Treatment of swine wastewater in aerobic granular reactors: comparison of different seed granules as factors

The granulation process, physic-chemical properties, pollution removal ability and bacterial communities of aerobic granules with different feed-wastewater (synthetic wastewater, R1; swine wastewater, R2), and the change trend of some parameters of two types of granules in long-term operated reactors treating swine wastewater were investigated in this experiment. The result indicated that aerobic granulation with the synthetic wastewater had a faster rate compared with swine wastewater and that full granulation in R1 and R2 was reached on the 30th day and 39th day, respectively. However, although the feed wastewater also had an obvious effect on the biomass fraction and extracellular polymeric substances of the aerobic granules during the granulation process, these properties remained at a similar level after long-term operation. Moreover, a similar increasing trend could also be observed in terms of the nitrogen removal efficiencies of the aerobic granules in both reactors, and the average specific removal rates of the organics and ammonia nitrogen at the steady-state stage were 35.33 mg·g⁻¹ VSS and 51.46 mg·g⁻¹ VSS for R1, and 35.47 mg·g⁻¹ VSS and 51.72 mg·g⁻¹ VSS for R2, respectively. In addition, a shift in the bacterial diversity occurred in the granulation process, whereas bacterial communities in the aerobic granular reactor were not affected by the seed granules after long-term operation.     

植被恢复对刺萼龙葵根际土壤细菌群落结构与功能的影响

入侵植物可以改变入侵地土壤微生物群落,从而有助于其入侵,在前期研究中发现,植被恢复措施可有效控制刺萼龙葵（Solanum rostratum）的入侵,但植被恢复前后刺萼龙葵根际土壤细菌群落结构与功能尚未清楚.选取了前期研究中的2个植被组合：沙打旺（Astragalus adsurgens）+披碱草（Elymus dahuricus）+无芒雀麦（Bromus inermis）（T1）;沙打旺+苇状羊茅（Festuca arundinacea）+冰草（Agropyron cristatum）+羊草（Leymus chinensis）（T2）,并选取刺萼龙葵（SR）及本地植被（NR）作为对照,采用16S rDNA MiSeq高通量测序技术研究刺萼龙葵入侵及植被恢复后刺萼龙葵根际细菌群落组成,同时采用PICRUSt功能预测分析其功能.结果表明,刺萼龙葵入侵（SR）后Simpson指数和Chao1指数均高于本地植被（NP）,但未达到显著水平,而植被恢复（T1和T2）后,Shannon指数和Chao1指数显著降低（P<0.05）.刺萼龙葵（SR）显著降低了变形菌门（Proteobacteria）中的微枝形杆菌属（Microvirga）、斯科曼氏菌属（Skermanella）、鞘氨醇单胞菌属（Sphingomonas）及酸杆菌门（Acidobacteria）的Bryobacter属相对丰度（P<0.05）,而植被恢复后,这些菌属丰度也随之上升.RDA分析结果显示,土壤有机质、总氮、总磷、总钾和速效钾是影响细菌群落组成的重要因素.PICRUSt功能预测分析表明,刺萼龙葵入侵显著提高了氨基酸合成（biosynthesis of amino acids）、嘌呤代谢（purine metabolism）、嘧啶代谢（pyrimidine metabolism）、核糖体（ribosome）和氨酰-tRNA合成（aminoacyl-tRNA biosynthesis）等方面的功能,而植被恢复以后其相对丰度显著降低.本文探讨了刺萼龙葵入侵及植被恢复后根际细菌群落和功能,为刺萼龙葵的入侵机制及生态恢复提供理论依据.     

生活垃圾填埋场细菌气溶胶分布及职业暴露风险评估

为探究生活垃圾填埋场细菌气溶胶分布以及场区员工的职业暴露风险,在西安市某垃圾填埋场的6个功能区测定和分析了细菌气溶胶浓度、粒径分布和细菌活性,并运用风险商法评估场区员工的职业暴露风险.结果表明,生活垃圾填埋场细菌气溶胶浓度最高和最低值分别为渗滤液收集区（（5381±3875）CFU·m^-3）和生活办公区（（1227±204）CFU·m^-3）,不同季节细菌气溶胶浓度变化为：夏季 > 秋季 > 冬季 > 春季.各采样点位于0.65~1.1 μm的细菌气溶胶浓度最低,小粒径细菌气溶胶比重由春季到冬季逐渐增大,各采样点细菌气溶胶的平均中值粒径均小于5.0 μm.流式细胞术分析结果显示,冬季不同采样点细菌气溶胶中活菌占比为74%~83%.细菌气溶胶职业暴露风险商均小于1,不同季节的暴露风险大小为夏季 > 秋季 > 冬季 > 春季,成年男性的职业暴露风险大于成年女性.     

双氰胺对污泥堆肥过程中酶活性和细菌群落演变的影响

鉴于氮肥增效剂在农田中的保氮经验,研究其对堆肥中氮素的保持具有重要意义.因此,本研究以氮肥增效剂-双氰胺（Dicyandiamide, DCD）为添加剂,脱水污泥为堆肥原料,进行了20 d的堆肥试验,探讨DCD对堆肥过程中氮素转化和酶活性变化及其细菌群落演变的影响.结果表明,DCD的添加降低了堆肥高温期的温度,延长了高温期的持续天数;DCD组显著降低了高温期NH₄-N的含量和整个时期NO₃-N的含量.堆肥结束时,总氮含量与对照相比提高了14.8%.此外,DCD的添加抑制了高温期纤维素分解酶和蛋白酶的活性,抑制了整个过程的硝酸还原酶的活性,而且高温期时,DCD组中厚壁菌门和绿弯菌门的丰度显著低于对照.冗余分析表明,NH₄-N、pH和温度主要影响高温期时酶的活性,NO₃-N和总氮主要影响稳定期时酶的活性.综上所述,DCD通过降低高温期的微生物丰度和相关酶活性,减缓了高温期的氨化作用和后期的硝化作用,减少了氮素损失,是一种可行的污泥堆肥添加剂.     

铜污染对土壤细菌群落结构及重金属抗性基因的影响

重金属Cu在土壤中长期积累会对微生物产生毒害作用,为了探究Cu污染对土壤细菌群落及重金属抗性基因的影响,本研究建立了不同Cu浓度（50、100、200、300、500、750和1000 mg·kg^-1）的土壤微宇宙,基于高通量测序和荧光定量PCR技术分析比较不同Cu浓度下培养14 d后土壤细菌群落及重金属抗性基因的变化.结果表明,当Cu浓度≤ 100 mg·kg^-1时,随着铜浓度增加细菌群落丰度和多样性增加;而Cu浓度≥ 500 mg·kg^-1时,Cu浓度的增加会导致细菌群落丰度和多样性显著降低（p<0.05）.随着Cu浓度的升高,变形菌门的相对丰度增加,酸杆菌门和芽单胞菌门的相对丰度降低（p<0.05）;在属水平,溶杆菌属、黄杆菌属和Brevundimonas等13个属的相对丰度升高,而芽孢杆菌属、假单胞菌属和Subgroup_6等17个属的相对丰度降低.抗性基因检测结果显示,当Cu浓度≥ 500mg·kg^-1时,重金属抗性基因的丰度显著高于其它样品中的丰度（p<0.05）,其中,copB、copA和czcA的丰度较高,copB和czcA与Cu浓度之间呈显著正相关（p<0.001）,而copA与Cu浓度则呈显著负相关（p<0.001）.网络分析表明,抗性基因丰度的升高或降低可能是由于Cu污染对其潜在宿主影响所造成.本研究结果表明,不同Cu污染水平下土壤细菌群落重金属抗性的选择影响着群落多样性的变化,也为重金属Cu污染修复提供了理论依据.     

Impacts of n-alkane concentration on soil bacterial community structure and alkane monooxygenase genes abundance during bioremediation processes

Petroleum hydrocarbons, mainly consisting of n-alkanes and polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), are considered as priority pollutants and biohazards in the environment, eventually affecting the ecosystem and human health. Though many previous studies have investigated the change of bacterial community and alkane degraders during the degradation of petroleum hydrocarbons, there is still lack of understanding on the impacts of soil alkane contamination level. In the present study, microcosms with different n-alkane contamination (1%, 3% and 5%) were set up and our results indicated a complete alkane degradation after 30 and 50 days in 1%- and 3%-alkane treatments, respectively. In all the treatments, alkanes with medium-chain length (C₁₁-C₁₄) were preferentially degraded by soil microbes, followed by C₂₇-alkane in 3% and 5% treatments. Alkane contamination level slightly altered soil bacterial community, and the main change was the presence and abundance of dominant alkane degraders. Thermogemmatisporaceae, Gemmataceae and Thermodesulfovibrionaceae were highly related to the degradation of C₁₄- and C₂₇-alkanes in 5% treatment, but linked to alkanes with medium-chain (C₁₁-C₁₈) in 1% treatment and C₂₁-alkane in 3% treatment, respectively. Additionally, we compared the abundance of three alkane-monooxygenase genes, e.g., alk_A, alk_P and alk_R. The abundance of alk_R gene was highest in soils, and alk_P gene was more correlated with alkane degradation efficiency, especially in 5% treatment. Our results suggested that alkane contamination level showed non-negligible effects on soil bacterial communities to some extents, and particularly shaped alkane degraders and degrading genes significantly. This study provides a better understanding on the response of alkane degraders and bacterial communities to soil alkane concentrations, which affects their biodegradation process.

Open image in new window

     

产多胺细菌调控根际细菌群落阻控小麦Cd吸收效应

土壤中的一些功能微生物能够通过吸附和沉淀等作用固定重金属,降低其有效态含量,从而阻控作物对重金属的吸收,在中轻度重金属超标农田钝化修复中发挥着重要作用.通过盆栽试验,借助高通量测序技术研究外源产多胺细菌Bacillus sp.N3的接种对小麦Cd吸收和根际土壤细菌群落组成和功能的影响.结果 表明,与不接菌对照相比,菌株...     

油烟污染物降解优势菌的驯化培育及其性能

通过驯化污水厂曝气池中的活性污泥,获得以细菌、真菌为主的降解油烟污染物的优势菌种.驯化21d后,细菌的数量由16000cfu/mL减少到1500cfu/mL,种类由8种减少为2种.真菌包含丝状真菌和酵母状真菌,且数量显著增加.对驯化后的菌种进行形态学、生理学和分子生物学鉴定,结果为芽孢杆菌(Bacillussubtilis)、铜绿假单胞菌(Pseudomonasaeraginosa)、青霉菌(Penicillum)和红冬孢酵母菌(Rhodosporidiumtoruloides).在30℃,初始油烟污染物浓度为70.6mg/L条件下,铜绿假单胞菌、芽孢杆菌、青霉菌、红冬孢酵母菌的最大油烟比降解率分别为0.627,0.916,2.102,2.453mg/g菌,优势菌群降解能力最高可达到7mg/g菌.     

宏基因组学分析深度处理阶段污水中细菌的赋存特征及其功能

为探究深度处理阶段污水中细菌的赋存特征及其功能,采集了污水深度处理阶段沿程各单元的进出水样品,并基于宏基因组学对污水中细菌的群落结构及功能进行了解析.结果表明,不同深度处理单元出水中细菌的多样性存在差异,臭氧接触池出水中细菌的多样性最低;相比夏季,冬季深度处理阶段污水中细菌的丰富度和多样性较低.不同季节深度处理阶段污水中的细菌群落结构变化较大,反硝化滤池出水中的细菌群落结构与其它样品存在较大差异;变形菌门（41.5%～71.0%）是深度处理阶段污水中的主要优势菌门,其次是拟杆菌门（3.8%～16.2%）;反硝化滤池出水中主要菌属有脱氯单胞菌（4.1%～7.4%）、弓形杆菌（3.0%～8.3%）和不动杆菌（2.3%～3.0%）.在深度处理阶段各工艺出水中共发现了29种与氮代谢有关的功能基因,并且在各工艺出水中均检测到了与反硝化有关的功能基因,如nosZ、napA、nirK和norB等,表明深度处理阶段污水中的细菌具有持续脱氮的潜力.糖苷转移酶和糖苷水解酶是深度处理阶段主要的碳水化合物活性酶,深度处理阶段污水中的细菌表现出了对多种有机物的降解潜力.     

宁夏黄土丘陵区农田土壤细菌海拔分布特征

研究农田土壤微生物多样性、结构与功能的海拔分布特征及其影响因子,对保护农田生态系统生物多样性具有重要意义.利用高通量测序技术对宁夏黄土丘陵区农田土壤细菌多样性、群落结构和代谢功能沿海拔分布特征及其对土壤理化性质的响应进行分析.结果表明:①土壤细菌Alpha多样性指数与海拔呈显著负相关,沿海拔呈现先降低再略升高的变化趋势.②变形菌（Proteobacteria）、放线菌（Actinobacteria）和酸杆菌（Acidobacteria）等7个菌门为优势菌群,其中5个菌群在海拔间具有极显著性差异.③二级分类水平上包括膜运输、碳水化合物代谢和氨基酸代谢等36个细菌代谢功能,其中22个在不同海拔间具有显著性差异,12个具有极显著性差异.④Pearson相关分析表明,土壤含水量、容重、pH和碳氮比对细菌Alpha多样性影响最为显著,总有机碳、全氮和全磷等土壤养分对细菌Beta多样性具有显著影响.⑤Mantel分析表明,门水平细菌群落结构受土壤含水量、总有机碳和碳氮比影响,细菌代谢功能与土壤pH、总有机碳、全氮、全磷和碳氮比均有显著相关性.方差分解分析显示土壤含水量对群落结构解释度最高,pH对代谢功能解释度最高.由此可知,土壤含水量和pH是影响宁夏黄土丘陵区农田土壤细菌多样性、群落组成和代谢功能的主要土壤因子.