饮用水源微生物快速检测技术的发展及应用

微生物是威胁饮用水安全的首要问题,水环境微生物快速检测技术的开发和应用是推动饮用水源微生物快速检测和水质安全预警技术发展的保障。随着对水质微生物污染快速检测和准确预警新要求的提出,水环境中微生物在线检测和预警技术得到了越来越多的开发和应用。笔者总结了水环境常见微生物检测方法和技术的发展,重点讨论了饮用水源微生物快速检测技术的发展和应用,根据各项技术的应用和推广使用程度,将其归纳为常用快速检测技术、潜在适用快速检测技术和新型快速检测技术等类别,并详细阐述了一些应用较广的技术,以期为构建水质微生物污染早期预警系统提供参考。     

固定化微生物法去除模拟渗滤液中氨氮的研究

采用固定化微生物曝气生物滤池（I-BAF）技术成功处理了模拟垃圾渗滤液,探讨了pH和溶解氧（DO）对系统脱氮性能的影响。结果表明,固定化微生物曝气生物滤池反应系统启动迅速,运行稳定,可以有效去除模拟垃圾渗滤液中的有机物和氨氮,其去除率分别达到97.1%和99.9%。在pH为7.5～8.5之间,DO 4.0 mg/L左右的条件下对模拟垃圾渗滤液中氮的去除最为有利,同步硝化反硝化效率以及总氮去除率均达到最高,分别为96.2%和94.3%。这主要是由于I-BAF系统中大孔载体提供了厌氧-兼氧-好氧的微环境,使硝化和反硝化反应在同一个反应器内发生,共同作用实现模拟垃圾渗滤液中总氮的去除。     

土壤-青菜系统中铅污染对土壤微生物活性及多样性的影响

采用盆栽方法研究了青菜种植条件下2种不同类型的人为铅污染土(黄松田土和黄红壤)中不同处理对土壤微生物生物量、生理生态参数以及群落结构的影响.结果表明,2种土壤在外源铅含量为100和300 mg·kg-1时,土壤微生物生物量有微小增加,而高浓度铅污染使土壤微生物生物量显著降低.在高浓度铅污染土壤中,微生物生理生态参数发生明显变化,微生物生物量碳/土壤有机质碳(Cmic/Corg)逐渐下降,代谢熵(qco2)明显上升,表明土壤微生物群落处于胁迫状态.结果还显示,铅污染对土壤微生物的影响与不同的管理方式(青菜种植情况)以及土壤中有机质、粘粒含量等有关,在种植青菜、有机质和粘粒含量高的土壤中,土壤微生物各项参数变化要小.对21种磷脂脂肪酸(PLFA)的图谱进行分析,结果表明,受铅污染土壤的微生物群落结构组成伴随着功能参数的变化而发生了改变;随着铅污染程度的增强,指示真菌和放线菌类的脂肪酸增加,而革兰氏阳性菌与革兰氏阴性菌脂肪酸比值下降.     

四环素对人粪便好氧堆肥过程及微生物群落演替的影响

以人粪便和锯末为实验材料,研究了四环素(TC)对好氧堆肥过程中理化性质、酶活性以及微生物群落演替的影响.实验共设4个处理:CK(不添加TC)、TC100(100 mg·kg~(-1)TC)、TC250(250 mg·kg~(-1)TC)和TC500(500 mg·kg~(-1)TC).采用高通量16S rRNA基因测序技术对堆肥中微生物群落结构进行分析.结果表明,TC对堆肥理化性质的影响与其浓度有关,堆肥中TC浓度的增加显著抑制了堆肥温度的升高,增加了水溶性碳(WSC)的残留,降低了种子发芽率(GI)并抑制了脱氢酶活性(DHA).堆肥温度、WSC、GI和DHA等堆肥参数都可以用来表征堆肥的腐熟度,以上结果表明堆肥中TC浓度高达500 mg·kg~(-1)时,TC阻碍了人粪便好氧堆肥过程并影响堆肥产物的腐熟.而且,TC浓度的增加显著改变了堆肥中的微生物群落演替,降低了微生物的多样性和丰度.TC对堆肥过程和堆肥产物腐熟的主要不利影响是对微生物群落结构的干扰和对生物活性的抑制.     

人工湿地系统微生物去除污染物的研究进展

人工湿地污水处理系统具有净化效果显著、建设和运行费用低廉、管理简便等优点,近年来越来越受到人们的重视。人工湿地是利用介质、植物和微生物构成的复合系统来处理污水。微生物在人工湿地系统净化污水过程中发挥着重要作用。介绍了人工湿地系统中微生物去除污染物的研究进展,重点讨论了人工湿地对污染物和特殊有机污染物的去除以及系统基质中微生物的种群和活性等内容,并结合我国研究现状展望了该领域的研究前景。人工湿地系统微生物对污染物去除将成为人工湿地生态系统服务功能评价、人工湿地生态系统健康与稳定的诊断的重要组成部分。     

细菌群落结构对水体富营养化的响应

于2005年2月在太湖不同营养水平湖区采集水样,寞接提取水样的总DNA,以细菌16SrDNA通用引物进行V3区PCR扩增,产物经DGGE(变性凝胶梯度电泳)分离后,获得水体细菌群落的16SrDNA指纹图谱;并运用FDC(表面荧光直接计数)方法对细菌丰度进行了测定.结果表明,水体中细菌的群落结构随着水体富营养化程度的改变产生明显变化,细菌数量呈现随水体营养水平增加而上升的趋势,营养水平较低的湖心区细菌数量仅为2.87×106 cells·mL-1,超富营养化的五里湖区水体中.细菌数量高达5.92×106cells·mL-1;细菌群落多样性随水体营养水平增加呈现显著的下降趋势,在超富营养化的1#、2#采样位点,细菌DGGE主要条带数量仅为23条,在沉水植物丰富区(贡湖湾)细菌DGGE主要条带数量达33条.PCA(主成分分析)的聚类结果表明,太湖水体中不同营养水平下的细菌群落多样性可大致归为3种类型,超富营养化的五里湖区水体细菌群落结构与梅粱湾及汞湖湾存在明显不同,可以大体归为超富营养类型、藻型湖区及草型湖区类型3种.此结果反映了水体富营养化过程中,由于营养物质的增加,促进了某些类群微生物的大量繁殖,水体中微生物的生物量显著增加;生态环境条件的恶化,造成了微生物多样性的下降,这可能导致原本稳定的水生态系统脆弱化.     

两个CANON污水处理系统中氨氧化古菌的丰度和多样性研究

近期,氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea,AOA)在各类环境中的发现,打破了人们原来认为氨氧化主要是由氨氧化细菌(ammonia-oxidizing bacteria,AOB)完成的观点.但是在全程自养脱氮(completely autotrophic nitrogen removal over nitrite,CANON)污水处理系统中关于AOA的研究却鲜有提及.利用PCR、克隆、实时荧光定量PCR(quantitative real time PCR,q PCR)等分子生物学技术,对1个小试(lab-scale,L)和1个中试(pilot-scale,P)CANON系统中的生物膜和活性污泥絮体两种形态的污泥进行AOA数量和种属特征的研究.结果表明:1系统L和P中,AOA的amo A基因数量平均值(以dry sludge计)分别为2.42×106copies·g-1和6.51×106copies·g-1;2 AOA的amo A基因丰度随污泥形态不同数量相差很大:L系统中,生物膜AOA amo A丰度约为活性污泥絮体的11.1~15.1倍;P系统中,污泥絮体AOA amo A数量是生物膜中的2.8倍;3多样性方面:P系统的AOA多样性较低,仅出现一个OTU,该OTU属于Nitrosopumilus subcluster 5.2类群;L系统AOA多样性较高,共有8个OTU出现,分别属于Nitrososphaera subcluster 9、subcluster 8.1、subcluster 4.1、subcluster 1.1和Nitrosopumilus subcluster 5.2这5个类群.总之,在同一个CANON系统中,污泥形态不同,AOA的丰度和群落结构相差较大;AOA可能发挥着氨氧化的作用.     

多环芳烃污染对桑园土壤微生物结构及种群多样性的影响

采用磷脂脂肪酸(PLFAs)分析法和变性梯度凝胶电泳(DGGE)考察了受多环芳烃(PAHs)污染的桑园3个区域的土壤微生物群落结构及种群多样性的变化.PLFAs分析结果表明,区域2中微生物PLFA总量最高,主要为细菌和真菌;聚类分析揭示,土壤中微生物的PLFAs主要分为3大类群;冗余分析表明,土壤PAHs污染程度对土壤微生物群落结构有一定的影响.DGGE指纹图谱分析结果显示,在PAHs污染较高区域,其电泳条带较多,且3个区域中Shannon指数和Simpson优势度差异达显著水平,区域2种群优势度较高;主成分分析表明,不同区域微生物的种群结构存在显著性差异.     

饥饿对硫自养反硝化反应器生物群落结构的影响

采用颗粒硫磺/白云石和黄铁矿/白云石自养反硝化反应器处理二沉尾水,探究饥饿忍耐对反应器去除效果、微生物群落变化的影响及其性能恢复时间.结果表明,在12~14℃的低温条件下,经过30 d的不进水饥饿忍耐后,颗粒硫磺/白云石和黄铁矿/白云石反应器出水NO_3~--N浓度分别从1.78 mg·L~(-1)、11.32 mg·L~(-1)增加到27.87 mg·L~(-1)、26.56 mg·L~(-1).颗粒硫磺/白云石和黄铁矿/白云石自养反硝化反应器分别在重启后的第5 d和11 d使得NO_3~--N去除性能恢复至饥饿前的水平,并且在低温条件下保持了良好的脱氮效果.MiSeq高通量测序结果表明,2个反应器的细菌群落的丰度和多样性饥饿期均低于恢复期,且优势菌门均为Proteobacteria,主要的纲类为β-Proteobacteria.硫磺/白云石反应器中鉴别出Thiobacillus菌属为主要反硝化类群.     

铅锌尾矿砂污染下的岩溶土壤微生物群落碳源代谢特征

以广西阳朔思的村铅锌矿尾砂污染的水稻田、玉米地、柑橘园以及对照(旱地)土壤为研究对象,采用碳素利用法和18S rRNA变性梯度凝胶电泳技术探究岩溶区重金属污染下土壤微生物群落碳源代谢特征以及土壤真菌与土壤有机碳的交互关系.结果表明,广西阳朔思的村铅锌矿尾砂污染区土壤重金属总体含量(Pb、Zn、Cu、Cd)依次为:水稻田玉米地柑橘园对照;同时地累积综合指数显示该区重金属污染以Pb、Cd为主,其中Cd带来的环境风险最高.受Pb、Zn、Cu、Cd等重金属复合污染物影响,土壤微生物生物量碳、微生物熵和碳源代谢速率表现出随总体重金属质量分数增加而降低的变化规律,但土壤总有机碳质量分数却表现为:水稻田对照柑橘园或玉米地.DGGE结果进一步显示对照组土壤存在担子菌门多孔菌目Pycnoporus sp.ZW02.30,柑橘园和玉米地土壤存在镰刀菌属Fusarium solani和Fusarium oxysporum以及柑橘园土壤存在青霉属Penicillium decumbens.然而,上述参与淀粉、纤维素、半纤维素、木质素等糖类降解过程的真菌没有在水稻田土壤检出.加之,水稻田土壤微生物功能多样性指数和微生物熵最低而土壤有机碳质量分数最高,说明铅锌尾矿砂通过影响不同样地土壤微生物糖类代谢过程,进而调节土壤碳在微生物特别是真菌作用下的矿化速率.