饮用水管网生物膜细菌群落特征及其对腐蚀的影响

通过454高通量测序对北方A和B两实际饮用水管网系统中生物膜细菌群落特征进行表征,并研究了其对管网腐蚀产物组成的影响。结果表明,A管网生物膜细菌群落丰度和多样性高于B管网生物膜。在门水平上,两管网生物膜细菌群落主要为变形菌门Proteobacteria,但B管网生物膜中的相对丰度（67.10%）高于A（46.50%）。在纲水平上,A管网生物膜主要为β-变形菌纲Betaproteobacteria,B管网生物膜中主要为β-变形菌纲Betaproteobacteria和δ-变形菌纲Deltaproteobacteria。在属水平上,A管网生物膜中腐蚀相关菌群主要为硝酸盐还原菌和铁还原菌,其腐蚀产物主要为α-FeOOH和Fe3O4,而B管网生物膜中硫酸盐还原菌特别是脱硫弧菌属Desulfovibrio含量较高,其可能与管垢中绿锈含量高有关。     

氧四环素的微生物燃料电池处理及微生物群落

氧四环素(OTC)作为一种广谱性抗生素而被大量使用,其滥用不仅直接破坏生态系统,更容易引起微生物耐药性和抗性基因污染等问题.本研究利用微生物燃料电池(MFC)处理OTC,研究OTC在MFC不同运行时期的去除率变化情况,发现在运行150 d后,MFC对10 mg·L-1OTC的去除率在132 h达到99.0%.利用高通量测序技术分析并比较了原始接种猪粪与运行150 d后MFC阳极生物膜的微生物群落结构,发现厚壁菌门(Firmicutes)处于优势地位,但相比于原始接种猪粪,MFC生物膜上的变形菌门(Proteobacteria)的丰度从2.84%提高至8.92%~22.75%,此外,真细菌属(Eubacterium)的比例从几乎为0.00%显著提高至20.49%~49.00%.根据现有研究报道,Eubacterium spp.对多种氧杂环芳香族化合物具有一定的生物降解能力,本研究表明Eubacterium spp.可能是一类具有较强OTC降解能力的功能微生物.     

智能化曝气控制A/O工艺活性污泥特性演化对内源反硝化脱氮的作用机制

将新型智能化曝气控制系统（automatic oxygen supply device,AOSD）应用于A/O工艺中,对比分析AOSD系统曝气模式控制下的A/O工艺（I-A/O）与常规曝气模式A/O工艺（C-A/O）对活性污泥驯化作用、微生物菌群的分布影响,深入探讨I-A/O活性污泥特性演化对内源反硝化脱氮的作用机制.结果表明I-A/O系统出水NH₄⁺-N、NO₂^--N出现一定积累效应,活性污泥在驯化过程中表现为更为显著的微膨胀,在外源碳素充盈状况下能更充分地将污泥混合液中的溶解性COD（SCOD）富集,将其转化为糖原（Gly）,并在外源碳素供应匮乏的状况下激发内源反硝化脱氮反应,内源反硝化速率（EDNR）平均可达0.83 mg·（L·h）^-1,超过C-A/O水平.通过Illumina HiSeq高通量测序技术对两系统污泥微生物群落结构解析：两系统污泥微生物群落多样性评估区别不明显,而I-A/O污泥中Candidate division TM7大量增殖是构成其丝状菌污泥微膨胀、Gly贮存能力提高的优势功能菌.AOSD的供氧模式使活性污泥特性与微生物群落在适应新环境上发生了特异性变化,好氧异养菌代谢活性下降,内源反硝化脱氮途径的强化使I-A/O实现了一种总体低氧需求的动态平衡状态.     

寒旱区湖泊沉积物中固氮微生物群落特征——以包头南海湖为例

为了探究寒旱区湖泊中固氮菌的地区差异性,利用固氮菌特异性功能基因nif H对南海湖沉积物中的固氮菌进行测定并分析其与环境因子之间的相互作用关系.结果表明：不同湖区优势固氮菌群落组成存在差异,整体上由3门（蓝藻门、厚壁菌门、变形菌门）10属（蓝藻菌属、着色菌属、梭菌属、鱼腥藻属、红螺菌属、厌氧粘细菌属、荚硫菌属、柱孢藻属、根瘤菌属、假单胞菌属）组成;寒旱区特有的冰封期长、紫外线照射强等环境条件导致沉积物中的主导固氮菌为蓝藻门下的微生物.冗余分析结果表明：较高的C/N和TP是固氮菌生存的必要营养条件,可以促进固氮反应的顺利进行,较高的TN和NH₃-N含量及较低的pH值会抑制表层沉积物部分固氮微生物的生长,较高的pH值尤其会抑制鱼腥藻属、荚硫菌属、蓝藻菌属、红螺菌属的生长.本研究通过探讨寒旱区固氮微生物在沉积物中的分布来研究固氮作用的潜在功能,进一步补充其在氮循环中的重要作用.     

第二代测序技术的发展及应用

基于双脱氧核苷酸末端终止测序法的第一代测序技术,由于其通量低、成本高的缺点,逐步被第二代测序技术取代。基于高通量测序的第二代测序技术由于其通量大、可定量、成本低廉的优点,在各个领域方面的研究越来越广泛。该文首先详细介绍了以454测序、Solexa测序和SOLiD测序为代表的第二代高通量测序技术的原理、方法,并将以这3种测序方法为基础构建的3种测序平台的优缺点、适用研究对象、测序精确度等进行了对比总结,然后对第二代测序技术目前在土壤、沉积物、人体、海洋和污水方面等领域的应用情况进行了介绍。最后,对第三代测序技术的发展作了相应展望。     

培养方式、外源物对混合菌群DDMY2脱色蒽醌染料RB19的影响

为寻找最佳培养条件及外源物强化蒽醌染料活性艳蓝19(RB19)的微生物脱色效果,同时探究最适外源物对微生物功能酶活性及群落结构的影响,以揭示其微观作用机制,以经茶叶渣驯化而来的混合菌群DDMY2为作用微生物,将其置于不同培养方式、不同外源物条件下(复合激活剂、不同氮源、碳源等)与RB19作用,并计算脱色率.通过酶活检测、高通量测序方法,研究在菌群DDMY2对RB19脱色过程中,复合激活剂A(Activator,A)对DDMY2主要功能酶活性和菌群结构的影响.结果表明,微氧条件下菌群DDMY2对RB19(200 mg/L)在72 h的脱色率达到80.25％,比富氧条件高36.37％.加入复合激活剂A能够有效提高脱色效率,且在初期促进作用明显,样品"DDMY2+A"在24 h的脱色率较样品DDMY2高出9.38％.酵母提取物为最佳外加氮源,而外加碳源对染料脱色效率无明显提升效果.同时,Mn2+和氧化还原介体ABTS(2,2'-联氮-双-3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)与复合激活剂A联用可使脱色效率进一步提升约5.41％.RB19的脱色效率与菌群胞外偶氮还原酶、醌还原酶活性有关,加入复合激活剂A可显著提高细菌胞外偶氮还原酶活性.高通量测序结果显示,与未加复合激活剂A的混合菌群DDMY2相比,加入复合激活剂A对混合菌群DDMY2群落结构有明显地影响,可使得肠杆菌属、产碱菌属等功能微生物更好地进行富集.因此适合的外源物(如酵母提取物、Mn2+和氧化还原介体ABTS、复合激活剂A等)能够显著提升菌群DDMY2对RB19的脱色效率,其微观作用机制主要是通过提高菌群功能酶活性及富集优势功能菌属以提高其脱色效率,为强化蒽醌染料微生物脱色效果提供新思路.     

MBR中微生物群落结构的演变与分析

为了揭示膜.生物反应器中微生物群落结构多样性的演变过程,通过细胞裂解法直接提取不同时期污泥中的基因组DNA,利用基于16SrDNA的PCR-DGGE技术获得了微生物群落的DNA特征指纹图谱,并对条带进行了统计分析和切胶测序,使用序列数据进行了同源性分析并建立了系统发育树.DGGE分析表明,在反应器运行前17d内污泥中微生物群落结构变化很大,与接种污泥的相似性系数下降到了29.2%,从而说明MBR中处理工艺和进水水质的改变导致微生物群落结构多样性降低.在试验过程中,Pscudomonas和Aeromonas hydrophila等种群一直保持着较为稳定的优势地位,也有原始种群如Bacillus sp.的消亡和以Enterococcus faecalis、Comamonas sp.、Fusobacterium sp.等为代表的次级种群的强化和演变.UPGMA聚类分析将DGGE图谱区分为3大类群并对应于各自的运行时期.测序结果表明,MBR中微生物菌群间进化距离较大,其中Proteobaeteria纲和Bacillus属细菌较多.在反应器运行后期演变为优势地位的菌群(如Comamonas sp.)加剧了膜污染物的产生和积累.     

羟胺对厌氧氨氧化污泥群落的影响

目前,由于厌氧氨氧化(anaerobic ammonium oxidation,ANAMMOX)过程具有高效率、低能耗和污泥量少的优点,在污水除氮方面具有广阔的应用前景.羟胺既是厌氧氨氧化代谢的中间产物,同时也是一种抑制剂,但是目前关于厌氧氨氧化细菌颗粒如何应对羟胺的压力还没有很好的解释.通过羟胺批次添加实验,发现在投加不同浓度的羟胺情况下(40～80mg·L~(-1)),厌氧氨氧化的反应活性受到了抑制作用,但是无法判断厌氧氨氧化细菌对羟胺的耐受阈值.然后基于实时荧光定量聚合酶链反应(RT-qPCR)技术检测了不同反应器内肼氧化酶(HZO)的mRNA的表达量,发现HZO酶的表达量随着羟胺浓度的增加出现先升高后降低的趋势,由此本研究推测相对于3.12g·L~(-1)的厌氧氨氧化颗粒污泥,其承受的羟胺浓度(以N计)阈值介于60～70mg·L~(-1).同时利用16S rRNA高通量测序的方法对反应器内的颗粒污泥微生物结构与功能进行分析,发现投加适量的羟胺(50mg·L~(-1))有助于增强颗粒污泥中细菌的细胞运动性,促进厌氧氨氧化细菌的组成,提供一个更佳的生态平衡.     

长江口近岸地区抗生素抗性基因与微生物群落分布特征

由于抗生素的大量使用,环境中微生物对抗生素的抗性不断增加,抗生素抗性基因(ARGs)问题越来越严重,严重威胁生态安全和人类健康.为研究长江口近岸地区水体和底泥沉积物中的ARGs和微生物群落的分布特征,通过野外调查采集了8个站点的水样和沉积物样本,对2种磺胺类抗性基因(sul1、sul2)、6种四环素类抗性基因(tetM、tetC、tetX、tetA、tetO、tetQ)、1种整合子基因intI1、16S rRNA基因和微生物群落进行检测分析.结果表明,长江口近岸地区10种抗性基因的检出率为100%.其中,整合子基因intI1和水样中多种ARGs呈显著正相关关系.变形菌门(Proteobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidota)是长江口近岸地区水环境中的优势菌门;Chloroplast为水体中的主要菌属,Chloroplast和Nitrospira为沉积物中的主要菌属.在水体中,硝化螺旋菌门(Nitrospirota)是4种四环素类抗性基因(tetX、tetA、tetO和tetQ)共同的潜在宿主;在沉积物中,Sva0485是sul1和intI1的共同潜在宿主.微生物群落的分布...     

高密度聚乙烯微塑料与氯嘧磺隆对大豆生长和根际细菌群落的复合胁迫效应

随着我国农业的大力发展，塑料地膜和农药被广泛投入到农业生产中，而塑料地膜降解形成的微塑料和农药在土壤中累积也带来诸多环境问题.目前微塑料与农药单一作用的环境生物学效应已有报道，但两者复合胁迫对作物生长和根际土壤细菌群落的影响研究较少.因此，设计高密度聚乙烯微塑料（HDPE，500目）与磺酰脲类除草剂代表品种氯嘧磺隆共处理，研究其对大豆生长的影响，并通过高通量测序技术、互作网络和PICRUSt2功能分析，探究HDPE和氯嘧磺隆复合胁迫对大豆根际土壤细菌群落多样性、结构组成、菌群网络和土壤功能的影响，阐明HDPE和氯嘧磺隆对大豆的复合毒性.结果表明1% HDPE处理延长氯嘧磺隆在土壤中的半衰期（由11.5 d升至14.3 d），并且HDPE和氯嘧磺隆复合胁迫较单一污染物对大豆生长的影响更为明显.HiSeq 2500测序表明复合胁迫下的大豆根际细菌群落由20个门、312个属组成，门和属的组成数量显著少于对照和单一处理，并降低具有潜在生物防治特性、植物促生特性等功能菌属的相对丰度（如Nocardioides和Sphingomonas等）.Alpha多样性表明复合胁迫显著降低大豆根际细菌群落的丰富度与多样性，Beta多样性则表明复合胁迫显著改变大豆根际细菌群落结构.组间样品LEfSe和PICRUSt2功能分析表明复合胁迫调控根际细菌群落的优势菌群，并减弱土壤氨基酸代谢、能量代谢和脂质代谢等二级功能层的丰度占比.由属水平网络分析推测复合胁迫降低土壤细菌间的总连接数和网络密度，使网络结构简单化，维持网络稳定的重要菌群种类也发生变化.研究结果表明HDPE和氯嘧磺隆复合胁迫显著影响大豆生长，并改变大豆根际细菌群落结构、土壤功能和网络结构，相较于单一处理，复合胁迫的潜在危害更大.研究结果可为评价聚乙烯微塑料和氯嘧磺隆生态风险，以及污染土壤修复提供指导.