污水处理工艺对氨氧化菌及细菌群落的影响

采用针对氨氧化菌(AOB)功能基因氨单加氧酶(amoA)的末端限制性片段长度多态性技术(T-RFLP)、克隆测序等方法,研究了北京市2个污水处理厂的4个污水处理系统中AOB的群落结构,同时采用针对16S rRNA基因的T-RFLP技术分析了总细菌的群落结构.T-RFLP指纹图谱分析表明,4个污水处理系统中AOB的优势限制性片段(T-RF)均为291bp和354bp,细菌的优势T-RF为115,117,166,455,465, 468,471,482,800,893bp等.说明污水处理工艺对系统中AOB及细菌的群落结构影响很小.对功能基因amoA的系统发育分析表明,4个污水处理系统中优势AOB均属于Nitrosomonas europaea cluster和Nitrosomonas oligotropha culster.     

基于T-RFLP和因子分析的香蒲根际细菌群落研究

以北京市永定河王平湿地为研究对象,应用末端限制性片段长度多态性(T-RFLP)对王平湿地再生水补水口及其远离补水口的香蒲根际细菌和氨氧化细菌(AOB)的群落结构及多样性变化进行分析,在此基础上结合MiCA3比对、典范对应分析(CCA)和多元统计中因子分析(FA),解析湿地不同空间细菌群落功能特性的变化.结果显示再生水补水口细菌群落各多样性指数均明显低于远离补水口细菌群落,而氨氧化细菌群落则呈现相反趋势.基于传统的T-RFLP片段MiCA3比对、CCA和FA相结合的分析表明:对细菌群落,占再生水补水口细菌群落总丰度55.6%的菌群与150bp代表的鞘氨醇单胞菌(Sphingomonas sp.)具相似净化功能,并与总有机碳生物化学循环过程具密切关系,其次占再生水补水口上游细菌群落总丰度75.5%的菌群与81bp为代表的假单胞菌属(Pseudomonas sp.)和Geitlerinema sp.具相似净化功能,并与氮的生物化学循环过程具密切关系.占再生水补水口下游细菌群落总丰度68.7%的菌群与138bp代表的小单孢菌属(Micromonospora sp.)具相似净化功能,同时与重金属Cu、V、和Ti生物化学循环具密切关系.对氨氧化细菌,266bp受铵态氮影响较大,占再生水补水口氨氧化细菌群落总丰度65.5%的菌群与266bp代表的Nitrosomonas sp.具相似的生境特征,适合在高氨环境中生长;与58bp所代表的Nitrosospira sp.具相似功能特性菌群丰度在远离补水口样点中较前者呈现显著增加趋势,表征该类菌群适合在相对低氨环境中生长.     

水库水体热分层的水质及细菌群落分布特征

作为重要的城市饮用水源地,水库是人工筑坝形成的特殊类型的水体,其水质直接影响居民的饮用水安全.为揭示北京市饮用水源地密云水库的秋季分层特征和细菌群落的垂直变化,于水体稳定分层期(秋季)在水库进行采样,应用16S rDNA末端限制性片段长度多态性(T-RFLP)和定量PCR等方法研究了密云水库水体细菌群落的垂直分布特征,并利用聚类分析、多元统计分析揭示细菌群落与环境因子之间的响应关系.结果表明:(1)密云水库水体温跃层位于水深20～30 m处,水温范围在15～19℃,聚类分析将7个采样水层划分为好氧区(上层)和缺氧区(下层)两类,温度、DO、pH在15 m以下逐渐降低,电导率、氨氮、硝态氮、亚硝态氮及总氮在15 m后发生显著变化,水体水质表现出明显的垂直分布特征;(2)RDA分析结果显示,上下水层的溶解氧、pH、电导率、氨氮、硝态氮和亚硝态氮存在较为明显的垂向变化,是影响密云水库细菌群落垂直分布的主要环境因子;(3)总细菌的数量随水深变化的波动较为明显,其中好氧区细菌的Shannon-Wiener指数和T-RFs片段数明显高于缺氧区,说明秋季密云水库水体中细菌群落分布存在显著的分层现象.本研究探究了水体热分层对水库水质及细菌群落的影响,可为预测水质变化和水库管理提供科学依据.     

基于好氧甲烷氧化菌的反硝化效能及微生物群落研究

采用气体循环序批式生物膜反应器（gcSBBR）,构建反硝化型甲烷好氧氧化（AME-D）系统.考察了进水氮负荷的影响,发现氮负荷为0.075kg/（m³·d）时,硝酸盐氮去除率达到98.93%,其反硝化速率为74.25mg/（L·d）,系统的甲烷日平均消耗量为35.91%（初期为50%）;扫描电子显微镜（SEM）分析结果显示,系统中的微生物主要以短杆菌（12~18 μm）为主,并存在少量的丝状菌（长150~200μm）;16S rRNA高通量测序结果显示,该系统中的甲烷氧化菌为Methylocaldum、Methylomonas、Methylococcus和Methylococcaceae_unclassified,反硝化菌为Denitratisoma、Hydrogenophaga、Azoarcus、Thiobacillus和Rhodobacter,其中主要的功能微生物为Methylocaldum、Denitratisoma和Hydrogenophaga,系统对氮的去除是由好氧甲烷氧化菌与反硝化菌协同实现.此外,系统中存在大量以甲醇和甲基胺类物质为生长基质的Methylophilaceae_uncultured（30.4%）.     

DGGE及T-RFLP分析光照下电位对细菌群落的影响

电位和光照能影响生物电化学系统中产电光合微生物的富集和生长,为了明确电位对细菌多样性的影响,采用变性梯度凝胶电泳(denaturing gradient gel electrophoresis,DGGE)和末端限制性片段长度多态性(terminal restriction fragment length polymorphism,T-RFLP)两种方法分析光照条件下电位对电极生物膜细菌群落多样性的影响,实验设置0、0.2、0.4、0.6 V(vs.Ag/AgCl)4个电位.结果表明,0.6 V(vs.Ag/AgCl)下电极生物膜细菌DGGE条带数量较其他处理明显降低,对条带的测序结果显示不同电位下电极生物膜细菌主要属于α-变形菌纲(α-Proteobacteria)、β-变形菌纲(β-Proteobacteria)和梭菌纲(Clostridia).而0.2 V(vs.Ag/AgCl)处理下末端限制性片段(terminal restriction fragment,T-RF)的数量最高,片段数量随电压进一步升高呈现降低趋势.虽然DGGE和T-RFLP两种方法分析结果有一定差异,但都能反映电位对电极生物膜细菌群落多样性影响显著,高电位降低了细菌多样性.     

厌氧氨氧化细菌和反硝化厌氧甲烷氧化细菌在岸边带土壤中的分布规律

厌氧氨氧化(anaerobic ammonium oxidation,anammox)和反硝化厌氧甲烷氧化(nitrite-dependent anaerobic methane oxidation,n-damo)的发现打破了人们长久以来对生物氮、碳循环的传统认识.厌氧氨氧化细菌(anammox bacteria)和反硝化厌氧甲烷氧化细菌(n-damo bacteria)在水生态系统均有分布,并且在全球氮、碳循环中发挥重要作用.但它们在岸边带土壤中的存在和分布还不甚清楚.因此,本文对湖泊岸边带土壤中厌氧氨氧化细菌和反硝化厌氧甲烷氧化细菌的存在和分布进行了研究.基于厌氧氨氧化细菌hzs B基因(联氨合成酶关键基因)和M.oxyfera-like细菌16S rRNA基因的序列分析,分别证明了厌氧氨氧化细菌和M.oxyfera-like细菌在白洋淀湖泊岸边带深层土壤中的共同存在.厌氧氨氧化细菌hzs B基因定量PCR结果显示,其主要分布在地下水位附近及以下部分(40~100 cm),而在表层(0~40 cm)土壤中未被检测到.M.oxyfera-like细菌16S rRNA基因定量PCR结果显示,不同深度的土壤均有M.oxyfera-like细菌分布,并且其丰度随着土壤深度的增加而递增.这些结果说明厌氧氨氧化细菌和M.oxyfera-like细菌在湖泊岸边带深层土壤中共同存在,并且有不同的分布规律.     

沉积物再悬浮对浮游细菌群落结构的影响

本研究通过小宇宙的模拟实验,设置3组处理,即无再悬浮的对照组(C)、强(SR)和弱(WR)2个不同再悬浮强度的处理组,采用末端限制性片段长度多态性(terminal restriction fragment length polymorphism,T-RFLP)和变性梯度凝胶电泳(denaturing gradient gel electrophoresis,DGGE)分析不同处理组中浮游细菌群落结构的变化.结果表明,再悬浮处理组浮游细菌的物种丰度高于对照组,并且弱再悬浮中浮游细菌物种丰度高于强再悬浮处理.弱再悬浮中细菌多样性也高于强再悬浮处理.浮游细菌与环境因子的典型对应分析(CCA)和冗余分析(RDA)结果表明,浮游动物枝角类(Cladocera)生物量和颗粒态磷(PP)浓度与浮游细菌群落结构动态变化均表现出显著的相关性(p0.05).由此可见,沉积物再悬浮对浅水湖泊浮游细菌的种类和多样性存在重要影响,其可能通过影响浮游动物群落结构以及水体中营养盐的形态和浓度对浮游细菌群落产生影响.     

典型抗生素对湿地反硝化甲烷厌氧氧化的影响

选取甲烷排放通量较高并且受喹诺酮类抗生素(QNs)污染较严重的白洋淀湿地为研究对象,通过开展¹³C标记的微宇宙实验,研究典型QNs包括:氧氟沙星(OFL)、诺氟沙星(NOR)和氟甲喹(FLU)对白洋淀湿地DAMO过程的短期影响.结果表明:3种QNs均促进了微生物DAMO过程,且对DAMO的促进效果表现为OFL>NOR>FLU;除添加2ng/g的OFL对DAMO反应速率潜势的影响基本可以忽略外,添加其他浓度(20,200,2000ng/g)的OFL均促进了白洋淀湿地的DAMO过程,并且这种促进作用总体呈现出剂量效应;进一步分析QNs对NO₂^-,NO₃^-分别驱动的DAMO的影响发现,200ng/g的NOR抑制了由细菌驱动的以NO₂^-为电子受体的DAMO过程(nitrite-DAMO),但更大程度地促进了由古菌驱动的以NO₃^-为电子受体的DAMO过程(nitrate-DAMO),最终表...     

微生物介导厌氧甲烷氧化反硝化过程及其反应机制探讨

微生物进行的厌氧甲烷氧化反硝化过程是减少自然环境中甲烷这一温室气体排放的重要生物途径,即反硝化型甲烷厌氧氧化(denitrifying anaerobic methane oxidation,DAMO)。反硝化型甲烷厌氧氧化是指在厌氧条件下以甲烷作为电子供体,NO2-/NO3-作为电子受体的反硝化过程。Candidatus Methylomirabilis oxyfera细菌和Candidatus Methanoperedens nitroreducens古菌是参与DAMO过程的2类主要功能微生物。深入了解微生物介导的DAMO的发生机理以及影响因素,有助于更好地理解碳氮耦合在生物地球化学循环中发生的重要作用,为DAMO工艺的开发与应用提供理论依据。本文从功能微生物的富集、影响因素、生理特性、生物代谢与反应机制等方面对DAMO的最新进展进行阐述,并探讨了DAMO未来的研究方向与应用前景。     

氨氮对反硝化型甲烷厌氧氧化细菌的影响机理研究

反硝化型甲烷厌氧氧化(Denitrifying Anaerobic Methane Oxidation,DAMO)是以甲烷为电子供体和唯一碳源,以硝酸盐或亚硝酸盐为电子受体的一种氧化还原反应,可用于废水脱氮,而氨氮是含氮废水中存在的主要形式.目前的研究认为主导DAMO过程的微生物主要有DAMO细菌和DAMO古菌.本文以DAMO细菌为优势菌种的系统为研究对象,通过短期和长期试验,从宏观和微观上研究了氨氮对该系统短期和长期的影响,并比较了不同pH体系下影响效果差异,揭示了相关影响机理.短期试验研究表明,氨氮对该系统的安全浓度为250 mg·L~(-1).当氨氮浓度为500 mg·L~(-1)时,对该系统的脱氮效率造成明显的抑制作用,并且随着浓度、时间的增加,氨氮对其的抑制效果增强;不同pH条件下抑制效果的差异对比发现,在碱性条件下,真正起抑制作用的是氨氮的质子化形式FA(Free Ammonia),在中性及酸性条件下,真正起抑制作用的抑制因子是离子化的NH_4~+.通过扫描电镜对系统中絮状污泥分析发现,在氨氮的短期抑制后,系统内的微生物出现了明显皱缩,丝状菌的数量增加;采用高通量测序技术分析了长期氨氮抑制后的系统,结果显示,系统内菌群结构发生较大改变,物种的多样性和丰度都大大降低.通过菌属分析认为,系统脱氮效率的降低是由于Methylomonas(甲基单胞菌属)数量的减少引起的.     

红树林湿地中好氧-厌氧反硝化菌脱氮特性及其种群结构分析

随着沿岸水体氮素富营养化的加剧,生物脱氮作用越来越受重视,位于海陆交界的湿地红树林生态系统作为一个自然脱氮体系备受关注.本研究以典型亚热带湿地红树林(香港Mai Po)作为对象,结合传统的富集筛选和分子生物学方法--建立nosZ基因克隆文库和RFLP分析技术对红树林沉积物中反硝化细菌脱氮能力、种群结构和丰度进行研究.从Mai Po红树林沉积物中共筛选到12株好氧反硝化菌和8株厌氧反硝化菌,其中好氧反硝化菌包括Pseudomonas(4株)、Comamonas(2株)和Acinetobacter(2株)等7个菌属,厌氧反硝化菌属于Pseudomonas、Agrobacterium和Uncultured Betaproteobacteria bacterium(2株)等7个菌属.筛选到的好氧和厌氧反硝化菌均具有较高的脱氮能力,大部分在2d内NO3--N去除率达到98%以上.建立Mai Po红树林湿地反硝化细菌的nosZ基因克隆文库的结果表明,反硝化细菌的50个克隆子中有26个克隆子分属于11个未知类群,其余克隆子属于Pennisetum类群(26%),β-proteobacterium类群(10%),Entandrophragma类群(4%),Pseudomonas类群(4%)和denitrifying bacterium类群(4%).可见Mai Po红树林中反硝化细菌具有很高的生物多样性.     

Diversity of methanotrophs in Zoige wetland soils under both anaerobic and aerobic conditions

Zoige wetland is one of the most important methane emission centers in China. The oxidation of methane in the wetland a ects global warming, soil ecology and atmospheric chemistry. Despite their global significance, microorganisms that consume methane in Zoige wetland remain poorly characterized. In this study, we investigated methanotrophs diversity in soil samples from both anaerobic site and aerobic site in Zoige wetland using pmoA gene as a molecular marker. The cloning library was constructed according to the pmoA sequences detected. Four clusters of methanotrophs were detected. The phylogenetic tree showed that all four clusters detected were a liated to type I methanotrophs. Two novel clusters (cluster 1, cluster 2) were found to relate to none of the recognized genera of methanotrophs. These clusters have no cultured representatives and reveal an ecological adaptation of particular uncultured methanotrophs in Zoige wetland. Two clusters were belonging to Methylobacter and Methylococcus separately. Denaturing gradient gel electrophoresis gel bands pattern retrieved from these two samples revealed that the community compositions of anaerobic soil and aerobic soil were di erent from each other while anaerobic soil showed a higher metanotrophs diversity. Real-time PCR assays of the two samples demonstrated that aerobic soil sample in Zoige wetland was 1.5 times as much copy numbers as anaerobic soil. These data illustrated that methanotrophs are a group of microorganisms influence the methane consumption in Zoige wetland.     

高原湖泊沉积物中反硝化微生物的群落特征——以包头南海湖为例

为了探明内蒙古高原富营养化城市湖泊中nirS型反硝化细菌群落结构的特异性,利用特异性功能基因nirS对包头市南海湖的表层沉积物进行反硝化细菌多样性测定,在分析各采样点沉积物理化指标的基础上,对各样品中nirS型反硝化细菌群落和多样性进行研究.结果表明,南海湖沉积物Shannon指数变化为3.07~3.41,相比于其他研究,反硝化微生物多样性相对较低.参与反硝化的优势菌属与大多数湖泊保持一致,以假单胞菌属（Pseudomonas）和红杆菌属（Rhodobacter）为主.冗余分析（RDA）指出,城市湖泊中的各种类型的污染物对反硝化优势菌属有明显的促进作用,红杆菌属（Rhodobacter）与硝酸盐氮、亚硝酸盐氮呈正相关,假单胞菌属（Pseudomonas）除受硝酸盐氮、亚硝酸盐氮的影响外,还与总磷呈较强的正相关.南海湖nirS型反硝化细菌中的主要菌属促进了反硝化作用,加速了南海湖氮素的去除.     

一株香蒲根际土壤脱氮菌株的脱氮特性及鉴定

从南四湖人工湿地植物香蒲根际土壤中分离得到一株反硝化XP1菌株,对其生态影响因子、反硝化能力、生长曲线进行了研究,并在实验室条件下利用菌株XP1反植于湿地植物香蒲根际土壤,考察对香蒲的强化脱氮作用.结果表明,XP1菌株反硝化作用的最佳碳源为柠檬酸钠;在pH值为7.0~9.0范围内有良好的脱氮效果,最佳pH值为8.0;最佳碳源与氮源比为7;最佳初始氮浓度为30mg/L.XP1菌株8h后进入指数增长期,最终总氮去除率可达90%以上.用该菌株强化香蒲脱氮,对于强化湿地脱氮工艺中亚硝酸盐的去除起主要作用,在相同条件下总氮去除率由46%提高到90%以上,强化脱氮作用明显,有良好的实际应用前景.通过形态观察,XP1菌株为短杆状革兰氏阴性菌,大小约(0.25~0.3)′(0.6~0.8)mm;经16S rRNA基因测序、系统发育树分析,XP1菌株为类芽孢杆菌(Paenibacillus sp.).     

4种重金属污染对稻田土反硝化细菌的影响

在实验室条件下,研究Cd²⁺、As⁵⁺、Cu²⁺和Pb²⁺处理黄松稻田土、紫色稻田土和红壤稻田土后,4周内重金属污染对反硝化细菌种群数量及其反硝化活性的影响.结果表明,在1kg干土中加入0.5mg Cd²⁺、30mg As⁵⁺、50mg Cu²⁺和200mg Pb²⁺时,对稻田土反硝化细菌种群数量及其活性有促进作用,加入Cd²⁺、As⁵⁺、Cu²⁺和Pb²⁺分别超过1.0,60,500,400mg/kg干土时,对稻田土反硝化细菌种群数量及其活性有明显抑制作用.但反硝化细菌种群数量及其活性能逐渐恢复并接近对照水平,重金属污染越重,恢复所需的时间也越长.同一种重金属元素对不同水稻田土的反硝化细菌种群数量及其活性的影响也有差异.     

寒旱区湖泊沉积物中固氮微生物群落特征——以包头南海湖为例

为了探究寒旱区湖泊中固氮菌的地区差异性,利用固氮菌特异性功能基因nif H对南海湖沉积物中的固氮菌进行测定并分析其与环境因子之间的相互作用关系.结果表明：不同湖区优势固氮菌群落组成存在差异,整体上由3门（蓝藻门、厚壁菌门、变形菌门）10属（蓝藻菌属、着色菌属、梭菌属、鱼腥藻属、红螺菌属、厌氧粘细菌属、荚硫菌属、柱孢藻属、根瘤菌属、假单胞菌属）组成;寒旱区特有的冰封期长、紫外线照射强等环境条件导致沉积物中的主导固氮菌为蓝藻门下的微生物.冗余分析结果表明：较高的C/N和TP是固氮菌生存的必要营养条件,可以促进固氮反应的顺利进行,较高的TN和NH₃-N含量及较低的pH值会抑制表层沉积物部分固氮微生物的生长,较高的pH值尤其会抑制鱼腥藻属、荚硫菌属、蓝藻菌属、红螺菌属的生长.本研究通过探讨寒旱区固氮微生物在沉积物中的分布来研究固氮作用的潜在功能,进一步补充其在氮循环中的重要作用.     

耐冷高效亚硝酸盐型反硝化细菌的分离、筛选与鉴定

在10℃条件下,以亚硝酸钠为唯一氮源从长期淹水的冬水田中分离得到了12株亚硝酸盐型反硝化细菌.采用乙酸钠为唯一碳源,以高效去除亚硝酸盐氮和总氮且产生较低生物量氮为主要指标筛选出了一株反硝化能力最强的亚硝酸盐型反硝化细菌,命名为Y-12.研究发现,该菌在20℃条件下,对亚硝酸盐氮和总氮的去除率分别为99.87%和57.74%,产生了3.25 mg·L-1的生物量氮;在15℃条件下,对亚硝酸盐氮和总氮去除率分别为99.48%和51.53%,产生了3.00 mg·L-1的生物量氮.对其16S rRNA基因序列进行分析,发现该菌与恶臭假单胞菌(Pseudomonas putida)的同源性达到99%;对其特异性磷脂脂肪酸进行分析,发现与恶臭假单胞菌(Pseudomonas-putida-biotype A)的相似指数为0.469,初步鉴定为恶臭假单胞菌.     

活性污泥法驯化筛选好氧反硝化菌的试验研究

通过活性污泥法SBR反应器驯化富集好氧反硝化菌.对于在驯化期间出现的污泥膨胀、DM培养液的添加时间和污泥驯化效果都进行了相应的讨论.从完成驯化的污泥中筛选出20株具有较高脱氮效率的好氧反硝化细菌,并对其中的3株FW3、FW6和FR4进行了进一步的研究.结果表明,3株菌的硝酸盐去除率均在60%以上;当C/N为5、pH值为7(FW3和FR4)或8(FW6)、温度为30℃时,3株菌的亚硝酸盐积累较小;在此条件下,3株菌代谢产气中N2含量与大气相比,均高出10%左右.     

一株好氧反硝化菌的筛选鉴定及固定化研究

从污水处理厂的活性污泥中筛选得到1株好氧反硝化细菌(YS),对其进行分子生物学鉴定和理化性能测试,并考察了该菌株固定化前后反硝化能力的变化.鉴定结果表明,菌株YS为反硝化产碱菌(Alcaligenes denitrificans).菌株经固定化后,其酶活力有所下降,但稳定性增强,在4 ℃下储存50 d后,固定态菌株对硝酸根的去除率仍可维持在80%以上,而游离态菌株仅为15%.在pH 7.0条件下,固定态菌株的反硝化率比游离态菌株低3%左右,但当pH降低至5.0时,固定态菌株对硝酸根的去除率为72.4%,比游离态菌株高2.6%,表明固定态菌株比游离态菌株更适应于弱酸的环境.在不同的工艺条件下,固定态菌株与游离态菌株反硝化能力的变化趋势相同.菌株YS的最适条件为:接种量1.5%左右,pH为6.0,C/N比为11,葡萄糖为碳源.     

一株非发酵反硝化聚磷菌的筛选及其代谢模式研究

利用活性污泥与生物膜复合系统富集反硝化聚磷菌(DPB)并进行了功能菌的筛选及反硝化聚磷实验,考察了乙酸、PO43--P和NO3--N、PHB和糖原的变化,分析了厌氧和缺氧代谢模式以及PHB在此过程中所起的作用.结果表明,分离到的YB菌株与脱氮副球菌属最相似,是一类非发酵的反硝化聚磷菌.厌氧阶段,YB菌株合成1mg的PHB释放0.11mg的P,作为非发酵菌,合成PHB所需要的能量ATP大部分来自聚磷酸盐的释放.缺氧阶段,YB菌株分解1mg的PHB聚集0.15mg的P,PHB分解产生的ATP多用于聚磷过程;与以前报道的聚磷菌在厌氧和缺氧条件下的代谢模式不同.厌氧阶段聚磷酸盐的释放将影响PHB的合成,进一步影响反硝化聚磷效果,因此认为应重点跟踪△P/△PHB和△NO3--N /△PHB,而不是△P/△COD、△NO3--N /△COD或者△P/△NO3--N.