再生水补水对河道底泥细菌群落组成与功能的影响

以北京市永定河麻峪湿地再生水补水河段河道底泥细菌群落为研究对象,联合限制性片段长度多态性(T-RFLP)技术,16S rRNA基因克隆文库技术和实时荧光定量q PCR技术,分析再生水补水口上游、补水口及补水口下游这3个断面的细菌群落组成与功能特征差异,尝试解释再生水补水对河道底泥细菌群落组成和功能特征的影响.结果表明,再生水中高浓度的碳氮磷含量是导致补水口细菌群落多样性显著升高和群落组成最为丰富的直接原因,人工湿地对碳氮磷浓度有较高的去除效率,净化后底泥细菌群落逐步恢复,表现出上下游相似的细菌群落多样性和结构组成;补水口处细菌群落的优势类群是变形菌门中β-Proteobacteria和δ-Proteobacteria,亚优势类群是Planctomycetes和Actinobacteria,而ε-Proteobacteria、Chloroflexi、Spirochaetes是补水口处的独有类群;氮碳磷循环是再生水补水河道底泥主要的生物地化循环过程,克隆文库中补水口以毛单胞菌属(Comamonas sp.)为优势类群的45.9%的克隆子与氮循环相关,其相对丰度高于上下游(27.7%和23.4%),以溶杆菌属(Lysobacter sp.)为优势类群的17.9%的克隆子与碳循环密切相关,其相对丰度高于上下游(14.4%和12.9%);再生水中携带的痕量病原菌和抗生素等,在一定程度上改变了河道底泥细菌群落碳氮循环的转换方式,表现为补水口处固氮作用主要是红环菌属(Rhodocyclus sp.)通过光合作用实现,上下游以对植物具有促生作用的伯克氏菌属(Burkholderia sp.)为代表进行共生固氮.该研究结果为再生水补水河道人工湿地修复研究提供理论依据.     

城市再生水河道沉积物细菌群落空间变化分析:以京津冀北运河为例

沉积物细菌因其在能量流动和污染物循环转化中发挥重要作用.关注沉积物细菌空间分布格局变化是深入了解其多样性产生和维持机制的前提.基于此,本文以流经京津冀地区以再生水为补给水源的北运河为研究区,对沉积物细菌群落界、门、纲、目、科、属、种和OTUs（operational taxonomic units）等不同分类水平空间变化模式及其形成机制进行分析.结果表明,较高的分类水平上、中、下游样点具有更均质化的分布格局,而较低分类水平样点具有更加清晰的分布界限和范围;不同地理空间尺度下的群落结构差异性随分类水平的降低呈组间差异逐渐增大和组内相似性逐渐减小的变化趋势.以弗兰克氏目（Frankiales）和红细菌目（Rhodobacterales）为代表的典型根际微生物呈现上游显著富集、中游次之、下游显著减少模式,以厌氧绳菌目（Anaerolineales）和脱硫杆菌目（Desulfobacterales）为代表的与碳、氮和硫循环相关的微生物集中呈现中游显著富集、下游次之、上游显著减少模式,以苯基杆菌属（Phenylobacterium）为代表的菌属在上游显著富集、中游次之、下游显著减少模式,以产气梭状芽孢杆菌（Clostridium_gasigenes）和奥斯陆莫拉菌（Moraxella_osloensis）为代表的致病菌呈现中游显著富集的模式.沉积物中Ca²⁺、SO₄^2-和TOC表现为下游浓度高于上游和中游地区.下游未处理和经处理废水排放导致沉积物中盐分离子和TOC显著升高,而高度人工化的城市河道生态修复工程对水质和沉积物的净化作用是导致上、中游盐分离子和TOC显著降低的间接原因.环境选择为主、地理扩散为辅的共同作用模式决定了北运河沉积物细菌群落空间变化模式.     

大分子有机物对除磷颗粒污泥特性及菌群结构的影响

分别采用NaAc（R1）、NaAc+胰蛋白胨（R2）和可溶性淀粉+胰蛋白胨（R3）为碳源模拟生活污水,研究大分子有机物对除磷颗粒污泥特性及菌群结构的影响.结果表明,在培养初期,大分子有机物有利于除磷污泥的凝聚,随着大分子有机物含量的增多,除磷污泥的颗粒化速度依次加快,经过120 d的培养R3反应器最先实现颗粒化.系统稳定后,3个反应器中成熟颗粒污泥的平均粒径分别为500、400和300 μm,SVI₃₀在45 mL·g^-1上下波动,R2和R3的大分子有机物系统中存在少量絮体污泥.所有系统对COD、PO₄^3--P和NH₄⁺-N的去除率分别达到90%、95%和99%以上.扫描电镜观察显示,R1系统颗粒污泥密实,表面光滑,主要由球菌组成;R2、R3系统污泥表面呈毛毯状,R2系统污泥以丝状菌为骨架,表面附有大量球菌和杆菌,R3系统污泥由球菌、杆菌和丝状菌共同组成.16S rRNA基因高通量测序结果显示,碳源的不同导致各颗粒污泥系统细菌群落呈现较大差异.NaAc易促进酸杆菌门（Acidobacteria）的生长,而胰蛋白胨和可溶性淀粉这类大分子有机物有利于拟杆菌门（Bacteroidetes）和放线菌门（Actinobacteria）的生长.在属水平,Defluviicoccus这一偏好乙酸盐的传统聚糖菌为R1系统的优势菌群,而水解菌Cloacibacterium及发酵型聚磷菌Tessaracoccus为R3系统的优势菌群.各系统中均未检测到传统聚磷菌Candidatus Accumulibacter.     

草鱼池塘水体细菌群落对蓝藻源DOM的降解及其碳代谢特征变化

以水华发生草鱼养殖池塘为背景,利用紫外-可见光谱和BIOLOG-ECO技术探讨了水体细菌群落对蓝藻源溶解性有机质（Algae-derived Dissolved Organic Matter, A-DOM）的降解,并分析了降解过程中细菌群落的碳代谢特征变化.结果显示,在细菌群落不同培养时期（0、12、36、60 h,分别记为B0、B12、B36、 B60）,A-DOM的紫外光谱吸收曲线变化明显（主要表现在0~36 h,240~280 nm处吸光度）,其相对含量（以α_（280）表征）随培养时间延长而逐渐降低（p<0.05）,而分子量（E₂/E₃）和芳香性程度（SUVA₂₅₄）逐渐增大（p<0.05）,这些揭示了细菌群落对A-DOM的显著降解作用.降解过程中,水体pH及DOC、TN、TP、NO₃^-、PO₄^3-浓度均有不同程度的降低,而NH₄⁺、NO₂^-浓度则呈显著升高（p<0.05）;细菌群落碳代谢能力及代谢多样性指数Shannon、Simpson及McIntosh均呈先增大后减小的变化,其中对糖类和羧酸类碳源的利用能力变化显著（p<0.05）;PCA分析进一步表明,细菌群落碳代谢方式存在差异且主要表现在B0、B12、B36之间;相关性Heatmap图及RDA分析显示,细菌群落对A-DOM的降解利用与其碳代谢多样性的变化密切相关,且DOC和pH是影响群落代谢功能变化的主要环境因子.研究认为,草鱼养殖水体细菌群落能有效降解利用A-DOM,降解过程中群落碳代谢特征会发生明显变化并主要受水体pH及A-DOM含量的影响.     

铜尾矿库重金属Cu、Zn对细菌群落结构的影响

以湖北某铜矿尾矿库为主要研究对象,采集库内尾矿样品11个、对照样某小型废弃尾矿库尾矿样品2个和附近耕地土壤样品1个,采用变性梯度凝胶电泳方法对上述样品中细菌的16S rRNA V3~V6可变区扩增片段进行分析,利用分析得到的图谱数据与所测得样品的理化性质及重金属Cu、Zn含量进行相关性及冗余度(RDA)分析.结果表明,尾矿库内Cu、Zn污染严重并波及周边,与尾矿样品的理化性质存在不同的相关性,其中Zn的污染程度与有机质存在极显著正相关[R=0.668(P<0.01)].DGGE图谱分析结果发现,样品细菌多样性较低,相似性较高(最低相似度53.1%),优势菌群相对稳定,PCA分析表明,Cu和Zn对细菌多样性具有抑制作用.RDA分析结果说明Cu和Zn的含量对细菌种群分布影响很大,Cu对大部分种群具有抑制作用,而Zn一方面能促进某些种属数量,另一方面又能抑制其他种群的结构变化,这种影响并不是实验室研究的简单线性关系.     

人工强制混合充氧对分层型水库细菌群落演替的影响

为深度解析人工强制混合充氧过程中细菌群落的演替，以西安金盆水库为研究对象，对2018年8月~2019年4月水库主库区垂向细菌种群结构进行连续监测.结果表明，受人工强制混合充氧作用影响，水库水体中的优势菌群蓝细菌门（Cyanobacteria）的丰度由11.7%~19.2%降至6.3%~8.9%.其中，表层、中层和底层水体蓝细菌的丰度分别由18.3%、11.7%、19.2%降至8.9%、6.3%、7.9%.人工强制混合作用使垂向水体细菌的种群结构差异降低，样本之间的离散度逐渐减小，其中优势菌群放线菌门（Actinobacteria）和变形菌门（Proteobacteria）在水体垂向的丰度分别由"中 > 底 > 表"和"表 > 底 > 中"，逐渐变为表、中、底层趋于均一.人工强制充氧作用使底部水体溶解氧（DO）含量逐渐升高，好氧型细菌的丰度得到明显的增加，其中Polynucleobacter的丰度从0.06%增加到1.06%，甲基孢囊菌属（Methylocystis）的丰度由0.18%增至2.20%，甲基杆菌属（Methylobacter）的丰度由0.02%增加到1.96%.通过冗余分析可知，影响细菌群落组成的主要因素为水体热分层稳定性、水温、DO、总磷（TP）和总氮（TN）.     

过量氮输入对寡营养海水细菌群落代谢潜力的影响

细菌在海洋氮循环中起关键作用,而过量氮输入对细菌群落代谢潜力的影响还未被充分阐明.本研究通过构建3组寡营养海水生态微宇宙,包括对照组、一次性输入组(一次性输入硝酸盐使体系中硝氮浓度为1.0 mg·L-1)和连续性输入组(每隔2 d输入一次硝酸盐,使体系中硝氮浓度每次增加0.125 mg·L-1,直至与一次性输入组达到相同水平),利用Biolog-Eco板技术和16S rDNA PICRUSt(Phylogenetic investigation of communities by reconstruction of unobserved states)功能基因预测,研究过量氮输入下细菌群落代谢潜力的动态变化.结果表明,实验第16 d,氮的连续性输入提高了细菌群落的碳源利用能力,对照和连续性输入组中碳源利用特征随采样时间发生了显著变化.此外,预测到的功能基因家族组成随时间明显变化,并与亚硝酸盐、铵盐、磷酸盐、化学需氧量、溶解氧、pH和总磷密切相关,固氮、异化硝酸盐还原、反硝化、异化硝酸盐还原到铵和同化硝酸盐还原相关基因的相对丰度受到了氮输入的影响,而氮连续输入导致的氮代谢相关基因变化较一次性输入更为普遍.本研究初步揭示了过量氮输入对寡营养海水细菌群落代谢潜力的影响,为探明近岸海域过量氮输入的微生态效应提供了基础数据.     

异养硝化-好氧反硝化菌富集驯化过程中微生物种群演变特征——典型城市景观水系

为了研究不同异养硝化-好氧反硝化菌富集驯化过程中水体微生物群落的演变,利用Miseq高通量测序法对景观水系沉积物富集驯化样本的微生物信息进行统计,对其微生物群落的α多样性以及β多样性进行分析,同时基于微生物属的信息进行了微生物网络分析.结果显示,两种类型培养基在富集驯化完成后氮素得到有效去除,脱氮效果明显;富集驯化过程中的OUT主要属于7个,分别是变形菌门（Protebacterice）、拟杆菌门（Bacteroidetes）、绿弯菌门（Chloroflexi）、厚壁菌门（Firmicutes）、放线菌门（Actinobacteria）、蓝藻门（Cyanobacteria）、酸杆菌门（Acidobacteria）,与此同时,富集驯化过程中有关氮循环的细菌有上升的变化过程;主成分分析（PCA）,非度量多维尺度分析（NMDS）以及主坐标分析（PCoA）表明异养硝化-好氧反硝化菌富集驯化过程中不同温度压力下的细菌群落组成存在明显差异,而培养基的类别带来的影响相对较小;网络分析显示模块核心和网络核心均为低丰度的稀有物种;膨胀因子分析（VIF）和冗余分析（RDA）得出温度、氨氮和硝酸盐氮是影响群落结构演变的关键环境因子.综上可知,Miseq高通量测序研究异养硝化-好氧反硝化菌富集驯化过程中微生物种群演变可行,为实现微生物菌剂"定向-精准-高效"的筛选提供技术支撑.     

基于16S rRNA基因测序法分析北京霾污染过程中PM2.5和PM10细菌群落特征

2013年1月8~14日,北京出现了严重的霾污染.霾污染时高浓度的大气颗粒物增加了暴露人群的健康风险,而大气中的微生物也可能带来一些风险,但目前对霾污染时大气中微生物组成了解较少.本研究选取了2013年1月8~14日北京7d的PM2.5和PM10采样样本,通过对细菌16S rRNA基因V3区扩增和Mi Seq测序,得到PM2.5和PM10中的细菌群落结构特征,并将结果与相同采样样本的宏基因组测序结果及三项国外基于16S rRNA基因测序方法的大气中细菌研究结果进行了比较.研究发现7 d连续采样条件下,PM2.5中细菌群落结构在门和属的水平上均差别不大.在属级别上,节杆菌属(Arthrobacter)和弗兰克氏菌属(Frankia)是北京冬季大气中细菌群落的主要类群.16S rRNA基因测序与宏基因组测序结果对比分析发现,在属级别上,两种分析方法中有39个相同的属类群(两种分析方法丰度前50的细菌类群合并所得),弗兰克氏菌属(Frankia)和副球菌属(Paracoccus)在16S rRNA基因测序分析结果中相对含量较多,而考克氏菌属(Kocuria)和地嗜皮菌属(Geodermatophilus)在宏基因组测序结果中相对含量较高.在门和属的水平上,PM2.5和PM10中细菌群落结构特征呈现出相似的规律.在门水平上,放线菌门(Actinobacteria)在PM2.5中的相对百分比较大,而厚壁菌门(Firmicutes)在PM10中的相对百分比较大.在属水平上,梭菌属(Clostridium)在PM10中的相对百分比较大.与三项国外基于16S rRNA基因测序研究结果对比发现,尽管在采样地点和采样时间上有较大差异,大气中普遍存在一些相同的细菌类群,且近地面大气细菌群落结构特征相似度较高,区别于高空对流层中细菌群落结构特征.     

基于微流控技术的抗生素敏感性分析研究进展

微流控技术是一种基于对微纳流体的操控从而实现特定功能的分析技术,具有微型化、集成化等特点,在生物、化学、医学等领域表现出了很好的发展潜力和应用前景.利用微流控芯片开发细菌培养和抗生素敏感性分析技术,既能对细菌的培养条件实现精确调控,对细菌生长状态进行实时观察,还能显著节省培养时间和使用成本,并缩短抗生素最小抑制浓度的检测周期.有鉴于此,本文针对抗生素敏感分析中微流控技术的研究进展进行评述,以期为相关研究提供一些思路.