m³·d),硝氮负荷0.60～1.34 kg/(m³·d)的条件下,生物陶粒反应器在稳定运行阶段可以基本实现对硝酸氮的完全去除,对总氮的去除率最高可达95.73％,出水中亚硝酸盐一直保持在较低水平.PCR-DGGE指纹图谱显示,微生物多样性与废水的处理效果出现协同变化的特征.在整个运行阶段,好氧反硝化菌群X31在反应器中稳定存在,并始终是优势菌群.     

外源Fe调控根系微生物群落结构和功能对水稻Cd积累的影响

探究外源铁（Fe）在水稻镉（Cd）阻控效应方面的研究对保障粮食安全具有重要意义.通过水培实验,研究了3种Fe浓度（5、50和500 μmol·L^-1 EDTA-Na₂Fe）对水稻Cd的积累效应和根系微生物群落结构的影响.结果表明,环境Fe浓度的增加促使水稻根表铁膜的形成,缺Fe和Fe充裕情况下均会促进根表铁膜对Cd的吸附固定.和正常Fe相比,缺Fe促进根Cd和地上部Cd累积,分别增加了49.76%和15.68%;而Fe充裕促进了根Cd的积累,增加了18.39%,但显著降低地上部Cd的含量,降低幅度为35.95%.采用16S rRNA高通量测序测定根系微生物群落结构并通过PCA、LEfSe和RDA等分析方法发现,和正常Fe相比,缺Fe环境会降低根系微生物的丰富度和均匀度,在门水平下Proteobacteria和Bacteroidetes为优势菌群,缺Fe抑制Bacteroidetes相对丰度的增加,Fe充裕使Proteobacteria相对丰度降低.而在属水平功能微生物Ensifer、Rhodopila、Bdellovibrio和Dyella等的相对丰度在不同处理下发生改变,可能通过影响根表铁膜的形成和其他生化过程继而影响水稻对Cd的吸收和积累.并且缺Fe环境对微生物功能影响高于Fe充裕环境.为探寻不同Fe环境下调控水稻根系微生物的群落结构变化,以降低水稻对Cd的吸收转运能力,进而为Fe对Cd的阻控机制提供理论依据,并为我国南方稻田Cd污染治理提供重要参考.     

包埋厌氧氨氧化菌的环境因子影响特性及群落结构分析

针对厌氧氨氧化菌悬浮培养启动慢、易流失、活性易受环境因子抑制等问题,利用聚乙烯醇-聚丙烯(PVA-PP)制备厌氧氨氧化菌包埋填料,在实现厌氧氨氧化菌活性提高及反应体系稳定运行的基础上,采用批次实验明确了COD干扰、pH值变化及摇床转速对包埋填料脱氮特性的影响.并通过高通量测序技术分析了填料内菌群结构和多样性的变化.结果表明,厌氧氨氧化菌活性可在第30 d恢复至100%,阶段培养99 d,总氮容积负荷(NLR)为0. 69 kg·(m³·d)^-1时,总氮去除率为87. 7%,140 d长期运行,总氮去除速率(NRR)可达1. 83 kg·(m³·d)^-1,是包埋前悬浮污泥的9. 4倍.种群多样性在包埋载体内得到保持,厌氧氨氧化功能菌Candidatus Kuenenia(AF375995. 1)有效富集,占比由11. 06%上升至32. 55%. PVA-PP包埋载体可实现厌氧氨氧化-反硝化耦合脱氮,有机碳源干扰及pH值的变化对厌氧氨氧化菌影响抑制明显减弱,并且摇床转速的适当提高会促进包埋体系厌氧氨氧...     

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.