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%.     

SSCP技术分析不同废水处理系统中微生物群落结构

为研究不同废水处理系统中微生物群落结构以及认识群落结构与系统处理效能的关系,采用单链构象多态性技术(SSCP)分别对稳定运行的脱氮除磷反应器(N),中药废水处理反应器(P),啤酒废水处理反应器(W),糖蜜废水发酵制氢反应器(H)以及硫酸盐还原反应器(S)等5种废水处理系统中的微生物群落结构进行了解析.结果表明,处理同种废水且状态均一的反应器中微生物群落结构相似性最大;微生物种群多样性与废水中的有机质复杂性成正相关,中药废水由于含有较复杂的有机质成分,种群多样性最高,而人工配水的处理系统由于营养成分单一,种群多样性较低;与模式群落中微生物SSCP条带比较显示,某些功能微生物类群在整个系统中相对数量并非占优势,发酵产氢菌Ethanologenbacterium sp.在状态良好的制氢反应器中相对含量仅占5%,而脱硫弧菌Desulfovibrio sp.在硫酸盐还原反应器中的相对比例小于1.5%.SSCP指纹图谱技术能够揭示不同处理系统中微生物群落结构的差别,并对这些工艺中的部分功能微生物进行监测,进而为提高反应器的运行效果提供有益的指导.     

微生物载体对MBBR工艺性能及微生物群落结构的影响

通过选用聚氨酯吸水凝胶(porous polymer carriers,PPC)、聚氨酯海绵(polyurethane,PU)、聚丙烯(polypropylene,PP)3种材质的微生物载体,对分别投加这3种载体的移动床生物膜反应器(MBBR)的启动性能、氮去除性能及微生物群落结构进行对比分析.结果表明:在进水氨氮浓度...     

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.     

石油烃污染非均质场地微生物群落结构及降解作用

为探究冲洪积扇上游强非均质性石油烃污染场地中微生物降解作用强弱,深入分析场地微生物修复的可能性,选取潮白河上游某典型废弃加油站为研究对象。受冲洪积扇条件控制,区内非均质性强,地下水埋深较大。现场采集土样进行微生物高通量测序分析;装填土柱进行室内淋滤实验,开展微生物降解对比分析。结果表明:未受污染区域（T1）的优势菌门为厚壁菌门（Firimicutes）,优势菌属为Paenisporosarcina,其相对丰度分别为40.1%和34.8%;污染区域可识别的优势菌门为变形菌门（Proteobacteria）,优势菌属为芽孢杆菌属（Bacillius）,其相对丰度分别为35.1%~52.2%和7.7%~16.8%,石油烃污染物较大程度上改变了区域的微生物群落结构和多样性,埋深和含水条件也是重要的影响因素。微生物降解对比实验表明,吸附作用是初始阶段石油烃污染物的主要去向,柱间出水石油烃浓度差值显示:0~200 h阶段微生物降解作用较为强烈,起主导作用,但去除量小于吸附作用。自然条件下,强非均质石油烃污染场地中石油烃降解优势菌的结构占比较低,数量较少,微生物降解作用微弱。     

电极活性菌分离过程中微生物群落结构动态特征解析

为探讨培养过程对微生物的选择性作用及电极活性菌在生物膜中的功能地位,采用亨氏厌氧滚管稀释培养技术,以氧化铁为指征,自微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)阳极生物膜中分离电极活性微生物,并对纯菌分离过程中微生物群落结构动态特征进行跟踪监测.结果表明,以乳酸、乙酸和甾体药物生产废水为底物的MFC最高电压分别可达0.57、0.60和0.40 V.种泥以及乳酸、乙酸为底物的阳极膜分离出的优势菌种均为变形杆菌,而甾体废水为底物的阳极膜分离出的优势菌包含变形杆菌、厚壁菌和拟杆菌,种类丰富.经过富集培养最终分离获得2株电极活性菌,16S rDNA测序鉴定为路德维希肠杆菌(Enterobacter ludwigii)和弗氏柠檬酸杆菌(Citrobacter freundii).以乳酸为底物,两株纯菌可分别获得0.10V和0.17 V的最大电压.该研究表明,应用氧化铁为指征的厌氧梯度稀释培养技术可分离到电极活性微生物,但由于分离过程的选择作用,微生物群落结构动态变化特征显著.     

白腐真菌降解染料反应器微生物群落结构研究

利用DGGE分子标记技术分析了两种白腐真菌生物反应器处理染料废水过程中生物膜微生物群落结构的动态变化及其差异性,结果表明:运行方式和染料废水浓度对敞开式白腐真菌生物反应器处理染料废水过程中生物膜微生物群落结构及其变化趋势有一定影响。序批式反应器运行的起始阶段其生物膜上黄孢原毛平革菌在数量上占绝对优势,但约1个月后逐渐侵染了热带假丝酵母、白地霉和哈茨木霉等杂菌;连续运行的白腐真菌生物反应器虽然在起始阶段存在哈茨木霉等杂菌的侵染,但约3个月后杂菌被逐渐淘汰,黄孢原毛平革菌在数量上重新占据优势,使其有利于发挥高效的降解功能。     

常温厌氧MBR中微生物群落结构与膜污染研究

为考察微生物群落结构与膜污染的关系,在常温下运行厌氧膜生物反应器,并应用末端限制性片段长度多态性分析(T-RFLP)技术,对膜丝表面微生物群落结构变化进行了研究,同时考察了微生物群落结构变化与反应器中溶解性微生物产物(SMP)、胞外聚合物(EPS)的关系.结果表明:在常温状态下膜污染周期约为18d,CODCr的去除率约为93%,运行效果稳定;微生物代谢产物的浓度随着微生物种群的演替呈逐渐升高的趋势,加速了膜污染进程;膜压(pTM)处于缓慢上升期时,膜丝表面微生物优势菌群为Raoultella、Owenweeksia hongkongensis,膜压(pTM)处于稳定上升期时,膜丝表面的优势菌群演替为 Delftia acidovorans、Halothiobacillus neapolitanus,最后当膜压(pTM)处于快速上升期时,bp78的微生物成为了膜丝表面的顶级群落.膜压(pTM)处于缓慢上升期和稳定上升期时,膜压(pTM)与微生物群落结构的多样性呈显著正相关;膜污染进入快速上升期时,膜丝表面出现了顶级群落,此时微生物群落多样性明显降低且与膜压升高呈弱相关;膜丝表面微生物群落均匀度随着膜压(pTM)的升高呈现出先增高后降低的趋势,膜丝表面微生物群落经历了不断附着,相互竞争至顶级群落出现的演替过程.     

辽河四平段流域河流沉积物微生物群落多样性和结构分析

沉积物微生物群落在水生态系统的物质循环中发挥着关键的作用,群落结构组成的变化经常与环境的改变有关.以辽河四平段流域为研究区域,运用高通量测序结果对沉积物微生物群落的结构组成和多样性进行分析.结果表明,辽河四平段流域河流沉积物微生物群落α多样性以北河支流最高,干流次之,南河支流最低;β多样性表现为干流、北河支流和南河支流的微生物群落的相似性较低,差异性较大.变形菌门是该流域微生物群落门水平上丰度最高的优势菌门,并且与其他东北地区的河流类似,该流域河流沉积物中的厚壁菌门含量较低;γ-变形菌纲是该流域河流沉积物微生物群落占比最高的菌纲,但是β-变形菌纲在该流域丰度很低;而属于β-变形菌纲Ellin6067菌属在该流域分布很广.环境因子例如沉积物重金属和水体理化性质也会对微生物群落的多样性和种群结构产生多种影响.结果为实现修复辽河四平段流域河流的水体污染工作提供了理论依据.     

白洋淀喹诺酮类抗生素与微生物群落结构和多样性相关性研究

微生物作为水生态系统中的重要组成部分,其对水环境的能量流动和物质循环等具有重要作用,为研究富营养化湖泊中喹诺酮类抗生素(Quinolones,QNs)对微生物群落结构和微生物多样性的影响,本研究选取白洋淀为研究区,建立了QNs与微生物群落的相关性.结果表明,已测的QNs均有不同程度检出,其中,氟甲喹(Flumequine,FLU)和恶喹草酸(Oxolinic Acid,OXO)检出率较高;就空间分布而言,水体中QNs最大值出现在采蒲台区(433.52 ng·L~(-1)),最小值出现在枣林庄和烧车淀区(20.51 ng·L~(-1));沉积物中QNs最大值出现在端村区(372.72 ng·g~(-1)),最小值出现在藻苲淀区(20.29 ng·g~(-1)).高通量测序结果表明,白洋淀沉积物微生物群落的优势种群为变形菌门和绿弯菌门,平均含量分别为38.62%和19.85%;变形菌门和绿弯菌门占所有微生物的比例在端村区最高(62.31%),藻苲淀区最低(54.62%).多样性指数分析结果表明,枣林庄和烧车淀区和藻苲淀区的微生物多样性指数(Chao1指数、Shannon指数和Simpsoneven指数)最高,而端村区最低.研究表明,受抗生素污染严重的区域通常会使微生物群落丰度下降,与本研究结果基本相符,说明微生物多样性受抗生素污染影响,对研究QNs污染的治理具有重要意义,为未来解决污染问题提供了良好的基础.     

膜曝气生物膜反应器运行单级自养脱氮工艺功能型菌群特性研究

基于16S rDNA基因的分子生物学方法,对运行单级自养脱氮工艺的膜曝气生物膜反应器（membrane-aerated biofilm bioreactor, MABR)内的2个主要效应菌群(氨氧化菌和厌氧氨氧化菌)之间的协同作用关系和在生物膜上可能的空间分布进行研究.荧光原位杂交结果显示,试验的曝气生物膜主要存在2个明显的功能层,一个是靠近曝气膜和生物膜交界的氨氧化菌聚集层,另一个是靠近生物膜与水体交界的厌氧氨氧化菌聚集层.氨氧化菌和厌氧氨氧化菌群为曝气生物膜上的2个主要功能菌群,它们之间的合作共生和协同作用是膜曝气生物膜实现单级自养脱氮的基础.     

水质净化生物滤池工艺的微生物群落特征及运行效果研究

为探讨水质净化生物滤池(生物强化滤池和生物活性炭滤池)工艺的微生物群落特征和运行效果,采用Biolog和PCR-SSCP (单链构象多态性)技术分析生物滤池中的微生物群落代谢功能与结构,测定生物滤池进出水NH⁺₄-N、NO^-₂-N、高锰酸盐指数、UV₂₅₄和BDOC等指标,考察其净水效果. 结果表明,原水经过生物滤池后,出水微生物群落代谢活性显著降低,说明生物滤池截留了原水中的活性微生物. 工艺运行6个月后,2个生物强化滤池中微生物群落代谢特征相似,其碳源利用率分别为73.4%和75.5%. 2个生物活性炭滤池中微生物群落代谢特征存在明显差异,颗粒活性炭生物滤池微生物群落碳源利用率79.6%高于柱状活性炭生物滤池的53.8%(p>＜0.01). PCR-SSCP分析表明各生物滤池微生物群落呈多样性,优势菌群基本一致. 研究还发现,生物强化滤池中的填料对微生物群落结构和代谢功能的影响较小,2种生物强化滤池净水能力无统计学差异(p>＞0.05);而生物活性炭滤池的颗粒活性炭填料有利于微生物群落生长繁殖,微生物群落有较强的代谢活性,其滤池对NH⁺₄-N、高锰酸盐指数、BDOC的去除效果优于柱状活性炭生物滤池(p>＜0.05);这也提示生物滤池运行效果与滤池中微生物群落代谢能力有关.     

基于高通量测序的流化床生物滤器细菌群落结构分析

为了解流化床生物滤器内部细菌群落组成及其净水机制,通过高通量测序方法,研究了不同时期滤器中表层和底层滤料的细菌群落结构,分析了滤器不同床层的营养盐变化情况及水处理性能.结果表明,滤器的硝化作用主要发生于床层下部,表层对其的贡献率不显著.稳定工况下,流化床生物滤器对NH_4~+-N、TN、BOD_5和SS的去除率达到(68.3±2.24)%、(49.54±3.56)%、(60.35±4.98)%和(45.21±2.11)%,对氨氮的去除负荷达到(343.28±75.5)g·(m~3·d)~(-1),其硝化性能优于常规生物滤器.试验共筛选31个门,490个细菌属,其生物多样性显著高于常规生物滤器.自清洗装置的启停对滤器中不同区域载体表面细菌的多样性没有影响,对各样品的优势菌群略有影响.在滤器稳定运行时,表层区域的优势细菌基本维持不变,主要包括厌氧绳菌科、黄杆菌科、红杆菌科、硝化螺菌属、暖绳菌科.而底层区域的优势细菌随着时间的推移有所变化,主要包括硝化螺菌属、微丝菌属、Muricauda、Defluviimonas、红杆菌科.     

砷污染湿地生境下土壤微生物多样性及群落结构特征

为研究As（砷）污染对微生物多样性的影响,找寻有利于As污染修复的抗As菌种,利用高通量测序技术分析As胁迫〔w（As）分别为0、80、100、150、200和400 mg/kg,依次记为AT0组、AT80组、AT100组、AT150组、AT200组和AT400组〕对湿地生境中土壤微生物多样性及群落结构特征的影响.结果表明:As污染会引起微生物多样性和群落结构的变化,但并不是简单的负相关.在各处理组中,AT80组的土壤中微生物多样性最高,OTU（operational taxonomic units）数高达1 849,较未经As处理的AT0组增加了58.9%,说明低As胁迫在一定程度上会刺激As敏感微生物的生长繁殖,如Desulfovibrio（脱硫弧菌属）和Allobaculum等菌属,使群落结构更加复杂多样.高w（As）（400 mg/kg）对微生物有明显的抑制作用,导致某些物种消亡和多样性下降.As胁迫会诱导抗As微生物〔如Pseuomonas（假单胞菌属）〕成为优势类群,群落结构趋于稳定、单一.微生物群落结构对不同w（As）胁迫有明显的响应特征,可作为As污染湿地土壤质量评价的灵敏指标.在AT400组中存在大量的Pseudomonas veronii,可为As污染湿地微生物修复提供借鉴.研究显示,微生物对As污染具有较为敏感的响应,其中,Proteobacteria（变形菌门）和Firmicutes（厚壁菌门）为As污染生境中微生物优势门类并且与非专性吸附态As和谷胱甘肽含量呈正相关.      

培养条件下双酚A对稻田土壤微生物群落特征的影响

双酚A(bisphenol A,BPA)作为人工合成的典型环境激素分布极为广泛,然而不同浓度和土壤通气条件下BPA对土壤微生物群落(细菌、真菌)特征的影响鲜见报道.本文采用荧光定量PCR(fluorescence quantitative PCR)技术、聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(polymerase chain reaction-denaturing gradient gel electrophoresis,DGGE)相结合的方法研究不同BPA浓度(0、0.25、0.50、1.00、2.00 mg·kg-1)和土壤通气条件(有氧和厌氧)对稻田土壤微生物群落特征的影响。结果表明,土壤通气条件一致情况下(有氧条件或者厌氧条件下),不同BPA浓度添加下微生物丰度指数差异显著,而微生物均匀度指数、香农维纳多样性指数及丰富度指数差异不显著;BPA浓度为0.50 mg·kg-1时,微生物基因丰度在厌氧条件下达到最大值,而在有氧条件下微生物基因丰度却达到最小值;双因素方差分析表明:BPA浓度、土壤通气条件及其交互作用对细菌基因丰度影响差异显著,而只有土壤通气条件对真菌基因丰度影响差异显著.结果表明相对于微生物多样性指数,丰度指数能更加灵敏地指示土壤微生物多样性的变化,BPA浓度为0.50 mg·kg-1时是影响土壤微生物基因丰度变化的一个临界值,相对于真菌基因丰度指数而言,细菌基因丰度指数对BPA添加浓度及土壤通气条件响应更加灵敏.     

低温下磁性载体MBBR系统微生物群落特征和功能预测分析

为阐明低温下磁性载体对移动床生物膜反应器(MBBR)处理能力的影响,探究了反应器内生物膜的微生物多样性、群落结构、功能特征和氮代谢通路.结果表明,与商用载体反应器(对照组)相比,磁性载体反应器具有更高的污染物去除率,其对NH⁺₄-N和TN的平均去除率分别提高了16.2%和12.1%.Illumina高通量测序结果显示,磁性载体生物膜的微生物多样性和丰富度更高.由于不同微生物的磁化率不同,导致两种载体生物膜微生物群落结构存在显著差异.磁性载体生物膜中硝化菌属(如：Nitrosomonas、Nitrospira)和反硝化菌属(如：Sphaerotilus、Zoogloea)的相对丰度显著增多.PICRUSt2功能预测分析显示,磁性载体生物膜的整体基因功能表达水平更高,在信号传导机制和细胞内运输、分泌和囊泡运输等方面优势更明显.此外,大多数与氮代谢相关基因在磁性载体生物膜中丰度更高,如涉及硝化过程的基因amo、hao和反硝化过程基因nap、nor等,使得生物膜的低温脱氮潜力增强.以上结果从微观生物学角度更好地解释了反应器处理能力的差异,为磁性载体强...