温度对SCSC-S/Fe复合系统脱氮除磷及微生物群落特性的影响

为了探究温度对纤维素类降解菌和反硝化细菌的影响,分析了固相纤维素碳源玉米芯+硫铁填料脱氮除磷复合系统(solid carbon source of cellulose and sulfur/sponge iron process,SCSC-S/Fe复合系统)在不同温度下脱氮除磷效果,通过扫描电镜(SEM)和MiSeq高通量测序技术对反应前后玉米芯表面结构及微生物特性进行分析.结果表明,温度从15、20、25℃升高到30℃过程中,该系统TN平均去除率从78.88%增加到92.70%、TP平均去除率从82.58%增加到89.15%;反应后玉米芯表面以球状和杆状微生物为主;纤维素类降解菌所占比例在30℃比20℃时高出11.01%,而反硝化细菌所占比例降低了21.26%.可见,纤维素降解菌比反硝化细菌对温度更敏感,受温度影响更大.     

开闭路条件下沉积物微生物燃料电池阳极细菌群落差异解析

采用Solixa高通量测序技术对比了沉积物微生物燃料电池(sediment microbial fuel cells,SMFCs)开闭路条件下启动阳极生物膜细菌群落结构差异.SMFCs开路条件下启动阳极生物膜获得优化序列3 936条,经过97%相似度归并后得到1 581个操作分类单元(operational taxonomic units,OTUs);SMFCs连接5 kΩ电阻闭路启动阳极生物膜获得优化序列3 930条,聚类归并后产生1 551个OTUs,α多样性指数分析表明开路条件下启动阳极生物膜菌群多样性相对更丰富.SMFCs开、闭路条件下启动阳极生物膜优势菌均为Proteobacteria、Firmicutes和Bacteroidetes,它们在开路下阳极生物膜中的含量分别为59.79%、12.54%和9.02%,而在闭路条件下分别为63.02%、10.01%和3.60%,SMFCs闭路条件下运行,地杆菌Geobacter在阳极生物膜中含量高达16.55%.SMFCs开、闭路条件下启动阳极生物膜细菌群落结构的差异说明SMFCs启动过程电子的传递影响电极生物膜微生物群落结构.     

伊乐藻-固定化脱氮微生物技术对入贡湖河道脱氮机制的影响

采用无扰动的入贡湖亲水河底泥柱芯以及上覆水进行实验,探究了伊乐藻与固定化脱氮微生物技术对受污染的入贡湖湾河道的生态修复效果.运用稳定性15N同位素配对技术和基于16S rRNA高通量测序技术探讨了伊乐藻与固定化脱氮微生物联用技术(E-INCB)对亲水河底泥的反硝化速率、厌氧氨氧化速率以及脱氮微生物群落多样性的影响.结果表明,添加了伊乐藻与固定化脱氮微生物以后,亲水河水质得到明显改善,TN、NH+4-N、NO-3-N的去除率分别为72.03%、46.67%、76.65%,同时,添加了伊乐藻和固定化脱氮微生物以后,泥水界面的反硝化细菌和厌氧氨氧化细菌表现出协同作用关系,与对照组相比,反硝化速率和厌氧氨氧化速率增加量分别为165μmol·(m2·h)-1和269.7μmol·(m2·h)-1.反硝化细菌与厌氧氨氧化细菌的群落多样性明显增加,变形菌门(Proteobacteria)、浮霉菌门(Planctomycetes)、酸杆菌门(Acidobbacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes)均具有优势增长.沉水植物与固定化脱氮微生物联用技术增强了河道底泥中的脱氮微生物多样性,进一步提高了亲水河的氮素脱除能力.     

新疆且末地区沙尘暴过程中空气细菌群落结构变化的比较

采集新疆且末地区沙尘暴空气微生物样品,揭示沙尘暴前期、中期和后期细菌多样性和群落结构差异,为沙尘暴灾害预警提供依据.采用16S rRNA基因高通量测序技术,研究其菌群组成、丰度、优势菌群及与环境因子的相关性.新疆且末地区沙尘暴空气样品中共获得740364条有效序列,聚类为156个可操作分类单元（Operational Taxononmic Units）,包括9个门,87个属.门水平上,丰度最高为变形菌门（Proteobacteria,80.52%）,其次为拟杆菌门（Bacteroidetes,20.96%）、放线菌门（Actinobacteria,5.84%）和厚壁菌门（Firmicutes,2.63%）;在属水平上,优势属为不动杆菌属（Actinobacteria）、假单胞菌属（Pseuodomonas）、鞘氨醇宝盒菌属（Sphingobacterium）、海洋杆菌属（Ponibacter）.沙尘暴中期空气细菌的Chao 1（135.013）、ACE（130.424）、Shannon（2.614）指数均高于沙尘暴前期和沙尘暴后期空气细菌多样性数值（p<0.01）.沙尘暴空气细菌主成分分析表明,不同时期的细菌群落组成差异显著.冗余分析表明,湿度和气压可能与沙尘暴空气细菌多样性呈正相关,与经度、维度、海拔和温度呈负相关.新疆且末地区沙尘暴中蕴藏着丰富的细菌资源,沙尘暴前中后期空气微生物菌落结构和物种多样性差异显著.     

潜流人工湿地基质结构与微生物群落特征的相关性

为查明造成不同基质结构人工湿地净化性能差异的微生物因素,利用高通量测序技术,研究水平潜流人工湿地基质结构与微生物群落结构的相关性.结果表明,3个对比人工湿地系统中,从床体表层到底层渗透系数逐渐升高的六层结构人工湿地(CW6)净化性能最高,其出水中COD、TN、NO-3-N及NH_4~+-N平均浓度分别为39、11、0.35及4 mg·L~(-1),其后为三层结构人工湿地(CW3),而单层结构人工湿地(CW1)的净化效果最差,平均出水浓度分别为95、21、0.60及12 mg·L~(-1).高通量测序结果显示,多层结构人工湿地中微生物OTUs略低于单层结构湿地,但其优势菌门变形菌门(Proteobacteria)和其属水平上的硝化与反硝化细菌的相对丰度却显著高于单层湿地.PCA和丰度热图分析结果显示,CW3和CW6床体中变形菌门(Proteobacteria)属水平上的微生物存在显著的空间分布差异,从而有利于污染物的分区降解,而CW1各样点间的微生物群落结构无显著性差异.     

基于qPCR和16S rDNA高通量测序研究蓝藻暴发期间太湖竺山湾水体浮游细菌群落

为了探究浮游细菌和蓝藻暴发之间的关系,利用实时荧光定量PCR和高通量测序技术,对夏季蓝藻暴发期间太湖竺山湾表层水和底泥中浮游细菌群落结构和多样性进行研究。结果表明,从门水平来看,水样和底泥中平均相对丰度最高的为变形菌门,放线菌门次之,此外蓝藻门也有一定的比例,可为水华暴发提供预警指示;从属水平来看,水样中的优势细菌主要为GpXI和GpIIa,底泥中为Gp6和GpIIa。     

甲烷生物燃料电池的产电影响因素及机制研究

考察了阳极电极材料、电极面积、电极电位、pH、阴极电子受体对甲烷生物燃料电池（MFC）产电性能的影响,并通过高通量测序、循环伏安法（CV）分析了其可能的电催化机制.结果表明,透气布/碳布（GTC）复合材料为阳极时产电性能（1251.3 mA·m^-2）最佳,分别是石墨烯/中空纤维膜（G-HFM）阳极（34.8 mA·m^-2）和碳布（CC）阳极（3.21 mA·m^-2）的36倍和390倍;阳极面积越大,MFC启动时间越快,电流密度越大;当电极恒电位为0.1 V （vs.SHE）时,其产电能力较-0.1、+0.3及+0.5 V时高;pH=7最有利于产电;溶解氧为MFC阴极电子受体时,最大功2率密度（703.9 mW·m^-2）优于铁氰化钾（457.2 mW·m^-2）、空气阴极（124.2 mW·m^-2）和高锰酸钾（20.7 mW·m^-2）作为电子受体的MFC.阳极室微生物群落结构分析显示,电活性细菌Geobacter（17.14%）和Desulfovibrio（8.51%）为优势种,其产电机理可能是甲烷氧化菌（Methanobacterium、Methylomicrobium等）与电活性细菌协同氧化甲烷驱动MFC产电.添加NO气体、N-乙酰蛋氨酸和蛋白酶K均可明显抑制阳极生物膜的电化学活性,表明其胞外电子传递过程依赖细胞色素c、Ni-Fe氢酶及与电极接触的外膜蛋白的介导作用.     

高通量测序研究酒精废水治理中厌氧活性污泥的微生物菌群

厌氧消化是治理酒精生产废水的主要技术,本实验基于Illumina Mi Seq高通量测序研究了厌氧活性污泥的微生物菌群,在属(genus)水平上分析了污泥中细菌和古菌的种类和相对丰度,探讨了细菌和古菌的功能.结果表明:高温厌氧活性污泥(TAS)中相对丰度≥1.0%的细菌属有10个,包括Coprothermobacter、Longilinea、Levilinea等,它们的主要功能是分解蛋白质、代谢碳水化合物生成有机酸、乙酸氧化、硫酸盐还原.中温厌氧活性污泥(MAS)中相对丰度≥1.0%的细菌属有21个,包括Acinetobacter、Succinibibrio、Meniscus、Longilinea等,它们的主要功能是代谢碳水化合物生成有机酸、脂肪酸和有机酸氧化、分解结构顽固化合物.TAS中古菌属主要是产甲烷古菌Methanosaeta、Methanobacterium和Methanothermbacter,它们的相对丰度分别为57.72%,28.35%和9.90%.MAS中古菌属主要是产甲烷古菌Methanobacterium、Methanosarcina、Methanosaeta和Methanosphaera,它们的相对丰度分别为33.21%、23.70%、16.63%和11.77%.高通量测序研究充分展示了厌氧活性污泥的微生物菌群,可为阐释酒精废水治理中厌氧消化技术的生物机制及其技术改良提供参考.     

Profiling kidney microRNAs from juvenile grass carp (Ctenopharyngodon idella) after 56 days of oral exposure to decabromodiphenyl ethane

Grass carp(Ctenopharyngodon idella) is one of the most important species in China.Decabromodiphenyl ethane(DBDPE) is a brominated flame retardant that has been used widely in industry, and has been observed to accumulate in the tissues of fish from South China. Evidence has shown that DBDPE is toxic to aquatic animals, but the molecular response has been unclear. MicroRNAs(miRNAs) are small noncoding and negative regulatory RNAs that are 20–24 nucleotides in length, which are involved in a wide range of biological processes. We took advantage of deep-sequencing techniques to accurately and comprehensively profile the kidney mi RNA expression of grass carp after 8 weeks of oral exposure to DBDPE. After mapping sequencing data to the genome and Expressed Sequence Tags(ESTs) of grass carp, we identified 493 miRNAs in the sequenced grass carp samples, which included 51 new miRNAs. The results indicated that 5 miRNAs were significantly down-regulated and 36 miRNAs were significantly up-regulated(FDR 0.001,1.5-fold change) after DBDPE exposure. Real-time quantitative PCR(RT-q PCR) was performed on 4 miRNAs from the two samples, and the sequencing and RT-q PCR data were consistent. This study provides the first comprehensive identification of grass carp miRNAs, and the first expression analysis of grass carp miRNAs following DBDPE exposure.The results indicated that miRNAs have potential for use as biomarkers.     

基于耕地资源约束的中国大豆生产能力研究

论文首先在理论上系统分析了耕地资源约束与农产品生产能力之间的关系;以东北地区和黄淮海地区的大豆生产为重点,对主产区大豆生产的经济效益及影响大豆生产的资源、环境等其他问题进行了研究;并以县为基本单元,对中国大豆主产区未来大豆最大可能生产规模进行了预测;在分析大豆主产区大豆综合生产潜力基础上,研究提出了2020年之前中国大豆的最大可能生产能力在2800×10⁴～3400×10⁴t左右。但由于中国大豆生产和大豆加工存在严重的空间布局错位,应实施“南进北出”的大豆贸易战略;东北平原区的三江平原和松嫩平原是大豆增产潜力最大的地区,但该地区也是玉米主产区,扩大大豆种植面积必然带来玉米种植面积的下降,也将影响未来中国玉米的供求,所以,在耕地资源有限的情况下,应在“耕地资源-农产品”系统中研究耕地资源与农产品的综合平衡问题。