AOB去除炔雌醇的共代谢与硝基化协同作用

采用氨氧化菌Nitrosomonas europaea降解17α-乙炔雌二醇（EE2）,考察降解过程中氨氮的作用以及EE2的降解机制.结果表明,N.europaea降解EE2属于共代谢过程,氨氮是共代谢发生的必要条件.氨氧化过程产生的亚硝氮会在酸性条件下将EE2硝基化,反应符合一级动力学模型,降解速率常数与亚硝酸根、H⁺及游离亚硝酸浓度成正相关.通过控制pH值大于7.5抑制硝基化反应,证实了N.europaea对EE2的生物降解作用,生物降解反应符合一级动力学模型且降解速率常数为0.0069h^-1.当N.europaea氨氧化反应导致pH值低于7.5时,EE2的去除存在生物降解和硝基化的协同作用,EE2去除符合一级动力学模型且降解速率常数为0.0093h^-1.同时还发现一种未曾报道过的EE2生物降解产物M613,对于其雌激素效应和毒性还需进一步探究.     

进水CODCr负荷对MBR去除雌激素的影响

为了探究MBR进水COD_Cr负荷对雌激素去除的影响,设置了不同进水ρ(COD_Cr)下的3组MBR,检测其对E1(雌酮)和EE2(17α-乙炔基雌二醇)的去除效果,并通过污泥浓度、污泥粒径以及微生物数量分析,揭示MBR污泥特性对E1和EE2去除效果的影响. 结果表明,尽管进水ρ(COD_Cr)差异较大,但3组MBR均取得了较好的COD_Cr及NH₃-N去除效果. 出水ρ(SEs)(SEs为类固醇雌激素)随进水ρ(COD_Cr)的增加而降低,当初始ρ(SEs)均为50 μg/L时,进水ρ(COD_Cr)为93.00、295.27、504.40 mg/L的MBR出水中ρ(E1)、ρ(EE2)平均分别为3.26、3.02、1.17 μg/L和4.76、4.46、2.64 μg/L. 随着初始ρ(SEs)的提高,出水中ρ(E1)、ρ(EE2)均有不同程度提高,当初始ρ(SEs)升至200 μg/L时,MBR出水中ρ(E1)、ρ(EE2)平均值分别为5.61、5.64、3.82 μg/L和8.14、7.87、6.57 μg/L. 相同条件下,MBR对E1的去除效果显著优于EE2.相关性分析表明,E1、EE2去除负荷均与COD_Cr去除负荷显著负相关,与NH₃-N去除负荷显著正相关(P<0.05),MBR中E1、EE2的去除是由有机物共代谢和硝化共代谢共同作用的结果,硝化过程与雌激素降解过程呈相似的环境条件要求.      

17α-乙炔基雌二醇的降解及其共基质代谢特性

以一株降解甾体雌激素17α-乙炔基雌二醇(EE2)的鞘氨醇杆菌(Sphingobacterium sp.)JCR5为材料,研究了JCR5降解EE2的适宜接种量、底物利用情况和添加营养物对降解能力的影响.结果表明,在接种量为7%(体积分数)(OD600≈1)时,EE2的降解率最高;JCR5能够利用甾体雌激素(甾酮、17β-雌二醇、雌三醇以及炔雌醇甲醚),避孕药生产中间体以及一些芳烃化合物为唯一碳源生长;添加少量葡萄糖、蛋白胨和酵母粉,均能促进JCR5对EE2的降解.葡萄糖、17β-雌二醇(E2)分别与EE2的共基质代谢试验表明,在共基质条件下,葡萄糖的存在对EE2的降解起到一定的促进作用,而E2的存在对EE2的降解具有一定的抑制作用.利用HPLC检测EE2降解过程发现,在EE2降解的同时伴有未知的EE2代谢产物峰出现.      

纳米氧化锌颗粒胁迫对氨氧化细菌共代谢去除磺胺嘧啶的影响

为了探究纳米氧化锌颗粒(nZnO)胁迫下氨氧化细菌(AOB)共代谢去除抗生素能力的变化规律,本研究选择了一种广泛使用的磺胺类抗生素磺胺嘧啶(SDZ)作为实验对象,通过考察不同浓度的nZnO胁迫下富集AOB污泥中氨氮浓度、SDZ浓度、胞外聚合物(EPS)、关键酶活性及活性氧(ROS)的变化特征,探究nZnO赋存对富集AOB污泥及其共代谢降解去除SDZ能力的影响.结果表明,一定浓度范围(0～25 mg·L^-1)内,nZnO对水中氨氮的转化存在浓度抑制效应,随着nZnO浓度的升高,氨氧化速率逐渐降低;nZnO处理后AOB中的关键功能酶—氨单加氧酶和羟胺氧化还原酶的活性均显著下降,50 mg·L^-1 nZnO处理组酶活下降的最为显著;nZnO刺激下产生了大量的ROS,并且ROS的产量与nZnO浓度呈正比;在0～25 mg·L^-1 nZnO的范围内,SDZ的去除率随着nZnO浓度的升高而逐渐降低,但50 mg·L^-1 nZnO实验组的SDZ去除率达到最高,甚至超过了空白对照组.     

NF270截留17α-乙炔基雌二醇过程

研究了操作压力、电解质及pH等因素对聚酰胺复合纳滤膜组件NF270截留水溶液中100 μg/L 17α-乙炔基雌二醇(EE2)过程的影响,同时考察了NF270对葡萄糖配水中100 μg/L EE2的截留情况.结果表明:NF270能实现对微量甾体雌激素EE2的有效截留;截留初始阶段,EE2在膜面的吸附作用增强了NF270的截留效能,组件运行6 h后膜截留性能稳定. 出水ρ(EE2)随着操作压力的增大略有增大,当操作压力为0.5 MPa时,出水ρ(EE2)为31.09 μg/L. 加入MgSO₄和CaCl₂等电解质,截留率略有提高,出水ρ(EE2)为27.10 μg/L. 酸性条件对NF270截留EE2影响较小,当pH为11时EE2稳定截留率为88.81%,比中性条件高19.91%. 0.5 MPa条件下NF270对葡萄糖配水中EE2截留效果明显提高,出水ρ(EE2)仅为11.96 μg/L.      

鞘氨醇杆菌(Sphingobacterium sp.)JCR5降解17α-乙炔基雌二醇的代谢途径

从北京某避孕药厂污水处理站曝气池的活性污泥中分离得到1株能够以17α-乙炔基雌二醇(17α-ethinylestradiol,EE2)为唯一碳源和能源生长的菌株JCR5.通过对其形态特征、生理生化以及16S rDNA序列分析,鉴定该菌株为鞘氨醇杆菌属(Sphingobacterium sp.).菌株JCR5在10d内对初始底物浓度为30 mg·L-1EE2的降解率可达87%.该菌株能够利用甾体雌激素(甾酮、17β-雌二醇、雌三醇以及炔雌醇甲醚)、避孕药生产中间体以及一些芳烃化合物为唯一碳源生长.对EE2降解中间产物进行质谱分析推测,EE2在降解过程中首先被氧化为雌酮(estrone,E1),后经过一系列生物催化作用生成2-羟基-2,4-二烯-戊酸和2-羟基-2,4-二烯-1,6-己二酸2种中间代谢产物.前者是与Comamonas testosteroni TA441代谢睾甾酮的途径类似的产物,而后者是3-羟基-4,5-9,10-二断雌甾烷-1(10),2-二烯-5,9,17-三酮基-4-酸不同于前者断键位置的另一产物.     

17α-乙炔雌二醇胁迫下零价铁对硝化污泥中抗性基因的影响

采用硝化污泥序批式反应器去除17α-乙炔雌二醇(EE2),基于宏基因组测序技术考察了零价铁(ZVI)对硝化污泥去除17α-乙炔雌二醇(EE2)过程中抗生素抗性基因(ARGs)的影响,结合菌群结构分析了其潜在影响机制.结果表明,硝化污泥处理EE2过程中ARGs丰度提高了724.42TPM(每百万转录本中来自于某基因的转录本数目),但ZVI削减了此过程中的ARGs丰度增长趋势,EE2及ZVI改变了ARGs亚型的分布,但对ARGs类型及亚型种类无明显影响.EE2使得硝化污泥中属于高风险等级(Q1及Q2)的ARGs丰度增加了555.75TPM及151.08TPM,ZVI降低了硝化污泥中的抗性风险.多重耐药是硝化污泥中丰度占比最大的高风险(Q1和Q2等级)ARGs类型,占比高达49.23%.微生物群落是硝化污泥中ARGs的重要驱动因子,鞘脂单胞菌属(Sphingopyxis)等菌属与多种ARGs显著正相关,可能是多种ARGs的共同潜在宿主.     

17α-乙炔基雌二醇在铁(Ⅲ)-草酸盐配合物体系中的光降解

以125 W高压汞灯为光源,研究了水中17α-乙炔基雌二醇(EE2)在铁(Ⅲ)-草酸盐(Ox)配合物体系中的光降解;考察了初始pH,c(Fe(Ⅲ))/c(Ox)配比及EE2初始质量浓度对EE2光降解的影响.结果表明:铁(Ⅲ)-草酸盐体系能引发EE2的光降解.在pH为3.50,c(Fe(Ⅲ))/c(Ox)为10.0/120.0时,光照160min;ρ(EE2)为2.0mg/L时的EE2光降解效率可达53.5%.在pH为3.00～6.00的实验范围内,当pH为3.00～4.00时,EE2的光降解效率最高;在ρ(EE2)为2.0～10.0 mg/L时,EE2的光降解效率随溶液中初始ρ(EE2)的增加而降低.      

水溶液中17α-乙炔基雌二醇的光降解

研究了水溶液中17α-乙炔基雌二醇(EE2)在紫外杀菌灯(λ=254nm，30W)下的光降解．EE2浓度在1．0_-25mg/L范围内，光降解是假一级反应在水溶液pH5-8范围内，EE2的光降解速率随溶液pH值增加而增加，三价铁离子对EE2的光降解有促进作用。     

光和生物改性溶解性有机质介导17α-乙炔基雌二醇厌氧降解

自然水体溶解性有机质(DOM)在光照和微生物存在的条件下理化性质会发生改变,从而影响其对类固醇类雌激素降解的介导作用.本研究通过对从洱海沉积物中提取的两种典型DOM物质—胡敏酸(HA)和富里酸(FA)分别经过72 h的微生物改性和48 h的光改性,分别比较厌氧条件下光改性前后DOM介导微生物降解17α-乙炔基雌二醇(EE2)的能力变化,以及微生物改性前后DOM介导光降解EE2的能力变化.同时,通过紫外可见吸收光谱、三维荧光光谱和电子供给能力对改性前后的DOM进行分析.结果表明:经过微生物改性后,HA和FA的荧光强度和腐殖化程度都有所提高,但紫外吸光强度和芳香性降低,并且与污染物的结合能力提高,使得光照条件下其介导的EE2更容易发生降解反应.微生物改性后HA介导下的EE2光降解效果要明显好于FA的介导效果.经过光改性后,HA和FA紫外吸光强度和芳香性升高,荧光强度和电子供给能力降低.光改性后HA介导下的EE2微生物降解效果要明显好于FA的介导效果.可见自然水体中微生物改性DOM介导的EE2降解效果相比光改性DOM的介导更加明显.     

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.     

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.     

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 ...     

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.     

菜地氨氧化微生物驱动的N2O和NO对有机无机肥配施的响应

氨氧化细菌（AOB）和氨氧化古菌（AOA）是驱动土壤氨氧化过程的"引擎".氨氧化过程在土壤氧化亚氮（N₂O）和一氧化氮（NO）排放过程中扮演着重要角色.有机无机肥配施是实现化肥零增长和作物稳产增产的重要途径，但在有机无机肥配施下，菜地土壤AOB和AOA对氨氧化过程的相对贡献仍不清楚.本研究采用选择性抑制的方法（辛炔和乙炔）区分有机肥添加近3年后（2016年10月—2019年5月）AOB和AOA在氨氧化过程中对碱性菜地土壤N₂O和NO产生的相对贡献.试验共设5种施肥处理：不施氮肥（CK）、单施尿素（N）、单施有机肥（M）、50%尿素+50%有机肥（M1N1）和80%尿素+20%有机肥（M1N4）.结果表明，有机无机肥配施（M1N1和M1N4）可显著增加土壤电导率、有机碳和全氮含量.培养试验发现，与N处理相比，M和M1N1处理分别使N₂O排放量增加100.7%和38.8%，NO排放量增加77.9%和42.8%，AOB基因丰度增加16.6%和10.2%，同时，AOB对N₂O排放的相对贡献增加6.5%.相反，M1N4处理分别使N₂O和NO排放量降低19.3%和4.8%，AOB基因丰度降低37.5%，同时，AOB对N₂O及NO排放的相对贡献分别降低7.8%和7.4%.相关分析表明，土壤N₂O和NO累积排放量与土壤AOB基因丰度呈显著正相关（p<0.05），与土壤AOA基因丰度无显著相关性.有机无机肥配施下AOB是氨氧化过程的主要驱动者，适当比例的有机无机肥配施（即M1N4）措施可在一定程度上减弱AOB对碱性菜地土壤N₂O及NO排放的相对贡献.     

不同氮水平下间作对玉米土壤硝化势和氨氧化微生物数量的影响

利用荧光定量PCR(real-time quantitative PCR,Q-PCR)技术,结合氨氧化细菌(ammonia oxidizing bacteria,AOB)和氨氧化古菌(ammonia oxidizing archaea,AOA)丰度和土壤理化性质的测定,探索了不同氮水平下间作对玉米土壤硝化势(PNF)的影响.试验设置玉米单作和与马铃薯间作两个种植模式,4个施氮水平(不施氮N0、1/2常规施氮N1、常规施氮N2和3/2常规施氮N3)的随机区组试验.结果表明,从不施氮到常规施氮,土壤硝化势和AOA、AOB数量均随施氮量增加而逐渐增加,而高氮(N3)时与N2没有显著差异;间作对土壤硝化势、AOA与AOB数量的影响与施氮量和作物生育期有关,低氮投入(N1)间作有利于增加土壤氨氧化微生物数量和硝化作用.施肥是硝化势增加的主要驱动因子,相关性分析结果表明,土壤含水量是影响PNF的主要环境因子;PNF与土壤中AOA、AOB amoA基因丰度成显著的正相关.尽管玉米马铃薯间作降低了土壤中AOA、AOB amoA基因丰度,却使得间作土壤中AOB占据氨氧化微生物数量上的优势.以上结果表明,施氮和间作均影响了土壤硝化作用和氨氧化微生物AOA和AOB数量的变化,这些变化会影响土壤环境质量.     

Ammonium-dependent regulation of aerobic methane-consuming bacteria in landfill cover soil by leachate irrigation

The impacts of landfill leachate irrigation on methane oxidation activities and methane-consuming bacteria populations were studied by incubation of landfill cover soils with leachate and (NH₄)₂SO₄ solution at different ammonium concentrations. The community structures and abundances of methane-oxidizing bacteria (MOB) and ammonia-oxidizing bacteria (AOB) were examined by PCRDGGE and real-time PCR. Compared with the pure (NH₄)₂SO₄ solution, leachate addition was found to have a positive effect on methane oxidation activity. In terms of the irrigation amount, ammonium in leachate was responsible for the actual inhibition of leachate. The extent of inhibitory effect mainly depended on its ammonium concentration. The suppression of the predominant methaneconsuming bacteria, type I MOB, was responsible for the decreased methane oxidation activity by ammonium inhibition. Methaneconsuming bacteria responded diversely in abundance to ammonium. The abundance of type I MOB decreased by fivefold; type II MOB showed stimulation response of fivefold magnification upon the first addition but lessened to be lower than the original level after the second addition; the amount of AOB was stimulated to increase for 20-30 times gradually. Accumulated nitrate from nitrification strengthened the ammonium inhibition on type I and type II MOB, as a result, repetitive irrigation was unfavorable for methane oxidation.     

艾比湖湿地盐节木根际土壤氨氧化微生物多样性和丰度及其与环境因子的相关性分析

氨氧化反应是硝化作用的关键步骤,参与这一反应的微生物是氨氧化细菌(AOB)和氨氧化古菌(AOA).对新疆艾比湖湿地盐节木根际和非根际土壤的氨氧化微生物进行群落结构和丰度分析,并探究其与土壤理化因子的相关性.同时,以氨单加氧酶基因(amo A)为分子标记,构建克隆文库和测序并与q-PCR法结合研究AOA、AOB的群落结构和丰度,利用Pearson相关分析法探究其与环境因子的相关性.结果表明,根际土壤中AOB的多样性高于AOA,amo A基因序列多属于土壤/水体沉积物分支,AOB克隆文库中的所有序列均属于亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas).根际土壤中AOA amo A和AOB amo A的数量分别为2.09×104和2.91×105copies·g~(-1),AOB/AOA的比值为13.9;非根际土壤中AOA amo A和AOB amo A的数量分别为3.85×104和4.76×105copies·g~(-1),AOB/AOA的比值为12.36.相关分析显示,氨氧化微生物的群落结构和丰度与电导率(EC)、有机质(OM)、速效氮(AN)、氨氮(NH_4~+-N)和总氮(TN)等环境因子显著相关.这些结果表明,根际土壤中AOB的群落多样性高于AOA,根际和非根际土壤中AOB的丰度均高于AOA,说明在艾比湖湿地AOB是氨氧化微生物的优势种群,且EC、OM、AN、NH_4~+-N和TN可能会影响氨氧化微生物的群落结构和丰度.     

铁矿区内重金属对土壤氨氧化微生物群落组成的影响

以密云水库上游某铁矿区为研究对象,采用荧光定量PCR和变性梯度凝胶电泳(DGGE)分析了矿区内不同采样点的土壤中氨氧化微生物的数量和群落结构的变化,结果表明,土样中氨氧化细菌(AOB)和氨氧化古菌(AOA)的数量变化范围分别为3.01×107~1.08×109copies/g干土和8.65×107~2.69×109copies/g干土.重金属含量与氨氧化微生物数量的相关性分析以及氨氧化微生物群落结构的冗余分析结果表明,该矿区内重金属污染改变了土壤中的氨氧化微生物的数量和结构.Cu污染对AOA的数量起到了显著抑制作用(r= -0.653*, P<0.05),但是对AOB则没有明显作用;Zn污染对尾矿库区域土壤的AOA/AOB比值影响显著(r= -0.606*, P<0.05);Cd污染改变了AOB的种群分布,降低了AOB的多样性水平.土壤中Cr长期干扰并没有改变氨氧化微生物的数量和结构,但是明显得抑制了氨氧化速率,表明重金属污染在一定程度上也影响了土壤生态系统的氮循环.