亚硝化/电化学生物反硝化全自养脱氮工艺细菌形态及多样性研究

采用电镜观察和分子生物学手段16S rDNA克隆文库方法对亚硝化/电化学生物反硝化全自养脱氮工艺中的细菌进行了形态和多样性研究,从16S rDNA克隆文库中随机挑选60(61)个克隆子进行序列测定(约500bp),对测序结果进行BLAST比对和系统发育分析.结果表明,亚硝化段内的细菌主要为球状和椭球状的氨氧化细菌,以亚硝酸氮作为进水基质时,电化学反硝化生物段内细菌主要为短杆状和椭球状的脱氮菌.亚硝化/电化学生物反硝化脱氮系统中蕴藏着特有的微生物新资源.亚硝化段细菌类群的优势顺序为β-Proteobacteria类群(60.00%)、Bacteroidetes类群(28.33%)和Chloroflexi类群(11.67%).当电化学生物反硝化段进水氮基质为亚硝氮(429～543mg.L-1)和氨氮(412～525mg.L-1)时,细菌优势类群顺序为β-Proteobacteria(78.33%)类群和ε-Proteobacteria类群(21.67%);当电化学生物反硝化段进水氮基质为亚硝氮(519～578mg.L-1)时,细菌优势类群顺序为β-Proteobacteria类群(81.97%)、ε-Proteobacteria(16.39%)类群和γ-Proteobacteria类群(1.64%);优势类群变化不大,但每种类群中细菌的种类和数量变化较大,这主要是由进水基质变化导致.     

丛枝菌根根际细菌群落对阿特拉津胁迫的响应

为了探求丛枝菌根(Arbuscular Mycorrhiza,AM)根际细菌群落对阿特拉津胁迫的响应,本试验以摩西管柄囊霉(Funneliformis mosseae)为供试AM真菌菌株,以紫花苜蓿(Medicago sativa)为宿主植物,利用盆栽法建立AM共生体后,再施加10 mg·kg-1阿特拉津进行胁迫.当阿特拉津去除率达到50%时,分别采集未接种+未施药(NM.NA)、接种+未施药(AM.NA)、未接种+施药(NM.AT)和接种+施药(AM.AT)4种处理的根际土壤,通过16S rRNA V4高通量测序技术解析了根际土壤细菌群落特征,以及其与接种F.mosseae、施加阿特拉津之间的相关性.结果表明,变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)和厚壁菌门(Firmicutes)为4种处理根际土壤中的三大优势菌群.单独接种F.mosseae或施加阿特拉津均未对根际细菌群落α-多样性产生显著影响,但先接种F.mosseae形成AM后,施加阿特拉津可引起细菌群落Shannon指数显著增加.此外,接种F.mosseae提高了根际土壤中具有阿特拉津降解潜力菌属Arthrobacter、Mycobacterium、Frankia和Stenotrophomonas的相对丰度,其中,Arthrobacter受F.mosseae、阿特拉津及其二者交互作用的显著性影响.本研究结果在一定程度上揭示了AM间接提高土壤中具有阿特拉津降解潜力菌属的相对丰度,也可为利用AM真菌修复阿特拉津污染土壤奠定一定的理论基础.     

厦门湾海滩微塑料污染特征

以厦门湾6个典型海滩为工作区,分析海滩微塑料的污染特征.结果表明:①厦门湾6个海滩的微塑料丰度数据范围介于(28. 1±9. 4)～(312. 7±35. 2) n·kg~(-1)之间.②厦门湾海滩微塑料分为碎片类、发泡类、薄膜类和纤维类等4种类型.各站位点均以碎片类和发泡类为主,占总数量的80%左右,薄膜类和纤维类所占比例较少.③厦门湾海滩粒径1 mm的微塑料占最大比例,超过60%.粒径为1～3 mm和3～5 mm的微塑料所占比例较小.④通过红外光谱分析,确认厦门湾海滩微塑料碎片类和纤维类的主要成分是聚乙烯,发泡类和薄膜类的主要成分是聚苯乙烯.⑤通过扫描电镜观测,大部分微塑料表面粗糙、凹凸不平,带有明显裂痕.整体而言,厦门湾海滩微塑料污染处于中等偏下的程度,陆源污染是厦门湾海滩微塑料污染的最主要来源.     

堆肥添加剂降低碳氮损失的微生物学机制研究

为了探明添加剂如何影响堆肥微生物优势群落的演替进而影响碳氮损失,以玉米秸秆和鸡粪为原料,添加不同量的生物质炭和凹凸棒作为添加剂,设置5个处理（CK （鸡粪+玉米秸秆）、BC1（鸡粪+玉米秸秆+5%（干重）生物质炭）、BC2（鸡粪+玉米秸秆+10%（干重）生物质炭）、PG1（鸡粪+玉米秸秆+5%（干重）凹凸棒）和PG2（鸡粪+玉米秸秆+10%（干重）凹凸棒））进行堆肥.结果表明,相较于CK,BC1、BC2、PG1、PG2处理的碳和氮损失分别减少了8.60%、12.05%、2.03%、6.14%和14.54%、20.14%、8.40%、11.23%.优势微生物菌群与碳氮损失的冗余分析表明,添加10%生物质炭和添加10%凹凸棒都显著促进了堆肥过程中固氮类细菌相对丰度,而抑制反硝化细菌的相对丰度,且添加10%生物质炭效果更佳;KEGG分析表明,添加10%生物质炭显著影响氨基酸代谢和碳水化合物代谢功能基因,而添加10%凹凸棒显著影响氨基酸代谢功能基因.由此可见,10%添加剂的碳氮损失都低于5%添加剂的处理,添加生物质炭的碳氮损失都低于凹凸棒处理,添加剂通过影响优势微生物群落及其氨基酸代谢和碳水化合物代谢功能基因抑制堆肥过程中的碳氮代谢,从而减少碳氮损失.     

不同季节尾水排放对河道细菌群落结构的影响

为探究不同季节尾水排放对河道细菌群落结构及多样性的影响,以常州市深水城北污水处理厂尾水、排放河道为例,利用Illumina Miseq高通量测序技术分析细菌群落结构,并分别讨论了不同季节尾水对河道水质、细菌群落结构及多样性的影响,分析细菌群落结构与水质的相关性.结果表明:①尾水增加了夏季、秋季河道的NO₃--N、TN浓度.②由于尾水的排放,使夏季、秋季河道细菌多样性下降.③共检测到43个门,其中变形菌门（Proteobacteria）为最优势菌门,平均占比为60.11%,其次为放线菌门（Actinobacteria）和拟杆菌门（Bacteroidetes）,尾水主要影响夏季、秋季河道Proteobacteria的相对丰度,其中假单胞菌属（Pseudomonas）夏季增加49.14倍,秋季减少0.95倍;鞘氨醇单胞菌属（Sphingomonas）夏季增加6.63倍,不动杆菌属（Acinetobacter）秋季减少0.98倍.④TN浓度对细菌菌属分布影响最大,其与微球菌属（Micrococcaceae）、Hgcl_clade呈负相关;与盐单胞菌属（Halomonas）呈正相关.研究显示,尾水排放对河道的影响主要表现在夏季和秋季,使NO₃--N、TN浓度显著上升,而使细菌多样性下降,对河道Proteobacteria下的Pseudomonas、Acinetobacter、Sphingomonas相对丰度影响较大,水中的细菌分布主要受TN浓度影响.      

人工湿地沟壕系统中硝酸盐异化还原成铵细菌群落特征研究

硝酸盐异化还原成铵（Dissimilatory nitrate reduction to ammonium，DNRA）过程，是将易损失的NO₃^--N转化为NH₄⁺-N，而被植物或微生物重新吸收利用，从而有助于湿地沉积物的氮保留.本研究选取石臼漾人工湿地冬、夏两季沟壕中心、边缘表层沉积物，采用高通量测序等分析方法，研究了DNRA细菌群落结构特征.研究结果表明：在空间尺度上，沟壕中心DNRA细菌丰度高于沟壕边缘，分别为（2.26±1.19）×10⁹和（1.22±1.46）×10⁹ copies·g^-1.在时间尺度上，冬夏两季样品中DNRA细菌丰度具有显著性差异（p<0.05）.多样性分析表明，沟壕中心沉积物的DNRA群落丰富度高于沟壕边缘.所有样品中占比最高的DNRA属为Caldilinea（69.75%±3.64%）、Anaeromyxobacter（66.41%±1.19%）.Caldilinea属在夏季样品的占比（39.78%±5.15%）高于冬季样品（29.98%±0.57%），而Anaeromyxobacter属在沟壕中心的占比（35.14%±0.83%）高于沟壕边缘（31.28%±0.76%），且小沟（34.33%±1.40%）高于大沟（32.08%±1.33%）.主坐标分析（PcoA）结果表明，DNRA细菌群落结构具有明显的时间异质性.DNRA细菌丰度与有机质（TOM）、碳氮比（C/N）和含水率（MC）显著相关.本研究揭示了人工湿地沉积物中DNRA细菌的丰度、群落组成、多样性及其与环境因子的关系.     

利用细菌表面展示技术构建镉耐受性的重组根瘤菌

通过细菌表面展示功能基因InaXN、猴金属硫蛋白α亚基四聚体MT4α和两种启动子PnifH及Plac元件,分别构建两个重组质粒pTNIM和pBLIM.进一步通过三亲本杂交,将重组质粒分别导入费氏中华根瘤菌HN01,分别构建获得诱导表达型重组菌HN01(pTNIM)和组成表达型重组菌HN01(pBLIM).在培养条件下比较测定重组菌和出发菌对镉的吸附能力和耐受性,结果表明,组成表达型重组菌HN01(pBLIM)在上述两个方面的能力得到明显增强,对镉的吸附富集能力提高了2倍.研究还发现重组根瘤菌也具有很好的静态吸附效果.盆栽实验结果表明,接种诱导表达型重组菌HN01(pTNIM)的大豆根瘤和根中Cd2+的富集量均明显高于野生菌株HN01.本实验为后续探索重组根瘤菌与宿主植物共生体系在Cd2+污染土壤修复中的应用前景奠定了基础.     

给水生物预处理反应器的细菌种群多样性和群落结构

提取一生产性规模的给水生物预处理反应器中生物膜样品的总DNA,构建细菌16S rDNA克隆文库,并通过16S rDNA序列的系统发育分析,对生物膜中的细菌种群多样性和群落结构进行了研究.实验结果表明,给水生物膜反应器中的细菌种群多样性十分丰富;生物膜中的细菌分别属于10个主要类群,其中α-Proteobacteria是克隆文库中的最大细菌类群,占克隆子总数的32.28%,其次是β-Proteobacteria;与Rhodobacter系统关系密切的细菌是克隆文库中所占比例最大的一个菌属,占克隆子总数的12.6%;反应器中与硝化作用有关的是Nitrosomonas和Nitrospira属的细菌.研究结果表明,给水生物预处理反应器中的细菌群落结构和废水生物处理反应器中的细菌群落结构是有所差异的.图1表1参13     

土著致病菌及其胞外物在生物防治斑马贝中的作用

无脊椎动物斑马贝(Dreissena polymorpha) 的生物污损造成了巨大的经济损失,而应用从斑马贝体内分离出的土著菌株及其体外代谢产物对它进行生物防治是一种经济效益显著且对环境友好的方法.本文主要报导从斑马贝体内分离的土著菌株中筛选出致病菌并研究该细菌及其代谢产物对它的控制作用.在三十多种土著菌株中,中间气单胞菌( Aeromonas media),维罗纳气单胞菌(A. veronii),杀鲑气单胞菌杀鲑亚种(A. salmonicida subsp. salmonicida)和腐败希瓦氏菌(Shewanella putrefaciens)是幼体斑马贝的致命致病菌.当接种量为每只斑马贝107 个细菌时,接种中间气单胞菌、杀鲑气单胞菌杀鲑亚种和腐败希瓦氏菌的5 d 死亡率为100%,而维罗纳气单胞菌为65%.通过扫描电镜(SEM)发现,垂死的斑马贝肌肉组织被破坏并含有大量的细菌.4种细菌代谢产物的不同组分表现出对斑马贝不同的致死效果,在所研究的3种不同Mr组分中(Mr<5×103,5×103～10×103及>10×103),>10 ×103组分具有最高致死率.这些结果为控制贝类无脊椎动物的生物污损提供了新方法. 图4 参24     

两个CANON污水处理系统中氨氧化古菌的丰度和多样性研究

近期,氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea,AOA)在各类环境中的发现,打破了人们原来认为氨氧化主要是由氨氧化细菌(ammonia-oxidizing bacteria,AOB)完成的观点.但是在全程自养脱氮(completely autotrophic nitrogen removal over nitrite,CANON)污水处理系统中关于AOA的研究却鲜有提及.利用PCR、克隆、实时荧光定量PCR(quantitative real time PCR,q PCR)等分子生物学技术,对1个小试(lab-scale,L)和1个中试(pilot-scale,P)CANON系统中的生物膜和活性污泥絮体两种形态的污泥进行AOA数量和种属特征的研究.结果表明:1系统L和P中,AOA的amo A基因数量平均值(以dry sludge计)分别为2.42×106copies·g-1和6.51×106copies·g-1;2 AOA的amo A基因丰度随污泥形态不同数量相差很大:L系统中,生物膜AOA amo A丰度约为活性污泥絮体的11.1~15.1倍;P系统中,污泥絮体AOA amo A数量是生物膜中的2.8倍;3多样性方面:P系统的AOA多样性较低,仅出现一个OTU,该OTU属于Nitrosopumilus subcluster 5.2类群;L系统AOA多样性较高,共有8个OTU出现,分别属于Nitrososphaera subcluster 9、subcluster 8.1、subcluster 4.1、subcluster 1.1和Nitrosopumilus subcluster 5.2这5个类群.总之,在同一个CANON系统中,污泥形态不同,AOA的丰度和群落结构相差较大;AOA可能发挥着氨氧化的作用.