胞外聚合物在生物膜同步去除/富集磷酸盐系统中的作用

以基于同步去除/富集磷酸盐的厌氧/好氧交替生物膜序批式反应器内生物膜为研究对象,研究了胞外聚合物（EPS）内磷含量形态及生物膜内微生物种群变化,探究EPS在生物膜去除/富集磷酸盐中的作用及其与微生物种群之间的联系.结果表明,生物膜反应器在厌氧外加COD为200 mg·L^-1的条件下富集到了磷浓度为120.95 mg·L^-1的富集液.EPS在生物膜吸/释磷过程中发挥重要作用,EPS磷含量占生物膜磷含量的69.16%~79.00%,³¹P核磁共振实验表明ortho-P为EPS内主要磷形态,占比为85.47%~88.60%.高通量测序结果表明生物膜内微生物种群变化明显,Candidatus_Competibacter为优势菌属,其丰度由1.23%增至38.87%,有利于形成更具粘性的EPS进而黏附在生物膜上,可能促进EPS在吸/释磷中发挥作用;暖绳菌科为优势聚磷菌,随实验温度升高,其丰度由5.29%减至4.90%.     

不同催花肥对莲雾根际土壤细菌群落多样性的影响

为了解在反季节催花期间不同催花肥处理下莲雾根际土壤细菌群落结构的影响,采用Illumina MiSeq高通量测序技术对细菌16S rRNA V3-V4区进行检测,并结合土壤理化性质,比较分析不施肥（CK）与两种不同浓度施肥处理组（IF组,即无机肥处理组;GM组,即羊粪有机肥处理组）下的根际土壤细菌群落结构多样性.结果表明:①所有样品中共检测到10 925个OTU（operational taxonomic unit,操作分类单元）,包括239 639条有效序列,可分为28个门411个属.②多样性指数分析显示,细菌群落多样性顺序为IFM（中浓度无机肥处理）> GML（低浓度羊粪有机肥处理）> IFL（低浓度无机肥处理）> GMM（中浓度羊粪有机肥处理）> CK（对照）> IFH（高浓度无机肥处理）> GMH（高浓度羊粪有机肥处理）.其中,酸杆菌门（Acidobacteria）、绿弯菌门（Chloroflexi）、变形菌门（Proteobacteria）、放线菌门（Actinobacteria）为主要菌群,所占比例超过总数的67.33%.③不同施肥条件下莲雾根际土壤细菌群落结构特征分析显示,CK、IF组和GM组所特有的OTU数量分别占总数的0.51%、7.08%和2.60%,表明不同肥料的添加对土壤细菌群落多样性产生一定的影响,在IFH和GMH处理下,酸杆菌门的Subgroup_2_norank属与绿弯菌门的JG37-AG-4_norank属的相对丰度最高,分别为13.13%和15.89%.④环境因子的相关性热图分析表明,装甲菌门（Armatimonadetes）、硝化螺旋菌门（Nitrospirae）、酸杆菌门、放线菌门、厚壁菌门（Firmicutes）这五类菌群与不同环境因子的显著性关系如下:装甲菌门群落结构与pH呈现出极显著正相关,硝化螺旋菌门群落结构分别与w（TN）和w（有机质）呈现出显著负相关,酸杆菌门群落结构与w（速效磷）呈现出显著负相关,放线菌门群落结构与w（速效磷）呈现出显著正相关,厚壁菌门群落结构分别与w（速效磷）和w（速效钾）呈现出极显著正相关.研究显示,适量施加无机肥或羊粪有机肥,可以显著提高土壤细菌的丰度和多样性,有利于土壤生态环境的改良与维系.      

CANON工艺处理猪场沼液的启动及微生物种群结构分析

在连续流合建式反应器内接种普通活性污泥,以实际猪场沼液作为进水,保持温度为(30±1)℃,控制低溶解氧(DO浓度为(0.5±0.1)mg·L~(-1)),通过分阶段提高氨氮浓度的方式启动CANON(Completely autotrophic nitrogen removal over nitrite)工艺,同时采用高通量测序技术对反应器启动前后的微生物种群结构进行分析.结果表明,反应器可在210 d实现成功启动CANON工艺,启动成功后,当猪场沼液进水氨氮浓度为450 mg·L~(-1)时,氨氮和总氮的去除率分别达到69.8%和61.1%;出水(NO_3~--N+NO_2~--N)/ΔNH_4~+接近0.11.同时,CANON工艺启动成功后,微生物种群结构发生了很大的变化:其优势菌门为变形菌门(Proteobacteria)(36.16%)、绿弯菌门(Chloroflexi)(14.22%)、浮霉菌门(Planctomycetes)(11.07%)、酸杆菌门(Acidobacteria)(10.41%)和绿菌门(Chlorobi)(12.82%);与脱氮功能相关的菌属为Candidatus_Brocadia (ANAMMOX菌)、Nitrosomonas(AOB菌)、Comamonadaceae(反硝化菌)和Xanthomonadaceae(反硝化菌)等.     

DNBF-O3-GAC组合工艺深度脱除氮磷及代谢产物

为提高污水厂尾水水质,本研究采用新型缓释碳源复配海绵铁、活性炭作为反硝化生物滤池的复合填料,分别以模拟二级处理出水和实际污水厂尾水为进水,考察了复合缓释碳源填料反硝化生物滤池-臭氧-活性炭(DNBF-O_3-GAC)组合工艺同步脱氮除磷及去除微生物代谢产物的性能,并借助Mi Seq高通量测序技术分析了反硝化生物滤池生物膜中的微生物群落结构特征.结果表明,组合工艺取得了较好的脱氮除磷及微生物代谢产物的效果:模拟配水阶段和实际尾水阶段NO_3~--N平均去除率分别达到88.87%、79.99%;TP平均去除率分别达到87.67%、65.51%;UV254平均去除率分别达到45.51%、49.23%.组合工艺各处理单元具有不同的功能:NO_3~--N、TN、TP、TFe的变化主要发生在反硝化生物滤池反应器中;UV254、三维荧光强度的变化主要发生在臭氧-活性炭反应器中.微生物在属水平进行聚类分析结果表明,反硝化脱氮系统存在硫自养反硝化菌和异养反硝化菌,当实际尾水阶段碳源相对不足时,硫自养反硝化作用有了显著加强,Thiobacillus(硫杆菌属)的占比由7.44%上升至29.62%,硫自养反硝化与异养反硝化形成的这种互补作用延长了新型缓释碳源的使用周期.     

不同气候类型下污水厂活性污泥中微生物群落比较

污水处理厂的微生物群落对于水质净化十分关键,这关系到公众饮水安全和环境健康.探究中国不同气候下,污水厂微生物群落结构和多样性的变化趋势及其主要环境影响因子.应用荟萃分析方法,筛选公开数据库中采用16S rRNA基因Illumina MiSeq高通量测序技术的样品,分析中国3种气候类型（Dwa、Cfa和Cwa）下污水厂微生物群落结构和多样性变化趋势,采用凝聚力模型分析不同气候类型污水厂微生物群落的核心菌群及其相互作用,并采用分段结构方程模型（PSEM）分析不同气候类型对微生物群落结构及其多样性的影响.3种气候类型下,污水厂微生物群落结构和多样性显著不同,其群落主要受进水的水温、pH、电导率和氮浓度影响.PSEM分析发现在较大空间尺度上,纬度改变可直接影响微生物群落β多样性,而纬度改变则通过改变混合液电导率和水温来间接影响微生物群落α多样性.凝聚力模型分析发现,微生物群落稳定性在Dwa气候下最高,在Cfa气候其次,此时微生物群落通过增强一小部分关键物种间的负凝聚力来增强群落稳定性.而Cwa气候下微生物群落稳定性较低,不存在具有较强负凝聚力的关键物种.污水处理厂微生物群落结构、多样性和稳定性对气候类型敏感,其群落α多样性和β多样性对纬度变化的响应机制存在较大不同.     

镉胁迫对芒草根际细菌群落结构、共发生网络和功能的影响

芒草（Miscanthus）作为第二代能源植物,已用于重金属污染土壤修复研究,但目前该过程中土壤细菌群落组成和功能研究开展较少.以芒草品种南荻（M.saccariflorus）为研究对象,通过高通量测序结合分子生态网络分析和PICRUSt功能预测,分析研究100 mg·kg^-1 Cd的胁迫对芒草根际细菌群落组成、共发生网络和功能的影响.MiSeq测序表明芒草根际细菌群落由32个门和425个属的细菌组成,包含鞘氨醇单胞菌属（Sphingomonas）、芽孢杆菌属（Bacillus）、芽单胞菌属（Gemmatimonas）和链霉菌属（Streptomyces）等植物促生细菌（PGPR）种群.相似性分析（ANOSIM）和非参数多元方差分析（Adonis）表明,Cd的添加能显著影响芒草根际细菌群落组成,降低其群落多样性.同时分子生态网络分析表明Cd的添加降低了芒草根际细菌之间的相互作用,导致其网络结构更为简单;降低了网络缓冲环境变化的能力;提高了负相关连线数,使根际细菌物种之间的竞争关系更强;改变关键细菌组成.PICRUSt功能预测分析表明Cd的胁迫降低了芒草根际土壤细菌功能.本研究初步分析了芒草根际细菌群落组成及其对镉胁迫的响应,为后续调控芒草修复效率提供了基础.     

会仙岩溶湿地、稻田与旱地土壤细菌群落结构特征比较

为了探究土地利用变化对湿地系统土壤细菌的影响,以会仙天然湿地、稻田和旱地这3种土地利用方式的耕层土壤(0～20cm)作为研究对象,利用高通量测序技术对土壤细菌群落的α多样性、物种组成和丰度进行分析,并结合土壤理化性质探讨影响细菌群落结构的环境因素.结果表明,会仙湿地系统土壤中存在的细菌隶属于49个门和145个纲.其中,稻田土壤细菌的Shannon指数显著较高;天然湿地土壤细菌的Simpson指数显著较低.在会仙湿地系统土壤的优势菌门(operational taxonomic units,OTUs 1%)中,天然湿地的优势菌门为变形菌门(52. 15%)、放线菌门(15. 16%)和酸杆菌门(8. 80%);稻田的优势菌门为变形菌门(45. 79%)、酸杆菌门(17. 20%)和绿弯菌门(11. 75%);旱地的优势菌门为变形菌门(51. 42%)、酸杆菌门(15. 51%)和绿弯菌门(7. 43%).在优势菌纲(OTUs 1%)中,天然湿地的优势菌纲为α-变形菌纲(17. 98%)、β-变形菌纲(13. 72%)和放线菌纲(13. 13%);稻田的优势菌纲为酸杆菌纲(14. 35%)、β-变形菌纲(13. 37%)和δ-变形菌纲(12. 02%);旱地的优势菌纲为α-变形菌纲(19. 44%)、β-变形菌纲(13. 30%)和酸杆菌纲(13. 03%).在优势的OTUs中( 0. 3%),天然湿地的优势菌属是Sphingomonas(OTU2和59)、Micromonospora(OTU5、24和50487)、Gemmatimonas(OTU1)和Stenotrophomonas(OTU8);稻田的优势菌属是Lysobacter(OTU4和115)和Aquabacterium(OTU33);旱地的优势菌属是Sphingomonas(OTU85、157和2916)、Rhodanobacter(OTU19和52)和Phenlobacterium(OTU60).聚类热图分析显示,3种土地利用下的土壤细菌群落结构差异极其显著.冗余分析结果显示,土壤细菌分布差异主要与p H、土壤总有机碳(SOC)、全氮(TN)、碱解氮(AN)、交换性镁、交换性钙、可溶性有机碳(DOC)和速效磷(AP)等生态因子显著相关(P 0. 05).以上研究结果表明,土地利用方式变化能显著改变会仙湿地土壤的细菌群落结构.     

石家庄市春季景观水体nirS型反硝化细菌群落特征分析

选取石家庄市主城区4个典型景观水体作为研究对象,在对水体水质特征分析的基础上,运用Illumina高通量测序技术对景观水体中的nir S型反硝化细菌种群结构和多样性进行测定,探究春季景观水体水质与nir S型反硝化细菌群落的相互关系.结果表明,4个景观水体中氮素含量为4. 43～13. 83 mg·L-1,氮素污染较严重;基于三维荧光光谱的特征指数分析,4个景观水体均呈现出较强的自生源及弱腐殖质特征; Illumina高通量测序结果表明,不同景观水体中nir S型反硝化细菌大多为变形菌门,在优势菌属上差异显著; unclassified_Bacteria(53. 52%)、假单胞菌(Pseudomonas)(60. 48%)和红杆菌属(Rhodobacter)(46. 94%)分别为裕西、水上和长安公园水体中的优势菌属,unclassified_Bacteria(36. 19%)和unclassified_Proteobacteria(23. 44%)为世纪公园水体中的优势菌属;冗余分析(RDA)结果表明,裕西公园反硝化细菌主要受硝氮、总氮和溶解氧的影响,水上公园反硝化细菌受总磷的影响较大,长安公园反硝化细菌主要受氨氮和亚硝氮的影响,世纪公园反硝化受总磷、亚硝氮和氨氮的影响较大.综上表明,春季不同景观水体的水质以及nir S型反硝化细菌的群落结构差异显著,通过开展景观水体水质、反硝化群落以及影响因素的研究,有助于对城市水系的水质特征以及反硝化群落结构的认识,对基于该水质特征的高效反硝化菌剂的研发具有指导意义.     

ITS高通量测序研究黄海微型真核浮游生物多样性及分布特征

微型真核浮游生物是海洋生物群落的重要组成部分,对维持海洋生态系统的稳定发挥着重要的作用.本研究对黄海水环境样本的标记基因ITS进行Illumina高通量测序,探讨了黄海微型真核浮游生物的多样性及群落结构特征,并分析了其与环境因子之间的关系.结果表明:(1)基于标记基因ITS的高通量测序技术可获得较丰富的真菌、浮游植物、浮游动物种类,其中真菌OTUs浮游植物OTUs浮游动物OTUs,真菌reads数浮游动物reads数浮游植物reads数.(2)不同水域微型浮游生物的物种丰度及多样性程度不同,Ace指数及Chao1指数表现为南黄海北黄海东海北部冷水团,Simpson指数及Shannon-Wiener指数表现为东海北部北黄海南黄海冷水团,冷水团水域的物种丰度及多样性最低.(3)随着温度的升高,真菌、浮游植物、浮游动物reads数、OTUs均呈现出上升的趋势;随着盐度的增加,真菌的reads数、OTUs升高,而浮游植物、浮游动物的reads数、OTUs下降,其中浮游植物的reads数、OTUs显著下降(P0.05);在北纬30°~40°范围内,随着纬度的升高,真菌、浮游动物的Shannon-Wiener指数上升,而浮游植物Shannon-Wiener指数下降;与海岸线的距离越大,真菌、浮游植物、浮游动物Shannon-Wiener指数越低.本研究首次以ITS为扩增子高通量测序研究海洋微型真核浮游生物,丰富了微型真核浮游生物的认识,揭示了高通量测序技术在该海域研究的可行性,为其他海域微型真核浮游生物的研究提供了借鉴.     

甲烷生物燃料电池的产电影响因素及机制研究

考察了阳极电极材料、电极面积、电极电位、pH、阴极电子受体对甲烷生物燃料电池（MFC）产电性能的影响,并通过高通量测序、循环伏安法（CV）分析了其可能的电催化机制.结果表明,透气布/碳布（GTC）复合材料为阳极时产电性能（1251.3 mA·m^-2）最佳,分别是石墨烯/中空纤维膜（G-HFM）阳极（34.8 mA·m^-2）和碳布（CC）阳极（3.21 mA·m^-2）的36倍和390倍;阳极面积越大,MFC启动时间越快,电流密度越大;当电极恒电位为0.1 V （vs.SHE）时,其产电能力较-0.1、+0.3及+0.5 V时高;pH=7最有利于产电;溶解氧为MFC阴极电子受体时,最大功2率密度（703.9 mW·m^-2）优于铁氰化钾（457.2 mW·m^-2）、空气阴极（124.2 mW·m^-2）和高锰酸钾（20.7 mW·m^-2）作为电子受体的MFC.阳极室微生物群落结构分析显示,电活性细菌Geobacter（17.14%）和Desulfovibrio（8.51%）为优势种,其产电机理可能是甲烷氧化菌（Methanobacterium、Methylomicrobium等）与电活性细菌协同氧化甲烷驱动MFC产电.添加NO气体、N-乙酰蛋氨酸和蛋白酶K均可明显抑制阳极生物膜的电化学活性,表明其胞外电子传递过程依赖细胞色素c、Ni-Fe氢酶及与电极接触的外膜蛋白的介导作用.