纤维素降解复合菌系的微生物多样性及关键功能菌解析

为分析纤维素降解复合菌系中微生物多样性及关键功能菌,本研究通过梯度稀释法观察不同梯度下滤纸降解及酶活变化情况,确定复合菌系实现滤纸有效降解的临界点为10-5;在此基础上结合高通量测序技术对不同稀释度下的稀释液进行测序.研究结果表明,具有降解能力的稀释液(稀释度≤10-5)与无降解能力的稀释液(稀释度10-5)微生物组成差异显著.从门水平热图看,Firmicutes和Proteobacteria为复合菌系的优势菌门;在属水平上,复合菌系中协同降解纤维素的菌株主要属于Clostridium、Petrobacter、Defluviitalea等属,Clostridium属在有降解能力(稀释度≤10-5)的稀释液中丰度较高,而随着稀释度的增大,在无降解能力(稀释度10-5)的稀释液中几乎消失.经分析判断梭菌属Clostridium是纤维素降解复合菌系的关键功能属,它们与Petrobacter、Defluviitalea等菌属协同作用从而实现纤维素的高效降解.     

西江流域地表水微生物污染定量源解析

水体微生物污染标记物的源强特征是定量解析微生物污染来源的关键.应用实时荧光定量PCR（qPCR）技术分别对人源（qHS601F/qBac725R）、牛源（BacB2-590F/Bac708Rm）、猪源（Bac41F/Bac163R）及禽类（qC160F-HU/qBac265R-HU）特异性拟杆菌引物的源强特征进行了探索,并进一步对西江流域广东段进行微生物污染来源定量解析,结果表明：针对不同目标宿主,不同特异性拟杆菌引物的源强特征为人源（qHB） > 猪源（qPB） > 牛源（qRB） > 禽类（qCB）,DNA模板浓度对引物的源强特征影响较小.选取的目标研究区域水体普遍受到人、猪、牛及禽类粪便污染.干流中qHB、qCB及qPB自上游至下游缓慢升高.各支流中qHB、qCB及qPB的平均浓度较干流均上升了1个数量级,qRB在不同河段变化较小.说明下游河段的生活污水、猪源及禽类粪便污染较为严重,牛源污染的影响较小.统计分析显示在污染水平较高的各支流中,人源特异性拟杆菌引物与传统指示菌具有一定的相关性（P<0.05）,说明生活污水是传统指示菌浓度较高的主要原因,且为持续排放源.     

包埋厌氧氨氧化的脱氮特性及其微生物群落结构

采用聚乙二醇二丙烯酸酯作为载体,分别以N,N,N,‘N’-四甲基乙二胺（TEMED）,过硫酸钾（KPS）作为促进剂和引发剂,对厌氧氨氧化菌进行包埋固定化.采用正交试验优化包埋条件,得到的最佳条件为：10% PEGDA单体,0.25% KPS,0.5% TEMED,最佳的操作条件为：聚合温度20℃,聚合时间控制在5min左右,菌胶比选取1：1.包埋颗粒的连续流实验表明,颗粒经过短暂的活性恢复后,脱氮效果不断提升,并且对水力负荷的提高有一定的抗冲击能力.扫描电镜（SEM）表明本实验包埋材料具有很好的生物相容性,且具有良好的传质性能.高通量测序显示,稳定运行一段时间后,颗粒内微生物多样性略有减小,厌氧氨氧化功能菌Candidatus Kuenenia占整个微生物体系比例由6.58%上升至9.8%,微生物种群的变化说明了包埋后厌氧氨氧化性能能够得到更大的提升.     

高锰酸钾对牛粪微生物燃料电池长期产电性能的影响

为探讨KMnO₄用作阴极电子受体对牛粪长期发酵产电性能的影响,构建了以牛粪为主要底物的双室微生物燃料电池（Microbial fuel cell,MFC）,考察了50,200,800mg/L KMnO₄时牛粪MFC开路电势、输出电压、功率密度、有机底物变化及降解情况.结果表明：当KMnO₄为800mg/L（MFC-800）时产生的开路电势和输出电压最高,分别达到1148mV和234mV,最大功率密度达177mW/m³,库伦效率和净产能最大,分别为18%和19.5MJ/t;电池运行203d后,MFC-800的COD去除率最高,达68.1%;在电池运行过程中,MFC-800的VFA浓度增加了3.5倍,达388mmol/L;pH值从7.25下降到5.71下降了1.54;产电结束后,阳极发酵固态剩余物的成分符合《有机肥料》（NY525-2012）标准,可用于有机肥料生产.     

Fe (Ⅱ)对反硝化过程及其功能微生物群落的影响

以华南稻田土壤为研究对象,通过室内模拟控制实验,研究了Fe （Ⅱ）对厌氧稻田土壤中反硝化过程及其功能微生物群落结构组成与相对丰度的影响.结果表明,加入Fe （Ⅱ）减缓了土壤中NO₃^-的还原,但促进了NO₂^-的还原和N₂O的生成;同时Fe （Ⅱ）只在Soil+Fe （Ⅱ）+NO₃^-处理中发生氧化.通过定量PCR结果发现,Fe （Ⅱ）的加入提高了亚硝酸盐还原基因nirS和N₂O还原基因nosZ的拷贝数;但降低了细胞膜硝酸盐还原基因narG的拷贝数.通过高通量和克隆文库分析发现,Fe （Ⅱ）的加入主要对napA-周质硝酸盐还原微生物群落结构有明显影响,Soil+NO₃^-处理中优势菌是Dechloromonas,而Soil+Fe （Ⅱ）+NO₃^-处理中为Azonexus、Dechloromonas和Azospira.Fe （Ⅱ）对厌氧稻田中的反硝化过程及其功能微生物群落具有显著影响,这对了解华南红壤地区稻田体系中的氮元素循环与铁元素转化的关系具有重要意义.     

Effect of air-exposed biocathode on the performance of a Thauera-dominated membraneless single-chamber microbial fuel cell (SCMFC)

To investigate the effect of air-exposed biocathode(AEB) on the performance of singlechamber microbial fuel cell(SCMFC), wastewater quality, bioelectrochemical characteristics and the electrode biofilms were researched. It was demonstrated that exposing the biocathode to air was beneficial to nitrogen removal and current generation. In Test 1 of 95%AEB, removal rates of ammonia, total nitrogen(TN) and chemical oxygen demand(COD)reached 99.34% ± 0.11%, 99.34% ± 0.10% and 90.79% ± 0.12%, respectively. The nitrogen removal loading rates were 36.38 g N/m~3/day. Meanwhile, current density and power density obtained at 0.7 A/m3 and 104 m W/m~3 respectively. Further experiments on opencircuit(Test 2) and carbon source(Test 3) indicated that this high performance could be attributed to simultaneous biological nitrification/denitrification and aerobic denitrification, as well as bioelectrochemical denitrification. Results of community analysis demonstrated that both microbial community structures on the surface of the cathode and in the liquid of the chamber were different. The percentage of Thauera, identified as denitrifying bacteria, maintained at a high level of over 50% in water, but decreased gradually in the AEB. Moreover, the genus Nitrosomonas, Alishewanella, Arcobacter and Rheinheimera were significantly enriched in the AEB, which might contribute to both enhancement of nitrogen removal and electricity generation.     

ABR-MBR组合工艺短程硝化过程的微生物种群

采用Miseq高通量测序技术研究氨氮进水负荷对ABR-MBR组合工艺MBR池中微生物种群的丰度及优势菌群的影响.结果表明,温度为28~32℃、pH值为7.1~7.4、DO为0.5~1mg/L并逐步提高氨氮进水负荷的条件下,可以使氨氧化菌（AOB）大量富集,并抑制亚硝酸盐氧化菌（NOB）的活性,从而实现短程硝化的稳定运行.在氨氮进水负荷为0.94kg/（m³·d）时,平均亚硝酸盐积累率达到60%以上,氨氮去除率稳定在90%.在系统运行过程中,变形菌门是系统中的优势菌门,Nitrosomonas的相对丰度由4.97%升至22.56%,硝化螺菌属的相对丰度为0.06%~2.12%.因此,ABR-MBR组合工艺短程硝化过程中亚硝酸盐积累率与AOB的活性、相对丰度密切相关,即AOB的大量富集可以有效实现短程硝化,而NOB的小幅度增长不会影响短程硝化的实现.系统中微生物种群的多样性和功能微生物的结构稳定性保证了ABR-MBR工艺具有稳定和较好的处理效果.     

船舶微生物腐蚀与防护研究进展

近年来,随着腐蚀研究的不断深入,船舶上一些异常快速的腐蚀问题引起了人们的注意,由此发现微生物腐蚀在船舶上的大量存在。与其他工业体系相比,我国船舶系统微生物腐蚀的研究起步较晚,与国外相比,在重视程度和机理研究层面存在一定差距,亟待加强机理和防护技术领域研究。针对这个问题,文中系统分析了船舶微生物腐蚀的发生位点与危害、腐蚀微生物群落结构、船舶材料的微生物腐蚀以及防护措施等四个方面的最新研究进展,并在此基础上,提出了对船舶微生物腐蚀研究工作的建议,希望能够引起学术界和工业界的重视,以期在相关领域取得突破性进展。     

三江源国家公园不同草地土壤微生物功能基因的差异性分析

土壤微生物在陆地生物地球化学循环过程中起着非常重要的作用。为了探索青藏高原高寒草地类型地上植被特性和地下土壤环境与土壤微生物功能基因之间关系,以三江源国家公园高寒草原、高寒沼泽化草甸及高寒草甸3种典型草地类型为研究对象,利用基因芯片(GeoChip 5.0)技术测定其微生物功能基因丰度,并分析它们之间的差异及影响因素。结果表明:(1)3种草地类型地上群落结构和地下土壤环境存在差异性,其中高寒草原物种多样性指数、pH值较高,沼泽化草甸中土壤含水量、微生物量碳、地上生物量、土壤速效氮含量较高,高寒草甸中则是土壤微生物量氮含量较高;(2)3种高寒草地类型的碳循环、氮循环、磷循环、有机修复的土壤微生物功能基因丰度存在显著差异,其中这些功能基因的丰度在高寒沼泽化草甸最高,高寒草甸、高寒草原次之;(3)地上植物物种多样性虽对功能基因丰度变化的解释率(r2)在57.1%-61.2%之间,但统计学上不显著(P>0.05),而微生物基因丰度随地上生物量的增加而增加,且解释率(r2)为77.5%-80.0%(P<0.05)。在pH、土壤含水量、土壤微生物量等地下土壤环境因子中,pH对功能基因丰度存在显著影响(P<0.01)解释率在83.4%-87.5%间,且土壤微生物功能基因丰度随土壤pH的增加而降低;土壤含水量、土壤微生物量对土壤微生物功能基因丰度的解释率分别为81.9%-83.1%(P<0.05)和76.8%-86.2%(P<0.05),微生物功能基因丰度随这两者含量的增加呈上升趋势。进一步运用RDA分析发现,pH、土壤微生物量、地上生物量是影响微生物功能基因丰度的主要因子,其中土壤微生物量是土壤有机质的重要组成部分,土壤有机质又是通过地上植被凋落物沉积所得到的。因此,地上植被特性的自上而下控制因子影响了土壤环境中自下而上的控制因子,间接的影响了微生物功能基因丰度。由此得出,地上植被特性和地下土壤环境因子共同作用控制了微生物功能基因丰度使其出现差异性。     

微生物菌剂对不同废水的适配试验

采用15种不同的微生物菌剂,以葡萄糖配水、中药提取废水、啤酒废水、氨氮配水等为基质,分别测定了微生物菌剂的耗氧速率和厌氧比产甲烷速率,以单位菌剂对不同基质的耗氧速率和厌氧比产甲烷活性为指标,比较了各菌剂对废水的适配性.根据测定结果选择活性高的菌剂,在试验室进行了菌剂对废水的连续处理试验.结果表明,不同菌剂对同一种废水的好氧或厌氧活性不同,同种菌剂对不同废水的好氧和厌氧活性不同.废水的连续处理试验取得良好的处理效果.No.8菌剂处理葡萄糖配水,系统有机负荷最高可达(COD)10.8 g L-1d-1,COD去除率可达90%以上;采用No.10菌剂处理氨氮配水,好氧氨氮负荷可达(NH4-N )1.42 g L-1d-1,厌氧氨氮负荷可达(NH4-N )0.3 gL-1d-1,系统NH4-N 去除率可达90%以上.图2表3参8