同步去除并富集磷酸盐生物膜驯化过程中微生物种群分析

本实验以同步去除并回收高浓度磷酸盐溶液为目标,开展了以挂式尼龙为生物载体的生物膜驯化培养聚磷菌的人工配水实验研究.通过扫描电镜(SEM)和Illumina MiSeq高通量测序分析技术研究了生物膜驯化过程中生物膜内菌群形态、优势菌及物种多样性变化并验证了短时间内在该常规生物膜上回收高浓度磷酸盐的可行性.反应器运行10 d后挂膜成功,COD出水50 mg·L~(-1)以下,出水磷浓度接近于零,磷去除率95%以上,并在该水平上稳定运行40 d.SEM结果显示50 d时微生物菌落均匀饱满,外形规则,轮廓清晰,成球状.MiSeq高通量测序发现优势菌门包括变形菌门(Proteobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、放线菌门(Actinobacteria)、Ignavibacteriae门、硝化螺旋菌门(Nitrospirae).其中变形菌门从47%增长至58%,占主导地位.而优势聚磷菌为Rhodocyclaceae,从17.9%增长至28.9%.回收阶段,通过提高进水磷酸盐浓度和厌氧阶段溶液中COD浓度,富磷溶液浓度从40 mg·L~(-1)升高到82 mg·L~(-1),在生物膜上实现磷酸盐的富集,并且浓度满足鸟粪石法磷回收的要求.     

不同沼灌年限稻田土壤微生物群落分析

为了探明不同沼灌年限稻田耕层土壤微生物群落多样性变化,明确稻田耕层土壤微生物群落多样性对不同沼灌年限的响应,本文原位系统采集了不同沼灌年限的稻田土壤,并采用高通量测序技术对不同沼灌年限稻田土壤的微生物群落结构进行了分析.结果表明,随着沼灌年限的增加,土壤pH值逐渐下降,有机质、硝态氮、磷酸盐等养分逐渐累积.沼灌不利于水稻产量的形成.高通量测序技术较全面和准确地反映了不同沼灌年限稻田土壤微生物群落结构在门、纲、目、科、属这5个水平上的分布,在沼灌稻田微生物群落多样性的表征方面具有明显的优势.随着沼灌年限的增加,稻田土壤微生物群落的物种丰富度逐渐降低,微生物群落的多样性也逐渐降低.典型对应分析的结果表明,土壤溶解性有机碳(F=2.67,P=0.09)是影响沼灌稻田土壤微生物群落结构的主要环境因子.     

澜沧江流域浮游细菌群落结构特征及驱动因子分析

为探究澜沧江流域的浮游细菌群落结构特征及驱动因子,应用16S rRNA高通量测序技术,分析了2017年2月澜沧江流域浮游细菌群落结构特征,并采用Pearson相关性分析(Pearson correlation analysis)和冗余分析(RDA)识别了澜沧江自然河道段和水库段浮游细菌群落结构变化的关键环境因子.结果表明,自然河道段ACE指数和Shannon指数均高于水库段,造成自然河道段和水库段浮游细菌多样性变化的主要环境因子为水温(WT)、溶解氧(DO)、浊度(Tur)、高锰酸盐指数(permanganate index)、p H和总氮(TN).对16S rRNA V3和V4测序,得到用于物种分类的OTU数共26772,涵盖了浮游细菌群落共45门,965属.菌群分类发现,变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、厚壁菌门(Firmicutes)和放线菌门(Actinobacteria)为优势门,其中变形菌门(Proteobacteria)含量相对丰富,占细菌群落的36%~94%.澜沧江流域变形菌门(Proteobacteria)主要包括α-变形菌纲(α-Proteobacteria)、β-变形菌纲(β-Proteobacteria)和γ-变形菌纲(γ-Proteobacteria),分别占变形菌门(Proteobacteria)的比例为0.39%~21.56%、0.39%~55.80%和31.09%~99.18%.澜沧江水体浮游细菌群落空间差异明显,影响浮游细菌群落结构变化的环境因子主要为WT、高锰酸盐指数、Tur、DO和TN.自然河道段和水库段影响浮游细菌群落结构的环境因子不同,DO和Tur是影响自然河道段浮游细菌群落结构的关键环境因子,而水库段浮游细菌群落结构主要受WT、高锰酸盐指数和TN的影响.     

ABR-MBR组合工艺短程硝化过程的微生物种群

采用Miseq高通量测序技术研究氨氮进水负荷对ABR-MBR组合工艺MBR池中微生物种群的丰度及优势菌群的影响.结果表明,温度为28~32℃、pH值为7.1~7.4、DO为0.5~1mg/L并逐步提高氨氮进水负荷的条件下,可以使氨氧化菌（AOB）大量富集,并抑制亚硝酸盐氧化菌（NOB）的活性,从而实现短程硝化的稳定运行.在氨氮进水负荷为0.94kg/（m³·d）时,平均亚硝酸盐积累率达到60%以上,氨氮去除率稳定在90%.在系统运行过程中,变形菌门是系统中的优势菌门,Nitrosomonas的相对丰度由4.97%升至22.56%,硝化螺菌属的相对丰度为0.06%~2.12%.因此,ABR-MBR组合工艺短程硝化过程中亚硝酸盐积累率与AOB的活性、相对丰度密切相关,即AOB的大量富集可以有效实现短程硝化,而NOB的小幅度增长不会影响短程硝化的实现.系统中微生物种群的多样性和功能微生物的结构稳定性保证了ABR-MBR工艺具有稳定和较好的处理效果.     

北仑河口红树林沉积物微生物在潮间带的分布状况

以16S rRNA基因为分子标记,通过高通量测序方法分析了广西北仑河口高、中和低3个潮间带中红树林沉积物微生物群落结构。结果表明:北仑河口潮间带红树林沉积物中微生物多样性丰富,微生物Shannon指数变化范围在10.2~10.4之间。潮间带红树林微生物优势类群为Proteobacteria,Chloroflexi,Bacteroidetes,Planctomycetes和Acidobacteria。OTUs的维恩图表明3个潮间带中红树林微生物组成相似性较高。然而,热图和三相图分析发现潮间带的微生物种属特异性具有差异。高通量测序还发现北仑河口红树林中存在一些微生物参与有机物污染物降解和碳氮等元素循环。     

处理番茄酱加工废水的活性污泥颗粒化过程

为解决新疆番茄酱加工废水排放量大、处理效果参差不齐的情况,在SBR（序批式反应器）中接种絮体污泥,以人工合成番茄酱加工废水为基质成功培养出粒径为0.50~1.61 mm的好氧颗粒污泥,并采用扫描电镜、三维荧光光谱（3D EEM）、激光共聚焦（CLSM）、死活细菌染色以及高通量测序等技术表征活性污泥的颗粒化过程.结果表明,颗粒污泥沉降性能良好,COD_Cr、NH₄+-N、PO₄3--P的平均去除率分别为90%、85%、45%.扫描电镜下,椭球状的颗粒污泥轮廓清晰,结构密实.蛋白质在颗粒化过程中逐渐增加,α-多糖、β-多糖和蛋白质贯穿整个颗粒截面,在颗粒中分布广泛,构成了颗粒的骨架.颗粒内部的孔隙为溶解氧和营养物质传递提供了条件,因此活细菌则更多地靠近颗粒边缘及内部的孔隙周围,并包裹着死细菌.颗粒化过程中,微生物的丰富度和均匀性逐渐上升,物种多样性也不断变化,Chao1指数先由515.26降至444.30后又增至526.72,Shannon-Wiener指数由2.81增至5.45.优势降解菌拟杆菌和变形菌相对丰度不断发生变化,拟杆菌由8.85%增至45.95%,而变形菌由78.17%逐渐减至36.66%.研究显示,不同的细菌种群之间的相互作用对有机物的降解以及反应体系的稳定起到重要的作用.      

小麦抗禾谷类根线虫基因Rkn-mnl 的SCAR标记

将2个与小麦抗禾谷类根线虫基因Rkn-mnl紧密连锁的RAPD标记分别克隆、测序，根据测序结果设计两对特异PCR引物，通过SCAR-PCR反应条件优化，成功地将特异RAPD标记OPYl6-1065转换成了稳定的SCAR标记．图4参14     

巢湖完全氨氧化细菌的丰度、群落结构及其影响因素研究

完全氨氧化过程（complete ammonia oxidation, comammox）的发现使研究者们对硝化作用和氮循环都有了新的认识.本研究选取巢湖冬夏季表层（0~10 cm）沉积物样品,运用高通量测序、实时定量PCR等分子生物学技术对comammox细菌的丰度和群落结构进行研究.结果表明：基于amoA基因的comammox细菌的丰度为（5.20±0.72）×10⁶~（4.06±1.23）×10⁷ copies·g^-1;氨氧化古菌的丰度为（5.39±1.01）×10⁵~（1.60±0.18）×10⁷ copies·g^-1;氨氧化细菌的丰度为（6.16±1.57）×10⁵~（4.30±0.19）×10⁶ copies·g^-1.comammox细菌的绝对丰度显著高于氨氧化古菌和氨氧化细菌.多样性分析表明冬季巢湖表层沉积物中的comammox细菌的物种多样性大于夏季.其中Candidatus Nitrospira nitrificans、Candidatus Nitrospira nitrosa和Candidatus Nitrospira inopinata的相对丰度最高占比分别为78.72%、49.80%和6.28%,且夏季样点中Candidatus Nitrospira inopinata的相对丰度显著高于冬季样点.主坐标分析（Principle Coordinate Analysis, PcoA）结果表明,comammox细菌的群落结构具有明显的时间异质性.理化因子中,NH₄⁺和NO₃^-与comammox细菌的丰度呈负相关关系.本研究在一定程度上揭示了comammox细菌的丰度、群落组成、多样性及其与理化因子的关系.     

调水和季节变化对河流沉积物古菌群落的影响

采用高通量测序方法分析了汾河引黄河段沉积物中古菌群落的组成、相对丰度、多样性,及其与环境因子之间的相关性,揭示引黄调水和季节变化对古菌群落结构的影响.结果表明：冬季时水体SO₄^2-、Cl^-、Na⁺、K⁺等离子浓度、EC、TDS （总溶解固体含量）、沉积物碱解氮和速效磷含量是影响古菌群落结构的主要环境因子,夏季时沉积物pH值、有机质和速效磷含量是主要环境因子.黄河水汇入后河流沉积物中出现了上游未检测到的古菌类群,如TMEG （norank_f_Terrestrial_Miscellaneous_Group）、洛基古菌等.引黄还可以使甲烷杆菌和海洋古菌等在不适宜其生存的时期活跃起来,丰度明显增加.冬季引黄河段古菌数量增加,多样性提高,夏季则相反.季节变化改变了古菌群落的空间相似关系,然而引黄的贡献较季节变化大.研究河段沉积物中古菌群落组成丰富,包含多种至今未被分类定义的古菌.     

黄河三角洲不同盐碱农田生态系统中氮循环功能菌群研究

采用Illumina Miseq对黄河三角洲盐碱农田5种典型农作物种植体系土壤中的氨氧化(amoA)和反硝化基因(nirS/nirK)进行测序,研究参与其氨氧化和反硝化过程的功能菌群落结构和多样性。结果表明,水稻土壤中的氨氧化和反硝化菌群落结构和多样性与其他4种农田土壤差异显著;土壤电导率、含水率及有效磷是造成群落结构差异的主要因子。另外,对不同作物种植体系中氨氧化和反硝化过程的优势菌研究表明,在大豆和小麦-玉米轮作中,AOB起主要的氨氧化作用,而在水稻土中是AOA;nirS和nirK型反硝化菌在水稻和大豆农田生态系统中起主要的反硝化作用,但是在不同农田生态系统中其优势菌明显不同。