民勤绿洲退耕地土壤微生物群落结构与功能多样性特征

为明确退耕阶段对土壤微生物群落结构和功能的影响,选取3个不同退耕阶段的荒漠绿洲区土壤为研究对象,通过宏基因组测序技术来研究不同阶段退耕地中土壤微生物群落的结构和功能多样性特征.结果表明,3个阶段退耕地土壤中放线菌门（Actinobacteria）、变形菌门（Proteobacteria）和芽单胞菌门（Gemmatimonadetes）的相对丰度存在显著差异,为优势菌门.与退耕前期相比,退耕修复后期增加了群体感应、卟啉与叶绿素代谢、泛酸盐和辅酶A生物合成以及苯乙烯降解的功能基因比例,且相对丰度存在显著差异（P<0.05）,表明不同退耕阶段改变了土壤微生物群落营养循环与能量代谢的功能潜力.RDA结果表明电导率（EC）、速效钾（AK）和全氮（TN）对土壤微生物功能组成具有显著影响,其中EC对微生物功能组成的影响最大.不同退耕阶段对土壤微生物群落结构和功能组成多样性具有显著影响,在民勤绿洲退耕地生态修复中,微生物群落结构和功能组成对不同阶段的土壤修复敏感性可综合相关指标进行考虑.     

宏基因组学分析深度处理阶段污水中细菌的赋存特征及其功能

为探究深度处理阶段污水中细菌的赋存特征及其功能,采集了污水深度处理阶段沿程各单元的进出水样品,并基于宏基因组学对污水中细菌的群落结构及功能进行了解析.结果表明,不同深度处理单元出水中细菌的多样性存在差异,臭氧接触池出水中细菌的多样性最低;相比夏季,冬季深度处理阶段污水中细菌的丰富度和多样性较低.不同季节深度处理阶段污水中的细菌群落结构变化较大,反硝化滤池出水中的细菌群落结构与其它样品存在较大差异;变形菌门（41.5%～71.0%）是深度处理阶段污水中的主要优势菌门,其次是拟杆菌门（3.8%～16.2%）;反硝化滤池出水中主要菌属有脱氯单胞菌（4.1%～7.4%）、弓形杆菌（3.0%～8.3%）和不动杆菌（2.3%～3.0%）.在深度处理阶段各工艺出水中共发现了29种与氮代谢有关的功能基因,并且在各工艺出水中均检测到了与反硝化有关的功能基因,如nosZ、napA、nirK和norB等,表明深度处理阶段污水中的细菌具有持续脱氮的潜力.糖苷转移酶和糖苷水解酶是深度处理阶段主要的碳水化合物活性酶,深度处理阶段污水中的细菌表现出了对多种有机物的降解潜力.     

典型城市不同河流沉积物中抗生素抗性基因的时空分布特征:以石家庄为例

河流是抗生素抗性基因（ARGs）的重要储库.然而,目前有关河流中ARGs的研究多集中在其时空分布,而较少对同一区域城市和农村河流中ARGs的种类和丰度进行比较.鉴于此,以石家庄市不同河流为例,分别在2020年12月和2021年4月,选取了2条农村河流和3条城市河流,布设了15个采样点,采集了各个样点的沉积物,运用宏基因组测序技术分析了各样点沉积物中ARGs的种类和丰度,比较了城市和农村河流沉积物中ARGs的时空差异.结果表明:①在城市和农村河流中分别检出162种（4 776 ±4 452,丰度,下同）和79种ARGs（1 043 ±632）,ARGs种类和丰度均呈城市 > 农村的趋势;②在城市河流中磺胺类（SAs,27 %）、氨基糖苷类（AGs,26 %）和多药类（MDs,15 %） ARGs的相对丰度最高;而在农村河流中MDs类ARGs的相对丰度最高（65 %）,且城市河流中ARGs的复杂程度高于农村河流.③城市河流中SAs、AGs、MDs、四环素类（TCs）、利胆醇类（PNs）、大环内酯类（MLS）、β-内酰胺类（β-lactams）和二氨基嘧啶类（DAPs）ARGs间呈显著正相关（P < 0.01）,而糖肽类（GPs）ARGs与各类ARGs呈显著负相关（P < 0.05和P < 0.01）;而在农村河流中MDs和SAs类ARGs呈显著正相关（P < 0.05）,氨基香豆素类（ACs）ARGs与肽类（PTs）、利福霉素类（RMs）和磷霉素类（FMs）ARGs呈显著负相关（P < 0.05和P < 0.01）;④在时间分布上,城市河流12月和4月分别检出162种（4 776 ±4 452）和148种（5 673 ±5 626）ARGs;而农村河流12月和4月分别检出79种（1 043 ±632）和46种（467 ±183）ARGs;⑤RDA分析结果表明,城市和农村河流中的ARGs均呈时间分布差异;相关分析表明城市河流主要与工业企业数量显著相关,而农村河流则主要与牧业产值显著相关.总体而言,通过比较城市和农村河流中ARGs的时空异质性,识别其主要社会影响因子,可为后续河流中ARGs风险管控提供数据支撑.     

再生水补给湖泊中耐药致病微生物分布及影响因素

再生水作为重要的城市补给水源,常用于景观湖泊、河流或湿地的补水.本研究选取以再生水作为唯一补给水源的湖泊—J湖（补水比例100%）为研究对象,通过宏基因组考察了再生水中补给湖泊的抗生素抗性基因（Antibiotic resistance genes,ARGs）和毒力因子基因（Virulence factor genes,VFGs）的分布特征,以识别该城市景观湖泊中耐药致病微生物并考察其分布特征与水质的关系.结果显示,J湖中抗性基因以多药类ARGs和粘附型VFGs为主,相对丰度分别为38.77%±2.74%和21.8%±0.98%;网络分析显示,ARGs与VFGs之间具有显著相关性,表明该湖泊以耐药致病菌为主要的微生物风险.进一步通过宏基因组分箱识别了同时含有ARGs和VFGs的宏基因组装基因组（Metagenomic assembled genomes,MAGs）,即潜在的耐药致病微生物.其中,注释为典型耐药致病菌Acinetobacter和Mycolicibacterium的MAGs在夏季丰度较高.考虑到不同采样时间的水质差异,通过方差分析和冗余分析识别了影响耐药致病菌分布的关键水质...     

导电材料促进餐厨垃圾厌氧消化的研究进展

厌氧消化技术是实现餐厨垃圾减量化、无害化、资源化的有效手段,但餐厨垃圾厌氧消化（KWAD）易酸化的特性,容易导致反应失败。添加导电材料可以缓解KWAD过程中的氢抑制、酸抑制和氨抑制,提高甲烷产量。文章对导电材料促进KWAD产甲烷的效果进行了综述。导电材料可以提高KWAD的甲烷产量,缓解厌氧消化系统的酸抑制、氨抑制,富集功能性微生物,并代替导电菌毛和c型细胞色素进行直接种间电子传递。通过宏基因组学发现导电材料可以增强微生物代谢过程中功能基因的表达,提高产甲烷过程中关键酶的活性。最后,对使用宏基因组学、宏转录组学和宏蛋白组学共同探索KWAD的机理提出了建议,并对未来工程应用中降低处理成本和无害化处理等方面进行了展望。     

微量磺胺甲恶唑对饮用水管网生物膜群落及抗性基因的影响与控制

针对饮用水管网系统可能存在的微生物风险问题,采用模拟不同处理条件下的输配水管道系统,通过宏基因组学分析探究微量磺胺甲恶唑以及次氯酸钠消毒对管道中生物膜与抗性基因组成的影响。结果表明,2μg·L^-1磺胺甲恶唑的添加对微生物群落以及抗性基因组成无明显影响,而浮霉菌门细菌表现出很强的抗次氯酸钠消毒能力。在未消毒条件下丰度前十的抗性基因与携带差异性抗性基因的细菌在消毒后丰度均明显有所下降,次氯酸钠消毒使ARGs总量下降了91.9%,因此,次氯酸钠消毒通过控制携带抗性基因物种从而有效控制群落抗性基因的传播。同时,通过组间显著性差异的功能基因与组间显著性差异的抗性基因相关性分析,功能基因的变化情况与抗性基因变化情况一致,因此,长期消毒改变了细菌群落组成及其功能,并最终影响抗性基因传播。这项研究有助于控制长期运行的饮用水管网输配系统中可能存在的包括抗药基因在内的微生物相关风险问题。     

功能宏基因组学在新型抗生素耐药基因研究中的应用进展

抗生素耐药性是二十一世纪人类面对的最严峻的环境健康问题之一.抗生素耐药基因(Antibiotics resistance genes, ARGs)被认为是一类新型环境污染物.当前针对ARGs的主要研究方法有细菌分离和培养法、聚合酶链式反应(Polymerase Chain Reaction,PCR)法、和宏基因组法.然而,仅有功能宏基因组方法能发现新型的ARGs.功能宏基因组方法利用新一代测序技术的高通量的特性,结合分子生物学技术和功能筛选构建有关抗生素耐药性的基因库,通过生物信息学分析高效地发现新型ARGs.本文综述了近来利用功能宏基因组技术筛选新型ARGs的相关研究进展,总结了功能宏基因学相关的技术和方法的优势和限制,并展望了功能宏基因学方法进一步发展的方向.     

基于宏基因组学揭示咸水滴灌对棉田土壤微生物的影响

咸水灌溉已成为缓解干旱区淡水短缺的重要手段,但长期咸水灌溉会造成土壤盐分积累,影响土壤微生物群落结构,进而影响土壤养分转化.通过宏基因组学的手段探究长期咸水滴灌对棉田土壤微生物群落结构的影响,试验中灌溉水盐度(ECw)设2个处理：0.35 dS·m^-1和8.04 dS·m^-1(分别用FW和SW表示),施氮量分别为0 kg·hm^-2和360 kg·hm^-2(分别用N0和N360表示).结果表明,咸水灌溉提高土壤含水量、盐分、有机碳和全氮含量,降低土壤pH和速效钾含量,氮肥施用增加土壤有机碳、盐分和全氮含量,降低土壤含水量、 pH和速效钾含量.各处理土壤的优势菌门为：变形菌门、放线菌门、酸杆菌门、绿弯菌门和芽单胞菌门.咸水灌溉显著提高放线菌门、绿弯菌门、芽单胞菌门和厚壁菌门的相对丰度,显著降低变形菌门、酸杆菌门、蓝细菌和硝化螺旋菌门的相对丰度.氮肥施用显著提高绿弯菌门和硝化螺旋菌门的相对丰度,显著降低酸杆菌门、芽单胞菌门、浮霉菌门、蓝细菌和疣微菌门的相对丰度.LEfSe分析表明,咸水灌溉对土壤微生物群落...     

基于宏基因组技术分析MBR膜清洗后污泥中抗性基因

污水处理厂作为抗生素抗性基因（antibiotic resistance genes,ARGs）的重要储存库,是自然界ARGs的主要来源之一.膜生物反应器（membrane bioreactor,MBR）被认为是一种能够有效去除污水处理厂中ARGs的技术工艺.MBR膜截留的废水中胶体、颗粒物、悬浮物及微生物代谢物中存在着大量的病原菌与抗性基因,而目前关于膜清洗后污泥中抗性基因的分布特征和规律尚不明确.本文采用宏基因组技术对MBR膜清洗后污泥中抗性基因进行了分析.结果显示,膜清洗后污泥中共检测出39门,其中优势菌门为Proteobacteria、Nitrospirae和Actinobacteria,优势菌属为Nitrospira、Pseudomonas和Bradyrhizobium.污泥样品含有的病原菌属占所有菌属的10.54%,其中Pseudomonas属相对丰度最高,占到所有菌属的3.94%.样品中共注释出17类ARGs和16类金属抗性基因（metal resistance genes,MRGs,15类单金属抗性基因和1类多重金属抗性基因）.其中,多药类抗生素抗性基因相对丰度最高,占49.08%.金属抗性基因中多重金属类抗性基因相对丰度最高,占该污泥样品的34.58%,单金属抗性基因中对铜的抗性基因数量最多,占19.99%.该膜清洗后污泥中微生物群落最主要的功能通路为代谢相关,并存在大量与人类疾病相关的代谢通路相关基因,其中涉及细菌耐药和细菌传染疾病的基因数量最多,分别为占人类疾病相关的代谢通路已注释序列的34.50%和16.62%.由此可见,膜清洗后污泥中蕴藏着丰富的ARGs、MRGs以及病原菌属,具有潜在的环境健康风险,需要加强对膜清洗后污泥中ARGs、MRGs以及病原菌的管控.本文为选择合适的技术工艺有效去除膜清洗后污泥中ARGs、MRGs以及病原菌提供指导.     

环境DNA技术在水生入侵生物监测中的应用

生物入侵严重威胁入侵地的生态系统平衡及社会经济发展和公众健康,已日益成为全球性最重大的生态环境问题之一.外来生物的早期监测和预警对防控外来生物入侵、维护生态系统平衡和保护环境具重要意义.但外来水生生物,得益于其形体微小、形态多变等生理生态特性,与陆生外来生物相比隐蔽性更强、更易扩散,通常难以及时监测和有效防控,正严重威...