基于高通量测序和代谢组学解析重金属污染对农田微生物群落组成和功能的影响

重金属污染会影响微生物组成和群落结构,其与微生物的相互关系一直是重金属污染生态学研究的热点.河南省新乡市是中国著名的电池生产城市,因电池生产废水污灌造成严重的土壤重金属污染.目前有关新乡市长期灌溉电池废水造成的重金属污染对微生物群落组成和代谢功能的影响鲜见报道.采集了新乡市某长期生产电池厂旁3个重金属污染位点,重金属含量测定表明Cd和Pb超过相关标准,分别超标34~66倍和1.5~2.32倍.采用高通量测序分析了细菌和真菌群落组成,结果表明细菌由芽孢杆菌属、节杆菌属、鞘氨醇单胞菌属和类诺卡氏菌属等优势属,真菌由油壶菌属、小不整球壳属、Gibellulopsis和被孢霉属等优势属组成,表明经过长期的重金属胁迫,新乡长期重金属污染土壤富含重金属抗性细菌和真菌.环境因子和微生物群落相关性分析表明,总量Cu、DTPA提取态Cu和水溶态Pb显著影响细菌群落组成,总量Cd、Ni、Pb、Zn、DTPA提取态Cu和水溶态Pb显著影响真菌群落组成.目前,关于重金属污染对微生物群落代谢影响的研究较少,采用非靶向代谢组学分析表明,不同位点间代谢产物具有差异.通路富集分析表明,这些差异代谢物涉及代谢过程、环境信息处理和翻译等遗传信息加工等,在微生物缓解重金属导致的胁迫和环境适应中可能起到作用.     

酸性矿山5种植被恢复措施下土壤碱性磷酸酶基因细菌群落特征及其与重金属关系

为揭示酸性矿山不同植被恢复措施下碱性磷酸酶基因（pho D）细菌群落特征及其与重金属的关系,以赣州龙南稀土矿区为研究区域,收集了5种植被（百喜草、香根草、桉树、玉兰、芥兰）的土壤,测量不同植被土壤理化性质和重金属含量,利用高通量测序技术分析16S rRNA细菌和pho D基因细菌多样性及其群落特征,并计算pho D基因细菌与重金属含量的相关性.结果表明：不同植被土壤存在Cd、As、Pb、Mn超过江西省背景值现象,其中桉树、香根草土壤Pb含量分别为背景值的5.96倍、4.4倍,桉树土壤Cd含量为背景值的2.6倍. pho D基因细菌多样性Chao1指数排序为百喜草<香根草<桉树<玉兰<芥兰.慢生根瘤菌属（Bradyrhizobium）、假单胞菌属（Pseudomonas）、链霉菌属（streptomyces）为主要pho D基因菌属.相关性分析结果表明,Cd、As、Mn含量与铵态氮、硝态氮呈显著正相关,Cd、As、Pb同pho D基因细菌Chao1指数呈显著负相关,pH、TN、OM、TP、AP与pho D基因细菌多样性呈显著正相关.Heatmap热图显示,新根瘤菌...     

外源全程硝化污泥对城市污水SPNA系统的影响

为强化城市污水短程硝化-厌氧氨氧化(SPNA)系统脱氮性能与稳定性,在间歇曝气条件下研究投加外源全程硝化污泥对城市污水SPNA系统的影响及机理.结果显示,空白组(SBR3)总氮去除率由35.5%升高至66.3%,短周期分批次投加外源全程硝化污泥(SBR2,投加周期为5d,投加比为2.5%)与长周期分批次投加(SBR1,投加周期为20d,投加比为10%)的SPNA系统总氮去除率分别由31.7%和36.5%升高至76.3%和67.2%,这表明,投加全程硝化污泥有利于提高SPNA系统的脱氮性能,且当投加总量相同时,短周期分批次投加的效果优于长周期分批次投加.功能菌活性结果与脱氮效果一致,SBR1～SBR3的厌氧氨氧化菌(AnAOB)最大活性分别由3.43mg-N/(L·h)升高至7.66,8.19和7.31mg-N/(L·h),氨氧化细菌(AOB)与亚硝酸盐氧化菌(NOB)活性比分别为8.79,9.83和8.78.在间歇曝气条件下投加全程硝化污泥,可选择性抑制NOB、富集AOB,提高AOB与NOB的活性比,利于稳定短程硝化效果,为AnAOB提供稳定的基质,且短周期分批次投加可降低外源硝化污泥...     

中国科学家克隆出世界首只转基因羊鹏鹏

中国首屈一指的基因组测序中心“华大基因”于4月18日宣布,该研究院与其他机构联合开展的科研项目取得重大进展,成功克隆出世界第一只转基因羊。这也是目前世界上首例采用“手工克隆”技术获得的转基因克隆绵羊。     

受引黄影响的河流沉积物细菌群落季节变化

河流沉积物细菌群落的季节变化对碳、氮循环和水环境演化有明显的影响.然而,受调水干预的河流沉积物细菌群落季节性变化尚不明确.本文基于16S rRNA高通量测序技术,研究了中纬度地区受引黄影响的汾河上游沉积物细菌群落组成、结构和多样性的季节变化.结果表明,在引黄调水干预下受水河流细菌群落的季节性变化仍然显著.夏季温度适宜,河流沉积物细菌群落多样性较冬季高.核心菌群组成和结构随季节变化,然而丛毛单胞菌、黄杆菌、黄单胞菌和红环菌等的优势地位不随季节改变.河水水温和ORP的季节变化显著,是造成河流沉积物细菌群落季节变化的主导因子.水质较差的黄河水引入汾河后导致沉积物细菌群落多样性显著提高.引水对河流沉积物细菌群落的影响在夏季较冬季高20%左右.引黄调水对汾河沉积物细菌群落的影响大于季节变化的影响.     

有机物对连续流Anammox脱氮及微生物群落影响

采用UASB连续流反应器,研究了不同有机物浓度对厌氧氨氧化的脱氮性能及微生物群落结构的长期影响,结果表明,在COD浓度分别为0,20,40,60和80mg/L时,40mg/L COD浓度条件下对厌氧氨氧化反应的促进程度最大,TN和COD去除率稳定在88.5%和75.3%.在低浓度COD（20mg/L）条件下,厌氧氨氧化反应受影响程度不明显,而COD为60和80mg/L时,系统脱氮性能受到不同程度的抑制.通过高通量测序技术对不同COD浓度下的微生物群落结构进行分析,结果表明不同COD浓度下,绿曲挠菌门（Chloroflexi）、浮霉菌门（Planctomycetes）、变形菌门（Proteobacteria）和放线菌门（Actinobacteria）等占据主导,且随着COD浓度从0增至80mg/L,浮霉菌门相对丰度从24.60%降至7.70%,其中的Candidatus Brocadia属降幅最大,丰度从12.14%减至3.63%,变形菌门相对丰度从15.40%增至36.30%,其中Bdelloribrio菌属的增幅最大,丰度从0.01%增至8.39%.     

全基因组重测序研究长期铬胁迫对希瓦氏菌MR-1的影响机制

在实验室纯培养条件下,设计了希瓦氏菌MR-1在恒定浓度Cr（VI）和Cr（Ⅲ）环境中长期胁迫120d实验,探讨了胁迫后的菌株对Cr（VI）的还原能力和生长情况,采用电化学分析仪表征其电化学性质的变化,并且利用全基因组重测序技术分析了不同条件胁迫后不同阶段的菌株基因变异信息.结果表明,Cr（VI）长期胁迫下明显提高了菌株对Cr（VI）的耐受性和还原能力,在38h左右能完全还原初始Cr（VI）浓度55mg/L;在电位-0.2V还原峰附近,细胞色素c与核黄素的结合作用有明显差异;通过重测序结果发现,Cr（VI）长期胁迫下的菌株发生突变的基因点位明显高于Cr（Ⅲ）环境.Cr（Ⅲ）环境胁迫下的非同义突变基因主要集中在葡萄糖转化及合成相关功能的基因、编码呼吸链酶和合成ATP酶的相关基因、编码信号转导和跨膜转运蛋白相关基因,Cr（VI）环境胁迫120d后,主要涉及细胞膜组分基因,转运蛋白、信号转导相关基因,DNA合成、修复相关基因和氧化还原活性相关.     

吸附-全程自养脱氮(A-CANON)工艺处理实际市政污水

以上海某污水处理厂市政污水为研究对象,考察市政污水在常温（25℃）条件下先经吸附段（A段）去除回收部分碳源后利用全程自养脱氮（CANON）工艺处理的脱氮效果.A-CANON工艺稳定运行175个周期,A段水力停留时间（HRT）=20min,DO=2mg/L,COD去除率始终高于60%,出水C/N降至1.5左右;CANON段出水中COD及TN浓度分别低于50mg/L和15mg/L,NH₄⁺-N浓度一般低于5mg/L,基本满足城市污水厂一级A排放标准.16S rDNA高通量测序结果显示,采用A-CANON工艺后,CANON系统中的优势厌氧氨氧化菌属为Candidatus_Jettenia和Candidatus_Brocadia.其中,Candidatus_Jettenia的丰度由第85周期的1.79%增加到第175周期的13.51%,较同期丰度降低1.4%的Candidatus_Brocadia表现出更强的环境适应能力.研究结果表明采用A-CANON工艺可有效处理市政污水并回收其中碳源.为该工艺在市政污水处理中的应用提供了理论依据和技术支持,有望实现市政污水碳、氮处理的可持续性.     

河道底泥中异养硝化-好氧反硝化菌群富集培养及其脱氮性能

采用选择性富集培养基,从河道底泥中成功筛选出具有氮素去除效果的优势微生物菌群:异养硝化-好氧反硝化菌群(H)、异养硝化菌群(Y)和好氧反硝化菌群(F).高通量测序分析结果显示,各混合菌群中脱氮功能菌的相对丰度分别为54.72%、46.26%和91.57%.在此基础上,考察了微量元素对3组混合菌群脱氮性能的影响,结果表明,混合菌群H和F在添加微量元素浓缩液0.5 mL·L~(-1)时脱氮性能最佳,在72 h时混合菌群H对氨氮、硝酸盐氮的去除率分别为69.11%和99.06%,混合菌群F对硝酸盐氮的去除率达99.62%;而混合菌群Y在不添加微量元素时氨氮的去除率最高,为82.60%.采用优化培养的3组混合菌群及其复合菌群(H+Y、Y+F、H+F、H+Y+F)分别对模拟河水进行处理,模拟河水的COD和氮素指标可从地表水V类水质净化至Ⅳ类水质,其中,复合菌群H+Y+F的氮素去除效果最佳,在36 h时氨氮、硝酸盐氮和总氮的浓度分别为0.182、0.000和0.501 mg·L~(-1),说明本研究富集筛选出的混合脱氮菌群在实际河水净化中具有潜在应用价值.     

CEM-UF组合膜-硝化/反硝化系统处理低C/N废水及种群结构分析

本研究采用具有氨氮富集分离特性的阳离子交换膜-超滤(CEM-UF)组合膜与硝化/反硝化结合处理低C/N废水,考察该系统不同流量比下低C/N废水的硝化、反硝化脱氮特性,并通过对硝化、反硝化活性污泥进行16Sr DNA高通量测序,分析功能微生物群落结构特征.结果表明,系统进水TN为60 mg·L-1,COD/TN为2.65下,各流量比下硝化均有较好效果,平均氨氮去除率为98.7%,流量比值由1∶2上升到1∶6过程中,反硝化m(COD)/m(NO-3-N)随之升高,1∶6时平均硝氮去除率达到最高,为86.28%,系统总氮去除率由22.56%上升到46.8%.Illumina高通量测序结果表明,硝化污泥中可以固氮的Proteobacteria菌门占30.9%,重要的亚硝酸盐氧化菌Nitrospirae菌门占3.06%,属水平上检测到氨氧化菌(AOB)Nitrosomonas和Nitrosospira,亚硝酸盐氧化菌(NOB)Nitrospira和Nitrobacter,AOB与NOB菌比例较高,与硝化反应器中较好的硝化效果相一致.反硝化污泥中Proteobacteria菌门占主导地位(53.13%),其次是Bacteroidetes菌门(10.93%),在属的水平上检测到Dechloromonas、Thauera、Castellaniella、Alicycliphilus、Azospira、Comamonas、Caldilinea和Saccharibacteria多种具有反硝化脱氮作用的相关菌属,反硝化菌所占比例为25.91%,反硝化污泥中具有反硝化功能的微生物丰富,反硝化效果良好.