应用PCR-DGGE技术研究处理含氨废气的生物滤塔中微生物多样性

变性梯度凝胶电泳技术(DGGE)在微生物生态学领域有着广泛的应用.本文应用DGGE技术对处理含氨废气的生物滤塔中微生物多样性随时间的变化进行了研究.在生物滤塔运行的不同时间采集滤塔中的填料样品,进行了生物滤塔对氨处理效果的分析和DGGE分析.结果显示,污泥和混合填料生物滤塔氨的出气浓度在经过一段时间后,逐渐升高,而堆肥生物滤塔的运行情况较好,对氨的去除效率始终在98%以上.PCR-DGGE图谱显示,不同时间的相同填料中微生物DGGE图谱有着明显的差异性.Shannon指数分析表明,填料中微生物的多样性都随着反应器运行时间的延长而有所减少.运行一个月后,混合填料的微生物多样性指数最低为0.389;其次为污泥填料,其多样性指数为0.473;堆肥填料的微生物多样性程度最高为0.569.生物滤塔对氨的去除效果与填料中微生物多样性Shannon指数之间有一定的相关关系.主成分分析(PCA)显示对于堆肥和污泥来说,填料样品之间微生物群落结构相似性较高,而混合填料样品间的微生物群落结构相似性较低.     

氯酚污染土壤的生物强化修复及其微生物种群动态变化的分子生物学监测

在氯酚污染的土壤中接种氯酚降解菌,研究了受污染土壤的生物强化修复.利用传统的微生物计数方法和现代分子生物学手段,研究了生物强化修复过程中微生物种群的动态变化情况.在受氯酚污染的土壤样品中,以氯酚为唯一碳源和能源,分离出了多株对氯酚具有较高降解能力的微生物,利用16S rDNA序列分析方法对部分微生物进行了种属鉴定.土壤中存在的土著的氯酚降解菌可以对低含量的氯酚(100mg·g-1)进行降解;但是当土壤中氯酚含量较高(500 mg·g-1)时,土著微生物的降解能力受到限制,这可能是高浓度的氯酚对土著的氯酚降解菌会产生毒性作用.接种外来微生物后,土壤中可以培养的氯酚降解菌的总数从开始的106CFU·g-1增加到108CFU·g-1,并且,在氯酚含量为100 mg·g-1的土壤样品中,微生物数目的增加比在氯酚含量为500 mg·g-1土壤样品中更快.这表明接种的外来微生物可以在土壤中很好地生长繁殖,有效地促进土壤中氯酚的生物降解.接种外来微生物可以减轻土壤中氯酚对土著微生物初期产生的不利影响.土壤中的氯酚可能会改变微生物种群结构.DGGE分析结果表明,在未受氯酚污染和受氯酚污染的土壤样品中,存在一些共同的DNA谱带,但谱带强度有明显的差异.在受污染的土壤中接种外来微生物进行生物强化,可以促进污染物的生物降解过程,是生物修复过程中的一种重要手段,有着广泛的应用前景,将在我国受污染环境的生物修复中发挥重要作用.     

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.     

PCR-SSCP技术用于脱臭微生物群落结构的研究

采用PCR-SSCP(单链构象多态性)技术对脱臭生物滤池中填料生物膜微生物群落结构进行了研究.生物滤池对臭气中的污染物随驯化时间逐渐增强,去除率从50%升高到89%.对2种填料树皮和秸秆上生物膜的分析结果表明,滤池内微生物多样性随运行时间先降后升,从1.6～1.9上升到2以上;而2种填料上微生物的相似性逐渐增加,表明随着驯化进程,生物填料上的微生物能够利用臭气污染物进行生长,并随运行时间逐渐趋于丰富和稳定;树皮比秸秆具有较高的生物多样性,平均值分别为2.2和2.0,说明树皮上容易附着多种微生物生长,电镜照片也显示2种填料生物膜的增长和生物多样性的提高.SSCP条带测序结果表明生物滤池生物膜优势微生物种属为芽孢杆菌属,占33.3%;条带中不可培养细菌占44.4%;填料生物膜上的细菌绝大多数是广泛存在于土壤、水体及生物体中的微生物,它们对环境适应能力强,在臭气的污染物去除中扮演重要角色.     

生物转鼓过滤器反硝化去除NO过程中微生物群落结构多样性解析

采用PCR-DGGE技术分析了生物转鼓过滤器(RDB)反硝化去除NO过程中的微生物多样性.研究结果表明,RDB中存在16种优势菌,并且沿填料径向不同位置的DGGE图谱差异性不大,细菌群落结构具有较高相似性.通过DGGE图形比较和微生物群落生物多样性指数计算,发现在RDB内加入CuⅡ(EDTA)络合剂后,NO去除率上升,而微生物群落多样性先增加后又下降,但群落结构变化不显著.对DGGE图谱中8条主带进行回收、扩增、克隆和测序,结果显示RDB中微生物群落主要由Cytopahga-Flexibacteria-Bacteroides(CFB)group Bacteroides、β-Proteobacterium、γ-Proteobacterium和Clostridium sp.组成.反硝化功能与条带G-5(属于γ-Proteobacterium)和G-6、G-8(属于β-Proteobacterium)所代表的菌种相关,相似性≥98%.G-3序列与GenBank数据库中2个最相似序列的相似性只有93%和92%,表明这个条带所代表的微生物可能为新的未培养微生物.     

污泥用作渗透性反应壁填料的可行性研究

渗透性反应壁(permeable reactive barrier,PRB)现已被广泛用来治理酸性采矿废水.寻求高效的有机反应填料是运用渗透性反应壁技术的关键.采用批式吸附实验和批式微生物培养实验研究了城市污水处理厂的消化污泥作为渗透性反应壁有机填料的可行性.批式吸附实验结果表明,污泥对Zn2+和Cd2+具有较强的吸附能力,最大吸附量分别为13.62mg·g-1和15.60mg·g-1.在批式微生物培养实验中,SO24-浓度从实验初期700mg·L-1左右下降到结束时的300mg·L-1以下,去除率为60%～70%;Fe和重金属污染物(Zn、Cd)都得到了完全去除.结果表明,污泥是一种合适的渗透性反应壁填料.     

PCR—DGGE技术在废水生物处理中的应用研究

聚合酶链式反应一变形梯度凝胶电泳（PCR—DGGE）作为一种分子指纹图谱能够较准确地反应污水处理过程中微生物群落结构多样性及其动态变化而广泛应用于废水生物处理技术的研究中。PCR—DGGE技术不仅能对样品中微生物群落结构多样性及种群演替进行分析,还能用于污水处理中优势菌群的分离与鉴定,克服了传统方法费时费力、培养条件苛刻等局限性,进而运用该技术构建高效的污染物降解工程菌,提高难降解有机物的去除效率,调节实际工艺参数,提高污水处理效率。     

生物滴滤池对BTEX的去除及相应细菌群落分析

以预先驯化的菌群和活性污泥作为起始接种物用于生物滴滤池(BTF)中,研究评估了BTF去除苯、甲苯、乙苯和二甲苯混合气体(BTEX)的性能,并利用变性梯度凝胶电泳(DGGE)技术分析了微生物群落结构的变化.结果表明,BTF能在短时间内得到驯化,填料附着的生物量从第10 d的5.7 mg.g-1迅速增加至第30 d的112 mg.g-1.BTF能同时有效去除混合BTEX中的各组分,在进气负荷和停留时间分别为269.7 g.(m3.h)-1和39 s时,可获得的最大去除能力为216.6 g.(m3.h)-1.DGGE图谱表明,BTF中优势微生物种群主要来源于富集菌群,微生物群落结构随着运行时间发生变化,但在BTF上下空间分布较为均匀.     

复合垂直流人工湿地污染物去除特点及微生物群落多样性PCR-TGGE分析

采用复合垂直流人工湿地系统对生活污水进行处理,研究该系统对污水中主要污染物的去除效果,并采用PCR-TGGE技术分析了湿地系统中微生物群落结构组成的多样性。结果表明,污染物浓度沿水流方向呈下降趋势,氨氮(NH_4~+-N)、总氮(TN)、总磷(TP)和生化需氧量(COD)平均去除率分别为59.5%、67.5%、75.6%、62.3%。溶解氧(DO)沿程逐渐降低,但在末端略有上升,pH基本维持在7.72~8.04,污染物去除效果良好;由于湿地系统中环境条件和营养水平的变化,系统中不同位置微生物种群存在共同种属和各自的特异种属,且微生物多样性指数从A1池至A3池沿程逐渐降低,群落结构间的相似性逐渐增大;系统中污染物去除与微生物多样性呈正相关关系。     

复合垂直流人工湿地污染物去除特征及微生物群落多样性分析

采用复合垂直流人工湿地系统对生活污水进行处理,研究该系统对污水中主要污染物的去除效果,并用PCRTGGE技术分析了湿地系统中微生物群落结构组成的多样性。结果表明:污染物浓度沿水流方向呈下降趋势,氨氮(NH+4-N)、总氮(TN)、总磷(TP)和生化需氧量(COD)平均去除率分别为59.5%、67.5%、75.6%、62.3%。溶解氧(DO)沿程逐渐降低,但在末端略有上升,pH基本维持在7.72~8.04,处于略偏碱性状态,污染物的去除效果良好;由于湿地系统中环境条件和营养水平的变化,在湿地系统的不同位置微生物种群存在共同种属和各自的特异种属,且微生物多样性指数从A1池至A3池沿程逐渐降低,群落结构间的相似性逐渐增大;系统中污染物去除与微生物多样性呈正相关关系。     

某污水处理厂倒置A2/O工艺中制药类污染物的去除规律分析

针对西安市某污水处理厂的倒置A2/O工艺,通过对主要构筑物的布点检测,分析了污水中4种制药类污染物非那西汀、咖啡因、吉非罗齐和胆固醇的浓度变化及其去除规律.结果表明,污水厂进水中非那西汀、咖啡因、吉非罗齐和胆固醇的浓度分别为8.22、127.31、12.93和5.61μg·L-1,整个污水处理工艺中,非那西汀、吉非罗齐和胆固醇主要是被格栅、曝气沉砂池和初沉池去除,咖啡因则以生物降解为主.A2/O生物反应池中,吉非罗齐和胆固醇以厌氧生物降解为主,非那西汀和咖啡因则以好氧生物降解为主.脱水污泥中非那西汀、咖啡因、吉非罗齐和胆固醇的含量分别为0.09、2.62、12.24和0.91μg·g-1,污泥对吉非罗齐的吸附效果最为显著.污水厂出水中制药类污染物的浓度为0.17～1.98μg·L-1,出水中咖啡因的浓度偏高因而需要做进一步的三级处理.     

IC反应器处理啤酒废水的效能及其微生物群落动态分析

在35℃下连续运行内循环厌氧反应器(IC),通过不断提高进水容积负荷,研究不同运行负荷下反应器处理模拟啤酒废水的运行情况,并探讨微生物的种群结构与其活性变化之间的相互关系.IC反应器效能分析表明其最大进水容积负荷(以COD计)可达20 kg.(m3.d)-1,COD去除率为85%以上,最大比产甲烷活性(以VSS计)可达210 mL.(g.d)-1;污泥脱氢酶活性与细菌DGGE图谱表明反应器中脱氢酶活性的变化趋势与细菌DGGE条带总光强度的变化趋势一致,DGGE图谱中细菌条带的总光密度值可作为厌氧体系中生物量的一个参考指标;辅酶F420与古细菌DGGE分析表明,污泥中辅酶F420含量与甲烷鬃菌属(Methanosaeta sp.)的相对丰度有一定的相互联系,在低负荷条件下甲烷八叠球菌属(Methanosarcina mazei)优势地位比较显著,随着负荷的提高,甲烷鬃菌属(Methanosaeta sp.)优势地位逐渐显著,且辅酶F420含量随之升高,当最大负荷为20kg.(m3.d)-1时,辅酶F420的含量(以VSS计)达到0.16μmol.g-1,而此时甲烷鬃菌属(Methanosaeta sp.)占据尤为明显的优势地位;聚类分析(UPGAMA)和Shannon指数也表明在不同反应负荷下,微生物的群落结构变化明显.     

表面活性剂对苯并[a]芘在黑炭表面吸附解吸的影响

通过静态吸附实验,研究了3种不同类型的表面活性剂(阳离子∶十六烷基三甲基溴化铵,CTAB;阴离子∶十二烷基苯磺酸钠,SDBS∶非离子,曲拉通100,TX100)对苯并[a]芘(BaP)在黑炭表面吸附解吸的影响.结果表明,3种表面活性剂的存在均会增加BaP在黑炭表面吸附的非线性程度.CTAB的存在可以促进BaP在黑炭表面的吸附同时抑制了BaP的解吸,然而SDBS的存在降低了BaP在黑炭表面的吸附并增加了吸附过程的可逆性.与CTAB和SDBS不同,TX100对BaP在黑炭表面吸附解吸的影响取决于其添加浓度.低浓度的TX100(50 mg.L-1)能够促进BaP在黑炭上的吸附并抑制BaP的解吸,吸附能力参数Kd值(在ce=50μg.L-1下)从188 062 mL.g-1增大到264 179 mL.g-1,解吸滞后指数HI从0.44降低到0.39.随着TX100浓度增加到150 mg.L-1和200 mg.L-1,TX100对BaP的吸附表现出抑制作用并能够促进BaP的解吸,Kd值(在ce=50μg.L-1下)从188 062 mL.g-1分别降低到182 751 mL.g-1和178 730 mL.g-1,解吸滞后指数从0.44分别升高到0.65和0.70.本研究为预测多环芳烃在表面活性剂污染的环境中的分布特征和最终归趋提供了理论依据.     

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。     

水蚯蚓微生物共生系统处理城镇污水工程规模试验研究

在生物接触氧化池中接种霍甫水丝蚓形成水蚯蚓与微生物的共生系统,水蚯蚓附着在填料的外层.当水蚯蚓湿重质量浓度为31.3 g/L左右时,系统中形成"污染物-微生物-水蚯蚓"循环食物链并基本达到平衡.长时间处理水量为20·000 m~3·d~(-1)的现场大规模对比工程试验研究表明,水蚯蚓可全面提高出水水质.当进水COD为130～459 mg·L~(-1),NH_4~+-N为14.21～27.46 mg·L~(-1),TP 为1.60～6.93 mg·L~(-1),SS为60～466 mg·L~(-1)时,可使COD去除率提高8.7%,SS去除率提高13.6%.水蚯蚓会使系统的氨氮有所增加,适当的运行方式可使氨氮出水稳定在5mg·L~(-1)以下.水蚯蚓-微生物共生系统具有很好的除磷效果,有很强的抗冲击负荷能力及较大的处理潜能.     

再悬浮作用下长江河口沉积物中Hg的迁移与释放

利用PES(particle entrainment simulator)装置,实验测定了不同的扰动强度和时间对长江口沉积物结合Hg释放和再分布的影响.在再悬浮过程中,上覆水中HgD(溶解态Hg)和HgP(颗粒态Hg)随扰动强度和扰动时间发生变化,含量分别在34~268ng.L-1和25~195μg.kg-1之间,HgD和HgP含量相关性不显著.经一级扰动强度扰动近3 h后,上覆水中的Hg总体上存在释放,HgD含量从扰动前的179 ng.L-1增加到了268 ng.L-1,HgP含量仅有略微增加,从116μg.kg-1增加到了139μg.kg-1.经二级扰动强度扰动近3 h后,上覆水中HgD和HgP总体上减少了,而经三级扰动强度扰动近3 h后,上覆水中HgD又有略微增加,HgP含量也从89μg.kg-1增加到了162μg.kg-1.上覆水中Hg分配系数(lgKd)与水体的pH、Eh、DO、TSS均没有显著的相关性,而是受水体中各种物理、化学性质的综合影响.当扰动强度增大后,在再悬浮初期尤其前5 min之内,上覆水中悬浮颗粒含量迅速增加,Hg的lgKd也迅速增大,悬浮颗粒对溶解态Hg产生了强烈的吸附作用.之后随扰动时间的延长和悬浮颗粒含量的增加,Hg的lgKd值降低,由硫化物氧化释放的Hg被新近生成的铁锰水合氧化物等胶体物质结合.在较强动力条件下,随扰动时间延长,部分粗颗粒会发生沉降,"细颗粒浓缩效应"使上覆水中HgP含量增加.     

利用Hyperion高光谱数据的三波段法反演太湖叶绿素a浓度

以2004-08-19太湖野外试验所获取的水质数据(叶绿素a浓度7.8~154.3μg.L-1,总悬浮物浓度65.0~190.2 mg.L-1,N=38)和同步的Hyperion星载高光谱数据为研究对象,利用三波段算法反演太湖水体的叶绿素a浓度.通过分析太湖固有光学量的特点,提出适用于太湖的3个特征波段的选择依据,并对波段进行优化计算,在此基础上建立了三波段统计模型,最后对模型的反演精度进行分析与评价.结果表明,Hyperion的B34(691.37 nm)、B37(721.90 nm)和B50(854.18 nm)组成三波段模型变量与叶绿素a浓度具有最高的相关系数(r=0.934),模型的决定系数(R2)和均方根误差(RMSE)分别为0.872和13.93μg.L-1,其反演精度优于传统经验统计模型,如比值模型(R2=0.844,RMSE=15.41μg.L-1)和一阶微分模型(R2=0.831,RMSE=16.00μg.L-1).研究结果证实了三波段法适用于内陆富营养化浑浊水体和Hyperion高光谱数据,为今后更精确地反演内陆水体的叶绿素a浓度提供了参考依据.     

雪玉洞表土有机氯农药的分布及来源研究

为研究有机氯农药(OCPs)在重庆丰都雪玉洞表土中的水平分布趋势、组成特征和来源,采用气相色谱-微池电子捕获检测器(GC-μECD)分析了10个代表性表层土样中18种OCPs.结果表明,研究区表层土壤中18种OCPs除o,p'-DDD、ε-HCH、艾氏剂和狄氏剂外均有不同程度的检出,其中,HCH、DDT、七氯和甲氧滴滴涕的检出率高达100%,是主要的污染物.土壤中总有机氯农药的含量范围为1.24~750.56 ng·g^-1,平均值为79.57 ng·g^-1.DDTs和HCHs可能分别来自于工业DDTs和林丹的非法使用,并且近期可能有新的输入.通过相关分析得出,研究区10个采样点有机氯农药基本具有相同的来源,并且土壤有机碳是影响有机氯农药分布的重要因素.对比中国的土壤质量标准(GB15618-95)发现,研究区土壤中HCHs和DDTs的残留均处于较低水平.由于岩溶地区地表土层厚度分布不连续,且地下岩溶形态较为发育,有机氯农药可能通过裂隙或落水洞进入地下河系统,对洞穴滴水和地下河水造成潜在的污染风险.