克隆文库方法分析厌氧氨氧化反应器中细菌群落结构

为了认识低基质浓度污水厌氧氨氧化(ANAMMOX)脱氮过程的生物学机制,为ANAMMOX脱氮工艺的优化提供理论依据,通过构建细菌16S rDNA(约1 500 bp)克隆文库和浮霉菌特有16S rDNA(约830 bp)克隆文库对ANAMMOX脱氮反应器中活性污泥的细菌群落结构进行分析。从细菌16S rDNA克隆文库中随机挑选到160个克隆子,共31个分类单元(OTU),与GenBank数据库比对结果表明,厌氧颗粒污泥中的细菌群落具有丰富的多样性,包括:变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidete)、硝化螺旋菌门(Nitrospira)、酸杆菌门(Acidobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)、Candidate division OP10、浮霉菌门(Planctomycetes)和未知菌,其中,变形菌门和拟杆菌门为优势菌群,分别占41.9%和34.2%。在浮霉菌特有16S rDNA克隆文库的40个克隆子中,34个克隆子属于CandidatusKuenenia属的厌氧氨氧化细菌,它们是ANAMMOX脱氮过程的主要功能菌。     

巢湖完全氨氧化细菌的丰度、群落结构及其影响因素研究

完全氨氧化过程（complete ammonia oxidation, comammox）的发现使研究者们对硝化作用和氮循环都有了新的认识.本研究选取巢湖冬夏季表层（0~10 cm）沉积物样品,运用高通量测序、实时定量PCR等分子生物学技术对comammox细菌的丰度和群落结构进行研究.结果表明：基于amoA基因的comammox细菌的丰度为（5.20±0.72）×10⁶~（4.06±1.23）×10⁷ copies·g^-1;氨氧化古菌的丰度为（5.39±1.01）×10⁵~（1.60±0.18）×10⁷ copies·g^-1;氨氧化细菌的丰度为（6.16±1.57）×10⁵~（4.30±0.19）×10⁶ copies·g^-1.comammox细菌的绝对丰度显著高于氨氧化古菌和氨氧化细菌.多样性分析表明冬季巢湖表层沉积物中的comammox细菌的物种多样性大于夏季.其中Candidatus Nitrospira nitrificans、Candidatus Nitrospira nitrosa和Candidatus Nitrospira inopinata的相对丰度最高占比分别为78.72%、49.80%和6.28%,且夏季样点中Candidatus Nitrospira inopinata的相对丰度显著高于冬季样点.主坐标分析（Principle Coordinate Analysis, PcoA）结果表明,comammox细菌的群落结构具有明显的时间异质性.理化因子中,NH₄⁺和NO₃^-与comammox细菌的丰度呈负相关关系.本研究在一定程度上揭示了comammox细菌的丰度、群落组成、多样性及其与理化因子的关系.     

海洋氨氧化古菌与氨氧化细菌在N2O生成机制中贡献研究

氧化亚氮（N₂O）是一种重要的痕量温室气体,而且在光照条件下平流层的N₂O会与O₃发生光化学反应,破坏臭氧层。海洋是大气中N₂O的主要来源之一,海洋中N₂O主要通过硝化和反硝化作用产生,而氨氧化作用是硝化作用的关键（限速）步骤,氨氧化古菌可能是氨氧化过程的主要执行者。本文先概述海洋中N₂O分布以及影响氨氧化古菌（Ammonia oxidizing archaea,AOA）和氨氧化细菌（Ammonia oxidizing bacteria,AOB）的amoA（ammonia monooxygenase）丰度与活性的因素以及N₂O生成机制研究现状,进而总结AOA和AOB在海洋N₂O生成机制中起到的关键作用,最后结合全球气候变化、海洋酸化以及大洋OMZ区域扩大等前沿科学问题,对AOA、AOB以及N₂O的生成机制研究进行了展望。     

固定化氨氧化细菌短程硝化稳定性研究

以高分子聚合物为载体,采用细胞增殖技术固定氨氧化细菌,研究了氨氮负荷、HRT、初始游离氨(FA)和有机物等因素对短程硝化过程稳定性的影响.实验结果表明,当进水氨氮负荷分别为100、150和200 mg/L时,出水氨氮浓度均小于10 mg/L;当进水氨氮浓度为25.8、51.1和93.3 mg/L时,分别经历3、6、12 h后,出水氨氮浓度低,亚硝化效果好,可以根据进水氨氮浓度的变化,适当地凋整系统水力停留时间(HRT)并优化系统的运行;当游离氨(FA)浓度>9 mg/L时,对氨氧化细菌会产生抑制;低分子有机物的存在对氨氧化细菌的活性具有一定的促进作用,有机物浓度对亚硝化率基本不产生影响,实验过程中在有机物存在的条件下.发生了短程硝化反硝化反应.使得系统总氮减少.     

两个CANON污水处理系统中氨氧化古菌的丰度和多样性研究

近期,氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea,AOA)在各类环境中的发现,打破了人们原来认为氨氧化主要是由氨氧化细菌(ammonia-oxidizing bacteria,AOB)完成的观点.但是在全程自养脱氮(completely autotrophic nitrogen removal over nitrite,CANON)污水处理系统中关于AOA的研究却鲜有提及.利用PCR、克隆、实时荧光定量PCR(quantitative real time PCR,q PCR)等分子生物学技术,对1个小试(lab-scale,L)和1个中试(pilot-scale,P)CANON系统中的生物膜和活性污泥絮体两种形态的污泥进行AOA数量和种属特征的研究.结果表明:1系统L和P中,AOA的amo A基因数量平均值(以dry sludge计)分别为2.42×106copies·g-1和6.51×106copies·g-1;2 AOA的amo A基因丰度随污泥形态不同数量相差很大:L系统中,生物膜AOA amo A丰度约为活性污泥絮体的11.1~15.1倍;P系统中,污泥絮体AOA amo A数量是生物膜中的2.8倍;3多样性方面:P系统的AOA多样性较低,仅出现一个OTU,该OTU属于Nitrosopumilus subcluster 5.2类群;L系统AOA多样性较高,共有8个OTU出现,分别属于Nitrososphaera subcluster 9、subcluster 8.1、subcluster 4.1、subcluster 1.1和Nitrosopumilus subcluster 5.2这5个类群.总之,在同一个CANON系统中,污泥形态不同,AOA的丰度和群落结构相差较大;AOA可能发挥着氨氧化的作用.     

罗红霉素短期冲击对活性污泥中氨氧化微生物丰度和多样性的影响

本研究基于amo A基因,结合实时荧光定量PCR(quantitative real-time PCR,q PCR)和高通量测序技术研究罗红霉素(roxithromycin,ROX)短期冲击对活性污泥中氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea,AOA)和氨氧化细菌(ammonia-oxidizing bacteria,AOB)丰度和多样性的影响.本研究共设置10种ROX浓度,不同浓度的ROX对氨氧化作用的影响差异明显,环境浓度(0.3~30μg·L~(-1))与中等浓度(300μg·L~(-1)和3000μg·L~(-1))的ROX并未对氨氧化作用产生影响;较高浓度(5 000~12 000μg·L~(-1))的ROX对氨氧化作用产生明显的抑制作用.环境浓度和中等浓度的ROX刺激了AOA增长,而较高浓度的ROX导致AOA的丰度下降.此外,除了环境中的痕量浓度(0.3μg·L~(-1)),其余浓度的ROX均导致AOB丰度下降,且下降趋势比AOA显著,说明AOA对ROX的耐受性高于AOB.高通量测序结果表明,在ROX的选择压下,AOA的OTUs多样性减少,AOB的OTUs多样性增加;但3个样品中最主要的AOA Candidatus Nitrososphaera gargensis的相对丰度随ROX浓度增加而增多,最主要的AOB Nitrosomonas eutropha的相对丰度随ROX浓度增加而减少,这同样说明了AOA对ROX的耐受性高于AOB.冗余分析结果表明:AOA Ca.Nitrososphaera gargensis、Candidatus Nitrosoarchaeum koreensis和AOB Nitrosomonas oligotropha、Nitrosomonas watsonii、Nitrosomonas halophilus均与ROX浓度呈正相关.     

我国北方四类土壤中氨氧化古菌和氨氧化细菌的活性及对氨氧化的贡献

氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea,AOA)与氨氧化细菌(ammonia-oxidizing bacteria,AOB)是目前已知的两类好氧氨氧化微生物,广泛分布于各类生态系统中.采用双氰胺(dicyandiamide;DCD)和1-辛炔(1-octyne)抑制剂的方法对我国北方湿地、草原、农田、沙漠4类生态系统的土壤中AOA和AOB的氨氧化速率(ammonia oxidation rate,AR)分别进行定量测定,剖析AOA、AOB对不同土壤中氨氧化的贡献.结果表明:在氨氮含量较高的湿地土壤((32.58±1.38)mg·kg~(-1))中氨氧化速率由AOB主导(ARAOB占AR的86.19%),而在氨氮含量较低的草原土壤((10.40±0.69)mg·kg~(-1))、农田土壤((5.09±0.25)mg·kg~(-1))中氨氧化速率则由AOA主导(ARAOA分别占AR的65.50%、62.20%).氨氮含量是影响AOA、AOB相对活性的主要限制性因素.湿地土壤中氨氧化速率最高,为3.22 mg·kg~(-1)·d~(-1)(以N计),其次是草原土壤和农田土壤,其AR分别为1.11、1.00 mg·kg~(-1)·d~(-1),沙漠土壤中未检测到氨氧化速率.对氨氧化古菌、细菌的amoA基因进行定量分析的结果表明:在氨氮含量最高的湿地土壤和最低的沙漠土壤((1.27±0.05)mg·kg~(-1))中AOA丰度高于AOB丰度,在草原、农田土壤中AOB丰度高于AOA丰度.amoA基因生物多样性分析表明,377个古菌amoA序列以85%相似度可以划分为19个独立操作单元(operational taxonomic unit,OTU),具有较高的生物多样性,其Shannon指数为1.51~1.73.直接通过氨氧化微生物amoA基因丰度来推测AOA、AOB的活性具有一定的缺陷,而依靠AOA、AOB分别的氨氧化速率能够准确地衡量其在不同生态系统中对氨氮去除的相对贡献,对于理解不同生态系统中氨氮去除过程和效应有着重要的意义.     

农业废物好氧堆肥中氨氧化细菌的群落结构

应用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳（PCR-DGGE）技术对农业废物好氧堆肥过程中氨氧化细菌（ammonia-oxidizingbacteria,AOB）种群结构随时间的变化情况进行了研究,结果表明,AOB群落的Shannon-Weaver指数初始值为2.58,堆肥结束时为2.02,多样性整体呈下降趋势.通过对部分优...     

浙江省瓯江氨氧化古菌和氨氧化细菌分布及多样性特征

氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea,AOA)和氨氧化细菌(ammonia-oxidizing bacteria,AOB)在生物地球化学氮循环过程中发挥着重要作用.河流是关系人类生产和生活的重要生态系统,蕴含大量氮循环功能微生物.本研究采用变性梯度凝胶电泳(denaturing gradient gel electrophoresis,DGGE)和荧光定量PCR(quantitative PCR,q PCR)技术对沉积物AOA、AOB群落进行结构和丰度分析,在瓯江感潮河段尺度上探究AOA、AOB分布规律及影响AOA、AOB群落结构与丰度的因素.结果表明,AOA群落结构差异不显著,影响其分布的主要因素为NH+4和TS;AOB群落结构存在显著差异,序列分析比对表明AOB分为Nitrosospira和Nitrosomonas,其中90%序列为Nitrosospira,EC、p H、NH_4~+、NO_3~-、TC和TN是影响AOB群落组成的重要环境因素;总硫(TS)和电导率(EC)分别是影响AOA和AOB多样性的主要因素;AOA丰度显著高于AOB;EC、NH_4~+-N和NO_3~--N是影响AOA和AOB丰度的主要环境因素.研究表明,瓯江感潮河段沉积物中AOA和AOB群落结构和丰度均显著受环境因素影响,AOA在表层沉积物氨氧化过程中可能占主导位置.     

污水处理系统中硝化菌的菌群结构和动态变化

研究分析了4种不同工艺类型的城市污水处理厂中氨氧化细菌(AOB)和亚硝酸盐氧化细菌(NOB)的丰度及菌群结构.实时定量PCR结果表明4种工艺中AOB菌群的丰度范围为8.56×106~4.46×107cells/gMLSS;NOB菌群的丰度为3.37×108~1.53×109cells/gMLSS.每个工艺中Nitrospira都是优势NOB,占NOB菌群的88% 以上. A2O工艺冬季AOB和Nitrospira丰度比夏季均有所降低,这是导致冬季生物脱氮效果变差的主要原因.基于 amoA基因的系统发育分析结果显示所有的序列属于Nitrosomonas,其中Nitrosomonas oligotropha cluster 占克隆文库的60.1%,是AOB 种群中的优势菌属,Nitrosomonas-like cluster和 Nitrosomonas europaea cluster次之,分别占克隆文库的29.6%和9.1%.N. europaea cluster只在A2O工艺中出现,且在A2O工艺夏季污泥样品克隆文库中达到44.7%.低DO运行使N. europaea cluster成为优势AOB是A2O工艺夏季出现较高亚硝酸盐积累率的主要原因.研究结果证实了城市污水处理厂中优势AOB和NOB分别为Nitrosomonas和Nitrospira,硝化菌群占总菌群的1%~7%,其丰度、相对含量和菌群结构是影响硝化效果的主要因素.     

Community analysis of ammonia-oxidizing bacteria in activated sludge of eight wastewater treatment systems

We investigated the communities of ammonia-oxidizing bacteria(AOB) in activated sludge collected from eight wastewater treatment systems using polymerase chain reaction(PCR) followed by terminal restriction fragment length polymorphism(T-RFLP),cloning,and sequencing of the α-subunit of the ammonia monooxygenase gene(amoA).The T-RFLP fingerprint analyses showed that different wastewater treatment systems harbored distinct AOB communities.However,there was no remarkable difference among the AOB TRFLP profiles from different parts of the same system.The T-RFLP fingerprints showed that a full-scale wastewater treatment plant(WWTP) contained a larger number of dominant AOB species than a pilot-scale reactor.The source of influent affected the AOB community,and the WWTPs treating domestic wastewater contained a higher AOB diversity than those receiving mixed domestic and industrial wastewater.However,the AOB community structure was little affected by the treatment process in this study.Phylogenetic analysis of the cloned amoA genes clearly indicated that all the dominant AOB in the systems was closely related to Nitrosomonas spp.not to Nitrosospira spp.Members of the Nitrosomonas oligotropha and Nitrosomonas communis clusters were found in all samples,while members of Nitrosomonas europaea cluster occurred in some systems.     

Functional relationship between ammonia-oxidizing bacteria and ammonia-oxidizing archaea populations in the secondary treatment system of a full-scale municipal wastewater treatment plant

The abundance of ammonia-oxidizing bacteria and archaea and their amoA genes from the aerobic activated sludge tanks, recycled sludge and anaerobic digesters of a full-scale wastewater treatment plant (WWTP) was determined. Polymerase chain reaction and denaturing gradient gel electrophoresis were used to generate diversity profiles, which showed that each population had a consistent profile although the abundance of individual members varied. In the aerobic tanks, the ammonia-oxidizing bacterial (AOB) population was more than 350 times more abundant than the ammonia-oxidizing archaeal (AOA) population, however in the digesters, the AOA population was more than 10 times more abundant. Measuring the activity of the amoA gene expression of the two populations using RT-PCR also showed that the AOA amoA gene was more active in the digesters than in the activated sludge tanks. Using batch reactors and ddPCR, amoA activity could be measured and it was found that when the AOB amoA activity was inhibited in the anoxic reactors, the expression of the AOA amoA gene increased fourfold. This suggests that these two populations may have a cooperative relationship for the oxidation of ammonia.     

Impact of acetochlor on ammonia-oxidizing bacteria in microcosm soils

Acetochlor is an increasingly used herbicide on corn in North China. Currently, the effect of acetochlor on soil ammonia-oxidizing bacteria (AOB) communities is not well documented. Here, we studied the diversity and community composition of AOB in soil amended with three concentrations of acetochlor (50, 150, 250 mg/kg) and the control (0 mg acetochlor/kg soil) in a microcosm experiment by PCR-DGGE (polymerase chain reaction-denaturing gradient gel electrophoresis) and the phylogenetic analysis of excised ...     

城市污水处理厂Candidatus Accumulibacter的菌群结构及定量分析

Candidatus Accumulibacter是污水生物除磷系统中的优势聚磷菌.本研究采用编码聚合磷酸盐激酶的功能基因(polyphosphate kinase 1gene,ppk1)作为遗传标记,对9个污水处理厂共12个活性污泥样品中Accumulibacter的进化枝水平的丰度及其菌群结构进行了研究.实时定量PCR(Quantitative PCR,QPCR)的结果显示,Accumulibacter的6个进化枝(IA、IIA、IIB、IIC、IID、IIF)均存在于12个污泥样品中.A2O及其改良工艺中总Accumulibacter丰度最高,达到总菌的22.77%.所有样品中Accumulibacter均以Type-II为主,其中,IIC、IID的丰度均达到了108cells·g-1(以MLSS计),占Accumulibacter的平均比例分别为75.34%和14.87%,是污水处理厂中的优势聚磷菌.分支IA丰度最低,占总Accumulibacter比例平均只有0.32%.系统发育分析结果显示,每个样品中Accumulibacter分支多样化,均含有IIA、IIC、IID分支.QPCR和系统发育分析都证实了生物除磷效果与Accumulibacter的群落结构密切相关,除磷效果不好可能和IID占总Accumulibacter比例较高有关.     

哈尔滨城市污水处理厂不同处理工艺对微塑料的去除

城市污水处理厂出水作为微塑料(microplastics,MPs)进入自然水体的主要途径之一,对其微塑料污染物特征展开研究,有助于认识和了解人类活动对自然水体的影响.本文以哈尔滨市主城区的污水处理厂A和污水处理厂B中的3种工艺(曝气生物滤池工艺、多段AO-MBBR工艺、CASS-MBBR工艺)为研究对象,经体视显微镜观察并结合傅里叶变换红外光谱仪分析哈尔滨城市污水处理厂中MPs的浓度、颜色、粒径、类型分布特征及3种不同处理工艺对MPs的去除效果.结果表明,哈尔滨城市污水处理厂进水中MPs的最高浓度为290.87个·L^-1,颜色主要以白色和无色为主,组成成分主要为PP、PE和PS,粒径大的MPs更容易被去除;微塑料在曝气生物滤池工艺一级处理中的去除率为80.28%;多段AO-MBBR工艺与CASS-MBBR工艺的一级处理MP_S去除效率为78.39%,曝气生物滤池工艺、多段AO-MBBR工艺和CASS-MBBR工艺的二级处理去除效率分别为20.92%、13.11%和14.68%,实验结果表明MPs的去除主要依靠一级处理,二级处理中的MPs去除效果...     

Techno-economic analysis of municipal wastewater land treatment systems in China

This paper analyses the capital costs, power consumption and operation costs of municipal wastewater land treatment systems, including rapid infiltration, slow-rate infiltration, overflow and constructed wetland, by means of series engineering design. The results show that land treatment can save 50-70% of capital costs, 80-90% of power and 75-85% of operation costs when compared with secondary treatment.     

焦化废水处理系统中喹啉降解菌的种群特征

从首钢及武钢焦化废水处理系统中分离筛选出10 株高效喹啉降解细菌,16S rRNA 鉴定表明它们分别属于假单胞菌及丛毛单胞菌2个属.对这些高效降解菌进行了降解基因片断的PCR 扩增,发现所有假单胞菌属的喹啉降解菌均含有编码转化喹啉为2-羟基喹啉和2,8-二羟基喹啉的基因片断.16S rRNA 与降解基因系统发育树的对比分析,表明细菌进化过程中可能存在的基因突变和水平基因转移现象.根据假单胞菌属的喹啉降解菌降解基因的特异性,利用荧光原位杂交技术对该菌在首钢活性污泥中的种群空间分布进行了检测.另外,对高效降解菌的质粒分布做了初步的探讨,发现喹啉降解基因可能主要编码在细菌的染色体上.     

污水处理厂二级出水中四环素抗性菌的生长特性与耐药性

抗生素抗性菌的扩散已成为全世界面临的重要公共卫生安全隐患.本文从某城市污水处理厂二级出水中分离出21株四环素抗性菌,对其种属、生理生化特性、抗生素耐受性进行了研究.结果表明,21株四环素抗性菌均属于肠杆菌科,分别属于气单胞菌属(9株)、埃希氏菌属(5株)、肠杆菌属(3株)、克雷伯氏菌属(2株)、柠檬酸杆菌属(1株)和哈夫尼菌属(1株).这些菌大多属于条件致病菌,且有18株携带质粒.21株四环素抗性菌中,气单胞菌、埃希氏菌的平均最大生长量显著高于肠杆菌,大部分菌株的迟滞时间在2 h以内.抗生素耐受性试验结果表明,四环素抗性菌对氯霉素耐受能力最强,对β-内酰胺酶类抗生素(青霉素、氨苄青霉素、头孢噻吩)的耐受性次之,对利福平的耐受性最弱.75%以上的四环素抗性菌同时表现出对其它5种抗生素具有抗性.以上结果为我国污水处理厂抗生素抗性菌的风险分析与控制提供了参考数据.