不同施氮水平下再生水灌溉对土壤细菌群落结构影响研究

微生物是土壤环境变化的敏感因子,为探明再生水灌溉和氮素减量施用对土壤环境的影响,以温室棚栽番茄为研究对象,借助Miseq高通量技术,比较研究了再生水灌溉下氮素常规施肥和氮肥减量施用对土壤细菌群落结构所产生的影响,并采用冗余分析(Redundancy Analysis,RDA)方法分析导致土壤细菌群落结构差异的因素.结果表明:再生水灌溉对土壤硝化螺菌门(Nitrospirae)、芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)、厚壁菌门(Firmicutes)、变形菌门(Proteobacteria)和放线菌门(Actinobacteria)群落结构的影响明显;再生水灌溉土壤细菌共53个属,其中41个属是再生水灌溉和清水灌溉土壤的共有菌属,其余12个属是再生水灌溉土壤的特有菌属.随氮素施用水平的降低,土壤细菌种群优势度呈先增加后降低然后再增加的趋势,减少氮肥施用有利于土壤细菌种群丰富度和多样性的增加.土壤微生物群落结构受土壤化学特性的影响.再生水灌溉能够促进与土壤碳、氮转化相关的微生物的增长,改变土壤微生物的群落结构.     

高通量测序技术研究典型湖泊岸边陆向深层土壤中厌氧氨氧化细菌的群落结构

为研究具有富营养化特征的白洋淀湖泊岸边陆向深层土壤中厌氧氨氧化细菌的群落结构组成,针对厌氧氨氧化的功能基因hzs B(联氨合成酶关键基因)进行高通量测序.结果显示,白洋淀湖泊岸边陆向深层土壤共8个样品处理后共得到77082条序列,在相似度90%下聚类得到40个OTUs.多样性分析(OTUs水平)表明,在白洋淀湖泊岸边近湖岸交界处,上层土壤中厌氧氨氧化细菌的群落多样性要高于下层,而在远湖岸交界处则相反,下层土壤中厌氧氨氧化细菌的群落多样性要高于上层土壤.PCo A分析(OTUs水平)表明,近湖岸交界处采样点各不同深度土壤层之间的厌氧氨氧化细菌的群落结构更相似,而远湖岸界面处采样点各不同深度之间的厌氧氨氧化细菌的群落结构差异较大.群落结构分析表明,在白洋淀湖泊岸边陆向深层土壤中,序列隶属于Candidatus‘Brocadia anammoxidans’(34.07%)、Candidatus‘Brocadia fulgida’(24.66%)、Candidatus‘Jettenia sp.’(3.00%)、Candidatus‘Kuenenia sp.’(0.22%)、Candidatus‘Scalindua sp.’(0.08%)及与Genbank中已探明的厌氧氨氧化细菌亲缘关系较远的Anammox-like cluster(37.98%).相关性分析(p0.10)表明,在白洋淀湖泊岸边陆向深层土壤中,厌氧氨氧化细菌α-多样性指数中丰富度Chao指数与含水率(MC)呈负相关,多样性Shannon指数与氨氮(NH+4)呈负相关,优势度Simpson指数与NH+4呈正相关;但厌氧氨氧化细菌群落组成中Candidatus‘Brocadia anammoxidans’的富集与总碳(TC)及总硫(TS)含量呈正相关.综上,本文针对厌氧氨氧化功能基因hzs B扩增进行高通量测序,一定程度上揭示了具有富营养化特征的白洋淀湖泊岸边陆向深层土壤中厌氧氨氧化细菌的多样性、群落组成及其与土壤环境因子的关系.     

完全混合式曝气系统运行特性及微生物群落结构解析

利用某污水处理厂完全混合式曝气系统处理生活污水,探讨了系统同步硝化反硝化脱氮过程,解析了系统中污泥微生物群落结构.中试试验结果表明,系统运行稳定,且在无外加碳源的条件下,COD、氨氮和总氮平均去除率分别为93.2%、96.9%和75.2%,出水COD、氨氮和总氮均优于一级A排放标准.系统污泥具有较强的反硝化能力,其脱氮速率是污水处理厂污泥的2.86倍以上.通过对系统污泥周质硝酸盐还原酶聚合酶链式反应(polymerase chain reaction,PCR)扩增和高通量测序结果,发现系统中存在好氧反硝化菌,污泥中优势菌为动胶菌属(Zoogloea)、陶厄氏菌属(Thauera)和Dechloromonas菌属.     

褐潮致灾种抑食金球藻在辽东湾的分布

抑食金球藻可产生一种抑制双壳类动物摄食的胞外多糖,导致贝类大量死亡.由于抑食金球藻个体微小、形态学鉴定困难,故在辽东湾海域鲜见其分布报道,而高通量测序技术的发展极大地推动了微型/微微型浮游植物的鉴定研究.以18S rDNA V4区作为目标基因,结合高通量测序技术,设计了微型/微微型浮游植物鉴定引物V4（F/R）,并对辽东湾2014年四季海水中微型和微微型浮游植物多样性进行了检测.结果表明,辽东湾抑食金球藻春季密度（7.743×103 L-1）最高,夏季（2.094×103 L-1）、秋季（0.392×103 L-1）、冬季（0.053×103 L-1）密度逐渐下降,水温是影响该藻暴发的主要因素,也验证了渤海褐潮多暴发在春季的原因.抑食金球藻密度高值区主要分布在与河北秦皇岛交界的绥中海域,该地区与实际暴发褐潮海域相邻,验证了检测结果的可靠性.春季抑食金球藻在西南海域优势度（平均40%）最高,其密度最高达78.128×103 L-1,虽未达到警戒标准,但分布扩散较广,致灾风险较高,应引起足够的重视.      

坡耕地不同作物及有无树篱对土壤微生物群落结构与多样性的影响研究

为研究种植不同作物及有无树篱的坡耕地中土壤微生物群落结构与多样性是否有差异,以湖北秭归张家冲水土保持站试验田坡耕地有无树篱及3种典型作物(茶树、柑橘、花生)搭配共计6种样地为研究对象,测定其土壤的理化性质,并通过16S rDNA测序法对土壤微生物群落组成与多样性进行研究。结果表明:不同作物及有无树篱均对土壤微生物群落组成与多样性有显著影响(p0.05);花生样地含有最多种类的土壤微生物(p0.05),其土壤微生物多样性最高;无树篱样地土壤微生物门和目的数目高于有树篱样地;研究样地中土壤微生物优势种类在门的水平上有变形菌门(Proteobacteria)占总数的23.22%、酸杆菌门(Acidobacteria)16.59%、浮霉菌门(Planctomycetes)14.81%、放线菌门(Actinobacteria)9.38%,在属的水平上有DA101属11.34%、慢生根瘤菌属(Bradyrhizobium)8.77%、出芽菌属(Gemmata)6.19%、红游动菌属(Rhodoplanes)5.05%;土壤微生物分布受土壤理化性质的影响,酸杆菌门和变形菌门细菌丰度与土壤pH值呈显著正相关(p=0.042),说明土壤pH值显著影响土壤微生物的分布。     

梅花鹿养殖场抗生素抗性基因分布特征

梅花鹿养殖是近年来我国南方地区出现的新兴养殖业.为探究梅花鹿养殖对养殖环境抗生素抗性基因的影响,采用高通量荧光定量PCR研究了抗生素抗性基因在养殖场区对照土壤、梅花鹿新鲜粪便、梅花鹿粪便堆肥产物和施用堆肥菜地土壤中的分布、丰度和多样性.结果表明,抗性基因的绝对丰度梅花鹿粪便堆肥产物梅花鹿新鲜粪便施用堆肥菜地土壤养殖场区对照土壤,抗生素抗性基因在4种环境样品中具有不同分布格局;梅花鹿养殖场环境中抗性基因丰度与可移动基因元件丰度显著相关(P0.05),表明可移动基因元件可能加快了抗性基因的水平转移过程,促进了抗性基因的迁移、传播和富集,加剧了养殖环境抗生素抗性基因污染.     

开闭路条件下沉积物微生物燃料电池阳极细菌群落差异解析

采用Solixa高通量测序技术对比了沉积物微生物燃料电池(sediment microbial fuel cells,SMFCs)开闭路条件下启动阳极生物膜细菌群落结构差异.SMFCs开路条件下启动阳极生物膜获得优化序列3 936条,经过97%相似度归并后得到1 581个操作分类单元(operational taxonomic units,OTUs);SMFCs连接5 kΩ电阻闭路启动阳极生物膜获得优化序列3 930条,聚类归并后产生1 551个OTUs,α多样性指数分析表明开路条件下启动阳极生物膜菌群多样性相对更丰富.SMFCs开、闭路条件下启动阳极生物膜优势菌均为Proteobacteria、Firmicutes和Bacteroidetes,它们在开路下阳极生物膜中的含量分别为59.79%、12.54%和9.02%,而在闭路条件下分别为63.02%、10.01%和3.60%,SMFCs闭路条件下运行,地杆菌Geobacter在阳极生物膜中含量高达16.55%.SMFCs开、闭路条件下启动阳极生物膜细菌群落结构的差异说明SMFCs启动过程电子的传递影响电极生物膜微生物群落结构.     

伊乐藻-固定化脱氮微生物技术对入贡湖河道脱氮机制的影响

采用无扰动的入贡湖亲水河底泥柱芯以及上覆水进行实验,探究了伊乐藻与固定化脱氮微生物技术对受污染的入贡湖湾河道的生态修复效果.运用稳定性15N同位素配对技术和基于16S rRNA高通量测序技术探讨了伊乐藻与固定化脱氮微生物联用技术(E-INCB)对亲水河底泥的反硝化速率、厌氧氨氧化速率以及脱氮微生物群落多样性的影响.结果表明,添加了伊乐藻与固定化脱氮微生物以后,亲水河水质得到明显改善,TN、NH+4-N、NO-3-N的去除率分别为72.03%、46.67%、76.65%,同时,添加了伊乐藻和固定化脱氮微生物以后,泥水界面的反硝化细菌和厌氧氨氧化细菌表现出协同作用关系,与对照组相比,反硝化速率和厌氧氨氧化速率增加量分别为165μmol·(m2·h)-1和269.7μmol·(m2·h)-1.反硝化细菌与厌氧氨氧化细菌的群落多样性明显增加,变形菌门(Proteobacteria)、浮霉菌门(Planctomycetes)、酸杆菌门(Acidobbacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes)均具有优势增长.沉水植物与固定化脱氮微生物联用技术增强了河道底泥中的脱氮微生物多样性,进一步提高了亲水河的氮素脱除能力.     

北海湖微生物群落结构随季节变化特征

分别于夏季、秋季、冬季和春季采集北海湖水样,进行水质和微生物群落结构分析.水质分析表明,夏季和秋季的水质较冬季和春季差,其中TN和TP是影响水质的最重要因素.通过Mi Seq高通量测序分析微生物群落结构表明:蓝细菌门(Cyanobacteria)、变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes)是湖水中的优势门,但在不同季节的分布不同.夏季和秋季微生物的多样性高,蓝细菌门(Cyanobacteria)是第一优势菌门(32.7%~43.2%),其中聚球藻属(Synechococcus)是优势蓝细菌.冬季变形菌门(Proteobacteria)的含量相对丰富,占细菌群落的34.8%~40.4%.而春季,放线菌门(Actinobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes)的含量增加,两者之和占细菌群落的51.5%~64.3%.RDA(redundancy analysis)分析表明,水温是影响北海湖微生物群落结构的最主要环境因子.总体而言,北海湖水质符合景观水的标准,但夏季聚球藻属(Synechococcus)的大量繁殖使北海湖发生水华的风险增加,因此要加强对北海湖水质检测和管理.     

焦化废水活性污泥中降解硫氰化物细菌种群多样性分析

硫氰化物(SCN-)是焦化废水中COD的主要来源之一,其在生物处理工艺好氧段的去除效果直接影响出水的达标排放,活性污泥中的微生物种群在SCN-生物处理中发挥重要作用.以SCN-为唯一碳源和能源驯化活性污泥,研究其对100、300和600 mg·L-1SCN-浓度的去除降解效果,并利用454测序技术解析污泥中降解SCN-的细菌多样性.结果表明,驯化污泥能有效去除100~600 mg·L-1SCN-,SCN-浓度越高,去除速率越高,然而细菌群落多样指数越低;原始污泥和驯化污泥的细菌门类群主要为Proteobacteria、Bacteroidetes、Chlorobi、Planctomycetes、Acidobacteria、Nitrospira、Firmicutes和Unclassified,其中Proteobacteria和Bacteroidetes门占主导地位;Thiobacillus是主要的SCN-降解菌,在3个污泥样品中的丰度分别为3.07%、8.63%和0.27%.Thiobacillus是浓度小于300 mg·L-1SCN-时焦化废水中主要的SCN-降解菌,而在600 mg·L~(-1) SCN-高浓度时低丰度的SCN-降解菌群可能发挥协同降解作用.这些结果为揭示焦化废水处理SCN-污染物的去除机制提供了基础.