稳定性同位素DNA-SIP示踪中性紫色土的氨氧化过程

研究表明酸性土壤中氨氧化作用主要是由氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea,AOA)催化进行;而在中性和碱性土壤中则主要是由氨氧化细菌(ammonia-oxidizing bacteria,AOB)主导.虽然AOA在中性土壤中具有很高的丰度,但其对硝化过程的贡献仍不清楚.因此本文选取p H为7. 2的中性紫色土为研究对象,通过稳定性同位素核酸探针技术结合克隆测序探究中性紫色土中活性氨氧化微生物群落组成.结果表明中性紫色土的净硝化速率为9. 68 mg·(kg·d)~(-1),AOA和AOB在中性紫色土中均有较高的丰度且共同推动硝化作用的进行.系统发育分析结果表明培养初期(0d)在数量上占优势的AOB为Nitrosospira Cluster 3a. 1,而Nitrosospira Cluster 3a. 2只占较小的一部分,经过56d的培养后Nitrosospira Cluster 3a. 2替代了Nitrosospira Cluster 3a. 1成为主导氨氧化的活性AOB.培养初期(0d)在数量上占优势的AOA是Nitrososphaera Subcluster 9,但经过培养后变为Nitrososphaera Subcluster 3. 2/3. 3.在培养期间AOA和AOB的群落结构均发生了改变.对~(13)C标记DNA的测序分析证明AOA和AOB在硝化过程中都起着重要作用,主导氨氧化的活性AOA和AOB主要分别隶属于Nitrososphaera Subcluster 3. 2/3. 3和Nitrosospira Cluster 3a. 2.本研究明确了AOA及AOB对中性紫色土氨氧化过程的推动作用并从微生物层面探究硝化作用的发生机制,为进一步研究紫色土中硝化作用提供理论基础.     

DAPI荧光染色计数法的感潮河段沉积物细菌数量测量影响因素研究

采集珠江广州河段沉积物样品,分析沉积物质地与有机质含量,同时分析了改良DAPI染色操作方法并讨论各因素对DAPI染色剂染色效果的影响,研究DAPI(4′,6-diamidino-2-phenylidole)荧光染色剂在具有感潮性质的沉积物样品中的染色影响因素.结果表明,沉积物稀释2 000倍,超声浴10 min,DAPI浓度为10μg.mL-1,染色时间30 min以上时,可以得到最佳细菌计数数量.细菌数量与褪色比例有良好的相关性(r=0.587,p=0.004).粒径组成与有机质含量有较强的相关性,它是通过影响有机质含量来影响褪色比例的,因此有机质也与褪色比例有一定的相关性.将褪色比例与有机质含量、细菌数量及黏粒比例做回归分析,得到与实测值相关性较好(r=0.694)的拟合值.这些结果表明,在使用DAPI荧光染色法研究感潮河段沉积物细菌数量的过程中,应充分考虑上述影响因素.     

微氧条件下自养-异养联合反硝化工艺的电子平衡分析

自养-异养联合反硝化(integrated autotrophic and heterotrophic denitrification,IAHD)工艺可以同时进行硫化物,硝酸盐和有机物的降解,作为工业废水处理的关键单元近年来受到广泛关注.引入微量氧气作为电子受体的微氧技术已被证明是强化IAHD运行效能的有效策略.本研究关注于IAHD工艺的电子平衡计算并发现了IAHD生物反应器在微氧条件下运行时利用有限的硝酸盐可将硫化物和乙酸盐完全转化去除.在IAHD序批实验中,当电子缺失率达到峰值55. 1%时,硫化物、硝酸盐和乙酸盐去除效率和去除速率均最高.进一步的硫化物氧化间歇实验表明,电子得失不平衡现象发生在生物硫化物氧化过程中,当氧气含量为5 m L和10 m L时,电子缺失率分别为18. 7%和38. 2%. Illumina微生物群落测序结果表明,Thiobacillus、Thauera、Mangroviflexus和Erysipelothrix为硫氧化过程的主要占优属,其中Thiobacillus的相对丰度随着电子缺失率的增加而增加.本研究揭示了微氧条件下电子受体缺失现象与强化的IAHD运行效能之间的潜在联系,并为深入探讨硫、氮和有机碳的代谢机制提供了新的研究视角.     

反渗透膜面细菌胞外多聚物提取方法研究

城市污水脱盐系统的反渗透(RO)膜面生物污堵问题严重影响了该技术的稳定运行,解析生物污堵机理的关键因素是微生物胞外多聚物(EPS)特征分析,然而目前细菌EPS提取方法多样,无统一标准,制约了EPS分析的可靠性和可对比性.基于此,本文以再生水厂RO膜面污堵物中分离的细菌为对象,采用水浴、超声、离子树脂、碱液4种方法提取EPS,以DOC和DNA含量表征提取的EPS总量和提取过程细胞破裂程度.结果表明,45℃水浴法不造成细胞破裂,提取总量多,是一种有效的提取方法.进一步对比不同提取时间条件下EPS溶液中多糖和蛋白含量变化,以及分子量、荧光特征等,综合认为提取1 h时,提取的EPS中多糖与蛋白相对含量稳定,不同分子量化合物均溶于水中,能客观地反映EPS特征.研究表明,45℃水浴1 h可以作为细菌EPS提取的适用方法应用.     

CO2封存泄漏的稻田土壤细菌监测指标筛选研究

为研究CO₂地质封存过程中CO₂泄漏对水稻及稻田土壤的风险影响,利用CO₂模拟泄漏平台,研究了不同CO₂泄漏速率下水稻生长、稻田土壤性质与土壤细菌组成及多样性的变化特征.结果表明：随着CO₂泄漏速率的增加,稻田土壤pH显著降低,电导率显著增加,水稻生长受到明显抑制;稻田土壤细菌的丰富度指数和多样性指数均有增加,均匀度指数有所降低.CO₂泄漏显著改变了稻田土壤细菌组成,稻田土壤的优势菌门中变形菌门、拟杆菌门与绿弯菌门的相对丰度总体降低,而酸杆菌门与放线菌门的相对丰度总体升高;稻田土壤优势菌属中RB41、MND1、厌氧粘菌属及鞘脂单胞菌属的丰度总体升高,而硝化螺旋菌属的丰度总体降低;稀有细菌中CO₂泄漏下全部出现的有粘胶球形菌门、柔膜菌门及双头菌属、硫杆菌属,CO₂泄漏后全部消亡的为假单胞菌属.建议将变形菌门的减少和酸杆菌门的增加,以及RB41、MND1及厌氧粘菌属的增加作为稻田土壤CO₂泄漏监测的推荐指标.     

武汉东湖部分原生动物种类污染值的建立

利用对武汉东湖进行的为期１ 年的原生动物采集及鉴定结果以及同时进行的水质化学测试结果,对所建立的原生动物生物指数进行了验证,表明所得ＣＰＶ与化学综合污染指数呈显著的相关,说明建立的生物指数对淡水水系有广泛的实用性．对汉江中没有观察到的某些原生动物建立了其种类污染值     

太湖两种水生植物群落对沉积物中氮素的影响

2012年6月对太湖贡湖湾、南部湖区以及东西山之间水域的两种水生植物——马来眼子菜(Potamogeton malaianus)和荇菜(Limnanthemun nymphoides)群落内外的沉积物进行样品采集,调查了沉积物中的氮素分布现状.结果表明:①草藻过渡型湖区(贡湖湾)马来眼子菜群落内部0~25 cm的沉积物中Org-N和TN的含量分别比群落外部高38.06%和25.65%.②草型湖区新生植物群落的形成可以促进沉积物(0~25 cm)中各形态氮含量的降低,其中马来眼子菜群落内沉积物(0~25 cm)中TN、Org-N、NH+4-N和NO-3-N的含量较群落外平均降低了43.29%,50.78%,7.09%和10.86%;荇菜群落内部比外部分别降低了4.65%,4.63%,5.01%和2.76%,可以发现马来眼子菜群落的促进作用比荇菜群落明显.③植物群落的存在可以影响沉积物的理化性质.相关性分析显示,植物群落外沉积物的pH与TN显著正相关(P<0.05,n=24),植物群落内部沉积物中pH与沉积物中NH+4-N呈显著负相关(P<0.05,n=24),与硝态氮呈显著正相关(P<0.05,n=24);植物群落内部和外部沉积物的Eh均与TN显著正相关(GMN,P<0.01,R=0.922 8**;NMN,P<0.01,R=0.827 7**;GMW,P<0.05,R=0.748 9*;NMW,P<0.05,R=0.663 7*),但较群落外部而言内部的相关性更强.     

全程自养颗粒污泥快速启动及混合营养型脱氮性能分析

在连续流条件下,基于颗粒污泥全程自养脱氮（CANON）工艺的快速启动和混合营养条件下高效脱氮,是CANON工程应用的重要环节.本研究在气提内循环反应器（AIR）中,以老化的CANON颗粒污泥经机械破碎至0.3 mm作为种泥,实现混合营养型单级颗粒污泥同步脱氮除碳.启动26 d,通过控制DO,系统出现稳定的部分硝化,再缩短HRT提升氨氮负荷至5.65 kg ·（m³ ·d）^-1,促进颗粒化和厌氧氨氧化;第68 d,总氮去除率达到58%之后,进水加入有机物,C/N从0提升到0.25和0.5,促进AOB、AMX和异养微生物的协同,氨氮去除率达95%,总氮去除率达85%,COD去除率达80%左右.COD浓度增加,能较好地抑制Nitrospira菌属等NOB的活性,q（NH₄⁺-N）和q（TN）稳定在0.4 g ·（g ·h）^-1和0.34 g ·（g ·h）^-1,q（NO₃^--N）约为0.02 g ·（g ·h）^-1.采用MiSeq高通量测序对微生物多样性分析,表明有机物对污泥中Nitrosomomas和Candidutus_Kuenenia丰度未产生显著影响,增加了Candidutus_Brocadia菌属以及具有反硝化功能Denitratisoma等菌属的丰度.这对于快速启动连续流CANON颗粒污泥工艺处理低C/N比废水提供思路.     

厌氧氨氧化启动过程细菌群落多样性及PICRUSt2功能预测分析

细菌群落是实现厌氧氨氧化系统高效脱氮的核心,而厌氧氨氧化启动过程细菌群落多样性及其功能特征仍未被充分阐明.本研究采用升流式厌氧污泥床（UASB）反应器进行厌氧氨氧化系统启动,利用16S rRNA基因高通量测序技术并结合PICRUSt2功能预测分析,研究启动过程不同时间（d0、d30、d60和d90）细菌群落多样性及功能动态变化特征.结果表明,启动过程共检测到48个门、111个纲、269个目、457个科、840个属和1497个种;Candidatus_Brocadia和Candidatus_Kuenenia为检测到的厌氧氨氧化菌,且它们的相对丰度在启动过程不同时间存在显著差异（P<0.05）.启动过程,细菌群落α多样性指数整体呈现显著的降低趋势（P<0.05）,细菌群落结构呈现出明显的空间分异特征,且差异显著（R=0.846,P<0.01）.PICRUSt2功能预测分析表明,启动过程,细菌群落具有丰富的功能多样性,一级功能层表现为有机系统和代谢方面较为活跃,二级功能层子功能基因丰度在厌氧氨氧化启动过程发生明显变化;细菌群落涉及49个参与氮素代谢的相关功能基因,且不同时间阶段参与硝化、反硝化、厌氧氨氧化、硝酸盐同化/异化还原和亚硝酸盐同化/异化还原过程的相关功能基因丰度发生明显变化.     

温度对自养型同步脱氮工艺处理猪场废水厌氧消化液性能及微生物群落的影响

通过运行4个不同温度条件下(30、25、20和15℃)的自养型同步脱氮反应器,研究了不同温度下自养型同步脱氮工艺处理猪场废水厌氧消化液的性能差异及其微生物机制.结果表明,30℃条件下反应器脱氮性能最佳.当温度由30℃降为25℃时,反应器总氮去除率从73%降低到66%,总氮去除速率从2. 29 kg·(m~3·d)~(-1)降低到1. 72 kg·(m~3·d)~(-1),污泥的形态和粒径变化不明显(SMD由80. 85μm降为79. 95μm).当温度低于20℃时,总氮去除率降低到42%,总氮去除速率降低到1. 18 kg·(m~3·d)~(-1),同时发现污泥出现解体现象,粒径减小(SMD为63. 21μm).而当温度为15℃时,总氮去除率降低至37%,总氮去除速率低至1. 00 kg·(m~3·d)~(-1),反应器运行困难.微生物群落结构分析表明,温度对厌氧氨氧化细菌的影响明显大于氨氧化细菌,因此低温条件下反应器脱氮性能下降的主要原因是厌氧氨氧化细菌对温度更敏感.