16S rRNA高通量测序研究集雨窖水中微生物群落结构及多样性

为探究集雨窖水中细菌多样性及功能与主要水质因子之间关系,应用16S rRNA基因-Illumina MiSeq高通量测序技术分析和比较了不同类型集雨水窖中窖水的微生物群落结构及多样性.通过提取4组样品基因组DNA,对16S rRNA V4区测序,共获得用于物种分类的OTU 1605条,涵盖了22门、42纲、71目、115科、146属的细菌.微生物多样性分析表明,窖水具有很高的细菌多样性,不同样品多样性存在差异,细菌优势菌群分布呈现出大量的稀有种和少数常见种的模式.菌群分类发现,拟杆菌门（Bacteroidetes）、变形菌门（Proteobacteria）、放线细菌门（Actinobacteria）、疣微菌门（Verrucomicrobia）和OD1是主要的细菌菌门,其相对丰度占群落的87.1%~94.8%;放线菌门的放线细菌纲（Actinobacteria）、酸微菌纲（Acidimicrobiia）,拟杆菌门的噬纤维菌纲（Cytophagia）、黄杆菌纲（Flavobacteriia）、鞘脂杆菌纲（Sphingobacteriia）,变形菌门中α-变形菌纲（α-Proteobacteria）、β-变形菌纲（β-Proteobacteria）、γ-变形菌纲（γ-Proteobacteria）,疣微菌门丰收神菌纲（Opitutae）、疣微菌纲（Verrucomicrobiae）、Pedosphaerae,OD1的ZB2为纲层次上的优势菌;红细菌属（Rhodobacter）、脱氮单孢菌属（Dechloromonas）、黄杆菌属（Flavobacterium）、不动杆菌属（Acinetobacter）、丛毛单孢菌属（Comamonas）、假单孢菌属（Pseudomonas）、嗜氢菌属（Hydrogenophaga）等优势菌属大多数为具有脱氮除磷功能的反硝化菌和异养硝化-好氧反硝化菌;RDA分析表明,不同环境因子对微生物群落的影响有着明显的不同,即第Ⅱ簇内的菌属主要与反映窖水有机物含量的指标UV₂₅₄、高锰酸盐指数、BOD₅之间呈显著正相关关系,而第Ⅲ簇内的菌属主要与反映窖水氮、磷水平的指标TN、NO₂^--N、NO₃^--N、TP、NH₄⁺-N显著正相关,体现了生态功能的簇内相似性及簇间差异性.研究结果加深了对窖水微生物群落结构和多样性的认识,为深入研究窖水细菌多样性及功能与水质因子之间关系提供了借鉴.     

硫化物对电镀厂铬污染土壤的稳定化效果及其机理研究

以某电镀厂旧址内的铬(Cr)污染土壤为研究对象,分别添加多硫化钙(CPS)、硫化钠(Na2S)以及焦亚硫酸钠(Na_2S_2O_5)3种硫化物稳定剂,探究3种稳定剂不同投加摩尔比对土壤中Cr的价态变化、浸出毒性和形态分布的影响.结果表明:CPS对Cr(Ⅵ)还原效果最佳,当CPS投加摩尔比为3时,土壤中Cr(Ⅵ)含量从1587.5 mg·kg-1减少至12.43 mg·kg~(-1),还原效率高达99.2%,然而相同条件下Na_2S和Na_2S_2O_5对Cr(Ⅵ)的还原效率仅分别为55.6%和74.5%.CPS对Cr(Ⅵ)和总Cr稳定效率最高,当CPS投加摩尔比为3时,浸出Cr(Ⅵ)和总Cr浓度分别为0.02mg·L~(-1)和0.32 mg·L~(-1),Cr(Ⅵ)和总Cr稳定效率分别为99.8%和99.1%,此时Cr(Ⅵ)浓度满足GB/T 14848-93《地下水水质标准》规定的限值.相同投加摩尔比下Na2S和Na_2S_2O_5对Cr(Ⅵ)稳定效率分别仅为63.0%和98.9%,对总Cr稳定效率分别为66.5%和77.2%;浸出Cr(Ⅵ)和总Cr浓度随着CPS和Na2S投加摩尔比的增加而降低,然而随着Na_2S_2O_5投加摩尔比的增加,浸出Cr(Ⅵ)浓度持续下降,但总Cr浓度不断升高.CPS和Na2S稳定化后土壤中Cr的有机物结合态变化不大(p0.05)、铁锰氧化物结合态显著增加(p0.05).硫化物稳定剂稳定化后土壤中Cr的可交换态含量的变化是影响浸出总Cr浓度变化的主要原因.基于3种硫化物稳定剂对土壤中Cr(Ⅵ)还原效率、Cr(Ⅵ)和总Cr稳定效率和Cr的可交换态含量的影响,CPS投加摩尔比为3时,对该电镀厂铬污染土壤的稳定化效果最佳.     

再生水补水对河道底泥细菌群落组成与功能的影响

以北京市永定河麻峪湿地再生水补水河段河道底泥细菌群落为研究对象,联合限制性片段长度多态性(T-RFLP)技术,16S rRNA基因克隆文库技术和实时荧光定量q PCR技术,分析再生水补水口上游、补水口及补水口下游这3个断面的细菌群落组成与功能特征差异,尝试解释再生水补水对河道底泥细菌群落组成和功能特征的影响.结果表明,再生水中高浓度的碳氮磷含量是导致补水口细菌群落多样性显著升高和群落组成最为丰富的直接原因,人工湿地对碳氮磷浓度有较高的去除效率,净化后底泥细菌群落逐步恢复,表现出上下游相似的细菌群落多样性和结构组成;补水口处细菌群落的优势类群是变形菌门中β-Proteobacteria和δ-Proteobacteria,亚优势类群是Planctomycetes和Actinobacteria,而ε-Proteobacteria、Chloroflexi、Spirochaetes是补水口处的独有类群;氮碳磷循环是再生水补水河道底泥主要的生物地化循环过程,克隆文库中补水口以毛单胞菌属(Comamonas sp.)为优势类群的45.9%的克隆子与氮循环相关,其相对丰度高于上下游(27.7%和23.4%),以溶杆菌属(Lysobacter sp.)为优势类群的17.9%的克隆子与碳循环密切相关,其相对丰度高于上下游(14.4%和12.9%);再生水中携带的痕量病原菌和抗生素等,在一定程度上改变了河道底泥细菌群落碳氮循环的转换方式,表现为补水口处固氮作用主要是红环菌属(Rhodocyclus sp.)通过光合作用实现,上下游以对植物具有促生作用的伯克氏菌属(Burkholderia sp.)为代表进行共生固氮.该研究结果为再生水补水河道人工湿地修复研究提供理论依据.     

有机污染物对杭州湾海域浮游细菌群落的影响

杭州湾海域剧烈的人为干扰及大量的陆源输入,导致有机物污染严重,是我国近海污染最严重的海域之一.微生物在污染物降解过程中发挥着关键作用并能作为评价污染程度的生物标记,但对于浮游细菌群落如何响应有机污染物尚不清楚.因此,本研究从杭州湾采集了13个站点的表层水样(水表下0.5 m),并采集了邻近外海8个站点的水样作为对照,利用Illumina Mi Seq测序技术测定细菌16S rRNA基因,研究不同有机污染程度对浮游细菌群落的影响.结果表明杭州湾有机污染值A(13.2±1.6)显著(P0.001)高于邻近外海(5.4±3.0),且两区域浮游细菌分布和多样性存在显著差异.杭州湾浮游细菌群落优势菌群为γ-变形菌纲(γ-Proteobacteria,24.4%±5.5%)、α-变形菌纲(α-Proteobacteria,16.5%±7.7%)和浮霉菌门(Planctomycetes,13.9%±8.6%),邻近海域主要优势菌群为蓝细菌(Cyanobacteria,20.1%±7.5%)、拟杆菌(Bacteroidetes,18.4%±1.5%)、放线菌门(Actinobacteria,17.5%±4.2%)、γ-变形菌纲(16.6%±1.2%)和α-变形菌纲(14.3%±1.7%).多元回归树(multivariate regression tree,MRT)分析表明:悬浮颗粒(suspended particulates,SP)、亚硝酸盐(NO-2)、油污(oil)、有机污染是影响浮游细菌群落多样性的最主要因素,分别解释了22.0%、6.5%、6.0%和5.5%的多样性变异.冗余分析(redundancy analysis,RDA)表明:驱动浮游细菌群落变异的环境因子有机污染、化学需氧量(COD)、叶绿素a(Chla)、总氮(TN)、硝酸盐(NO-3)和盐度对物种分布的总解释量为71.0%,而有机污染作为单因子控制了6.5%的群落变异,高于其它单一因子.此外,采用指示值方法共挑选出了35个敏感物种,这些物种相对丰度与有机污染显著相关,可用来指示近海有机污染水平.综上,浮游细菌群落对环境污染敏感,为评价海洋有机污染水平提供了敏感的生物学指标.     

不同氮水平下间作对玉米土壤硝化势和氨氧化微生物数量的影响

利用荧光定量PCR(real-time quantitative PCR,Q-PCR)技术,结合氨氧化细菌(ammonia oxidizing bacteria,AOB)和氨氧化古菌(ammonia oxidizing archaea,AOA)丰度和土壤理化性质的测定,探索了不同氮水平下间作对玉米土壤硝化势(PNF)的影响.试验设置玉米单作和与马铃薯间作两个种植模式,4个施氮水平(不施氮N0、1/2常规施氮N1、常规施氮N2和3/2常规施氮N3)的随机区组试验.结果表明,从不施氮到常规施氮,土壤硝化势和AOA、AOB数量均随施氮量增加而逐渐增加,而高氮(N3)时与N2没有显著差异;间作对土壤硝化势、AOA与AOB数量的影响与施氮量和作物生育期有关,低氮投入(N1)间作有利于增加土壤氨氧化微生物数量和硝化作用.施肥是硝化势增加的主要驱动因子,相关性分析结果表明,土壤含水量是影响PNF的主要环境因子;PNF与土壤中AOA、AOB amoA基因丰度成显著的正相关.尽管玉米马铃薯间作降低了土壤中AOA、AOB amoA基因丰度,却使得间作土壤中AOB占据氨氧化微生物数量上的优势.以上结果表明,施氮和间作均影响了土壤硝化作用和氨氧化微生物AOA和AOB数量的变化,这些变化会影响土壤环境质量.     

厌氧条件下 2,2',4,4'-四溴联苯醚的微生物降解

多溴联苯醚是环境中的新兴污染物,其中2,2’,4,4’-四溴联苯醚(BDE-47)在环境(尤其是水环境)中普遍存在且生物毒性很高.以BDE-47为对象,研究了6组含脱卤球菌的培养液对BDE-47的降解,目的是了解厌氧条件下BDE-47的微生物降解及其动力学.采用100 mL血清瓶作为厌氧反应器,对厌氧微生物进行培养.对每组菌作两种处理,一是仅加入BDE-47作为能源(设计终浓度为200μg.L-1),另一是同时加入BDE-47和三氯乙烯(TCE)作为能源(设计终浓度分别为200μg.L-1和13mg.L-1).经过3个月的实验,两组含脱卤球菌的培养液(6M6B和T2)均能明显降解BDE-47,生成BDE-17、BDE-4及少量的DE,TCE的存在一定程度上减弱了6M6B和T2菌对BDE-47的降解.采用PCR-DGGE法对不同培养菌液的群落结构进行比较,发现醋酸杆菌属与BDE-47的降解关联较大.在3种不同初始浓度(50、250和500μg.L-1)条件下,BDE-47的降解速率分别为0.003 3、0.001 4和0.001 0 d-1.本研究表明,厌氧条件下BDE-47在细菌的作用下可发生还原降解,生成BDE-17和BDE-4.醋酸杆菌属可能在BDE-47的降解中起较大作用.高浓度的BDE-47在一定程度上会抑制降解菌的活性.     

中肋骨条藻与锥状斯氏藻藻际细菌溶藻效应研究

通过向对数生长期的中肋骨条藻和锥状斯氏藻培养体系中分别加入体积分数1%和10%的2216E培养基,以未加入培养基的对照组和10%无菌组作为对照,研究藻际细菌的溶藻效应.结果表明,对照组、1%组及10%无菌组的中肋骨条藻和锥状斯氏藻生长未受抑制,而10%组的中肋骨条藻和锥状斯氏藻生长则受到显著的抑制(p0.001),在第96h时,藻细胞几乎都被裂解,藻细胞数、叶绿素a含量及叶绿素荧光效率(Fv/Fm)显著低于对照组、1%组及10%无菌组(p0.001),表明藻际细菌具有抑制微藻生长的作用.在整个溶藻过程中,中肋骨条藻10%组细菌丰度增加了约250倍,锥状斯氏藻10%组藻际细菌丰度增加了约300倍,藻际细菌丰度的剧增可能是溶藻的主要原因.作为溶藻效果的评价指标,叶绿素荧光效率要优于细胞形态的改变、藻细胞数量的变化及叶绿素a含量,是较理想的溶藻检验指标.     

科技潮流

日本科学家利用细菌将二氧化碳转变成甲烷日本科学家近日表示,希望能利用细菌将海底的二氧化碳转化为天然气,以应对全球变暖。日本海洋与地球科技研究社的研究者计划激活地球上自然发现的细菌,利用其将二氧化碳转化为甲烷（天然气主要成分）,所需要的细菌存在于日本岛北端的海床之下。研究社计划利用细菌将海床下2000米处的二氧化碳转化为甲烷,但目前该计划面临一个难题,就是如何激活细菌和加快转换过程。     

Community analysis of ammonia-oxidizing bacteria in activated sludge of eight wastewater treatment systems

We investigated the communities of ammonia-oxidizing bacteria(AOB) in activated sludge collected from eight wastewater treatment systems using polymerase chain reaction(PCR) followed by terminal restriction fragment length polymorphism(T-RFLP),cloning,and sequencing of the α-subunit of the ammonia monooxygenase gene(amoA).The T-RFLP fingerprint analyses showed that different wastewater treatment systems harbored distinct AOB communities.However,there was no remarkable difference among the AOB TRFLP profiles from different parts of the same system.The T-RFLP fingerprints showed that a full-scale wastewater treatment plant(WWTP) contained a larger number of dominant AOB species than a pilot-scale reactor.The source of influent affected the AOB community,and the WWTPs treating domestic wastewater contained a higher AOB diversity than those receiving mixed domestic and industrial wastewater.However,the AOB community structure was little affected by the treatment process in this study.Phylogenetic analysis of the cloned amoA genes clearly indicated that all the dominant AOB in the systems was closely related to Nitrosomonas spp.not to Nitrosospira spp.Members of the Nitrosomonas oligotropha and Nitrosomonas communis clusters were found in all samples,while members of Nitrosomonas europaea cluster occurred in some systems.     

土壤重金属污染治理方法研究进展

根据９０年代国际最新文献,从污染治理途径角度,对土壤重金属污染治理方法的进展作简要介绍和述评,包括利用细菌降低土壤中重金属毒性,添加粘合剂固定土壤中重金属,用电动力学方法,热解吸法,提取法和植物治理法去除土壤中重金属。