复合菌株YH01+YH02强化SBR好氧反硝化脱氮及菌群结构分析

为探讨复合菌株强化好氧反硝化的脱氮特性以及揭示菌群结构动态演替与生物反应器运行效率之间的联系,以硝态氮为底物,研究了异养硝化-好氧反硝化复合菌株Delftia sp.YH01+Acidovorax sp.YH02强化好氧SBR的脱氮特性,并借助高通量测序技术对强化过程中的菌群结构进行了分析.结果表明,经复合菌株强化后,反应器对NO₃^--N、TN和COD去除率分别提高了12.1%、9.2%和9.4%;复合菌株YH01+YH02的加入对菌群结构产生了较大的影响,菌群结构在属水平上丰度呈上升趋势,多样性呈下降趋势;PCA主成分析和UPGMA聚类分析大致把反应器运行过程分成4个阶段;Delftia和Acidovorax菌的丰度随着反应器呈上升趋势,复合菌株YH01+YH02在SBR反应器内具有良好的适应能力,对好氧反硝化起着非常重要的作用.     

水源型水库抗生素抗性基因赋存特征研究

饮用水水源地中抗生素抗性基因会威胁生态安全和人类健康.为了探究抗生素抗性基因(Antibiotic Resistance Genes,ARGs)在金泽水源型水库中的赋存特征,以及水库净化措施对抗生素抗性基因的净化作用,选择微生物活性较高的夏季时期采集水样,采用高通量荧光定量PCR和16S rRNA实时荧光定量PCR进行研究.结果表明,该水库检出62种ARGs;多重抗药类、氨基糖苷类和磺胺类ARGs为水库内占主导的抗性基因.抗生素抗性基因绝对丰度从水库的预处理区至生态净化区,再至输水区呈逐渐降低的趋势,表明水库净化措施对削减ARGs含量有一定作用.抗性基因丰度与可移动基因元件(Mobile Genetic Elements,MGEs)丰度存在显著相关性(p0.05),表明MGEs对ARGs的水平转移、传播和富集具有重要作用.     

青藏高原克鲁克-托素湖湿地系统微生物多样性

克鲁克湖(Keluke Lake)和托素湖(Tuosu Lake)是青藏高原重要的湿地和水禽自然保护区,其水体微生物的多样性有待研究。利用Illumina测序平台进行16S rRNA基因(V3-V4区)高通量测序,并分析两湖水体微生物的群落结构和多样性。结果表明淡水克鲁克湖和咸水托素湖的物种注释OTU数目分别为331和148,获得克鲁克湖的已知细菌种类为16门34纲66属;托素湖为9门19纲54属。克鲁克湖的微生物优势类群以变形菌门(Proteobacteria)为主,次为蓝菌门(Cyanobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes),其优势种群是未确定种属的蓝细菌、弓形杆菌属(Arcobacter)和盐单胞菌属(Halomonas)。托素湖的优势类群以变形菌门为主,次为厚壁菌门(Firmicutes),优势种群是盐单胞菌属。克鲁克湖的微生物物种丰富度、多样性和分布均匀度均显著高于咸水托素湖,但托素湖的物种优势度明显高于克鲁克湖。两湖优势微生物的属群分布与环境因子存在明显的正相关,此为高原湿地生态系统的环境监测与保护提供参考依据。     

4种反应器中厌氧氨氧化菌完整梯烷脂的特异性

完整梯烷脂是存在于厌氧氨氧化菌的厌氧氨氧化体膜上的一类特殊磷脂.分别从厌氧EGSB反应器、好氧SBR反应器、自养脱氮SBBR反应器、以及厌氧氨氧化EGSB反应器中提取了污泥样品中的磷脂混合物,利用高效液相色谱-电喷雾串联三重四级杆质谱法检测了污泥磷脂提取物中完整梯烷脂的种类,分析了完整梯烷脂的特异性,同时利用高通量测序技术测定了自养脱氮SBBR反应器和厌氧氨氧化EGSB反应器污泥中微生物的群落结构.完整梯烷脂的分析结果表明厌氧EGSB反应器和好氧SBR反应器的污泥磷脂提取物中未检测到完整梯烷脂,而自养脱氮SBBR反应器和厌氧氨氧化EGSB反应器的污泥磷脂提取物中检测到了完整梯烷脂.自养脱氮SBBR反应器的污泥磷脂提取物中检测到了5种完整梯烷脂,厌氧氨氧化EGSB反应器的污泥磷脂提取物中检测到了7种完整梯烷脂.高通量测序结果证实自养脱氮SBBR反应器含有Candidatus Brocadia属与Candidatus Jettenia属An AOB,厌氧氨氧化EGSB反应器含有Candidatus Kuenenia属与Candidatus Jettenia属An AOB.结果说明完整梯烷脂为厌氧氨氧化菌所特有的磷脂物质.     

部分半硝化AGS-SBR工艺的启动及其种群结构分析

采用序批式污泥反应器(SBR),接种好氧颗粒污泥(AGS),以人工模拟低COD/N废水为进水水质,在pH 7.5~8.5,温度为30℃,DO浓度约为0.8 mg·L-1的条件下,通过逐步提高进水氨氮浓度的策略启动部分半硝化工艺.结果表明,通过逐步提高进水氨氮浓度方法,可在60 d内初步形成部分半硝化工艺.部分半硝化工艺运行期间,系统对NO_2~--N的积累率基本维系在80%以上,对TN的去除率平均为64.54%,出水亚硝态氮和氨氮(NO_2~--N/NH_4~+-N)比值平均达到1.16,符合厌氧氨氧化(ANAMMOX)反应进水要求.同时,基于高通量测序技术分析了部分半硝化工艺启动后微生物种群结构组成,其主要优势菌属有:Candidate-division-TM7-norank(相对丰度68.63%)、Saprospiraceae-uncultured(8.26%)、Thauera(4.63%)、Denitratisoma(3.16%)、Anaerolineaceae-uncultured(1.63%)和Anaerovorax(1.39%).部分半硝化AGS-SBR系统中与脱氮功能相关的主要菌属为:Nitrosomonas、Thauera、Denitratisoma和Bacillus,该系统中存在自养脱氮、反硝化和厌氧氨氧化的多种脱氮途径.     

秦岭红桦林土壤细菌群落剖面分布特征及其影响因素

研究秦岭辛家山林区红桦林细菌群落在土壤剖面上的分布状况,对评估土壤细菌在森林生态系统土壤肥力调节、碳氮循环等作用至关重要.采用Illumina MiSeq高通量测序技术对土壤细菌16S r DNA V3~V4可变区进行测序,结合相关生物信息学分析,初步探讨了红桦林0~10、10~20、20~40和40~60 cm这4个土壤层细菌群落丰富度、多样性指数和细菌群落组成及丰度变化.结果表明,在红桦林土壤剖面上,OTUs、Chao1指数、Shannon指数均在0~10 cm处达到最大值,分别为1 688、2 314、8.66,土层间差异不显著.4个土壤层的优势菌门均为酸杆菌门(Acidobacteria)、变形菌门(Proteobacteria),主要的优势菌属为Gp4、Gp6和Gp16.优势菌门的相对丰度在土层间并不相同,0~10 cm土壤层具有较高的变形菌门(Proteobacteria),其相对丰度为23.62%,而40~60 cm具有较高的酸杆菌门(Acidobacteria),相对丰度为62.88%.酸杆菌门(Acidobacteria)与全氮、土壤有机碳、C/N、可溶性有机碳显著相关,变形菌门(Proteobacteria)与土壤含水量、土壤有机碳、可溶性有机碳显著相关.经RDA分析证明,影响秦岭红桦林土壤剖面细菌群落分布的主要土壤因素是可溶性有机碳.这些研究结果表明在秦岭红桦林土壤4个土层均有较高的细菌多样性,为进一步认识森林土壤细菌多样性奠定了理论基础,在研究森林生态系统土壤剖面养分循环过程时应予以考虑.     

同步脱氮除磷好氧颗粒污泥培养过程微生物群落变化

本实验利用生活污水培养具有同步脱氮除磷(simultaneous nitrogen and phosphorus removal,SNPR)功能的好氧颗粒污泥(aerobic granular sludge,AGS).采用Illumina Mi Seq PE300高通量测序对AGS培养过程中细菌群落变化进行了研究,以期揭示污泥好氧颗粒化成因.采用实时荧光定量PCR对AGS培养过程中氨氧化细菌(ammonia-oxidizing bacteria,AOB)、氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea,AOA)、亚硝酸盐氧化菌(nitrite-oxidizing bacteria,NOB)和聚磷菌(polyphosphate accumulating organisms,PAOs)的丰度变化进行了研究.结果表明:历时100 d培养出的AGS质地紧实,具有良好的SNPR效果.AGS胞外聚合物(extracellular polymeric substances,EPS)中多糖含量在培养过程中增加明显,而蛋白质含量保持稳定.AGS培养过程中,AOB的丰度略微下降,AOA的丰度明显下降,NOB的丰度无明显变化,而PAOs的丰度在AGS培养初期明显增加.在AGS培养过程中,细菌群落多样性呈现出先升高后降低的趋势,且细菌群落组成发生了明显的变化.持久型OTUs占样品总序列数的92.70%,其中变形菌门(Proteobacteria,31.07%~53.67%)、拟杆菌门(Bacteroidetes,6.70%~16.50%)和绿弯菌门(Chloroflexi,7.84%~13.36%)是AGS培养过程中的细菌优势门.Candidatus competibacter属在AGS培养过程中大量富集(由种泥中的0.11%增加到35.33%),其可能会分泌胞外多糖,形成黏性EPS,促进絮状污泥团聚成为AGS.     

两次污泥颗粒化过程中微生物群落的动态变化

利用序批式反应器(sequencing batch reactor,SBR)培养好氧颗粒污泥(aerobic granular sludge,AGS),在此期间发生了AGS破碎现象,后经培养,破碎污泥再次变为成熟的AGS.因此,采用Illumina Mi Seq PE300高通量测序技术研究了两次污泥颗粒化过程中微生物群落结构变化的差异,以期揭示有利于AGS形成的优势菌属;此外,利用实时定量聚合酶链式反应(quantitative polymerase chain reaction,q PCR)探究了两次污泥颗粒化过程中硝化微生物的动态变化.结果表明,在两次污泥颗粒化过程中,胞外蛋白质和胞外多糖的含量均增加;氨氧化古菌(ammonia oxidizing archaea,AOA)在第一次污泥颗粒化过程以及AGS成熟过程丰度增加,氨氧化细菌(ammonia oxidizing bacteria,AOB)虽然在第一次污泥颗粒化过程中丰度降低,但是在AGS培养过程中其丰度都一直高于AOA;微生物群落多样性随着AGS的形成而降低;变形菌门(Proteobacteria)相对丰度明显增加,分别增加了12.29%和5.90%;某些属于变形菌门的属其相对丰度也增加,其中,Candidatus Competibacter在两次污泥颗粒化过程中相对丰度增加最明显,并且在成熟的AGS中呈现很高的相对丰度,达到14.20%.总的来说,胞外蛋白质和胞外多糖含量的增加,可能促进了污泥颗粒化;AOA和AOB可能共同参与了AGS的氨氧化作用;Ca.Competibacter的富集可能有利于AGS的形成.     

能源植物修复镉污染土壤对根际细菌网络结构的影响

选取油脂类能源植物大豆和碳水化合物类能源植物玉米,采用高通量测序方法研究大豆、玉米修复Cd污染土壤过程中根际土壤细菌群落组成,基于高通量测序数据采用分子生态网络分析细菌相互作用.结果表明,50 mg·kg-1Cd污染土壤中两种植物根部Cd浓度和积累量最高,转移系数TF分别为玉米0.78和大豆0.35.基于细菌16S r RNA基因的群落分析表明,大豆、玉米根际土壤细菌主要包括Proteobacteria(变形菌门)、Acidobacteria(酸杆菌门)31个门细菌组成,大豆、玉米种植均能影响土壤细菌群落组成,能影响Candidate division TM7 norank、Acidimicrobiales norank、Sphingomonas等丰度.分子生态网络分析表明种植大豆和玉米增加了细菌之间的相互作用,导致其网络结构更为复杂,关键细菌从不种植物处理的1个增加到种植大豆的6个和种植玉米的10个.     

低浓度铬对SBR中微生物抑制影响研究

研究了低浓度铬(三价和六价)对SBR生物系统的抑制影响,考察了两种不同SBR工艺(传统工艺和分段进水工艺)在处理含低浓度铬废水过程中常规的出水水质和活性污泥性状的变化,以及微生物群落的变迁.研究结果表明,在进水总铬(Cr(III)∶Cr(VI)=4∶1)浓度为0.5mg·L-1的条件下,传统工艺和分段进水工艺的氨氮去除率由99%分别下降至70%和65%,同时,磷酸盐去除率也由99%分别下降至51%和43%.当进水中总铬浓度达到1 mg·L-1时,分段进水工艺SBR系统的氨氮和磷酸盐去除率最终分别下降至44%和37%.此外,多糖和蛋白质的分泌量变化分别呈下降和上升趋势.高通量测序结果表明,活性污泥细菌群落丰富度和多样性受到了铬离子的影响,并且Nitrospira、Acidobacteria、Planctomycetes、Cyanobacteria和Candidatus_Accumulibacter等脱氮除磷功能菌种的生长都受到了一定程度的抑制,也与被抑制的SBR系统脱氮除磷去除率下降的宏观现象相吻合.