互花米草沼泽湿地产甲烷古菌的多样性及垂向分布

为了深入探究影响河口沼泽湿地甲烷排放空间变异的关键因素,采用PCR-RFLP技术及测序分析对闽江河口互花米草沼泽湿地产甲烷古菌的多样性及垂向分布进行了研究.系统发育分析表明,闽江河口互花米草沼泽湿地产甲烷古菌的多样性划分为3大类群:甲烷杆菌目(Methanobacteriales)、甲烷微菌目(Methanomirobiales)和甲烷八叠球菌目(Methanosarcinales).在不同的土壤深度,产甲烷古菌的群落结构呈现出空间变异的特征.0~10 cm土层占优势的产甲烷古菌菌属为Methanoregula和Methanobacterium,分别约占46%和43%;10~20 cm土层主要菌属为Methanoregula、Methanobacterium和Methanolobus,分别约占66%、13%和12%,Methanoregula为优势菌属;20~30 cm土层主要菌属为Methanoregula、Methanobacterium和Methanogenium,分别约占65%、11%和12%,Methanoregula为优势菌属.Shannon指数(H')和Simpson多样性指数(D)计算结果表明,10~20 cm土层(H'=2.69,D=0.073)和20~30 cm土层(H'=2.47,D=0.093)产甲烷古菌的多样性明显高于0~10 cm土层(H'=1.60,D=0.292).     

浑河底泥古菌群落结构季节性变化特征

为探究不同水期河流底泥古菌群落结构特征,选取浑河底泥为研究对象,并于2014年4月(枯水期),9月(丰水期),11月(平水期)对浑河流域进行样品采样,通过PCR-DGGE技术获得3个水期古菌的DGGE指纹图谱,并进行数据分析.结果表明,平水期的古菌多样性和种群丰度都要好于枯水期和丰水期,多样性指数均高于2.10,种群丰度均高于0.94,且上游到下游均匀度波动平缓,数值维持在0.90左右,说明平水期浑河底泥古菌群落结构变化相对稳定.聚类分析结果表明,不同水期浑河底泥古菌群落结构多样性并没有明显的地区特征,但3个水期位于城市段的采样点的古菌亲缘性较为接近.冗余梯度分析(RDA)结果表明,枯水期时水中BOD5、p H和DO是影响古菌群落的主要因素;丰水期时水中的p H和NO-3-N是影响古菌群落的主要因素;平水期时水中的TP和NO-2-N是影响古菌群落的主要因素.     

浑河底泥细菌与古菌群落结构空间变化特征研究

利用变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)技术,考察了浑河表层底泥中细菌与古菌的多样性及群落结构变化情况.多样性结果表明,从上游至下游,底泥样品中细菌与古菌的种群结构均呈现由单一向复杂的演替趋势,且两者的Shannon多样性指数均在沈阳市下游的采样点-白塔堡河汇入浑河处分别达到其最大值3.88和2.91;而浑河底泥中细菌多样性及种群丰度均大于古菌多样性及种群丰度.群落结构的聚类分析结果表明,浑河底泥中细菌的群落结构具有明显区域特征,而古菌群落结构上下游保持稳定.冗余梯度分析(RDA)结果表明,上覆水中NO-3-N、NO-2-N、pH和Chl-a是影响细菌群落的主要因素,而NH+4-N、Chl-a、TP和NO-3-N则是影响古菌群落的主要因素.     

浑河底泥反硝化厌氧甲烷氧化菌群落多样性的时空分布特征及其与环境因子关系分析

为了解浑河底泥中反硝化厌氧甲烷氧化菌——Candidatus Methylomirabilis oxyfera(M.oxyfera)群落多样性的时空分布特征,通过克隆文库技术考察M.oxyfera的16S rRNA和pmo A功能基因的多样性时空分布特征,并结合多元直接梯度分析来研究环境因子(水样和底泥的理化性质)与其之间的关系.9月浑河上、中、下游底泥样品中M.oxyfera的16S rRNA基因的OTU数在2~5之间,Shannon-Wiener多样性指数变化范围为0.21~1.4,呈现出中游上游下游的分布特征.pmo A功能基因上游的OTU数和Shannon-Wiener多样性指数明显高于中游和下游,上游的Shannon-Wiener多样性指数分别是中游和下游的3.5倍和2.3倍,因此M.oxyfera的群落多样性呈现出明显的地域性分布特征.3号采样点处3月采集样品中M.oxyfera的16S rRNA和pmo A的OTU数目分别是6和5,明显高于9月对应的OTU数目,Shannon-Wiener指数也明显比9月高(1.40.68;1.570.00),因此M.oxyfera的群落多样性呈现出明显的季节分布特征.多元直接梯度分析结果表明底泥中DOC浓度、底泥电导率、水体中TOC含量和水体中亚硝酸氮浓度是影响M.oxyfera群落多样性的主要环境因子.     

浑河底泥微生物群落的季节性变化特征

为了解河流底泥微生物群落结构的季节性变化,利用PCR-DGGE技术对丰水期、平水期、枯水期浑河底泥中的微生物进行指纹图谱分析,并对优势条带进行测序和系统发育分析. 结果表明:浑河底泥微生物群落结构存在一定的时空异质性,在空间上可分为上游抚顺市地区(1~5号采样点)、中游沈阳市地区(6~11号采样点)和下游乡镇地区(12~14号采样点);平水期、枯水期、丰水期Shannon-Wiener多样性指数分别为3.04~3.88、2.66~3.66、3.04~3.45. 抚顺市地区和沈阳市地区不同水期底泥微生物Shannon-Wiener多样性指数差异较大,而乡镇地区则无明显变化趋势;平水期和枯水期底泥微生物Shannon-Wiener多样性指数从上游至下游呈先升后降趋势,而丰水期上、下游微生物多样性差异较小. 底泥微生物中以变形菌(Proteobacteria)最多,其次是拟杆菌(Bacteroidetes)和蓝藻菌(Cyanobacteria);而平水期优势种群数量最多. 研究显示,人类活动及丰水期对底泥微生物多样性有较大影响,掌握河流底泥微生物分布有助于深入了解河流物质的代谢过程.      

不同原料厌氧发酵及其微生物种群的研究

使用PCR-DGGE技术,对以鸡粪、猪粪、牛粪、秸秆为发酵原料的发酵体系的微生物群落多样性进行了研究.在发酵不同时间取样,进行了日产甲烷量、日产甲烷浓度的变化分析和DGGE分析.结果表明,日产甲烷量整体趋势为猪粪>鸡粪>秸秆>牛粪,日平均产甲烷量分别为2.67、2.24、0.99、0.49L;猪粪、鸡粪、秸秆的日产甲烷浓度在整个发酵周期大多可维持在50%以上,牛粪的日产甲烷浓度大部分时间低于30%;细菌的优势菌群有拟杆菌属(Bacteroidetes)、密螺旋体属(Treponema)、厌氧绳菌科(Anaerolineaceae)等,新增优势菌群有梭菌属(Clostridium)、脱硫叶菌属(Desulfobulbus)、毛螺旋菌科(Lachnospiraceae)、醋弧菌属(Acetivibrio);古菌的优势菌群有甲烷鬃菌属(Methanosaeta)、甲烷八叠球菌属(Methanosarcina)、甲烷八叠球菌目(Methanosarcinales),新增优势菌群有斯氏甲烷球菌属(Methanosphaera stadtmanae).     

活性炭在中高温条件下对玉米秸秆厌氧发酵的影响

为提高玉米秸秆厌氧发酵的产气效果,本文研究活性炭在中温(38℃)和高温(50℃)条件下对玉米秸秆厌氧发酵产甲烷的效果及微生物学机制.结果表明,添加活性炭能显著促进秸秆厌氧发酵产甲烷,中、高温试验组(添加活性炭)的累积产甲烷量分别比对照提高了63%和96%;DGGE的结果显示,高温试验组(添加活性炭)和对照组(未添加活性炭)的发酵液中的优势细菌菌群分别是Clostridiale bacterium和Bacillus,中温对照组发酵液和中温试验组发酵液未发现明显优势菌种.添加活性炭分别有利于氢营养型的甲烷鬃毛菌(Methanosaeta concilii strain)和乙酸营养型的醋酸甲烷八叠球菌(Methanosarcina acetivorans strain),在中温、高温试验组的发酵液中形成优势古菌菌群.中温试验组活性炭载体上的优势古菌菌群为甲烷鬃毛菌(Methanosaeta concilii strain),而高温试验组活性炭载体上的优势古菌菌群主要为甲烷八叠球菌嗜高温菌属(Methanosarcina thermophila strain).     

高通量测序研究酒精废水治理中厌氧活性污泥的微生物菌群

厌氧消化是治理酒精生产废水的主要技术,本实验基于Illumina Mi Seq高通量测序研究了厌氧活性污泥的微生物菌群,在属(genus)水平上分析了污泥中细菌和古菌的种类和相对丰度,探讨了细菌和古菌的功能.结果表明:高温厌氧活性污泥(TAS)中相对丰度≥1.0%的细菌属有10个,包括Coprothermobacter、Longilinea、Levilinea等,它们的主要功能是分解蛋白质、代谢碳水化合物生成有机酸、乙酸氧化、硫酸盐还原.中温厌氧活性污泥(MAS)中相对丰度≥1.0%的细菌属有21个,包括Acinetobacter、Succinibibrio、Meniscus、Longilinea等,它们的主要功能是代谢碳水化合物生成有机酸、脂肪酸和有机酸氧化、分解结构顽固化合物.TAS中古菌属主要是产甲烷古菌Methanosaeta、Methanobacterium和Methanothermbacter,它们的相对丰度分别为57.72%,28.35%和9.90%.MAS中古菌属主要是产甲烷古菌Methanobacterium、Methanosarcina、Methanosaeta和Methanosphaera,它们的相对丰度分别为33.21%、23.70%、16.63%和11.77%.高通量测序研究充分展示了厌氧活性污泥的微生物菌群,可为阐释酒精废水治理中厌氧消化技术的生物机制及其技术改良提供参考.     

高钙废水颗粒污泥中古菌菌群结构变化的分析

为了解高浓度Ca~(2+)与颗粒污泥中古菌菌群结构的关系,利用高通量测序分析IC(Internal Circulation)反应器(以废纸造纸废水为处理对象)内不同高度处颗粒污泥中古菌菌群组成,并利用SEM(Scanning Electron Microscope)和EDS(Energy Dispersive X-ray Spectroscopy)分析颗粒污泥的形态结构和元素组成,同时借助红外光谱和XRD(X-ray diffraction)分析不同高度处颗粒污泥化学结构中各官能团的分布情况和无机成分.结果表明,随着反应器高度的增加,颗粒污泥中的无机成分CaCO_3也随着增加,而种泥中钙含量只有1.81%.种泥和ICR反应器内的颗粒污泥中古菌在门分类水平上主要包括Euryarchaeota和Bathyarchaeota,两者之和占90%以上.在属分类水平上,主要包括Methanosaeta、Methanoregula、Methanobacterium、Methanosarcina、Methanolinea、Methanospirillum等.种泥中古菌的物种多样性要明显高于IC反应器中,在IC反应器中不同高度处古菌生物多样性由高到低的顺序是5 m2 m7 m,5 m处的古菌物种更加丰富.随着反应器高度的增加,乙酸营养型甲烷菌的相对丰度呈现递增趋势,氢营养型甲烷菌则呈现递减趋势,而种泥中氢营养型甲烷菌相对丰度较大.这表明颗粒污泥在高钙废水的长期作用下,氢营养型甲烷菌的相对丰度减少,乙酸营养型甲烷菌的相对丰度增多,系统中古菌物种的相对丰度和多样性有所下降.CaCO_3沉淀使颗粒污泥的产甲烷活性降低,主要表现为其对氢营养型甲烷菌具有较大的抑制作用.     

多相内循环厌氧反应器内颗粒污泥特性分析

该文对处理柠檬酸废水的多相内循环厌氧反应器中颗粒污泥的理化特性和微生物特性进行了实验研究。扫描电镜下厌氧颗粒污泥呈黑色、球形、表面光滑且有空隙;筛分法得到90%的污泥粒径分布在0.45~2.0 mm范围内;重力沉降法得到90%以上颗粒污泥的沉降速度大于50 m/h,沉降性能良好;高温灼烧法测得颗粒污泥的挥发分占总固体的64.56%,有机物含量高。采用454高通量测序的方法对厌氧颗粒污泥中的微生物进行鉴别,细菌中共有约30个菌门和100个菌属,其中Anaerofustis、Anaerolineae、Spirochaeta和Longilinea是优势菌属,分别占细菌总量的4.91%、4.78%、4.41%、3.98%。这些细菌的共同特征是可以将大分子有机物水解并转化成酸。古生菌中广古菌门(Euryarchaeota)占92.48%,其中甲烷鬃菌属(Methanosaeta)占7.81%,甲烷杆菌属(Methanobacterium)占49.35%,主要作用是产甲烷。微生物的多样性指数较高,表明厌氧颗粒污泥中微生物种类丰富,有利于厌氧反应器的稳定运行。     

填埋场古细菌垂直分布格局及其与垃圾降解程度响应特征

研究了青岛市小涧西垃圾填埋场表层(3 ～ 12 m)、中上层(15～24 m)、中下层(27 ～36 m)和底层(39 ～45 m)古细菌的多样性、群落组成与垂直分布特征,以及垃圾降解程度与古细菌群落结构演替变化的响应关系.结果表明:垃圾有机质和凯氏氮含量随填埋深度增加呈降低趋势,而pH呈微弱升高趋势.填埋场中下层的古...     

SBR工艺活性污泥驯化过程中微型动物群落物种多样性及其稳定性研究

以SBR反应器培养驯化阶段的活性污泥微型动物群落为研究对象,系统考察了活性污泥驯化过程中微型动物群落结构与优势种群变化规律,同时探讨了微型动物群落物种多样性及其稳定性.结果表明,1活性污泥培养驯化是微型动物群落类群和种属增多后趋于稳定的过程:污泥培养驯化过程中微型动物群落,由驯化初期以鞭毛虫为单一优势类群向鞭毛虫、匍匐型纤毛虫、固着型纤毛虫、肉食性纤毛虫等4个共优势类群演变,优势种属也由单一的波豆虫属(Bodo sp.)逐步向波豆虫属(Bodo sp.)、钟虫属(Vorticella sp.)、累枝虫属(Epistylis sp.)、楯纤虫属(Aspidisca sp.)、斜管虫属(Chilodonella sp.)、半眉虫属(Hemiophrys sp.)等6个共优势种属演变;2活性污泥培养驯化是微型动物群落物种多样性水平增高后趋于稳定的过程:Shannon-Wiener多样性指数H'在培养驯化过程中先急剧增大后小幅降低直至相对稳定,较培养驯化前增大约75%;3活性污泥培养驯化是微型动物群落趋于稳定的过程:驯化初期到中期微型动物群落稳定性略有减小,驯化中期到后期有较大的增加并趋于稳定,这是微型动物群落总多度、物种数均先增大后逐渐趋于稳定的结果;4微型动物群落稳定滞后于其污泥成熟与污水处理效能稳定.     

城市再生水河道沉积物细菌群落空间变化分析:以京津冀北运河为例

沉积物细菌因其在能量流动和污染物循环转化中发挥重要作用.关注沉积物细菌空间分布格局变化是深入了解其多样性产生和维持机制的前提.基于此,本文以流经京津冀地区以再生水为补给水源的北运河为研究区,对沉积物细菌群落界、门、纲、目、科、属、种和OTUs（operational taxonomic units）等不同分类水平空间变化模式及其形成机制进行分析.结果表明,较高的分类水平上、中、下游样点具有更均质化的分布格局,而较低分类水平样点具有更加清晰的分布界限和范围;不同地理空间尺度下的群落结构差异性随分类水平的降低呈组间差异逐渐增大和组内相似性逐渐减小的变化趋势.以弗兰克氏目（Frankiales）和红细菌目（Rhodobacterales）为代表的典型根际微生物呈现上游显著富集、中游次之、下游显著减少模式,以厌氧绳菌目（Anaerolineales）和脱硫杆菌目（Desulfobacterales）为代表的与碳、氮和硫循环相关的微生物集中呈现中游显著富集、下游次之、上游显著减少模式,以苯基杆菌属（Phenylobacterium）为代表的菌属在上游显著富集、中游次之、下游显著减少模式,以产气梭状芽孢杆菌（Clostridium_gasigenes）和奥斯陆莫拉菌（Moraxella_osloensis）为代表的致病菌呈现中游显著富集的模式.沉积物中Ca²⁺、SO₄^2-和TOC表现为下游浓度高于上游和中游地区.下游未处理和经处理废水排放导致沉积物中盐分离子和TOC显著升高,而高度人工化的城市河道生态修复工程对水质和沉积物的净化作用是导致上、中游盐分离子和TOC显著降低的间接原因.环境选择为主、地理扩散为辅的共同作用模式决定了北运河沉积物细菌群落空间变化模式.     

AFMBR处理生活污水的功能菌群特性研究

厌氧流化床膜生物反应器(AFMBR)作为一种低耗产能的高效厌氧反应器,在处理生活污水中有着巨大的潜力.本研究主要利用宏基因组测序技术对AFMBR系统内的微生物菌群进行探究,结果表明:与接种菌群相比,AFMBR经过一段时间的连续运行后,在属水平上古菌优势菌属由接种时的甲烷囊菌属变为甲烷八叠球菌属、甲烷杆菌属,细菌的整体菌属结构发生了较大变化;在种水平上,系统内不存在较明显的优势菌种.从相对丰度比例≥1%的菌种来看:水解发酵菌群产氢产乙酸菌群产甲烷菌群,但各菌群之间相对丰度的差距较小.从基因水平来看,系统内与碳水化合物代谢、氨基酸代谢、能量代谢相关的基因丰度较高,二氧化碳、乙酸转化为甲烷是系统产甲烷的主要途径.     

人为干扰条件下白洋淀底栖动物群落变化及其主要环境影响因子分析

底栖动物对维持和稳定湖泊生态系统结构与功能具有重要作用.为了探明长期强人为干扰条件下底栖动物群落结构特征及其主要环境影响因子,本研究分别于2009年和2018年的4月和8月采集和分析了白洋淀8个区水体、沉积物和底栖动物样品.根据人为干扰程度的不同,将白洋淀分为重度干扰区（HD）、中度干扰区（MD）和轻度干扰区（LD）,同时分析了3类生境的理化参数和底栖动物群落结构与多样性指数.研究结果表明：1就水体和沉积物理化参数而言,总磷（TP）、总氮（TN）、氨氮（NH₄⁺）、硝酸盐（NO₃^-）、磷酸盐（PO₄^3-）和沉积物总氮（TNs）、总磷（TPs）等理化参数在重度干扰区呈最高值;2就底栖动物群落组成而言,在重度干扰区底栖动物群落物种丰度、生物量、密度均最低,且优势种大多以水生昆虫为主;3就底栖动物群落多样性指数而言,2009年,白洋淀底栖动物群落Margalef丰富度指数D值（0.84）和Shannon-Wiener多样性指数H''值（1.13）均在中度干扰区最高,而Pielou均匀度指数J值（0.53）在轻度干扰区最高,这些指数均与沉积物总氮（TNs）呈显著负相关;2018年,D值（2.02）和H''值（2.21）在轻度干扰区中最高,而J值（0.84）在重度干扰区中最高,D值和H''值与水深（Water depth,WD）呈正相关关系,而与硝酸盐（NO₃^-）和总磷（TP）等呈负相关关系;4RDA分析结果表明,白洋淀底栖动物群落组成的主要环境影响因子在2009年为WD和pH,而在2018年为沉积物中总磷（TPs）.2009-2018年,白洋淀底栖动物群落（主要影响因子从WD和pH变为沉积物总磷）和多样性指数（主要影响因子从TNs变为WD、TN、TP、NO₃^-、TNs等）的主要环境影响因子发生了显著变化.因此,针对主要环境影响因子的时间变化,在不同时期底栖动物群落的恢复需采取不同措施,本研究结果可为白洋淀生态修复提供理论和数据基础.     

浑河流域底质类型对硅藻群落分布特征的影响

河流底质可以为硅藻提供附着的基质,不同的底质类型对硅藻群落结构有一定的影响.本研究对浑河流域上23个采样点位进行调查研究,并运用多响应置换过程、典范对应性分析、线性回归分析等,分析河流底质类型对硅藻群落的影响.多响应置换过程结果显示,苏子河、红河和英额河、浑河中游及浑河下游水系之间硅藻群落空间差异显著;香农多样性指数、均匀度指数与物种丰富度的平均值分别为2.57、0.69和15;典范对应性分析结果显示,IOS指数、电导率、总氮和总磷是显著影响硅藻群落结构的环境因子;相关分析结果显示,香农多样性指数、均匀度指数和物种丰富度与IOS指数呈正相关.本研究中,河流底质类型为大石块、鹅卵石等类型时,硅藻多样性较高;而底质类型为淤泥和细沙时,硅藻多样性较低.     

浑河底泥反硝化厌氧甲烷氧化菌群落结构时空特征

为了解在反硝化厌氧甲烷氧化反应过程中起主要作用的微生物——Candidatus Methylomirabilis oxyfera(M. oxyfera)在河流底泥环境中的时空变化特征,利用克隆文库及实时荧光定量PCR技术考察了浑河流域部分底泥中M. oxyfera-like的16S rRNA和pmoA功能基因的多样性及丰度. 结果表明:从浑河上游至下游丰水期各采样点底泥中M. oxyfera-like的16S rRNA的多样性无明显地域性差异,其OTU(operational taxonomic unit,独立操作单元)数变幅不大;pmoA功能基因的多样性则存在较为明显的地域性差异,上游采样点A(章党大桥)底泥中OTU数为5,下游采样点E(三岔河大桥)底泥中仅为1. 采样点A底泥中M. oxyfera-like的16S rRNA和pmoA功能基因的多样性均存在一定的季节性差异,平水期16S rRNA和pmoA功能基因的Shannon-Wiener多样性指数分别为1.48和2.19,在各期中最高;而枯水期时二者均最低,分别为0.83和1.26. 丰度分析结果显示,所有采样点底泥中M. oxyfera-like的16S rRNA丰度均表现为平水期(2.42×106~1.74×107 copies/g)(以干质量计)最高、枯水期(2.87×104~4.19×106 copies/g)居中、丰水期(1.29×103~2.04×104 copies/g)最低,说明浑河底泥中M. oxyfera-like的丰度亦存在一定的季节性差异.