氢气和氮气对厌氧甲烷降解过程及微生物多样性的影响

针对厌氧甲烷氧化过程,考察了填埋场稳定化过程中气态物质(H₂、N₂)的影响,阐明了微生物群落结构的响应。结果表明:在N₂氛围下,存在甲烷氧化、固氮、硝化、反硝化的循环过程;通入H₂对于厌氧甲烷降解过程有一定影响,CH₄含量呈先下降后升高再降低的趋势,CO₂含量则呈先升高后降低趋势,表明H₂可将CO₂还原为CH₄。经过N₂和H₂长期驯化后,土壤微生物群落结构发生了显著变化,放线菌门中具有硝化、反硝化及固氮作用的菌群增加,出现了具有甲烷氧化功能的Methylococcale菌群。好氧菌(如甲烷氧化菌、硝化菌)对O₂的消耗有利于反硝化和厌氧甲烷氧化的进行,为反硝化型厌氧甲烷氧化的发生提供了有利条件。研究揭示了填埋场稳定化过程中气态物质影响厌氧甲烷氧化的过程。     

微生物种间相互作用产生锰氧化的普适性及其潜在应用

锰氧化微生物的催化作用能将二价锰的氧化速率提高几个数量级,影响自然界锰元素的价态变化和归趋.以往研究大都关注锰氧化单一菌株,而笔者前期研究揭示了两株细菌(Sphingopyxis sp. QXT-31和Arthrobacter sp. QXT-31)的种间相互作用能够触发Arthrobacter sp. QXT-31产生锰氧化活性.为了进一步揭示其发生的普适性、机制及潜在工程应用,以另外3种Sphingopyxis菌株为研究对象,采用纯培养、比较基因组学和转录组分析等研究手段,发现其中1株菌也能触发Arthrobacter sp. QXT-31产生锰氧化活性,表明微生物种间相互作用触发锰氧化具有一定的广泛性.进一步筛选了可能参与菌株相互作用的基因,发现Sphingopyxis的抗生素合成基因转录水平普遍上升,表明其可能参与了触发Arthrobacter sp. QXT-31产生锰氧化活性.基于以上发现,最终在反应器中验证了利用微生物种间相互作用强化二价锰氧化去除的可行性.     

黑水虻转化厨余垃圾过程中病原菌灭活规律的研究与综合评价

黑水虻能够有效取食厨余垃圾等有机固体废弃物,其自身转化为昆虫蛋白和脂肪等生物质,将厨余垃圾转化为虫沙有机肥,处理过程是一种有机固体废弃物的资源化新方法.为评估黑水虻处理厨余垃圾的效率与安全性,本课题研究黑水虻在厨余垃圾处理过程中,对大肠杆菌O157：H7（EC）、鼠伤寒沙门氏菌（ST）及金黄色葡萄球（SA）的灭活能力,评价黑水虻体内的抑菌因子,分析3种病原菌对黑水虻生长增重及厨余转化效率的影响.经过18 d的黑水虻处理,研究发现：①第0和第6 d两次以6.4~7.1 log₁₀ CFU·g^-1的浓度向厨余垃圾中分别接种EC、ST和SA以后,EC经4~6 d处理被全部灭活、ST经3~4 d处理被全部灭活,SA经6 d处理,浓度下降到1.9~2.6 log₁₀ CFU·g^-1,但不能被全部灭活,病原菌的灭活效率呈现EC=ST>SA的趋势（p < 0.001）,且黑水虻体内无EC、ST或SA残留;②厨余垃圾降解过程中,初期和中期pH值主要呈现酸性（4.0~5.3）,对抑制EC、ST和SA起到了促进作用,后期pH值呈中性至弱碱性;③黑水虻对于EC和ST能够产生自身免疫抑制因子,且抑制活性ST>EC,但对SA无明显的免疫抑制能力,SA的灭活主要依赖于黑水虻肠道菌群的竞争性抑制作用;④黑水虻的体长、体重、预蛹率、产率,以及厨余垃圾的生物转化率和减量化率未受病原菌存在的影响,18 d后EC组、ST组和SA组的预蛹率均达到在80%以上,厨余减量化率分别达到74.0%、79.1%和78.5%,生物转化率分别达到13.0%、13.2%、19.4%.综上,黑水虻能够在彻底灭活EC、ST,99%灭活SA的同时,高效降解厨余垃圾（减量化率>74%）,并转化为虫体有机质（虫产率>10%）,是一种高效卫生的厨余垃圾资源化方法.今后的研究中,还需要加强以金葡菌为代表的抗逆性病原菌的灭活机制的探讨.     

间歇梯度曝气的生活污水好氧颗粒污泥脱氮除磷

本研究设置了3个SBR反应器R1、R2和R3,分别采用(A/O)_3-SBR梯度曝气、(A/O)_3-SBR恒定曝气和传统(A/O)-SBR方式运行,以实际城市生活污水为进水基质,探讨了不同曝气方式下的营养物去除性能和好氧颗粒污泥特性,为低强度城市污水的碳源合理利用提供合理的方式.由实验结果可知,R1、R2和R3中颗粒在稳定时期对COD的平均去除率分别为88.68%、 89.05%和88.96%,对TN的平均去除率分别为76.97%、 71.99%和64.92%,对TP的平均去除率分别为96.28%、 85.05%和78.97%,且反硝化聚磷菌占聚磷菌的比例分别为25.52%、 19.60%和12.77%.结果表明,厌氧、好氧和缺氧交替的运行方式更有利于反硝化聚磷菌(DPAOs)的富集,且梯度曝气较恒定曝气方式富集更多,这对碳源不足的低强度城市生活污水处理有重要意义;同时R1中曝气段溶解氧逐级降低,提高了颗粒同步硝化反硝化率和降低了能耗,有利于总氮(TN)的高效去除. 3组反应器在运行后期颗粒粒径分别为727.368、 815.072和895.041μm,且通过对颗粒进行显微观察可以看出, R2和R3中颗粒不如R1中密实.此外,R1、R2和R3运行后期PN/PS值分别为6.31、 5.63和4.83,颗粒稳定时期EPS含量(以VSS计)分别为103.97、 92.22和76.98 mg·g~(-1),表明间歇梯度曝气的方式有利于刺激EPS的分泌,尤其是PN的分泌,使PN/PS值较高,细胞疏水性增强,颗粒密实稳定.     

有机氯农药对土壤环境的影响

本文利用平板计数法得出土壤中微生物的数量,并阐述有机氯农药DDT和DDE及其降解菌对土壤微生物数量的影响。本实验共设计六个处理方法,结果发现,土壤中细菌数量随时间增加而逐渐增多,而真菌和放线菌数量随时间增加而逐渐减少。在相同时间内,加入菌株的土壤中细菌数量明显增加,加入菌株的土壤中真菌数量明显减少,加入菌株的土壤中放线菌数量无明显变化。     

蓝藻水华形成过程对氮磷转化功能细菌群的影响

为探寻蓝藻水华形成过程中细菌群落结构和氮、磷转化功能菌群的动态变化,利用细菌16S rRNA基因的高通量测序和功能基因的荧光定量PCR(qPCR)方法,分析了在蓝藻水华过程中水体细菌群落组成及功能菌群的变化情况.高通量测序结果证明了蓝藻水华形成过程中细菌群落的多样性降低,细菌群落在水华期和非水华期具有不同的结构.随着水华过程中蓝藻密度的增加,水体中Actinobacteria和Bacteroidetes相对丰度减少,而Firmicutes相对丰度增加;蓝藻水华对聚磷菌(PAOs)具有富集作用,对硝化细菌具有抑制作用,而反硝化细菌的数量在中度水华条件下显著增加. qPCR结果显示,随着蓝藻水华的持续发展,硝化和反硝化功能基因丰度下降甚至消失,表明水体中氮转化过程可能受到抑制,此过程也有利于水华过程中微囊藻快速增殖对氮的需求,对水华蓝藻的生长具有正反馈作用.     

人类活动对河流沉积物中反硝化厌氧甲烷氧化菌群落特征的影响

河流生态系统是陆地生态系统输出营养盐和有机质的主要接收器,是水-气界面CO2和CH4全球碳循环的重要环节.人类活动导致大量未经处理的硝酸盐和有机物质汇入河流,影响了N-DAMO(N-DAMO,Nitrate/nitrite-dependent anaerobic methane oxidation,反硝化厌氧甲烷氧化菌)细菌的群落特征.本文选取北运河作为研究区域,通过对比分析北运河中游和下游沉积物理化参数和N-DAMO细菌群落特征的差异性,探究由于人类活动的影响,河流沉积物中N-DAMO细菌的群落组成结构特征,及其与沉积物中NH+4-N、NO-3-N的响应关系.结果表明,北运河沉积物中NH+4-N为中游和下游氮素的主要形态,且下游NH+4-N浓度显著高于中游;人类活动对N-DAMO细菌16S rRNA和pmo A功能基因群落分布有影响,16S rRNA和pmo A功能基因均分别聚为中游和下游两类;系统发育树分析显示,人类活动影响北运河N-DAMO细菌高同源性菌群的来源,其高同源性菌群来源与北运河主要污染物氨氮的来源一致;RDA分析显示,人类活动影响N-DAMO细菌相关环境因子,沉积物中高浓度的NH+4-N、NO-3-N与16S rRNA和pmo A功能基因有显著的响应关系.沉积物N-DAMO细菌16S rRNA和pmo A功能基因的共生关系分析显示,北运河下游沉积物中N-DAMO细菌彼此之间的共存关系更强,细菌群落形成的模块化程度较高,其对环境变化的敏感程度更高,受人类活动的影响更大.     

不同小分子物质与传统抗菌剂对混合菌生物膜形成的抑制效应

针对污水处理系统混合菌形成的生物膜,比较了两种传统抗菌剂(银离子和氯)及3种小分子物质,包括双(3-氨基丙基)胺、(Z-)-4-溴-5-(溴乙烯)-2(5H)-呋喃酮(BBF)和香兰素对生物膜形成的抑制效应.结果表明,本研究所选用的传统抗菌剂中,0.05~10 mg·L-1Ag+对生物膜形成的抑制率为23%~70%,0.01~20 mg·L-1氯对生物膜形成的抑制率为23%~53%.而在3种小分子物质中,500~2000μmol·L-1双(3-氨基丙基)胺对生物膜形成的抑制率为16%~68%,0.1~200 mg·L-1香兰素对生物膜形成的抑制率为20%~37%,1~20 mg·L-1BBF对生物膜形成的抑制率为11%~18%.高浓度的Ag+(0.1~10 mg·L-1)会显著抑制混合菌的生长,且浓度越高,抑制效果越显著.1000μmol·L-1以下的双(3-氨基丙基)胺基本不会抑制混合菌的生长,但高浓度(2000μmol·L-1)的双(3-氨基丙基)胺会显著抑制混合菌的生长.     

油田水驱采出液硫酸盐还原菌群活性生态抑制效能及其群落演替分析研究

油田硫酸盐还原菌的大量繁殖,严重的影响了生产。研究从生态抑制的角度,运行厌氧的ABR反应器,投加生态抑菌剂,进行连续流试验。结果表明,加入生态抑制剂后,硫酸根浓度降低,产生的硫化物浓度低于0.3 mg/L以下,氧化还原电位由-300 m V变为-50 m V左右,pH值和碱度变化不大,对反应系统影响较小。生态抑制前后微生物图谱变化显著,由硫酸盐还原菌群变为以反硝化为主的功能菌群,生态抑菌剂实现了硫酸盐还原菌群的活性抑制。     

恶臭假单胞菌原位还原Pd(0) NPs对微生物电子传递性能及活性的影响

微生物原位合成零价金属纳米颗粒在材料合成和环境应用领域引起了广泛关注和研究.本研究利用Pseudomonas putida(P.putida)合成Pd(0)纳米颗粒(NPs),通过FESEM、TEM、XPS等对合成的纳米颗粒进行形貌、价态表征,并对其电化学性能及微生物抑制作用进行分析.结果表明,在厌氧条件下,P.putida在胞外及细胞周质空间可原位合成粒径约10 nm的Pd(0)NPs.CV实验表明,相比P.putida,含Pd(0)NPs的P.putida有更高的氧化还原电流;随着初始反应Pd(Ⅱ)浓度增加至0.07和0.1 mmol·L~(-1),恒电位实验中的乳酸氧化电流分别升至(10.6±5.2)和(22.5±9.7)nA,分别为P.putida((5.7±2.8)nA)的1.85和3.95倍;TTC-ETS和INT-ETS分别提升至89.02和209.09μg·mg~(-1)·h~(-1),分别是P.putida的1.64和1.34倍.以上结果证明了Pd(0)NPs对微生物胞外电子传递(Extracellular Electron Transfer,EET)的正面影响.抑菌圈实验和激光共聚焦图像表明,低量Pd(0)NPs具有较好的生物相容性,过多Pd(Ⅱ)和Pd(0)NPs对微生物有一定的毒性.