基于高通量测序的SBR反应器丝状膨胀污泥菌群分析

为探究丝状污泥膨胀及控制过程中细菌菌群和真菌菌群的变化规律,采用一套11 L的SBR反应器,接种某城市污水处理厂膨胀污泥,以乙酸钠为碳源进行人工配水,对膨胀污泥进行399 d的培养实验,采用高通量测序技术对污泥样本进行菌群多样性分析.结果表明,接种污泥菌群多样性比较丰富,经培养至污泥高度膨胀后,菌群多样性降低,污泥沉降性能恢复正常后,菌群多样性又逐渐增加.细菌中的腐螺旋菌属(Saprospiraceae_norank)、丛毛单胞菌属(Comamonadaceae_unclassified)和四球菌属(Tetrasphaera)相对丰度分别为13.37%、10.54%和8.59%,是接种污泥的主要细菌属.经过培养,膨胀污泥菌群发生变化,接种污泥中细菌相对丰度仅为0.01%的丝硫菌属(Thiothrix)增加至56.95%~60.14%,真菌中相对丰度为19.60%的丝孢菌属(Trichosporon)增加至94.82%.污泥膨胀得到控制后,污泥中丝硫菌属(Thiothrix)相对丰度减少至0.01%,丝孢菌属(Trichosporon)相对丰度减少至2.32%.丝硫菌属(Thiothrix)和丝孢菌属(Trichosporon)过多不利于污泥沉降.     

基于微生物生物完整性指数的地下水生态系统健康评价:以包钢稀土尾矿库周边地下水生态系统为例

生物完整性指数是水体生态系统健康评价的重要指标,已被广泛应用于湖泊河流等的生态系统健康评价中.但利用水体中分解者微生物群落构建IBI评价标准的报道很少,针对地下水生态系统的研究更是鲜见.本研究针对包钢稀土尾矿库周边地下水生态系统健康开展评价工作,基于地下水环境中微生物群落Illumina高通量测序信息,筛选关键环境因子,甄别敏感或耐受微生物分类属,确定候选生物参数,探索针对地下水的微生物完整性指数(microbiome index of biotic integrity,M-IBI)评价流程与标准构建方法.结果表明,总计12个地下水样点中,4个样点属于健康等级(Ⅰ级),占总样点的33.3%;2个样点属于亚健康等级(Ⅱ级),占总样点的16.7%;5个样点属于一般等级(Ⅲ级),占41.7%;1个样点属于较差等级(Ⅳ级),占8.3%;总体来看,靠近尾矿库的样点健康等级较低,而远离尾矿库参照点受到的干扰较小,健康等级较高,这可能与人类活动干扰影响程度密切相关.参照该地区地下水理化参数基础上的水质情况分析结果,发现应用M-IBI指数可较合理地评估包头稀土尾矿区周边地下水生态系统健康状况.结合生态系统健康内涵,本研究初步提出针对地下水生态系统健康的M-IBI指数评价体系构建流程.     

厌氧氨氧化启动过程及微生物群落结构特征

采用UASB反应器以体积比1∶2接种实验室培养的具有厌氧氨氧化(ANAMMOX)功能的厌氧污泥和城市污水厂的好氧污泥,耗时17 d成功启动ANAMMOX反应,启动阶段分为菌体水解期、活性提高期和稳定运行期.稳定运行后,逐步提高反应器容积负荷富集厌氧氨氧化菌,当容积负荷由0.10 kg·(m~3·d)~(-1)增至0.44 kg·(m~3·d)~(-1)时,总氮(TN)去除负荷也随之由0.09 kg·(m~3·d)~(-1)提高到0.42 kg·(m~3·d)~(-1),反应器污泥逐渐由浅红色加深,粒径大于0.2 mm的污泥所占比例由10.90%增至38.37%.采用高通量测序对接种污泥和负荷提高期的污泥进行检测,其中绿曲挠菌门(Chloroflexi)、变形菌门(Proteobacteria)、WWE3门、放线菌门(Actinobacteria)、浮霉菌门(Planctomycetes)等占据主导.随着厌氧氨氧化菌富集程度的增大,脱氮功能菌中的变形菌门所占比例逐渐减少,从21.60%降至14.20%,而浮霉菌门随之增多,相对丰度由0.73%升至15.50%.当反应器的容积负荷增到0.44 kg·(m~3·d)~(-1)时,浮霉菌门中,Candidatus Brocadia属、Candidatus Jettenia属和Candidatus Kuenenia属是主要菌属,Candidatus Brocadia属占13.40%,是主要的厌氧氨氧化菌属.     

土壤-青菜系统中铅污染对土壤微生物活性及多样性的影响

采用盆栽方法研究了青菜种植条件下2种不同类型的人为铅污染土(黄松田土和黄红壤)中不同处理对土壤微生物生物量、生理生态参数以及群落结构的影响.结果表明,2种土壤在外源铅含量为100和300 mg·kg-1时,土壤微生物生物量有微小增加,而高浓度铅污染使土壤微生物生物量显著降低.在高浓度铅污染土壤中,微生物生理生态参数发生明显变化,微生物生物量碳/土壤有机质碳(Cmic/Corg)逐渐下降,代谢熵(qco2)明显上升,表明土壤微生物群落处于胁迫状态.结果还显示,铅污染对土壤微生物的影响与不同的管理方式(青菜种植情况)以及土壤中有机质、粘粒含量等有关,在种植青菜、有机质和粘粒含量高的土壤中,土壤微生物各项参数变化要小.对21种磷脂脂肪酸(PLFA)的图谱进行分析,结果表明,受铅污染土壤的微生物群落结构组成伴随着功能参数的变化而发生了改变;随着铅污染程度的增强,指示真菌和放线菌类的脂肪酸增加,而革兰氏阳性菌与革兰氏阴性菌脂肪酸比值下降.     

兰州市春季微生物气溶胶浓度、粒径及细菌群落结构分布特性

分析了兰州市春季不同时段微生物气溶胶浓度、粒径和细菌群落结构组成的差异,探讨气象条件和空气污染物对微生物气溶胶分布的影响.结果表明,兰州市春季空气环境中总微生物、细菌、真菌和放线菌浓度均值分别为（2730±376）、（2243±354）、（349±38）和（138±22） CFU·m^-3,其中,细菌占82.16%,明显高于真菌和放线菌（P<0.05）.08：00~09：00时段总微生物、细菌和放线菌浓度明显高于18：00~19：00时段,微生物气溶胶浓度变化明显受气象条件和空气污染物的影响.细菌和真菌气溶胶粒子主要分布在前4级（>2.1 μm）,分别占85.13%和83.26%,而放线菌主要集中在后4级（<4.7 μm）上,占73.15%.Illumina MiSeq测序结果表明,08：00~09：00和18：00~19：00时段细菌群落结构组成差异不显著（P>0.05）.乳球菌属（Lactococcus）和芽孢杆菌属（Bacillus）为优势菌属,肠球菌属（Enterococcus）、葡萄球菌属（Staphylococcus）、假单胞菌属（Pseudomonas）、不动杆菌属（Acinetobacter）、克雷伯氏菌属（Klebsiella）、欧文氏菌属（Erwinia）、蜡样芽胞杆菌（Bacillus cereus）、无乳链球菌（Streptococcus agalactiae）和产气荚膜梭菌（Clostridium perfringens）等是兰州市春季空气环境的潜在病原菌.本研究结果为揭示兰州市春季微生物气溶胶污染状况以及相关病原菌对人类健康的潜在危害提供基础数据.     

DNA提取方法对活性污泥微生物多样性PCR-DGGE检测的影响

评价超声波法、2种基于SDS的裂解法、改进的化学裂解法、微波法和冻融 玻璃珠 溶菌酶 SDS等6种DNA提取方法对活性污泥微生物多样性PCR-DGGE检测的影响.结果表明,2种不同的DNA纯化方式(溶液和胶纯化)及PCR扩增方式(直接和巢式PCR)对DGGE结果没有明显的影响,但不同的DNA提取方法对DGGE结果有明显的影响,其中2种基于SDS裂解法的DGGE条带较多,其提取的DNA产量(14.85μg/g湿重)和纯度(OD260:OD280＞1.80)也最高;改进的化学裂解法和微波法次之;超声波法、冻融 玻璃珠 溶菌酶 SDS法较少.研究表明,DNA提取方法是影响活性污泥微生物多样性PCR-DGGE检测结果的关键因素,基于SDS的裂解法是用于活性污泥微生物多样性PCR-DGGE研究的一种简便、可靠的总DNA提取方法.     

垃圾填埋场有机污染物的生物降解机理

概述了垃圾填埋场中微生物的作用特性，微生物对有机污染物的降解及其影响因素，介绍了有机污染物降解的两种生化动力学模型：“速度指数模型”和“双曲线速度模型”，以及垃圾降解的动力学方程。     

污水灌溉对土壤重金属含量、酶活性和微生物类群分布的影响

以沈阳张士灌区长期污灌的农田土壤为对象,研究了土壤重金属、土壤酶活性、微生物生物量和种群分布特征,分析了土壤微生物参数与土壤重金属和土壤性质的相关关系.结果表明,虽然已停止污灌十余年,张士灌区农田土壤仍存在Cd、Zn、Cu等多种重金属污染.土壤Cd污染最严重,含量达1.75～3.89 mg·kg-1.土壤耕作层(0～30cm)Zn、Cu、Pb总含量随土层深度增加逐渐减少,而Cd元素的垂直分布呈向下迁移的趋势.Cd、Zn、Cu、Pb等4种重金属含量水平分布特征相似,均为1号样地＞2号样地＞3号样地＞4号样地.相关性分析表明,张士灌区土壤酶活性、微生物生物量和种群分布受重金属污染和土壤养分的影响,土壤养分含量(有机碳、N、P、K)对微生物的正面效应大于重金属对微生物的负面效应.土壤全量Cd和速效K对微生物参数的影响最为明显,Cd含量与多酚氧化酶活性和微生物生物量(Cmic)呈极显著负相关,与纤维素酶活性呈极显著正相关(P＜0 01),速效K含量与多酚氧化酶活性、微生物生物量以及可培养微生物种群数量均呈极显著正相关(P＜0.01).     

脱卤球菌纲(Dehalococcodia Class)在有机卤化物生物地球化学循环中的作用

脱卤球菌(Dehalococcoidia,Dia)纲是绿弯菌门下属八大纲之一.迄今为止,脱卤球菌纲中包含3个能进行严格厌氧有机卤化物呼吸的菌属:脱卤拟球菌(Dehalococcoides,Dhc)、脱卤单胞菌(Dehalogenimonas,Dhgm)及尚未正式命名的Candidatus"Dehalobium".当前关于脱卤拟球菌和脱卤单胞菌生理学、生物化学和生态学方面的研究,主要集中在从有机氯污染场地中富集或者分离出来的菌株方面.而越来越多的研究证据表明,能进行有机卤化物呼吸的脱卤球菌纲微生物不仅仅只存在于污染物产地,在各种环境(如海洋、淡水、陆地)中也能经常被检测和鉴定到.但脱卤球菌纲微生物在自然界生态系统中起到的重要作用尚未被完全揭示.本文旨在介绍和讨论被低估且未被充分研究的脱卤球菌纲微生物的生理生态特征及其潜在的生态学功能,从而引起研究人员更广泛的关注,鼓励跨学科研究来揭示这一类特殊微生物在有机卤化物生物地球化学循环中的重要作用.     

序批式生物反应器填埋场脱氮微生物多样性分析

为探究序批式生物反应器填埋场脱氮过程中的微生物作用机制,本研究采用建立脱氮功能基因(amoA、nosZ)克隆文库及PCR-RFLP技术对序批式生物反应器填埋场垃圾稳定化后期的主要脱氮功能微生物多样性进行分析.结果表明,矿化垃圾反应器中检测到的氨氧化细菌存在高度多样性,大部分为未知类群,且均为不可培养菌或未经分离获得的细菌,经系统发育树分析系统内氨氧化细菌以β-变形菌门中的亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)为主;新鲜垃圾反应器中反硝化细菌种群丰富,主要有β-变形菌纲中的陶厄氏菌属(Thauera)和硫杆菌属(Thiobacillus).Thauera属在好氧条件下具有反硝化特性,Thiobacillus属中的脱氮硫杆菌(Thiobacillus denitrificans)是一种硫自养反硝化菌,可见新鲜垃圾单元稳定化后期以好氧反硝化和自养反硝化的脱氮途径为主.此外文库中检测到的一部分反硝化细菌可能归属于α-变形菌纲的慢生根瘤菌科(Bradyrhizobiaceae).