宏基因组学(Metagenomics)的研究现状和发展趋势

随着分子生物学技术的快速发展及其在微生物生态学和环境微生物学研究中的广泛应用,促进了以环境中未培养微生物为研究对象的新兴学科--微生物环境基因组学(又叫宏基因组学、元基因组学,Metagenomics)的产生和快速发展.宏基因组学通过直接从环境样品中提取全部微生物的DNA,构建宏基因组文库,利用基因组学的研究策略研究环境样品所包含的全部微生物的遗传组成及其群落功能.在短短几年内,宏基因组学研究已渗透到各个领域,包括海洋、土壤、热液口、热泉、人体口腔及胃肠道等,并在医药、替代能源、环境修复、生物技术,农业、生物防御及伦理学等各方面显示了重要的价值.对宏基因组学的主要研究方法、热点内容及发展趋势进行了综述,建议在我国尽快启动有关宏基因组学的研究,从国家层面上开展联合攻关,拓展当前的研究领域,发展相关研究策略和技术,开展广泛的国际合作,使我国在宏基因组学研究领域占据有利地位.     

生物降解芳香族化合物的分子检测技术研究进展

编码环羟基化加氧酶的基因常作为评价环境中微生物降解芳香族化合物能力的分子标记.近年宏基因组学技术的出现极大地加速了对环境中功能基因及功能类群的研究.本文总结了目前关于芳香族化合物环羟基化加氧酶基因的数据库,介绍了微生物降解芳香族化合物（苯系物、萘及其它多环芳烃）过程中发挥重要作用的各类功能基因,总结了环境检测中使用的分子引物,并综述了它们在各类复杂环境样本中的检测应用,此外对使用宏基因组技术来研究微生物在环境中降解芳香族化合物的能力进行了总结与展望.     

宏基因组技术在土壤污染微生物修复中的应用

微生物修复在土壤污染治理中具有重要地位。虽然环境中可以培养的微生物比例很低,但微生物的基因资源十分丰富,运用宏基因组技术可以克服传统修复技术中微生物资源利用不充分的问题,为未培养微生物的研究提供了有力手段。本文对宏基因组技术一般流程作了介绍,并结合土壤污染的特点,对该技术应用在土壤污染微生物修复的现状、研究及展望作了阐述。     

宏基因组研究及其应用研究进展

传统的微生物培养方法损失了近乎99%的微生物资源,而宏基因组研究能够直接从环境中提取全部微生物基因组DNA,通过构建宏基因组文库并结合适当的筛选方法,得到目的基因及其表达蛋白,该研究能够最大限度地开发微生物的序列空间。文章简要概述了宏基因组研究的产生、原理及其在生态学方面的发展和对新基因资源的开发和利用。     

持久性有机污染物(POPs)生物修复研究进展

持久性有机污染物(POPs)具有高毒性和低可降解性的特征,通过先进的生物修复技术来治理POPs污染正受到公众普遍的关注.而提高生物可利用性则可以突破原位生物修复的瓶颈;宏基因组技术可以获得大量的降解基因资源;利用生物工程手段,可以大幅度提高降解菌的能力这3个方面是目前POPs生物修复领域的研究热点.     

土壤宏基因组学研究方法与应用

宏基因组学是一门研究环境中全部遗传物质的学科,它为研究未培养微生物、寻找新功能基因和开发新活性物质提供了重要手段,其技术流程包括DNA的提取、宏基因组文库的构建和筛选。该文综述了土壤宏基因组研究基本流程,介绍了第二代测序平台及基因芯片技术在土壤宏基因组研究中的应用,并对其研究应用前景进行了展望。     

分子生态网络分析研究进展

目前由于宏基因组技术的高速发展,如高通量测序、基因芯片等,数据量得到了空前的增长。这使得研究不同物种、功能基因的相互作用网络成为可能。近年来网络分析被广泛的应用于生态学的研究。由于目前网络的构建方法各不相同,该文首先比较了各种方法,综合阐述了各种方法之间的利弊。然后从图论以及结合生态学的角度介绍了常用网络参数的含义,讨论了随机网络在研究生态网络中的作用。介绍了能更加深入地研究物种在网络中功能的方法:网络模块及节点类型的划分。最后简单介绍了环境物种网络。总的来说网络分析作为一种新颖的分析手段将更好的解释物种群落的组成。     

华中地区水库沉积物重金属抗性基因的赋存特征及影响因素分析

环境中重金属抗性基因（Metal resistance genes,MRGs）的迁移转化作为环境及生态领域的重要研究内容近年来备受关注,但目前环境中重金属是否是MRGs的重要驱动因素则尚不明确.本研究采用宏基因组技术对华中地区水库沉积物MRGs进行了定量,并分析了不同形态重金属在MRGs迁移转化过程中起到的作用.结果表明,trcop （抗Cu基因）及arsM （抗砷基因）是水库环境中的主要MRGs,供水水库之间MRGs分布并无地域性差异.czrA （多抗基因）的潜在宿主菌较为广泛,trcop及arsM很可能位于同一种可移动遗传元件上进行水平转移.重金属总量与MRGs之间并无明显联系,而可交换态及碳酸盐结合态（B1）则是环境中MRGs的重要驱动因素.     

基于新一代测序技术的A2O与BIOLAK活性污泥宏基因组比较分析

本研究是A2O(anaerobic/anoxic/oxic,厌氧/缺氧/好氧)与百乐克(BIOLAK)活性污泥宏基因组比较分析的首份报告.在百乐克和A2O活性污泥宏基因组中,分别检测到47个和51个门类,超过了澳大利亚强化生物除磷(enhanced biological phosphorus removal,EBPR)、美国强化生物除磷和Bibby活性污泥中所检测到的生物类群.百乐克活性污泥中所发现的门类,均在A2O活性污泥中检测到.但是,有4个门类仅在A2O活性污泥中出现.Ignavibacteriae门在A2O活性污泥宏基因组中的比例(2.044 0%)是百乐克活性污泥(0.637 6%)的3.2倍.与此同时,芽单胞菌门在百乐克活性污泥宏基因组中的比例是2.467 3%,比其在A2O活性污泥中的比例(0.140 4%)高出17倍多;衣原体门在百乐克活性污泥宏基因组中的比例是0.219 2%,比其在A2O活性污泥中的比例(0.036 0%)高出6倍多.另外,在属的层级,有167个属仅在A2O活性污泥中检出;与此同时,有50个属仅发现于百乐克活性污泥中.因此,在门和属的层级,A2O与百乐克活性污泥的生物群落均存在巨大差异.然而,在百乐克和A2O两个活性污泥中,与氮、磷、硫和芳香族化合物代谢相关的功能基因比例均是非常接近的.此外,两个活性污泥中KEGG(Kyoto Encyclopedia for Genes and Genomes,京都基因与基因组百科全书)所有6个类别的排序均相同.同时,氮代谢相关的功能基因分类和通路分析表明,高丰度酶在百乐克和A2O宏基因组中具有相同的排序.因此,A2O和百乐克活性污泥宏基因组比较分析显示,两个不同的生物群落具有相似的功能分配.     

一种厌氧同时脱氮除磷的新现象

通过多次尝试和重现性验证,首次证明了以葡萄糖为碳源的EBPR(A/O工艺)中的厌氧池可以实现"同时脱氮除磷"的功能,对磷和氨氮的去除效率甚至可以达到35%和40%左右.本文通过应用宏基因组学技术较好地解决了A/O反应器中厌氧同时脱氮除磷优势微生物的鉴定难题.针对这种厌氧同时脱氮除磷的生物现象,论文展开了有关微生物的培养、鉴定等方面的研究和讨论.对于这种新型的"厌氧同时脱氮除磷"现象及其优势微生物的鉴定,国内外还未见公开报道.     

不同施工阶段扬尘污染特征研究

以北京城近郊区40多个建筑工地为实验工地,以降尘作为施工扬尘监测指标,对不同施工阶段的扬尘污染规律进行了研究,对不同施工阶段自身降尘浓度数据进行频率分布统计.结果表明,挖槽阶段相比结构和装修的施工扬尘污染更加严重;挖槽、装修和结构阶段自身降尘浓度＞50 t/(km²·30 d)的概率分别为16%、16%和3%,挖槽和装修阶段比结构阶段更容易发生高强度施工扬尘污染;不同施工阶段都遵循春季施工扬尘污染强度明显大于夏、秋、冬季,以及冬季略大于夏、秋季的规律;不同施工阶段的扬尘污染强弱关系非常明显,扬尘污染强度比值为,挖槽∶结构∶装修等于100∶67∶87.     

城市污水再生利用途径分析与利用量预测

水资源匮乏与水环境污染是制约经济社会发展的主要瓶颈,提高城市污水资源化水平是解决这一问题的重要途径.文章结合〈城市污水再生利用分类标准〉（GB/T 18919-2002）,深入分析包头市城市污水处理与再生利用现状及存在问题,提出包头市再生水近期应主要回用于城市杂用、工业和景观用水,再生水回用率可达到50%以上,为解决城市污水再生利用提供参考.     

城市污水再生利用途径分析与利用量预测

水资源匮乏与水环境污染是制约经济社会发展的主要瓶颈,提高城市污水资源化水平是解决这一问题的重要途径。文章结合《城市污水再生利用分类标准》（GB／T18919-2002）,深入分析包头市城市污水处理与再生利用现状及存在问题,提出包头市再生水近期应主要回用于城市杂用、工业和景观用水,再生水回用率可达到50％以上,为解决城市污水再生利用提供参考。     

异养脱氮菌株Bacillus sp. LY降解有毒有机污染物的研究

研究了异养脱氮菌株Bacillus sp. LY降解去除有毒有机污染物的性能.结果表明,菌株在同时实现有毒有机污染物去除与生物脱氮方面具有潜在优势.以典型有毒有机污染物苯酚、邻苯二酚、环境雌激素NP及其前驱物NPEOs为唯一碳源时,该菌株对4种物质的降解去除率分别达87%、77%、96%和80%,一级降解速率常数分别为0.191、0.112、0.435、0.147 d^-1.在分别以NP及NPEOs为唯一碳源的条件下,菌株对体系中的总氮亦有一定的去除,表现出异养脱氮能力.这些研究结果可为开发新型高效生物脱氮联合去除有毒有机污染物工艺打下理论基础.     

含能材料生产系统排产中的瓶颈设备识别方法研究

目的 识别含能材料生产车间中的瓶颈设备,对生产系统作出预警,为排产方案制定以及实际生产工作提供指导,改善生产系统的加工效率.方法 针对传统瓶颈设备识别方法评价指标单一、识别过程复杂的问题,研究一种基于灵敏度分析和逼近理想解排序法(TOPSIS)融合的瓶颈设备识别方法.该算法首先确定作业指标与设备加工量关系的灵敏度矩阵,然后运用逼近理想解排序法,计算设备的综合瓶颈指数,通过比较各设备的综合瓶颈指数,识别出瓶颈设备.结果 采用含能材料生产车间实际数据进行仿真实验,可以在生产系统运行之前识别出系统中的瓶颈设备.结论 通过与其他方法进行对比分析,验证了研究的方法的有效性和优越性.     

清洁生产在辽河油田井下作业施工中的应用

清洁生产的核心在于对污染的治理和控制。为应对经济增长中资源、环境瓶颈制约不断加剧的局面,“十二五”期间,清洁生产已经成为企业节能降耗、控制污染、转变经济发展方式的最佳模式。介绍了清洁生产的概念和清洁生产模式,阐述了辽河油田井下修井作业清洁生产主要措施及近年来清洁生产在井下作业施工中应用。     

生态建设中城镇生活污水集中处理问题探讨——以江苏省南通市为例

城镇生活污水难以集中处理是目前我国各地生态创建过程中的一个瓶颈问题。本文通过对南通市城镇生活污水处理现状和主要存在问题进行详细地分析,提出以生态市创建为依托,市镇村三级政府共同重视,合理规划,采取乡镇自建、以企带镇、以园带镇、镇镇联合等的建设模式,采用BOT、TOT等的新型融资和管理模式,将是解决我国目前城市环境基础设施建设和运营的有效手段,提高城镇生活污水集中处理的最终途径。     

滇池流域城市面源污染控制区划研究

滇池流域点源污染已逐步得到控制,面源污染成为水污染治理的重点。随着流域内城市迅速发展,城市面源污染控制将成为水环境改善的重要瓶颈。结合滇池流域城市发展规划,依据城市下垫面特征,降雨径流污染程度和距离入滇河道远近,将流域内城区划分为重点防控区、中等防控区和一般防控区,其面积百分比分别是17.9%、39.1%和43.0%;重点控制区为昆明市主城区,其次是呈贡新区,并在此基础上提出相应的防治措施。城市面源污染控制区划,对滇池流域面源污染治理具有重要意义。     

乌海市发展循环经济初探

乌海市是资源型城市，生态环境恶劣，资源短缺将成为乌海市可持续发展的瓶颈，而大力发展循环经济将是破解这一瓶颈的唯一途径，也是乌海市未来社会经济持续增长的核心因素。本文旨在探讨中小型资源城市发展循环经济，在企业、园区、区域三个层面努力构建循环经济体系。     

Advances in coastal ocean boundary layer detection technology and equipment in China

Accurate and comprehensive knowledge of the atmospheric environment and its evolution within the coastal ocean boundary layer are necessary for understanding the sources, chemical mechanisms, and transport processes of air pollution in land, sea, and atmosphere. We present an overview of coastal ocean boundary layer detection technology and equipment in China and summarize the progress and main achievements in recent years. China has developed a series of coastal ocean boundary layer detection t...