三亚河红树林表层沉积物中好氧氨氧化微生物的分布特征及潜在硝化速率

氨氧化过程是硝化作用的限速步骤,氨氧化细菌(ammonia-oxidizing bacteria, AOB)和氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea, AOA)是氨氧化作用的主要驱动者,其分布特征及其对硝化作用的相对贡献是氮素循环的研究热点.采用实时荧光定量PCR技术研究了三亚河红树林表层沉积物中好氧氨氧化微生物的分布特征,并通过测定潜在硝化速率分析了AOB和AOA对硝化作用的相对贡献率.结果表明,多数采样点中,AOA amoA基因丰度高于AOB amoA基因丰度; AOB丰度冬季较高,AOA丰度夏季较高,且冬季AOA和AOB丰度的比值较低;溶解氧、pH、总有机碳和硝态氮对AOB和AOA丰度影响较大; AOB和AOA在夏季的潜在硝化速率均高于冬季,冬季AOA对硝化作用的相对贡献率较高而夏季则是AOB在硝化作用中占主导地位,AOB和AOA的潜在硝化速率与amoA基因丰度均不存在显著相关性.     

控制游离氨实现单级自养生物脱氮的研究

通过实时调控SBR反应器内的游离氮浓度的控制策略,实现以亚硝化作用和厌氧氨氧化作用协同的单级自养生物脱氮工艺.实验分成亚硝酸菌富集和厌氧氨氧化菌混合接种2个阶段,SBR内的温度始终保持在(31±2)℃.亚硝酸菌富集阶段,pH值稳定在7.8左右,通过调节进水氩氮浓度(56～446 mg·L-1)实现FA浓度的变化,从而实...     

无排泥条件下HRT对膜生物反应器硝化性能的影响及其生物群落结构分析

以无机氨氮废水(NH+4 N,500mg·L-1)为处理对象,在不排泥条件下逐渐缩短膜生物反应器的水力停留时间(HRT,30h～5h),连续运行260d.在反应器内的氨氮容积负荷和污泥负荷分别为1 2kg·(d·L)-1和2 13kg·kg-1·d-1时,氨氮去除率达98 2%以上.当HRT减少至7h时开始出现NH+4 N和NO-2 N的积累.尽管反应器内MLSS随着运行时间的延长在逐步上升,氨氧化菌(AOB)和亚硝酸氧化菌(NOB)的数量分别从HRT10h和15h起开始下降.16SrDNA聚合酶链式反应结合变性梯度凝胶电泳(PCR DGGE)的分析发现反应器内生物多样性随着运行时间的延长而增加,测序结果表明进行氨氧化作用的主要是亚硝化单胞菌属(Nitrosomonassp.),进行亚硝酸氧化的主要是硝化螺菌属(Nitrospirasp.).尽管反应器只进行无机氨氮配水,仍存在大量的异养菌,估计其生长是以胞外分泌产物和细胞裂解产物为基质.     

基质性毒物对厌氧氨氧化富集培养物的单独和联合抑制效应

采用分批培养试验和连续培养试验研究了基质性毒物(氨和亚硝酸)对厌氧氨氧化富集培养物的单独和联合抑制效应.试验结果表明,分批培养时,氨和亚硝酸对厌氧氨氧化富集培养物的半抑制浓度及95%可信限分别为1670.3(1518.3~1832.4)mg·L~(-1)和565.3(239.0~916.3)mg·L~(-1),亚硝酸毒性大于氨;氨和亚硝酸对厌氧氨氧化富集培养物的联合抑制效应为独立作用,二者各自对厌氧氨氧化富集培养物产生毒害.在中性环境和高浓度基质条件,高浓度的游离氨和游离亚硝酸会抑制厌氧氨氧化富集培养物,防止游离态基质浓度过高是解决基质自抑制的重要手段.连续培养时,随着氨浓度的上升,反应器效能和联氨含量基本稳定;随着亚硝酸浓度的上升,反应器效能急剧下降,联氨快速累积.基质亚硝酸对厌氧氨氧化富集培养物的抑制源于联氨脱氢步骤受阻,细胞能量代谢不畅,所积累的中间产物联氨作为抑制物可能会进一步加剧抑制效应.     

低温条件下湿地氨氮强化净化技术及其氨氧化微生物机制

针对北方寒冷冬季水源地氨氮微污染水体的特征,构建间歇流人工湿地系统并同步采用分子生物学方法对湿地系统中的氨氧化古菌和氨氧化细菌的丰度和古菌的多样性进行分析,并结合硝化速率潜势来研究氨氧化古菌和氨氧化细菌在氨氧化过程中的作用.结果表明:平均气温为5℃时,最佳运行工况为:停留时间21 h,水力负荷4.2 cm·d-1,氨氮去除率达99%;平均气温为-5℃时,最佳运行工况为:水力停留时间为21 h,水力负荷3.6 cm·d-1,氨氮去除率达81%,去除效率稳定.在低温条件下,氨氧化古菌和氨氧化细菌中amoA基因的丰度会因温度降低而减少,古菌中amoA基因丰度高于细菌2.9~33.2倍,且硝化速率潜势与氨氧化古菌中amoA基因丰度呈正向变化趋势,而与氨氧化细菌无显著相关,表明氨氧化古菌在低温条件下的氨氧化过程中起主导作用.湿地系统中的氨氧化古菌的生物多样性具有季节性变化,系统发育分析显示,夏季样品8个OTU全部属于土壤支系;冬季样品11个OTU序列属于土壤支系,2个OTU序列属于海洋水体支系,多样性较高.夏季和冬季样品中氨氧化古菌均属于一个新命名的古菌类群——奇古菌门(Thaumarchaeota).本文建立了一种在低温条件下基于氨氧化古菌有效强化湿地氨氮净化处理的稳定运行技术,为寒冷地区强化湿地去除氨氮提供了理论依据.     

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.     

包埋氨氧化细菌短程硝化的高效稳定运行

为了提高包埋氨氧化细菌短程硝化的效率,富集培养氨氧化细菌(AOB)并固定化.富集培养阶段采用连续式运行方式,以游离氨(FA)为抑制亚硝酸盐氧化菌(NOB)生长的手段,并通过定时排泥方法使NOB逐渐从系统中淘洗出去.富集培养结束后以聚乙烯醇(PVA)为包埋材料,对筛选培养的氨氧化细菌进行固定化,反应器包埋填充率为8%.采用连续式运行方式,通过逐步增加氨氮负荷的方法提高氨氧化速率.最终在富集培养系统中实现了污泥比氨氧化速率(以NH_4~+-N/VSS计)2.028 g·(g·d)~(-1)的高表达和亚硝酸盐氮90%以上的高积累.通过对污泥富集培养前后细菌群落组成的高通量测序分析,结果表明,培养前原污泥多样性较大,具有硝化作用的Nitrosomonas仅有0.24%,Nitrospira有2.7%.富集培养后的活性污泥多样性明显变小,优势菌种为Nitrosomonas(18%),而Nitrospira仅剩0.02%;包埋固定化后,系统迅速实现了短程硝化,最终短程硝化的速率达到了50 mg·(L·h)~(-1),亚硝酸盐氮积累率稳定在90%以上.     

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.     

高铵氮废水生物硝化过程抑制现象初探

采用SBR反应器研究了硝化反应中氨氧化和亚硝酸氧化的抑制动力学,发现了氨氧化过程的多态现象.当自由氨浓度小于10mg·L-1时,氨氧化菌不会受到抑制,为氨氧化菌的第一个稳态阶段;当自由氨浓度大于10mg·L-1、小于50mg·L-1时,氨氧化菌受到抑制,为第一过渡阶段;当自由氨浓度大于50 mg·L-1、小于175mg·L-1时,氨氧化菌同样不受抑制,为氨氧化菌的第二稳态阶段;当自由氨浓度约大于175mg·L-1时,氨氧化再次受到抑制,直到自由氨浓度达到约750 mg·L-1,氨氧化反应才趋于停止.对于亚硝酸氧化菌,自由氨浓度1 mg·L-1为其受抑制的下限,50mg·L-1时亚硝酸氧化反应完全停止.Haldane抑制动力学方程可以较好地描述氨氧化的铵氮或自由氨基质抑制动力学过程.亚硝酸氧化的铵氮抑制过程也可较好地用Haldane抑制动力学来描述.     

布吉河丰水期总细菌和氨氧化细菌的定性和定量研究

河流中微生物的数量和群落结构能在一定程度上反映水环境状况.氨氧化细菌驱动的硝化作用是氮素转化的主要机制,为了解氮素污染河流中氨氧化细菌的群落组成及数量,采用变性梯度凝胶电泳(denaturing gradient gel electrophoresis,DGGE)和Real-time PCR技术分析了布吉河丰水期不同断面水样中总细菌和氨氧化细菌的群落结构以及数量变化.结果表明,水样中总细菌(16S rRNA)和氨氧化细菌(16S rRNA)数量变化范围分别为4.73×1010～3.90×1011copies.L-1和5.44×106～5.96×108copies.L-1.冗余度分析表明影响微生物数量和群落结构的水环境因子不同:对于总细菌,与其数量显著相关的环境因子是硝氮(P<0.05),与其群落结构显著相关的环境因子是氮素(三氮)和金属(Mn和Zn)(P<0.05);对于氨氧化细菌(ammonia-oxidizing bacteria,AOB),与其数量显著相关的是氨氮和Zn(P<0.05),与其群落组成显著相关的是氨氮、Mn和Zn(P<0.05).测序结果表明在布吉河水样中微生物属于变形菌门(Proteobacterium)的Epsilon-Proteobacteria、Gamma-Proteobacteria、Beta-Proteobacteria和Delta-Proteobacteria这4个纲,氨氧化细菌与Nitrosomonas sp.和Nitrosospira sp.属的细菌相似度较高,且Nitrosospira sp.为优势菌属.由于污染影响,布吉河上游和下游微生物群落结构明显不同.