HN-AD菌强化3D-RBC处理养猪废水及微生物特性研究

针对现有养猪废水处理工艺中普遍存在的高氨氮（NH₄⁺-N）生物毒性大、工艺流程长、运行成本高和脱氮效果差等问题,采用耐受性强的异养硝化-好氧反硝化（HN-AD）菌挂膜启动三维结构生物转盘（3D-RBC）预处理养猪废水,仅需15d就完成了3D-RBC反应器的快速挂膜.采用调节盘片线速度和C/N的方式,仅65d实现了HN-AD菌在反应器中的富集及养猪废水预处理工艺的启动.采用该工艺对实际养猪废水进行处理,结果表明,HN-AD菌剂挂膜的3D-RBC工艺耐受高氨氮性能强,原水中COD、NH₄⁺-N、TN的去除率高达69.8%、87.9%和79.5%,污染物削减效果明显优于传统工艺.采用高通量测序技术研究了功能菌优势化构建过程中微生物群落结构的变化规律,结果表明,生物膜内具有HN-AD功能的优势菌由盐单胞菌属（Halomonas）、不动杆菌属（Acinetobacter）逐渐变为丛毛单胞菌属（Comamonas）、嗜氢菌属（Hydrogenophaga）等,且后者的相对丰度逐渐上升.扫描电子显微镜结果显示,生物膜以丝状菌为骨架,紧密附着在盘片上的生物膜层表面聚集了以杆状和球状为主的微生物,这与生物多样性分析得出的结论较一致.     

表面活性剂对地表水中微生物的毒性效应

研究了甜菜碱和石油磺酸盐表面活性剂对地表水中微生物的数量和代谢活性的影响,并基于菌群16S rRNA基因的高通量测序,比较分析了表面活性剂作用前后微生物群落结构的变化.结果表明,两种表面活性剂胁迫下微生物的生长活性均遵循低浓度促进、高浓度抑制的作用规律,表现出明显的浓度依赖性.与空白组相比,在1.5g/L的表面活性剂的作用下,微生物数量、蛋白质含量以及脱氢酶的活性均明显降低,且同浓度下的甜菜碱表现出更高的生物毒性;菌群多样性分析发现,肠杆菌属（Enterobacter）以高于75%的比例成为所有样本中的优势菌属,从各组来看石油磺酸盐可有效提高肠杆菌属（Enterobacter）的相对丰度,对假单胞菌属（Pseudomonas）和根瘤菌属（Rhizobium）抑制作用显著;而甜菜碱则可明显增加假单胞菌属（Pseudomonas）和寡养单胞菌属（Stenotrophomonas）的菌属比例,抑制肠杆菌属（Enterobacter）和根瘤菌属（Rhizobium）的繁殖;通过表面活性剂与纯种菌的作用发现,表面活性剂可通过扰乱细菌的生长周期、破坏细胞膜结构来干扰细胞的正常生理功能,从而使其活性降低甚至死亡.     

砷污染湿地生境下土壤微生物多样性及群落结构特征

为研究As（砷）污染对微生物多样性的影响,找寻有利于As污染修复的抗As菌种,利用高通量测序技术分析As胁迫〔w（As）分别为0、80、100、150、200和400 mg/kg,依次记为AT0组、AT80组、AT100组、AT150组、AT200组和AT400组〕对湿地生境中土壤微生物多样性及群落结构特征的影响.结果表明:As污染会引起微生物多样性和群落结构的变化,但并不是简单的负相关.在各处理组中,AT80组的土壤中微生物多样性最高,OTU（operational taxonomic units）数高达1 849,较未经As处理的AT0组增加了58.9%,说明低As胁迫在一定程度上会刺激As敏感微生物的生长繁殖,如Desulfovibrio（脱硫弧菌属）和Allobaculum等菌属,使群落结构更加复杂多样.高w（As）（400 mg/kg）对微生物有明显的抑制作用,导致某些物种消亡和多样性下降.As胁迫会诱导抗As微生物〔如Pseuomonas（假单胞菌属）〕成为优势类群,群落结构趋于稳定、单一.微生物群落结构对不同w（As）胁迫有明显的响应特征,可作为As污染湿地土壤质量评价的灵敏指标.在AT400组中存在大量的Pseudomonas veronii,可为As污染湿地微生物修复提供借鉴.研究显示,微生物对As污染具有较为敏感的响应,其中,Proteobacteria（变形菌门）和Firmicutes（厚壁菌门）为As污染生境中微生物优势门类并且与非专性吸附态As和谷胱甘肽含量呈正相关.      

基于MiSeq测序分析酸性农作物土壤细菌群落结构与多样性

为分析酸性农田土壤中微生物群落结构,探寻酸化土壤的综合治理途径,以湖北恩施土家族苗族自治州利川市酸性农作物土壤为研究对象,应用Illumina MiSeq高通量测序技术,测定酸性土壤中总细菌和经驯化的可培养细菌的16S rRNA基因V3~V4变异区序列,确定不同农作物土壤中总细菌和可培养细菌的群落结构,并探讨土壤理化因子对土壤总细菌群落结构的影响.结果表明:白菜地、烟草地、山药地、草莓地、玉米地及莴苣地这6种农作物土壤中总细菌和可培养细菌在97%的相似水平下得到的OTUs（operational taxonomic units,操作分类单元）数量分别为4 008和97个.在门水平上,土壤总细菌中有12个门类的细菌相对丰度大于1%,Proteobacteria、Acidobacteria和Chloroflexi为优势菌门细菌;可培养细菌中仅有3个门类细菌相对丰度高于1%,即Firmicutes、Proteobacteria和Bacteroidetes.在OTU水平上,土壤总细菌沿pH梯度将6种土壤样品分为2类,即pH < 5.5的玉米地、山药地和莴苣地和pH>5.5的烟草地、白菜地和草莓地.此外,冗余分析（RDA）结果显示,Acidobacteria的相对丰度与pH呈正相关,Firmicutes和Roteobacter的相对丰度均与w（TN）、w（TP）、w（TC）呈正相关.系统进化树分析表明,相对丰度位于前30位的细菌与亚洲地区发现细菌的16S rRNA基因序列同源性较高.研究显示,Illumina MiSeq测序能够较为全面地解析酸性土壤中总细菌和可培养细菌的多样性,驯化过程极大地减少了细菌的种类;同时,发现细菌群落结构的相似性可能因样本来源的地理距离的增加而衰减.      

基于微生物完整性指数的苏州市湿地健康评价

为建立在不同区域和不同湿地等大尺度范围内M-IBI（微生物生物完整性指数）评价方法体系,以苏州市15个湿地公园作为研究对象,构建符合区域性特征的生物完整性评价体系并进行应用研究.分别于2015年、2016年和2017年每年的7月对苏州市15个湿地公园的入流口和出流口水质进行采样调查,将采样点分为对照点、受损点和修复点,基于湿地水环境中微生物群落Illumina高通量测序技术,依据候选指标分布范围检验、敏感性分析和相关性检验,筛选出香农指数、前2优势分类单元相对丰度（相对丰度最多的2个属）总和、高温耐受属相对丰度、污染耐受属相对丰度、TN（总氮）敏感属相对丰度5个指标,提出了参数标准化公式和健康评价标准,依此将苏州市湿地健康状态划分为健康、亚健康、一般、较差、差5个等级.结果表明:①在10个受损点3 a所采集的30个样品中,有2个处于较差水平,有5个处于一般水平,有18个处于亚健康水平,有5个处于健康水平;而对于修复点,有23个样点处于健康水平,7个样点处于亚健康水平.②在农业面源污染较多的湿地入流口健康状况最差,工业用水汇入较多的湿地入流口次之,而城市景观水汇入的湿地入流口的健康状况最好.研究显示,M-IBI可以较合理地评价苏州市湿地生态系统健康状况,湿地对水环境的修复作用明显,经修复后的水体均处于健康或亚健康水平.      

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.     

沼泽红假单胞菌PSB06对辣椒根际微生物群落结构的影响

生物农药的使用极大地减少了对环境的污染,探究生物农药对致病菌的细菌多样性及群落分布将为后续研究生物农药对致病菌的微生态调控提供理论依据.本研究运用Illumina Mi Seq高通量测序技术分析比较辣椒健康植株与疫病发病植株根际土壤微生物多样性,以及研究沼泽红假单胞菌PSB06对植株根际土壤的微生物多样性影响,探究沼泽红假单胞菌PSB06对辣椒疫病的微生态调控机制.结果显示,在第7 d和第14 d的来自同一处理的根际土壤细菌群落多样性变化没有显著差异,辣椒疫病发病植株根际土壤微生物多样性均小于健康植株根际土壤微生物多样性且喷洒沼泽红假单胞菌PSB06发酵液的土样微生物多样性最高;辣椒疫病发病植株根际土壤中放线菌丰度均小于健康植株且喷洒沼泽红假单胞菌菌剂PSB06的土壤中放线菌的丰度最高.辣椒发病植株与健康植株根际土壤中微生物多样性存在显著差异.施用沼泽红假单胞菌可以改善土壤微生物区系,提高土壤微生物群落丰富性以及土壤中放线菌所占的丰度.     

钢铁厂旧址自然恢复过程中植物类型研究

调查了广州钢铁厂搬迁3 a后旧址上的植被自然恢复情况,统计了群落中的植物种类组成、生活型组成和各种植物的重要值,分析了植物群落的多样性指数和均匀度指数,比较了植物的重金属耐受性。结果发现,在调查的6个样方中,共有26种植物,分属于14科,其中菊科和禾本科植物数量最多,没有发现豆科植物。植物生活型组成以一二年生和多年生草本植物为主,共21种,占80.77%,极少灌木和乔木,表明群落处于次生演替的初级阶段。群落中的植物重要值差异较小,以蜈蚣草(Pteris vittata)的重要值最大,为32.10;其次是少花龙葵(Solanum americanum)、苎麻(Boehmeria nivea)、蟛蜞菊(Sphagneticola calendulacea),它们的重要值也大于20;其余14种植物重要值小于10。群落中优势种不明显,表明群落的组成较复杂。群落内植物覆盖度平均仅27.16%,物种多样性指数为0.93,均匀度指数为0.89。群落内植物数量多而个体矮小,导致群落的多样性指数与均匀度指数较高而覆盖度较低,表明植物种子萌发受到重金属胁迫较小,而植物生长受重金属胁迫较大。群落中超富集植物仅有蜈蚣草、少花龙葵和蟛蜞菊3种,有8种植物对重金属具有一定耐受性。对于钢铁厂旧址的生态恢复,可利用具有生态修复功能的植物构建符合景观需要的乔-灌-草相结合的生态-经济型植物群落。     

河北南大港湿地冬季浮游植物群落特征

南大港湿地是北方半人工的滨海沼泽湿地,具有重要的经济价值和生态价值。研究其冬季结冰期及融冰后的浮游生物群落结构的特征,对于了解其水生生态系统的变化有重要意义。2016年1月5日和3月13日河北南大港湿地两次采样的各站位浮游植物样品鉴定结果表明:该湿地浮游植物为硅藻-绿藻型,共鉴定出浮游植物7门,74属,108种。1月结冰期细胞密度范围为（0.26~6.70）×107 /L,均值为2.25×107 /L,主要优势种包括衣藻（Chlamydomonas sp.）、小环藻（Cyclotella sp.）以及细小平裂藻（Merismopedia minima）。3月份融冰后细胞密度范围为（0.35~16.35）×107 /L,均值为4.28×107 /L,主要优势种包括小球藻（Chlorella sp.）、细小平裂藻（Merismopedia minima）、四鞭藻（Carteria sp.）以及针形纤维藻（Ankistrodesmus acicularis）。结冰期前后,浮游植物资源均较为丰富,结构也比较稳定,但融冰后生物多样性要优于结冰期。由于环境因子空间异质性很大,因此同时期湿地内部各个站位物种种类空间分布和细胞密度差异较大。     

海南陵水湾与新村湾浮游植物光合色素及群落结构的时空分布特征

于2010年12月至2011年5月连续采集海南岛陵水湾和新村湾表层水样,利用高效液相色谱分析技术对浮游植物光合色素进行分析,运用CHEMTAX分析不同浮游植物对叶绿素a的贡献,研究陵水湾和新村湾浮游植物群落结构的时空分布特征,结合环境因子分析浮游植物群落结构与环境因素的关系。结果表明,大部分浮游植物光合色素浓度均呈现出由新村湾向陵水湾递减的空间分布规律,其中以岩藻黄素和叶绿素a为主,其平均浓度分别为0.53 μg/L和0.22 μg/L。CHEMTAX分析表明,两海湾均以硅藻占据优势,但陵水湾青绿藻、蓝藻、金藻等粒径较小的浮游植物种群所占比例高于新村湾,说明陵水湾浮游植物群落有小型化趋势。浮游植物的分布特征受温度、营养盐等环境因子影响显著。