滆湖底泥细菌群落结构及多样性

2015年11月中旬采集常州滆湖底泥及水样,在滆湖水体及底泥现状分析的基础上,采用高通量测序技术对底泥细菌的16S rRNA基因进行序列测定,对底泥细菌群落结构及多样性进行研究.结果显示:滆湖水质整体呈富营养化状态,殷村港、湖北区为轻度富营养化,繁保区、塘门沟为中度富营养化.底泥细菌测得总OTUs(Operational Taxonomic Units)数为6157,多样性高.滆湖底泥细菌隶属26门38纲141属,其中以Proteobacteria、Chloroflexi、Deltaproteobacteria、Betaproteobacteria和Deltaproteobacteriawei为主,并含有少量丰度的Planctomycetacia、Alphaproteobacteria、Thiobacillus、Polynucleobacter和Geobacter等.研究发现,Firmicutes和Alphaproteobacteria丰度与富营养化指数呈显著正相关,而Betaproteobacteria、Actinobacteria和Bacteroidetes丰度与富营养化指数呈显著负相关,即富营养化程度越高,Firmicutes和Alphaproteobacteria丰度也越大,Betaproteobacteria、Bacteroidete和Actinobacterias丰度则越小.     

SBR反应器厌氧氨氧化系统启动过程中细菌群落结构的变化

以白洋淀岸边带沉积物为接种污泥,启动了SBR厌氧氨氧化反应器.对反应器启动过程中的进出水水质进行了连续监测,并采用PCRDGGE、定量PCR和基因测序等分子生物学技术研究了系统内总细菌和厌氧氨氧化(ANAMMOX)细菌群落结构随培养时间的变化规律.结果表明:在启动过程中,总微生物菌群动态变化水平为26.6%~50.5%;微生物多样性先变小后增大,优势菌种得到重新分布;ANAMMOX细菌的群落结构变得单一化,最后系统的优势ANAMMOX细菌是Brocadia属.富集培养阶段SBR系统中ANAMMOX细菌的最大生物量达到了1.73×109copies·g~(-1)干污泥,而且总氮的去除率最高达到约82%.     

我国北方四类土壤中氨氧化古菌和氨氧化细菌的活性及对氨氧化的贡献

氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea,AOA)与氨氧化细菌(ammonia-oxidizing bacteria,AOB)是目前已知的两类好氧氨氧化微生物,广泛分布于各类生态系统中.采用双氰胺(dicyandiamide;DCD)和1-辛炔(1-octyne)抑制剂的方法对我国北方湿地、草原、农田、沙漠4类生态系统的土壤中AOA和AOB的氨氧化速率(ammonia oxidation rate,AR)分别进行定量测定,剖析AOA、AOB对不同土壤中氨氧化的贡献.结果表明:在氨氮含量较高的湿地土壤((32.58±1.38)mg·kg~(-1))中氨氧化速率由AOB主导(ARAOB占AR的86.19%),而在氨氮含量较低的草原土壤((10.40±0.69)mg·kg~(-1))、农田土壤((5.09±0.25)mg·kg~(-1))中氨氧化速率则由AOA主导(ARAOA分别占AR的65.50%、62.20%).氨氮含量是影响AOA、AOB相对活性的主要限制性因素.湿地土壤中氨氧化速率最高,为3.22 mg·kg~(-1)·d~(-1)(以N计),其次是草原土壤和农田土壤,其AR分别为1.11、1.00 mg·kg~(-1)·d~(-1),沙漠土壤中未检测到氨氧化速率.对氨氧化古菌、细菌的amoA基因进行定量分析的结果表明:在氨氮含量最高的湿地土壤和最低的沙漠土壤((1.27±0.05)mg·kg~(-1))中AOA丰度高于AOB丰度,在草原、农田土壤中AOB丰度高于AOA丰度.amoA基因生物多样性分析表明,377个古菌amoA序列以85%相似度可以划分为19个独立操作单元(operational taxonomic unit,OTU),具有较高的生物多样性,其Shannon指数为1.51~1.73.直接通过氨氧化微生物amoA基因丰度来推测AOA、AOB的活性具有一定的缺陷,而依靠AOA、AOB分别的氨氧化速率能够准确地衡量其在不同生态系统中对氨氮去除的相对贡献,对于理解不同生态系统中氨氮去除过程和效应有着重要的意义.     

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.     

外源环烷酸在土壤中的降解过程及对微生物群落结构的影响

环烷酸类物质(naphthenic acids,NAs)是石油中的一种天然成分,所占质量分数约为2%,是除多环芳烃外最具生态毒性的石油污染物.随着能源需求的增长,大量NAs通过石油工业的各个过程进入土壤环境中,对人类健康和生态系统造成了巨大的潜在威胁.然而,目前对外源NAs在土壤中的降解过程及其对微生物群落结构的影响等研究较少.本研究以自然洁净土壤为样本,通过添加180 mg·kg~(-1)高浓度NAs,并借助液相色谱、高通量测序等技术探究了土壤中NAs的降解过程及微生物群落动态变化.研究发现,自然洁净土壤对高浓度NAs降解能力较强,5 d内降解量达到50%,15 d后稳定在80%左右,但NAs含量低于42 mg·kg~(-1)后难以被生物利用;NAs污染明显改变了土壤细菌群落结构,土样中特有OTU数目增加,主要分布在未鉴定门、变形菌门(Proteobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes);高含量NAs污染胁迫下,拟杆菌门、酸杆菌门(Acidobacteria)及变形菌门中的γ变形菌纲(γ-Proteobacteria)物种丰度在短期内迅速升高,显示了较强耐受性,是潜在的NAs降解菌,而放线菌门(Actinobacteria)相对丰度则大幅下降,降幅高达24.8%;研究结果揭示了外源NAs在土壤中的降解过程及对微生物群落结构的影响,为石油污染土壤的生态修复提供了科学支持.     

降温过程中生物膜CANON反应器的运行特征

本文以低温高氨氮废水为着眼点,通过不断地调节运行工况,探讨降温过程中全程自养脱氮(CANON)工艺的运行特征,以探索出低温环境下进水NH_4~+-N浓度较高时,CANON工艺获得稳定短程硝化和良好脱氮效果的方法.结果表明:①相较于直接将生物膜CANON反应器的温度条件由中温转变为低温(30℃±1℃→19℃),逐步降温驯化更有利于脱氮功能菌适应低温环境,且每次降温的幅度应尽量减小,同时还应配合运行工况的调节;②温度经25 d逐步降低至19℃左右,18 d后又继续降至15℃左右,NH_4~+-N和TN去除率均能分别长期稳定在90%、70%以上,甚至当温度下降至12℃时,TN去除率与去除负荷仍能分别达到72. 52%、0. 78 kg·(m~3·d)~(-1);③降温过程中驯化生物膜CANON污泥时,应优先考虑短程硝化控制.可通过维持一定的剩余NH_4~+-N浓度并严格控制DO浓度,以抑制NOB的活性,从而获得稳定的短程硝化效果.     

光合细菌提高污染土壤中酶活性的研究

研究了不同理化因素对光合细菌球形红细菌(Rhodobacter sphaeroides)提高铅、镉和呋喃丹复合污染土壤酶活性的影响.结果表明,该菌株提高过氧化氢酶和脲酶活性的最佳条件均为:pH 7、温度30℃及加菌置108个/g.在最佳条件下,过氧化氢酶和脲酶的活性分别相对提高3.17%和53.26%.因此,光合细菌能...     

太湖梅梁湾附生细菌和游离细菌群落结构分析

细菌是浮游藻类群落结构重要的生物调节因子之一.采用PCR-DGGE技术研究太湖梅梁湾水域的菌群结构,主要分析水华发展阶段和暴发阶段该水域附生细菌和游离细菌的群落结构,以获得富营养化水体更丰富的微生态信息,探讨附生细菌和游离细菌在水华过程中可能具有的重要生态功能.结果表明,附生菌群结构简单,具有较高的时空稳定性,是水华发展阶段的优势菌群,其优势种群主要为α-proteobacteria和γ-proteobacteria;比较而言,游离菌群具有明显的时间差异性,水华发展阶段的种群多样性非常低,水华暴发阶段的则相当高,从而成为这一时期的优势菌群,以Actinobacteria和α-proteobacteria为主.此外,在水华发展与暴发阶段均发现淡水水体中较为罕见的SAR11种群,且这类细菌在附生菌群和游离菌群中均可检测到.     

一株中度嗜盐淀粉酶产生菌的分离鉴定及酶活测定

为开发极端环境工业用酶,从新疆盐碱土微生物中分离得到一株中度嗜盐高产淀粉酶活性菌株H3,其能耐受30%盐浓度和pH 11的极端环境.通过形态特征、生理生化实验及16S rRNA基因序列分析,确定H3属于Gracilibacillus属.该菌株能在盐浓度为0~30%的培养基上生长,最适生长盐浓度为5%~10%,最适pH值为8.5.在最适生长盐浓度、pH条件下,其淀粉酶活性可达到4 830个活力单位,可用于高盐高碱环境下淀粉的水解.     

转Bt基因玉米种植对土壤细菌数量及多样性的影响

利用三室根箱装置获得玉米生长室土壤(S I)、根际土(SⅡ)、非根际土(SⅢ)3个不同根区土壤,采用传统平板计数培养与变性梯度凝胶电泳(DGGE)技术相结合的方法,研究了转基因玉米Btll及其非转基因亲本在播种后40、50、60 d各根区土壤细菌数量及多样性的变化.结果表明,转Bt基因玉米播种后50、60 d S I根区土壤可培养细菌数量显著低于非转基因亲本,播种后40、50 d SⅡ根区土壤可培养细菌数量较亲本玉米显著增加,而在其他时期和根区与亲本玉米之间均无显著差异.DGGE图谱显示,3个采样时期各根区DGGE图谱条带数、土壤细菌多样性指数和均匀度指数均无显著差异(P＞0.05).