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.     

基于高通量测序的ABR厌氧氨氧化反应器各隔室细菌群落特征分析

为明确厌氧折流板反应器(ABR)稳定运行厌氧氨氧化反应后各隔室微生物群落结构特征,本文采用Miseq高通量测序分析技术,对ABR厌氧氨氧化反应器5个隔室的微生物分布规律进行了研究,结果表明,ABR反应器中脱氮微生物多样性较为丰富,变形菌门(Proteobacteria)占11.66%~20.28%,浮霉菌门(Planctomycetes)占2.18%~7.94%,硝化螺旋菌门(Nitrospirae)占0.19%~6.30%.其中,在ABR反应器中变形菌门占据主导地位,主要包含Rhodoplanes、Dok59、Rubrivivax和Bdellovibrio等菌属,浮酶菌门次之,主要包含Candidatus brocadia和Candidatus kuenenia菌属.从第1~5隔室,污泥表观红色逐渐减退,趋向于灰黑色,Chao、ACE、Shannon、Simpson指数均表明微生物群落丰富度逐渐增加,且变形菌门微生物逐渐增加,而浮霉菌门微生物逐渐降低,这与基质的降解和功能微生物的富集规律相一致.     

潜流人工湿地基质结构与微生物群落特征的相关性

为查明造成不同基质结构人工湿地净化性能差异的微生物因素,利用高通量测序技术,研究水平潜流人工湿地基质结构与微生物群落结构的相关性.结果表明,3个对比人工湿地系统中,从床体表层到底层渗透系数逐渐升高的六层结构人工湿地(CW6)净化性能最高,其出水中COD、TN、NO-3-N及NH_4~+-N平均浓度分别为39、11、0.35及4 mg·L~(-1),其后为三层结构人工湿地(CW3),而单层结构人工湿地(CW1)的净化效果最差,平均出水浓度分别为95、21、0.60及12 mg·L~(-1).高通量测序结果显示,多层结构人工湿地中微生物OTUs略低于单层结构湿地,但其优势菌门变形菌门(Proteobacteria)和其属水平上的硝化与反硝化细菌的相对丰度却显著高于单层湿地.PCA和丰度热图分析结果显示,CW3和CW6床体中变形菌门(Proteobacteria)属水平上的微生物存在显著的空间分布差异,从而有利于污染物的分区降解,而CW1各样点间的微生物群落结构无显著性差异.     

双氧水协同生化法强化处理印染废水

传统生化法对印染废水的处理有一定的局限性.本文研究了双氧水协同水解酸化-接触氧化系统,对印染废水进行强化处理.采用污泥挂膜、生化系统启动、双氧水协同启动的方法,将双氧水投加到水解酸化时的条件严格控制为:投加3m L·L~(-1)、投加量100.0 m L、流速0.67 m L·min-1、投加频率1次·d-1,可使整个系统成功启动与稳定运行.实验结果表明,双氧水协同水解酸化-接触氧化可对印染废水中的特征污染物进行有效强化处理.其中,COD平均去除率为89.8%,氨氮平均去除率为96.7%,PVA平均去除率为87.4%,废水平均脱色率为92.1%.采用16S rDNA宏基因组高通量测序技术,对比分析了接种种泥、水解酸化污泥和接触氧化污泥微生物的群落结构.结果表明,经过驯化,水解酸化和接触氧化微生物群落均发现了显著变化.其中,水解酸化污泥优势菌门主要为变形菌门Proteobacteria、拟杆菌门Bacteroidetes和疣微菌门Verrucomicrobia;接触氧化污泥优势菌门主要为浮霉菌门Planctomycetes、变形菌门Proteobacteria和酸杆菌门Acidobacteria.该实验从宏观和微观角度,均证实双氧水协同生化法强化处理印染废水具有技术可行性.     

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.