两种生物除磷系统活性污泥中除磷菌的甄别——淀粉-缺氧/好氧交替与乙酸盐-厌氧/好氧交替系统

为了直接识别出污泥中的聚磷细菌和其种属,本研究采用4',6-二脒基-2-苯基吲哚(DAPI)染色和流式细胞荧光分选技术(FACS)对以淀粉为唯一碳源的缺氧/好氧序批式活性污泥(SBR)系统(R1)的缺氧末期和好氧末期以及以乙酸盐为唯一碳源的厌氧/好氧SBR系统(R2)的好氧末期污泥的聚磷细菌进行了原位分选,并通过16S rRNA高通量测序技术鉴定了分选后细菌的种属.结果表明,在R1中,缺氧期和好氧期均进行生物除磷,且缺氧期吸磷量大于好氧期. R2中发生着厌氧期释磷、好氧期大量吸磷的传统生物除磷.利用FACS在R1和R2污泥中均分选得到10⁶个相对纯度为85%的具有聚磷颗粒的细菌.测序结果表明,在R1系统中,缺氧段优势的聚磷菌属为Halomonas(37.75%)、unclassified Brucellaceae(14.15%)、Pseudomonas(6.49%)、unclassified Chlamydiales(0.027%)和Sphingopyxis(0.007%);好氧段优势聚磷菌属为Halomonas(19.72%)、unclassified Brucellaceae(14.62%)、Pseudomonas(14.28%)、unclassified Comamonadaceae(0.046%)、unclassified Acidobacteria Gp3(0.036%)和Ferruginibacter(0.026%).R1系统中unclassified Chlamydiales和Sphingopyxis仅仅在缺氧条件下具有聚磷功能,而unclassified Comamonadaceae、unclassified Acidobacteria Gp3和Ferruginibacter仅在好氧条件下才具有聚磷功能.在R2系统中,优势聚磷菌群为Dechloromonas(11.06%)、unclassified Anaerolineaceae(9.29%)、unclassified Bacteroidetes(7.44%)、unclassified Gammaproteobacteria(7.34%)以及Acinetobacter(0.31%).这意味着在新型的除磷系统(R1)中,参与除磷过程的细菌包括好氧,缺氧和兼性缺氧聚磷细菌,而在传统的除磷系统(R2)中,参与除磷过程的细菌仅为好氧聚磷细菌.     

海水入侵区含水层中原核微生物多样性和群落结构特征及其意义

海水入侵引起的地下水咸化是沿海地区面临的主要自然灾害之一,并由此产生了强烈的物理化学梯度变化,严重影响了原生态环境. 为研究海水入侵影响下含水层微生物的多样性和群落结构,揭示海水入侵对原位微生物群落的环境影响,采用基于高通量测序的微生物群落分析方法,对珠江三角洲含水层中微生物群落多样性和结构组成进行表征和比较,并探讨微生物群落对环境变化的响应. 结果表明:研究区地下水中微生物群落主要分属于47个原核微生物门类,其中最丰富的门是变形菌门(Proteobacteria),其次是厚壁菌门(Firmicutes)、放线菌门(Actinobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes),而古菌的群落结构以奇古菌(Thaumarchaeota)和广古菌(Euryarchaeota)为主,且Thaumarchaeota和Euryarchaeota在高浓度咸水中丰富度更高. 不同盐度梯度下微生物群落之间共有的OTUs占比为59%,在一些高浓度咸水样品中存在大量的脱硫弧菌属和甲烷球菌厌氧微生物. 虽然微生物群落的多样性并不完全与盐度梯度一致,但在溶解性总固体(TDS)浓度大于1 g/L的含盐地下水中,微生物群落的多样性随盐度的增加而增加. 典范对应分析(CCA)表明,TDS和总氮(TN)是影响微生物群落分布最显著的环境因子. 研究结果为进一步揭示海水侵蚀下的地下水中微生物群落的结构及其环境相互作用奠定了基础.      

降解石油丝状真菌的筛选及其降解特性

从大庆石油污染土壤中分离得到14株石油降解丝状真菌,用以筛选可高效降解石油的菌群. 经过ITS(转录间隔区序列)分析,其中9株属于镰孢霉属(Fusarium sp.),2株属于黄白生丛赤壳菌属(Bionectria sp.),另外3株分别属于葡萄穗酶菌属(Stachybotrys sp.)、曲霉属(Aspergillus sp.)和雅致放射毛霉属(Actinomucor sp.);在固体培养基中各菌株的生长速率差异显著(P<0.01). 不同菌株能够特异降解不同的石油组分. 将筛选的优势菌株组成2个菌群,菌群1由菌株3、D2、D3和D52组成,菌群2由菌株3、6、D2和D3组成,分别考察单菌和2个菌群对原油的降解效果,结果表明:菌株原油降解试验30d后,单菌菌株D52对原油去除率最大,为64.25%;菌群1和菌群2对原油的去除率较高,分别达到74.55%和72.64%,可以考虑用于污油生物修复治理的工程菌群开发研究.      

水源切换对水厂出水细菌群落的影响

针对水源切换可能造成水厂出水微生物风险的问题,以北京某水厂由本地水源切换为河北水源期间原水和出厂水为研究对象,采用焦磷酸测序技术对水中的微生物种群结构和潜在致病菌进行分析.结果显示,出厂水的细菌多样性显著低于原水,原水和出厂水中的优势菌均为变形菌门(Proteobacteria),所占比例为11.99%~95.48%,其中包括α,β和γ变形菌纲(α, β, γ-Proteobacteria),但相对丰度有较大差异.水源切换后的原水中优势菌为蓝藻门(Cyanobacteria),且该菌在切换后的出厂水中也存在.出厂水中检测到部分潜在致病菌,优势菌包括不动杆菌(Acinetobacter)和代尔夫特菌(Delftia),增加了饮用水的微生物安全风险.PCoA结果显示,水源切换前后原水中细菌群落结构变化较大,但改变水源对出厂水的微生物群落影响较小,水厂能够维持稳定的运行.     

营养盐与盐双重胁迫下水体中浮游细菌的响应

为阐释干旱地区内陆湖泊微生物群落对营养盐和盐双重胁迫的响应机制,针对干旱、半干旱地区许多湖泊水体受咸化与富营养化双重影响的特点,通过454高通量测序16S rRNA基因和多元统计分析,研究水体营养盐和盐的添加对细菌群落结构、多样性变化的影响. 结果表明,盐与营养盐的输入引起了水体中细菌群落组成和多样性的显著变化, 具体表现为:①随着盐度(以w计)的升高,α-变形菌纲(Alphaproteobacteria)的相对丰度显著增加,从对照处理的16.0%±4.6%增至SO(贫营养-盐水)处理的39.8%±18.1%;但会受到水体营养水平的制约. ②富营养水平下,微咸条件(盐度为1.5‰)有利于细菌类群丰富度的增加,BE-30(微咸-富营养处理培养30 d样品)的Shannon-Wiener多样性指数(4.62)显著高于FE-30(淡水-富营养处理培养30 d样品,2.08)和SE-30(高盐-富营养处理培养30 d样品,1.69);③高盐(盐度为3.0‰)条件下,随着水体中营养盐含量的增加,喜营养的嗜盐细菌类群大量繁殖(SE-30中无法分类的Comamonadaceae科的相对丰度达到69.3%),因而降低了水体中细菌群落的多样性. 研究显示,α-变形菌纲和无法分类的Comamonadaceae科对盐与营养盐的变化较为敏感,可作为干旱区湖泊咸化和富营养化过程的参考类群.      

丹江口水库早春真核浮游植物群落结构特征及其与环境因子的关系

采用高通量测序技术研究了2019年早春（2月）丹江口水库浮游植物群落结构特征及其与环境因子的关系.结果显示：①本次调查共检测到浮游植物6门57属,主要包括绿藻门、硅藻门、金藻门、甲藻门、隐藻门等,其中,绿藻种类（47种）>硅藻（24种）>金藻（17种）,硅藻相对丰度（58.8%）>绿藻（27.2%）>金藻（11.8%）,各采样点浮游植物群落结构总体相似;②浮游植物优势种为硅藻门的冠盘藻（Stephanodiscus suzukii）、变异直链藻（Melosira varians）,绿藻门的葡萄藻（Botryococcus braunii）、索囊藻（Choricystis sp.）,以及金藻类的近囊胞藻一种（Paraphysomonas sp.）;③Shannon-Wiener多样性指数为1.76~2.52,Pielou均匀度为0.28~0.38,依据多样性指数水质评判标准判断水质整体处于β-中污带;水质符合Ⅱ类标准,但总氮（TN）除外,浓度为0.93~1.21 mg·L^-1;④相关性分析表明,香农-威纳指数（H''）与Pielou均匀度指数（J）、Simpson多样性指数显著相关（p<0.01）;冗余分析表明,pH、NH₄⁺-N和NO₂^--N是影响丹江口水库早春季节浮游植物群落结构最主要的环境因子.总体而言,丹江口水库水质较好,但早春季节冠盘藻（Stephanodiscus suzukii）的大量繁殖使丹江口水库发生水华的风险增加,因此,要加强对丹江口水库水质的检测和防范意识.     

玉米秸秆和白菜废弃物在不同贮存条件下的微生物群落北大核心CSCD

采用Illumina Miseq高通量技术分析不同温度和贮存方式下玉米秸杆（IO）和白菜废弃物（IA）贮存30 d时的微生物群落. 设置低温（O）、中温（R）和高温（H）3种温度;每种温度条件均设有秸杆单贮（O）、白菜单贮（A）和二者混贮（X）3个处理组. 结果显示,IO原料附着细菌主要包括变形菌门（Proteobacteria）（65.26%）和厚壁菌门（Firmicutes）（33.78%）,IA主要包括Proteobacteria（80.23%）和拟杆菌门（Bacteroidetes）（18.57%）. 贮存30 d后在属水平上,IO主要包括肠杆菌（Enterobacter）（47.11%）、肉食杆菌（Carnobacterium）（27.71%）和泛菌（Pantoea）（10.14%）等;IA主要包括假单孢菌（Pseudomonas）（48.40%）、Pantoea（17.10%）和黄杆菌（Flavobacterium）（16.26%）等;IA中几乎不含乳酸菌,IO中乳酸菌丰度约28.71%. IO组低、高温单贮时主要包括Enterobacter（21.76%和35.87%）、Carnobacterium（40.42%和27.29%）和Pseudomonas（18%和26.99%）,中温单贮时主要包括Enterobacter（66.72%）;IA中、高温单贮时主要包括乳杆菌（Lactobacillus）（80.07%和74.63%）,低温单贮时主要包括Lactobacillus（28.43%）、耶尔森氏鼠疫杆菌（Yersinia）（19.50%）和Enterobacter（17.13%）;二者低、中温混贮时主要包括Lactobacillus（52.03%和53.52%）、Enterobacter（5.98%和11.65%）和Carnobacterium（12.98%和10.65%）,高温混贮时主要包括Enterobacter（70.57%）. 综上表明,高通量测序技术全面反映了IO和IA在不同贮存条件下细菌群落的组成及丰度信息,白菜中高温单独贮存、秸秆/白菜中低温混合贮存时乳酸菌占优势. （图9 表3 参37）     

过滤养猪废水厌氧发酵微生物菌群结构及动态变化

传统厌氧发酵处理养猪废水存在效率低、周期长以及环境要求严苛等局限,无法实现高效运行。基于自主设计的种养废弃物综合资源化利用技术,利用玉米秸秆过滤养猪废水中的悬浮性固体,对比研究废水过滤前后性质,并采用高通量测序技术分析厌氧发酵过程中过滤养猪废水的细菌与古菌群落组成和变化特征。结果表明:厌氧发酵过程由多种微生物菌群协同作用,不同水力停留时间下,过滤养猪废水中的主要细菌类群是厚壁菌门、放线菌门、拟杆菌门,除接种物外,其他3个样本中均检测到螺旋菌门的存在。此外,废水中主要古菌类群为广古菌门,主要作用菌为产甲烷菌。水力停留时间变化对古菌群落变化具有显著影响,导致产甲烷的差异性。微生物群落和废水指标变化表明种养废弃物综合资源化利用技术降低了处理成本,对促进养猪废水资源循环利用具有参考意义。     

合肥市夏季大气颗粒物中微生物群落的高通量测序分析

大气颗粒物的组分、来源和时空变化特征等方面已进行了广泛的研究,但对占大气颗粒物25%的生物气溶胶中细菌和真菌等微生物群落的研究较少.本文使用电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）和离子色谱仪（IC）分别测定了大气颗粒物中痕量元素和水溶性离子的含量,并结合高通量测序和荧光定量PCR分析了合肥市7~9月大气颗粒物PM_1.0、PM_2.5和PM₁₀中微生物群落组成及其来源.结果表明,不同粒径下细菌群落多样性无显著差异（ANOVA,P>0.05）,雨天细菌和真菌群落多样性均高于晴天,所有样品中细菌群落多样性均显著高于真菌群落多样性（ANOVA,P<0.01）;大气中细菌的优势菌门为变形菌门（46.19%）、厚壁菌门（33.42%）、拟杆菌门（10.99%）、蓝藻门（3.33%）和放线菌门（2.11%）,真菌的优势菌门为子囊菌门（73.23%）、担子菌门（5.78%）、被孢霉菌门（3.41%）和毛霉门（0.10%）;通过分析潜在源环境的指示物种,发现土壤、植物叶片和动物粪便是合肥市大气中细菌群落的主要来源,真菌群落的主要来源是植物叶片和土壤;细菌群落主要受K、Pb、Al、Fe、Mg、Ca、Na⁺、NO₂^-和风速（WS）影响,而真菌群落的主要影响因素是V、Mn、Sr、NO₂^-、NO₃^-、Na⁺、Cl^-、空气质量指数（AQI）和PM₁₀;此外,在细菌和真菌群落分析中鉴定到了不动杆菌属、链球菌属、肠杆菌属、假单胞菌属、代夫特菌属、沙雷氏菌属、木霉属、链格孢属和曲霉属等9种致病菌,它们可以导致人类和其它生物的多种疾病.本文的研究结果有助于揭示大气微生物的各种特性及其影响因素,以及对人类健康的影响,对后续研究和政府相应政策的制定具有重要的参考价值.     

生物滴滤法处理药厂混合废气的工程实践

建立了生物滴滤现场中试装置,处理某生物发酵类制药厂生产车间和污水处理设施产生的混合废气。该装置28 d挂膜启动成功,对废气中恶臭和VOCs组分有较好的处理效果,能适应现场废气浓度和气量波动的变化。总体而言,喷淋强度对处理效果的影响较小,处理气流量对处理效果的影响较大。当处理气流量大于2 845 m³/h(对应空床停留时间40 s)时,对恶臭和VOCs的去除效果不理想。当处理气流量为2 000 m³/h时,VOCs的最大去除负荷为2.003 g/(m³·h),对应的进气负荷为2.119 g/(m³·h)。对该装置中填料上的微生物进行了高通量测序,发现金属杆菌(Metallibacterium sp.)、硫单胞菌(Thiomonas sp.)、黄杆菌(Fluviicola sp.)、支气杆菌(Cloacibacterium sp.)和嗜酸菌(Acidiphilium sp.)为优势菌种。