亚硝化/电化学生物反硝化全自养脱氮工艺细菌形态及多样性研究

采用电镜观察和分子生物学手段16S rDNA克隆文库方法对亚硝化/电化学生物反硝化全自养脱氮工艺中的细菌进行了形态和多样性研究,从16S rDNA克隆文库中随机挑选60(61)个克隆子进行序列测定(约500bp),对测序结果进行BLAST比对和系统发育分析.结果表明,亚硝化段内的细菌主要为球状和椭球状的氨氧化细菌,以亚硝酸氮作为进水基质时,电化学反硝化生物段内细菌主要为短杆状和椭球状的脱氮菌.亚硝化/电化学生物反硝化脱氮系统中蕴藏着特有的微生物新资源.亚硝化段细菌类群的优势顺序为β-Proteobacteria类群(60.00%)、Bacteroidetes类群(28.33%)和Chloroflexi类群(11.67%).当电化学生物反硝化段进水氮基质为亚硝氮(429～543mg.L-1)和氨氮(412～525mg.L-1)时,细菌优势类群顺序为β-Proteobacteria(78.33%)类群和ε-Proteobacteria类群(21.67%);当电化学生物反硝化段进水氮基质为亚硝氮(519～578mg.L-1)时,细菌优势类群顺序为β-Proteobacteria类群(81.97%)、ε-Proteobacteria(16.39%)类群和γ-Proteobacteria类群(1.64%);优势类群变化不大,但每种类群中细菌的种类和数量变化较大,这主要是由进水基质变化导致.     

东湖氮循环细菌分布及其作用

用最大可能数法测定东湖不同水期水体及底泥中亚硝化、硝化、反硝化和氨化细菌的分布,并分析其作用.结果表明,水体中亚硝化菌的最大可能数丰水期最高,平水期居中,枯水期最小;硝化菌丰水期小于其他2期,而反硝化、氮化细菌均是平水期最高、丰水期次之,枯水期最小.底泥中亚硝化菌n(MPN)丰水期高于另2期,硝化菌枯水期最高,而反硝化菌枯水期低于其它2水期,氮化细菌无差别.对比水相、泥相发现,亚硝化菌丰水期、枯水期泥相均大于水相(p<0.01),平水期无差别.硝化菌在平水、丰水2期的水相中占优势,枯水期差别不大反硝化菌n(MPN)仅在平水期泥相占优势,氨化细菌2相中无差别.氮循环细菌的分布及微环境的差异,促进了有机氮的分解、氮态氮的硝化和挥发及硝酸盐的反硝化作用.研究还发现,水体、底泥中反硝化细菌和氨化细菌1g[n(MPN)]与其气体截流量之间有显著相关(p<0.001),且不同水期产气量不同(p<0.05),表明氨化作用和反硝化作用随水期变化较大.氨化作用可将有机氮转化为铵和氨,促进水体及底泥中的氮以气态氨的形式挥发;反硝化作用将硝酸盐转化为N₂O、N₂,促进氮素释放.     

高盐苯胺废水降解菌的筛选与特性分析

经富集、驯化分离筛选到的5株高盐苯胺降解菌对苯胺及实际废水均具有一定的降解能力。5株细菌的生长较为迅速,延迟期和平稳期均很短,生长最适温度为25℃,生长的最适pH接近中性。5株细菌对盐的耐受性可达18%,对实际废水的耐受性可达30%。其中3号菌株对苯胺的降解率最高,而22号菌株对实际废水的COD去除率最大。     

丛枝菌根根际细菌群落对阿特拉津胁迫的响应

为了探求丛枝菌根(Arbuscular Mycorrhiza,AM)根际细菌群落对阿特拉津胁迫的响应,本试验以摩西管柄囊霉(Funneliformis mosseae)为供试AM真菌菌株,以紫花苜蓿(Medicago sativa)为宿主植物,利用盆栽法建立AM共生体后,再施加10 mg·kg-1阿特拉津进行胁迫.当阿特拉津去除率达到50%时,分别采集未接种+未施药(NM.NA)、接种+未施药(AM.NA)、未接种+施药(NM.AT)和接种+施药(AM.AT)4种处理的根际土壤,通过16S rRNA V4高通量测序技术解析了根际土壤细菌群落特征,以及其与接种F.mosseae、施加阿特拉津之间的相关性.结果表明,变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)和厚壁菌门(Firmicutes)为4种处理根际土壤中的三大优势菌群.单独接种F.mosseae或施加阿特拉津均未对根际细菌群落α-多样性产生显著影响,但先接种F.mosseae形成AM后,施加阿特拉津可引起细菌群落Shannon指数显著增加.此外,接种F.mosseae提高了根际土壤中具有阿特拉津降解潜力菌属Arthrobacter、Mycobacterium、Frankia和Stenotrophomonas的相对丰度,其中,Arthrobacter受F.mosseae、阿特拉津及其二者交互作用的显著性影响.本研究结果在一定程度上揭示了AM间接提高土壤中具有阿特拉津降解潜力菌属的相对丰度,也可为利用AM真菌修复阿特拉津污染土壤奠定一定的理论基础.     

A2/O与倒置A2/O工艺低温条件下的氨氮去除能力解析

对相同进水、平行运行的A²/O与倒置A²/O工艺的冬季氨氮（NH₄⁺-N）去除能力进行了全面解析.在运行水温为14℃时,倒置A²/O工艺表现出更低的NH₄⁺-N容积去除负荷［0.13 kg·（m³·d）^-1和0.29 kg·（m³·d）^-1］和氨氧化速率（AOR）［0.07 kg·（kg·d）^-1和0.11 kg·（kg·d）^-1］,而26℃时两个工艺则相差无几.两个平行工艺中的氨氧化菌（AOB）种群定量结果几乎始终相等（倒置A²/O工艺为3.2%±0.24%,A²/O工艺为3.4%±0.31%）.克隆文库分析的结果表明,造成低温时倒置A²/O工艺中具有较低氨氮去除能力的原因是其AOB优势种属为AOR较慢的慢生型（K-生长策略）亚硝化螺菌属（Nitrosospira）,而在A²/O工艺中则为AOR较快的快生型（r-生长策略）亚硝化单胞菌属（Nitrosomonas）;而在26℃环境下两个工艺中的优势种属则均为Nitrosomonas.结合对污染物沿程去除过程的全面分析,发现尽管温度是决定AOB优势种属演替的首要原因,但由于倒置A²/O的工艺结构变化造成其好氧单元具有较高的COD负荷和高NH₄⁺-N浓度等不利于AOB生长的因素,决定了其可以在常规城市污水的条件下出现K-生长策略型的优势AOB种属.因此倒置A²/O针对异养菌（聚磷菌与反硝化菌）的工艺构造变化却通过COD负荷等间接影响到自养型氨氧化菌的种群分布与演替,并最终造成工艺在低温条件下硝化能力的减弱.     

辽宁某冶炼厂重金属污染对土壤中微生物的有效性影响

对某铜锌冶炼厂周边土壤微生物区系和土壤抗性细菌数进行了实验分析。结果表明,在冶炼厂周边土壤几种重金属含量与对照区土壤相比明显的增加。冶炼厂周边土壤中,土壤微生物的总数下降,土壤微生物各主要生理类群数量明显减少。抗性实验结果表明:由于土壤长期受重金属污染影响,土壤中细菌抗重金属水平提高,耐性菌种多。     

潮土细菌及真菌群落对化肥减量配施有机肥和秸秆的响应

为了研究化肥减量配施有机肥和秸秆对华北麦玉轮作田潮土细菌和真菌群落的影响,在天津市宁河区试验基地开展田间定位施肥试验,采用Illumina高通量测序技术比较了5种施肥模式（单施化肥处理,F;化肥减施处理,FR;化肥减量与秸秆配施处理,FRS;化肥减量与有机肥配施处理,FRO;化肥减量与有机肥和秸秆配施处理,FROS）下土壤细菌及真菌群落的组成、多样性和结构差异,并结合土壤理化性质分析,探究不同施肥处理下驱动细菌和真菌群落变化的关键土壤环境因子.结果表明,FRO处理显著提高了土壤SOM含量.FROS处理的TP含量显著高于FRS处理,增加了13.33%.FRO和FROS处理AP含量较其它处理显著增加,NH₄⁺-N含量显著高于化肥处理（F和FR）.各施肥处理土壤中优势细菌门类均为变形菌门（Proteobacteria）、放线菌门（Actinobacteria）、绿弯菌门（Chloroflexi）和酸杆菌门（Acidobacteria）,优势真菌门类均为子囊菌门（Ascomycota）.在化肥减量配施有机肥（FRO）的基础上添加秸秆（FROS）显著降低了放线菌门（Actinobacteria）的相对丰度.FRS和FROS处理均显著降低了芽单胞菌门（Gemmatimonadetes）的相对丰度.FROS处理显著提高了浮霉菌门（Planctomycetes）和疣微菌门（Verrucomicrobia）的相对丰度.对于真菌群落而言,有机肥（FRO和FROS）的施入显著提高了子囊菌门（Ascomycota）的相对丰度.与FR处理相比,FROS处理显著降低了被孢菌门（Mortierellomycota）和油壶菌门（Olpidiomycota）的相对丰度,且FRS处理同样显著降低了油壶菌门（Olpidiomycota）的相对丰度.FROS处理的细菌群落Shannon多样性指数显著高于F和FR处理,分别增加了1.26%和1.25%,Chao1指数较F处理显著增加了4.51%,细菌Shannon多样性指数与AP和NH₄⁺-N含量显著正相关（P<0.05）.与FR处理相比,FRS、FRO和FROS处理显著降低了真菌群落Shannon多样性指数,分别达到29.85%、24.94%和25.73%,真菌Shannon多样性指数与AP含量显著负相关（P<0.05）.细菌群落结构在FROS处理下显著区别于F、FR和FRO处理,土壤SM、TP、pH和AP是导致细菌群落结构变化的主要驱动因子;真菌群落结构在FRO和FROS处理下显著区别于F和FR处理,真菌群落结构变化主要受土壤TN、AP和TP的驱动.综上所述,添加有机肥和秸秆改变了土壤理化性质,进而改变了土壤细菌和真菌群落组成,土壤真菌对有机物料的敏感程度高于细菌,细菌和真菌群落结构均受到土壤P的调控,在潮土农业耕作中应引起充分重视.     

两种沉水植物附着生物种群特征对水深的响应研究

选取浅水湖泊中两种常见沉水植物上的附着生物作为研究对象,通过显微观测和16S rRNA高通量测序的方法,探究原位实验条件下水深(分别以T1、T2、T3、T4代表0.6、1.2、1.8和2.4 m)对狐尾藻(Myriophyllum spicatum)和马来眼子菜(Potamogeton malainus)附着藻类和附着细菌种群组成及其多样性特征的影响.结果表明,沉水植物附着生物种群特征与水深和生物种类有关,试验组中所有水深梯度下的狐尾藻附着生物群落的自养指数(AI)均大于马来眼子菜,且试验组中较小水深0.6~1.2 m的AI值较高,较大水深1.8~2.4 m的AI值较低.两种沉水植物表面附着藻类组成随水深变化差异显著(p0.05),绿藻门和硅藻门仍占种群绝对优势;附着细菌种群随水深梯度的变化差异也显著(p0.05),但主要包括有Proteobacteria、Firmicutes和Bacteroidetes等优势菌群,同种沉水植物或相似水层深度间的附着细菌组成和丰度有较高的相似性,并且试验组中较小水深0.6~1.2 m中拥有更多特有的细菌种类.研究发现,相同水深时狐尾藻附着藻类的多样性大于马来眼子菜,而马来眼子菜附着细菌多样性大于狐尾藻,且位于中等水深1.2~1.8 m时两种沉水植物附着藻类和附着细菌的多样性往往最高.通过水深对沉水植物附着生物种群特征影响的研究,可为揭示沉水植物表面微生态作用规律提供参考.     

农业废物好氧堆肥中氨氧化细菌的群落结构

应用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳（PCR-DGGE）技术对农业废物好氧堆肥过程中氨氧化细菌（ammonia-oxidizingbacteria,AOB）种群结构随时间的变化情况进行了研究,结果表明,AOB群落的Shannon-Weaver指数初始值为2.58,堆肥结束时为2.02,多样性整体呈下降趋势.通过对部分优...     

堆肥添加剂降低碳氮损失的微生物学机制研究

为了探明添加剂如何影响堆肥微生物优势群落的演替进而影响碳氮损失,以玉米秸秆和鸡粪为原料,添加不同量的生物质炭和凹凸棒作为添加剂,设置5个处理（CK （鸡粪+玉米秸秆）、BC1（鸡粪+玉米秸秆+5%（干重）生物质炭）、BC2（鸡粪+玉米秸秆+10%（干重）生物质炭）、PG1（鸡粪+玉米秸秆+5%（干重）凹凸棒）和PG2（鸡粪+玉米秸秆+10%（干重）凹凸棒））进行堆肥.结果表明,相较于CK,BC1、BC2、PG1、PG2处理的碳和氮损失分别减少了8.60%、12.05%、2.03%、6.14%和14.54%、20.14%、8.40%、11.23%.优势微生物菌群与碳氮损失的冗余分析表明,添加10%生物质炭和添加10%凹凸棒都显著促进了堆肥过程中固氮类细菌相对丰度,而抑制反硝化细菌的相对丰度,且添加10%生物质炭效果更佳;KEGG分析表明,添加10%生物质炭显著影响氨基酸代谢和碳水化合物代谢功能基因,而添加10%凹凸棒显著影响氨基酸代谢功能基因.由此可见,10%添加剂的碳氮损失都低于5%添加剂的处理,添加生物质炭的碳氮损失都低于凹凸棒处理,添加剂通过影响优势微生物群落及其氨基酸代谢和碳水化合物代谢功能基因抑制堆肥过程中的碳氮代谢,从而减少碳氮损失.