蓝藻水华形成过程对氮磷转化功能细菌群的影响

为探寻蓝藻水华形成过程中细菌群落结构和氮、磷转化功能菌群的动态变化,利用细菌16S rRNA基因的高通量测序和功能基因的荧光定量PCR(qPCR)方法,分析了在蓝藻水华过程中水体细菌群落组成及功能菌群的变化情况.高通量测序结果证明了蓝藻水华形成过程中细菌群落的多样性降低,细菌群落在水华期和非水华期具有不同的结构.随着水华过程中蓝藻密度的增加,水体中Actinobacteria和Bacteroidetes相对丰度减少,而Firmicutes相对丰度增加;蓝藻水华对聚磷菌(PAOs)具有富集作用,对硝化细菌具有抑制作用,而反硝化细菌的数量在中度水华条件下显著增加. qPCR结果显示,随着蓝藻水华的持续发展,硝化和反硝化功能基因丰度下降甚至消失,表明水体中氮转化过程可能受到抑制,此过程也有利于水华过程中微囊藻快速增殖对氮的需求,对水华蓝藻的生长具有正反馈作用.     

污泥性质对微波预处理-厌氧消化的影响及古菌群落结构分析

污泥性质对预处理强化厌氧消化工艺的效果有较大影响.本研究对比了某实际污水厂A~2O工艺和A~2O-MBR工艺产生的剩余污泥在微波预处理-厌氧消化过程中污泥性质的变化与产气效果,并考察了在预处理和厌氧消化过程中污泥的古菌群落结构变化.结果表明,A~2O工艺剩余污泥有机质含量比A~2O-MBR污泥高出16. 4%(分别为66. 4%和50. 0%),SCOD、溶解性蛋白质和多糖分别为后者1. 24、2. 02和4. 84倍,具有更好的可生物降解性.虽然预处理对生物降解性差的A~2O-MBR污泥有机物释放效果更好,但A~2O污泥在微波预处理-厌氧消化后产甲烷量比相应处理后的A~2O-MBR污泥多26. 1%.两种剩余污泥的古菌群落结构差异较大,A~2O-MBR污泥中甲烷丝菌属和甲烷八叠球菌属丰度分别比A~2O污泥多3. 68%和19. 73%.预处理对古菌群落的丰富度和均匀度影响相对较小,但厌氧消化后波动较大.污泥中有机组分不同是引起古菌群落结构变化的重要影响因素.     

人类活动对河流沉积物中反硝化厌氧甲烷氧化菌群落特征的影响

河流生态系统是陆地生态系统输出营养盐和有机质的主要接收器,是水-气界面CO2和CH4全球碳循环的重要环节.人类活动导致大量未经处理的硝酸盐和有机物质汇入河流,影响了N-DAMO(N-DAMO,Nitrate/nitrite-dependent anaerobic methane oxidation,反硝化厌氧甲烷氧化菌)细菌的群落特征.本文选取北运河作为研究区域,通过对比分析北运河中游和下游沉积物理化参数和N-DAMO细菌群落特征的差异性,探究由于人类活动的影响,河流沉积物中N-DAMO细菌的群落组成结构特征,及其与沉积物中NH+4-N、NO-3-N的响应关系.结果表明,北运河沉积物中NH+4-N为中游和下游氮素的主要形态,且下游NH+4-N浓度显著高于中游;人类活动对N-DAMO细菌16S rRNA和pmo A功能基因群落分布有影响,16S rRNA和pmo A功能基因均分别聚为中游和下游两类;系统发育树分析显示,人类活动影响北运河N-DAMO细菌高同源性菌群的来源,其高同源性菌群来源与北运河主要污染物氨氮的来源一致;RDA分析显示,人类活动影响N-DAMO细菌相关环境因子,沉积物中高浓度的NH+4-N、NO-3-N与16S rRNA和pmo A功能基因有显著的响应关系.沉积物N-DAMO细菌16S rRNA和pmo A功能基因的共生关系分析显示,北运河下游沉积物中N-DAMO细菌彼此之间的共存关系更强,细菌群落形成的模块化程度较高,其对环境变化的敏感程度更高,受人类活动的影响更大.     

生境过滤驱动庞泉沟华北落叶松林土壤真菌群落的构建过程

随机过程和确定过程的权衡作用对群落构建的影响机制是群落生态学研究的中心议题,也是目前群落生态学最具争议的问题.本研究以关帝山庞泉沟自然保护区华北落叶松林土壤真菌群落为研究对象,探讨确定过程和随机过程的权衡作用在局域尺度对土壤真菌群落构建的影响机制.通过土壤理化因子和优势真菌门的相关分析、冗余分析以及结构方程模型分析,表明土壤理化因子和地上植被多样性对真菌群落结构有显著影响,并且林下植被多样性对真菌群落结构的直接影响最大(1.185 8).由此推断确定过程对真菌群落的构建有一定的影响.真菌群落的β多样性表现为距离衰减的生物地理分布格局,由此推断随机过程(扩散限制)对真菌群落的构建有一定的影响作用.通过构建零模型分析,表明确定过程对真菌群落演替的贡献远大于随机过程,是本研究区真菌群落构建的主要驱动因子.并且确定过程的相对重要性随着海拔梯度而动态变化.由于零偏差值在本研究区都为负值,观测值的相似性小于期望值的相似性,由此推断生境过滤是群落构建的驱动因子.综上,确定过程和随机过程的权衡作用驱动了本研究区真菌群落的构建过程,且确定过程起主导作用.     

直流电场强化活性污泥法处理木质素废水的效能、污泥特性及群落结构研究

以溶解态木质素模拟废水为研究对象,考察了不同直流电场条件下活性污泥反应器(R1,无电流,悬浮污泥)、电极生物膜反应器(R2,电流I=10~60 mA,无悬浮污泥)与电极生物膜-活性污泥反应器(R3,I=10~60 mA,悬浮污泥)中木质素废水的处理效能、污泥生理特性(活菌比、木质素过氧化物酶(LiP)、三磷酸腺苷(ATP)等)、细胞膜磷脂脂肪酸组成及微生物群落结构的差异.结果表明:相同的外加电流下,R3的木质素去除率均高于R2(p0.05),其中,30 mA时达到最大值30.19%±0.47%,分别为R1、R2木质素去除率的2.01倍和1.46倍.反应器R2在20~40 mA时的总氮去除效果最好,达到71.96%±5.79%.分析R1、R3悬浮污泥发现,外加电流升高不改变悬浮污泥的活菌比(p0.05),木质素去除率受LiP酶活影响不大;与低电流(10~30 mA)相比,高电流(40~60 mA)下悬浮污泥中C15∶0 ANTEISO的含量降低,长链磷脂脂肪酸(C19、C20)的相对含量增加;R3悬浮污泥中Flavobacterium、Pseudomonas和Janthinobacterium等可降解木质素的菌属在10 mA外加电流的刺激下相对丰度均最高.在电极微生物方面,与R3相比,R2阴极微生物中具有反硝化能力的Methyloversatilis成为优势菌属,阳极微生物中存在更多具有电子传递能力的菌属(Pseudomonas、Ralstonia).冗余分析(RDA)表明,悬浮污泥中Mycobacterium(降解木质素的好氧细菌)丰度与电流(I)显著正相关(p0.05),与不饱和脂肪酸(UFA)显著负相关(p0.05).     

基于MBR不同种泥短程硝化启动的微生物群落结构分析

为明确膜生物反应器(MBR)接种不同污泥启动短程硝化前后微生物群落结构变化特征,采用MBR反应器分别接种硝化污泥(R1)、厌氧亚硝化污泥(R2)和1∶1混合接种厌氧亚硝化污泥和反硝化污泥(R3),获取有利于实现快速短程硝化的污泥源.结果表明,结合间歇曝气和缩短水力停留时间(HRT),R1、R2与R3反应器分别耗时46 d、8 d和30 d成功启动短程硝化,R2反应器启动周期最短.稳定运行期内,R1、R2和R3反应器亚硝累积率平均为92%、93%和94%,R3反应器表现出更稳定的短程硝化性能.ACE、Chao、Shannon和Simpson指数结果表明,稳定运行后,R1和R2反应器微生物丰度和多样性水平均大幅低于接种污泥,R3反应器物种丰度略有减少而多样性水平变化不大.短程硝化成功启动后,3个反应器内的主要菌群为变形菌门(Proteobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes),且主要脱氮功能菌变形菌门丰度相较于接种污泥均有提高.β-变形菌纲为3个反应器短程硝化系统的优势菌群,分别占比59.6%、63.6%和69.3%.R1、R2和R3反应器内的优势菌属均为亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas),所占比例分别达12.8%、20.2%和19.7%.相比R1反应器,R2和R3反应器接种污泥内存在一定比例的亚硝化细菌,更有利于系统短程硝化的实现.     

包埋活性污泥反硝化性能的快速提高及群落分析

为了快速提高以污水厂反硝化池污泥为菌源的反硝化包埋填料的活性,实现包埋固定化的工程化应用,探究包埋填料的微生物群落特性,采用批次实验研究不同碳氮比、温度、pH对包埋填料活性的影响,并采用高通量测序研究包埋填料的生物群落特性.结果表明,C/N为10、温度为30℃、pH为7.5±0.3时,经过7 d即可恢复5.37 mg·(g·h)~(-1)的初始活性.在C/N为10,温度为25℃,pH为8.0的最优培养条件下,15 d后比反硝化速率即增大15倍至80.17 mg·(g·h)~(-1)并实现稳定运行.SEM结果显示包埋填料内部存在大量利于传质的通道,内部的细菌呈团簇状生长良好.高通量测序表明,包埋填料中具有反硝化功能的Thauera和Thermomonas为优势菌属,所占比例分别为24.27%和8.23%,保证了反硝化填料脱氮的高效性.Thauera优势菌属和Thermomonas菌属在最优培养条件下快速增殖是填料活性快速提高的主要原因.     

鄱阳湖入湖河口沉积物真菌群落结构

本次研究基于高通量测序技术分析了鄱阳湖入湖河口14处沉积物的真菌群落结构特征.测序得到的314条真菌OTU分属于9个门,25个纲,49个目,62个科,62个属和117个种.在OTU分类水平上,鄱阳湖主要支流入湖河口中除饶河、赣江南支和修水具有相近的真菌群落结构外,其它河口之间群落结构差异较大;真菌群落丰度、多样性与沉积物p H、有机碳、有机氮和C/N等环境因子没有显著相关性.在门分类水平上,丰度(序列数比例)最高的是子囊菌门(Ascomycota,49.4%),其次为壶菌门(Chytridiomycota,20.4%)和担子菌门(Basidiomycota,17.8%).与其它河口相比,赣江河口沉积物的水生环境真菌Chytridiomycota丰度显著较高,抚河河口沉积物的陆生环境真菌Basidiomycota丰度显著较高.有机碳是影响鄱阳湖入湖河口沉积物真菌群落门分类组成的主要环境因子,与Basidiomycota相对丰度正相关,与Chytridiomycota负相关,与Ascomycota相关性较弱.     

CANON工艺处理猪场沼液的启动及微生物种群结构分析

在连续流合建式反应器内接种普通活性污泥,以实际猪场沼液作为进水,保持温度为(30±1)℃,控制低溶解氧(DO浓度为(0.5±0.1)mg·L~(-1)),通过分阶段提高氨氮浓度的方式启动CANON(Completely autotrophic nitrogen removal over nitrite)工艺,同时采用高通量测序技术对反应器启动前后的微生物种群结构进行分析.结果表明,反应器可在210 d实现成功启动CANON工艺,启动成功后,当猪场沼液进水氨氮浓度为450 mg·L~(-1)时,氨氮和总氮的去除率分别达到69.8%和61.1%;出水(NO_3~--N+NO_2~--N)/ΔNH_4~+接近0.11.同时,CANON工艺启动成功后,微生物种群结构发生了很大的变化:其优势菌门为变形菌门(Proteobacteria)(36.16%)、绿弯菌门(Chloroflexi)(14.22%)、浮霉菌门(Planctomycetes)(11.07%)、酸杆菌门(Acidobacteria)(10.41%)和绿菌门(Chlorobi)(12.82%);与脱氮功能相关的菌属为Candidatus_Brocadia (ANAMMOX菌)、Nitrosomonas(AOB菌)、Comamonadaceae(反硝化菌)和Xanthomonadaceae(反硝化菌)等.     

A/O工艺中污泥浓度对微生物群落结构的影响

采用A/O工艺处理淀粉厂区废水,结合Miseq高通量测序技术研究了不同污泥浓度（MLSS）对A/O工艺脱氮效果及微生物群落结构的影响.结果显示,当污泥浓度为4066mg/L时（1号池）,氨氮（NH₄⁺-N）平均去除率高达90.2%;而污泥浓度为2985mg/L时（2号池）,去除率仅为67.2%.两池体中优势菌门均为变形菌门、拟杆菌门、绿弯菌门和厚壁菌门,其中变形菌门和拟杆菌门平均丰度分别为40.65%、30.28%和25.25%、33.27%,其相对丰度比例差异较大.在功能基因层面,两池体中所有8个功能基因类别（KEGG,京都基因与基因组百科全书）排序相同,氮代谢相关基因中,硝化酶、反硝化酶、氨化酶的相关功能基因均在1号池中含量高.该工艺中污泥浓度对菌群结构影响显著,高污泥浓度有利于形成高效脱氮菌群结构.