有机物对厌氧氨氧化生物膜反应器脱氮效能及微生物群落的影响

为考察有机物对厌氧氨氧化生物膜反应器脱氮效能的影响,采用MPN（most probable number）法和高通量测序技术,结合处理效果数据,对比分析了有无有机物影响下生物膜中微生物群落差异.试验表明：在进水有机物（COD）为30和60 mg·L^-1作用下,总氮去除率与进水COD为0 mg·L^-1时的84.10%相比较分别提高了5.08%和10.41%;COD为90 mg·L^-1时,总氮去除率降至89.05%.由MPN法和高通量测序结果可知,相对于无有机物,60 mg·L^-1有机物使反应器中反硝化菌数量增加,浮霉菌门和变形菌门丰度明显提高,且微生物群落更加丰富.有机物能影响反应器中厌氧氨氧化、反硝化脱氮效能及微生物菌落丰度,适宜的有机物浓度可使厌氧氨氧化与反硝化作用有效耦合,提高反应器的脱氮效能.本研究可为厌氧氨氧化生物膜反应器处理含有机物的实际污水提供参考价值.     

贵州某废弃煤矿酸性废水处理系统中细菌群落结构及功能分析

煤矿酸性废水引起的水环境污染问题在贵州日益突出.以贵州某废弃煤矿酸性废水处理系统（碳酸盐岩反应介质）为研究对象,采用高通量测序MiSeq技术,分析该系统中细菌群落结构的沿程变化特征及其功能.结果表明:①变形菌门（Proteobacteria）、绿弯菌门（Chloroflexi）和蓝细菌门（Cyanobacteria）等广泛分布于反应系统,其中变形菌门和绿弯菌门为主要优势菌门,而蓝细菌门大多（90.95%）存在于反应池悬浮物中.②细菌群落结构受沉积物中重金属浓度影响,尤其Fe、Ni、As和Pb浓度的影响较为显著.细菌群落在系统前端（进水沟渠和反应池）和后端（沉淀池和人工湿地）存在明显差异,随反应系统处理进程,细菌α-多样性指数在沉积物中沿程增加.③废水中85%以上的Fe在多级复氧反应池中被去除,同时具备铁氧化能力的细菌〔披毛菌属（Gallionella）和Sideroxydans等〕和铁还原细菌〔地杆菌属（Geobacter）和红育菌属（Rhodoferax）等〕大多存在于多级复氧反应池沉积物中.④人工湿地对废水中Mn有很好的去除作用,湿地沉积物和植物根际土壤中铁锰氧化物富集生物土微菌属（Pedomicrobium）（8.38%±1.51%）和硝化螺旋菌属（Nitrospira）（14.75%±0.46%）丰度明显高于多级复氧反应池.研究显示,在以碳酸盐岩为主要反应介质的“多级复氧反应池+垂直流人工湿地”联合处理酸性矿山废水过程中,污染物去除机理除碳酸盐岩中和沉淀作用外,生物氧化和生物还原作用也值得关注.      

冬青和女贞叶表面颗粒物微形态及叶际细菌群落结构

植物叶表面颗粒物和微生物的结构动态对近地表环境和生态具有重要意义.本研究以青岛市不同功能区冬青和女贞植物的新鲜叶片为研究对象,利用环境扫描电镜观察叶表面颗粒物与微生物微形态特征及季节变化规律;采用Illumina高通量测序技术分析植物叶际细菌群落结构.结果表明,冬青和女贞植物叶片颗粒物滞留量秋、冬季节高于春、夏两季,两种植物叶片更易滞留PM₁₀和PM_2.5,但冬青叶片的滞尘能力尤其是对粒径大于10 μm的颗粒物滞留效果高于女贞,城市主干道植物叶片滞尘能力高于文教区和城市公园植物,受地面扬尘和汽车尾气影响较大;另植物叶际微生物组成存在季节差异,叶片易滞留不同类型真菌、真菌孢子及菌丝体等,且两种植物因叶片革质更适宜菌丝体生长,此外女贞叶表皮还易镶嵌一种表面均匀褶皱的真菌孢子,微生物丰富度城市公园 > 城市主干道 > 文教区,湿度对微生物的生长繁殖呈现积极影响;高通量测序下不同季节的冬青和女贞植物叶际细菌群落差异显著,春季植物叶际细菌丰度最高,夏季最低,两种植物叶际细菌相对丰度最高的优势菌门和优势菌纲为变形菌门（Proteobacteria）和γ-变形菌纲（γ-Proteobacteria）,且同一功能区两种植物共用一个核心微生物群,另外受地面扬尘污染严重的城市主干道植物叶际细菌群落结构与其他两个功能区差异明显.本研究结果证明城市不同功能区典型绿化植物叶表面颗粒物与微生物群落结构之间存在显著相关性,为城市绿化建设提供参考.     

基于16S rRNA高通量测序的北运河水体及沉积物微生物群落组成对比分析

微生物群落在沉积物和水生态系统中的物质循环中发挥重要作用,是水生态系统与沉积物之间污染物质交换的桥梁.但非常规补给水源扰动和闸坝、衬砌截流为主的城市河道水体和沉积物微生物对比研究并不多见,基于此以高度人工化的北运河京津冀段为研究区域,尝试利用高通量测序结果对水体和沉积物微生物群落组成差异进行分析.结果表明,北运河沉积物较水体具有更高的微生物群落α多样性,β多样性则表现为水体中微生物群落较沉积物群落的相似性更高.变形杆菌门（Proteobacteria）丰度在水体与沉积物中无显著差异,且在两种生境条件下均为优势类群.α变形杆菌纲（α-Proteobacteria）、放线杆菌门（Actinobacteria）、蓝藻门（Cyanobacteria）和疣微菌门（Verrucomicrobia）在水体中的丰度较高,而γ变形杆菌纲（γ-Proteobacteria）、δ变形杆菌纲（δ-Proteobacteria）、绿弯菌门（Chloroflexi）、厚壁菌门（Firmicutes）和酸杆菌门（Acidobacteria）则在沉积物中有着更高丰度.好氧或兼性厌氧菌为主的水体类群和厌氧菌为主的沉积物类群体现出两者生境差异,沉积物中蕴含的病原菌存在二次释放到水体中的危险.研究结果为揭示高度人工化的、非常规补给水源补充下的和城市河道污染胁迫下的微生物群落变化机制提供科学依据.     

我国典型森林土壤微生物驱动的氮代谢途径特征解析

微生物介导的氮代谢途径对生态系统结构和功能稳定性的维持起着重要作用,阐明微生物群落与氮代谢途径之间的关系可以从微观水平上扩展对氮代谢途径的理解.然而,微生物的基因水平转移使得基于分类学的方法并不能说明两者之间的关系.有研究表明,功能性状影响着群落构建和生态系统功能,将基于功能性状的研究方法应用于土壤微生物能更好地说明氮代谢途径的特征.因此,本文选择5种我国典型森林土壤,包括黑土（黑龙江哈尔滨）、暗棕壤（吉林长白山）、黄棕壤（湖北武汉）、红壤（福建福州）和砖红壤（海南乐东）,利用可以量化微生物功能性状的宏基因组技术对不同森林土的氮代谢途径特征进行了研究,主要包括氨同化、硝酸盐异化还原、硝酸盐同化还原、反硝化、硝化、固氮和厌氧氨氧化过程.结果表明,细菌序列在宏基因组文库中占主导位置,占所有序列的98.02%,且所涉及的几种氮代谢途径在细菌中都被检测到.5种森林土有着相同的氮代谢途径特征,即氨同化是细菌中检出频率最高的氮代谢途径,每百万个带注释的细菌序列平均检测到2830个氨同化途径的功能基因,固氮和厌氧氨氧化代谢途径检出频率较低,每百万个序列分别只检测到28.3和10.7个功能基因.不同森林土壤中同一氮代谢过程可由不同的微生物参与,且负责整个氮代谢途径的微生物的群落结构不完全相同.     

松嫩平原芦苇湿地退化与修复过程中土壤细菌和甲烷代谢微生物的群落结构

湿地是全球CH₄重要的源与汇.受人为活动和气候条件影响,我国湿地退化严重,相关部门近年来已逐步开展湿地生态修复的工作.为研究湿地退化与修复过程中细菌和甲烷代谢微生物群落结构的响应,以松嫩平原芦苇湿地为研究对象,采集原始未退化芦苇湿地土壤、退化的和正在修复的芦苇湿地土壤,采用基于细菌16S rRNA基因、产甲烷菌mcrA基因和甲烷氧化菌pmoA基因的高通量测序技术研究细菌和甲烷代谢微生物的多样性和群落组成.结果表明,芦苇湿地退化导致土壤细菌和产甲烷菌的α多样性降低,甲烷氧化菌的α多样性升高,而细菌和产甲烷菌的α多样性与土壤含水率呈显著正相关关系,含水率越高的湿地土壤产甲烷菌的多样性也越高.原始未退化芦苇湿地土壤中细菌Rhizobiales和产甲烷菌Methanobacteriaceae的相对丰度较高;湿地退化导致根际促生菌Rhizobiales的相对丰度下降,致病菌Burkholderiaceae、耐污染细菌Sphingomonas、抗辐射细菌Rubrobacter以及Type Ⅰ型耐受极端环境的甲烷好氧氧化菌Methylobacter、Methylomonas和Methylococcus的相对丰度上升;正在修复的芦苇湿地土壤中细菌Bacillus和产甲烷菌Methanosarcinaceae、Methanomicrobiaceae以及Type Ⅱ型甲烷好氧氧化菌Methylocystis的相对丰度较高.因此,不同的芦苇湿地状态可以间接改变土壤性状进而改变湿地甲烷代谢菌群落结构.     

不同轮作休耕下潮土细菌群落结构特征

本研究旨在明确不同轮作休耕方式对潮土细菌群落的影响,为推动黄河下游冲积平原农田生态修复和促进农业绿色发展提供参考依据.以2018年开始的长期轮作休耕定位试验农田土壤为研究对象,采用Illumina MiSeq高通量测序技术,通过Tax4Fun细菌功能预测工具,分析4种轮作休耕方式（长期休耕、冬小麦-夏休耕、冬休耕-夏玉米和冬小麦-夏玉米周年轮作）定位条件下,土壤细菌群落结构与功能差异,并探究影响农田土壤细菌群落结构及功能变化的环境因子.结果表明,不同轮作休耕方式的土壤样本中共检测到细菌44门、146纲、338目、530科、965属和2073种;在0~20 cm和20~40 cm土层中,主要优势菌群同为放线菌门（Actinobacteria）、变形菌门（Proteobacteria）、酸杆菌门（Acidobacteria）和绿弯菌门（Chloroflexi）,但各主要优势菌群的相对丰度在不同轮作休耕方式中存在差异.0~20 cm土层季节性休耕（冬小麦-夏休耕和冬休耕-夏玉米）较麦玉周年轮作或连续两年休耕的土壤细菌群落更丰富且多样性程度更复杂,20~40 cm土层则表现出冬小麦-夏休耕的土壤细菌群落更丰富、多样性程度更复杂.通过Tax4Fun功能预测发现,不同轮作休耕土壤细菌具有一级功能代谢通路（pathway level 1）6类,二级功能代谢通路（pathway level 2）40类（其中18类相对丰度大于1.0%）,三级功能代谢通路（pathway level 3）264类;季节性休耕可提高参与新陈代谢、环境信息处理和遗传信息处理等有益细菌代谢通路的相对丰度.根据RDA分析,0~20 cm土层的土壤细菌群落受土壤含水率、全磷、有效磷、速效钾、pH和碳氮比影响显著（P<0.05）,20~40 cm受土壤全磷和有效磷影响显著（P<0.05）.由此可见,不同休耕方式可以改变土壤细菌群落结构、多样性及代谢功能,季节性休耕可以促进农田土壤生态系统的健康与稳定.