再生水河道浮游微生物多样性季节变化分析:以北运河为例

浮游微生物作为分解者在城市水生生态系统发挥重要作用,但外界环境变化显著影响其在污染物降解和转化过程的作用.以高度人工化的北运河为研究区域,利用16S rRNA高通量测序结果分析了浮游微生物群落结构的季节变化,以揭示以再生水为主要补给水源的城市河道浮游微生物多样性季节变化机制及其与环境因子的响应关系.结果表明,浮游微生物群落多样性和群落结构组成存在显著的季节变化.季节性降雨和再生水补给物理扰动过程引起的水体扩散能力增强是夏季α多样性显著高于春季的直接原因,同时减弱了夏季浮游微生物群落多样性空间分化程度.季节性径流和温度是影响高度人工化城市河道水文水质季节变化的主要原因,由于季节性径流和温度变化引起的ČNO₂^--N和TP变化是河道浮游微生物多样性变化的主要原因.春季季节性断流导致的北运河水体还原性状态,使得春季水体中富集的细菌大都为厌氧菌,如与溶解性有机物降解有关的拟杆菌门（Bacteroidetes）和与反硝化过程有关的纤细菌门（Gracilibacteria）等.而夏季季节性径流和频繁降雨以及河道闸坝、闸门开闭频率增高引起的水体复氧能力增强,一方面显著缓解河道营养物质污染,另一方面使得夏季水体中富集的细菌大多为好氧菌或兼性厌氧菌,如具有嗜高温特性的蓝藻（Cyanobacteria）和绿弯菌门（Chloroflexi）等自养微生物,以及在污染物降解转化过程中有重要作用的酸杆菌门（Acidobacteria）和芽单胞菌门（Gemmatimonadetes）等.研究结果对以再生水为补给水源的城市河道污染治理和生态修复有实际指导意义.     

天然水体基于分子生物学的微生物生态学研究

我国天然水体富营养化严重,水体生态系统已失去平衡。作为水生态系统中分解者的微生物,对于水体自净和修复发挥着极其重要的作用,因而了解微生物群落的组成和其动态变化、以及与水环境之间的相互关系对开展水环境生物修复研究是非常必要的。随着生物技术的发展,分子生物学技术被广泛应用于微生物生态学研究。文章主要介绍了分子生物学技术在天然水体微生物生态学中的应用以及天然水体中环境因子与微生物群落的关系。DGGE和TRFLP技术由于具有操作方便、可同时处理大量样品、系统性和有效性强等优点,因而被较多地应用于天然水体中微生物群落结构研究。微生物群落结构及其变化与许多因素有关,包括温度、光照、DO、pH、氮、磷、有机物等,对于不同种类的微生物,各因素的影响效果也有所不同。     

纤维球对罗非鱼及其养殖环境功能的影响

采用纤维球作为生物膜载体,以土著微生物为生物膜菌源,研究其对水质、罗非鱼生长及水体微生物群落功能多样性的影响。结果表明,纤维球具有降低水体氨氮、pH而增加水体DO、IC的作用,但对水体中TOC、亚硝酸盐、硝酸盐无显著影响;与对照组相比,纤维球能显著提高罗非鱼增重量和显著降低饵料系数,并且可显著提高水体微生物对Biolog板中全部碳源的利用强度及对D-氨基葡萄糖酸、D-半乳糖醛酸、D-甘露醇等碳源的代谢活性,但对水体微生物多样性无显著影响;主成分分析表明,纤维球对水体微生物碳代谢特征具有显著影响。表明纤维球在一定程度上可有效改善水质,促进罗非鱼生长,影响水体微生物群落功能多样性。     

南方某城市地表水体中粪源性污染指示微生物的分布特征研究

随着城市居民亲水娱乐活动日益增加,研究城市地表水体的粪源性微生物污染特征,开展人体健康风险评价,并以此为基础开展有效的水质监测和风险管理,对于人口密集的城市区域尤为重要.以我国南方某城市的5个典型地表水体为案例,监测总大肠菌（TC）、粪大肠菌（FC）、大肠埃希氏菌（EC）和肠球菌（ENT）这4种粪源性污染指示微生物以及常规理化水质指标,研究指示微生物在城市地表水体中的浓度水平、时间和空间分布特征以及不同水质指标之间的相关性.结果表明,案例水体中TC和FC通常在10^3～10^7个.L^-1,EC和ENT通常分别低于200个·L^-1和105个·L^-1;4种指示微生物的浓度分布呈现季节变化特征,并且能够指示水体受到周边环境的污染状况;4种指示微生物指标之间以及微生物指标与常规理化水质指标（如溶解氧等）之间具有一定的相关性.     

富营养水体中2种水生植物的根际微生物群落特征

选取宁波市城区内河2个营养类型水体日湖(中-富营养类型)和卧彩江(重富营养类型),于2008年8~11月,利用MIDI Sherlock MIS系统和其他传统方法,跟踪监测了2个水体内2种常见水生净化植物粉绿狐尾藻(Myriophyllum aquaticum)、喜旱莲子草(Alternanthera philoxeroides)根际微生物的种类、数量及其季节变化,分析了水体主要水质参数、水体微生物与植物根际微生物之间的相关性.结果表明,水生植物根际效应显著,不同月份植物根际微生物数量均要显著高于水体环境;植物种类对植物根际微生物影响显著,在日湖水体,狐尾藻根际微生物数量要显著高于喜旱莲子草;在卧彩江,2种植物根际细菌数量无显著差异,放线菌、真菌数量差异显著,植物根际微生物数量与水体环境因子之间具有一定的相关性,调查期间,日湖水温、TN、TP、Chla与植物根际微生物数量间均无显著相关,仅COD与喜旱莲子草根际细菌数量显著负相关;在卧彩江,TP与粉绿狐尾藻、喜旱莲子草根际放线菌数量显著负相关,其余水质参数与根际微生物数量均无显著相关.植物根际优势菌种以假单胞菌属(Pseudomonas)、微球菌属(Micrococcus)、黄杆菌属(Chryseobacterium)、不动杆菌属(Acinetobacter)等有机物降解微生物为主,环境因素的变化和植物种类的不同也导致了葡萄球菌属(Staphylococcus),食酸菌属(Acidovorax)、节杆菌属(Arthrobacter)等特有菌种的出现.对植物根际微生物群落结构进行聚类分析表明,除日湖喜旱莲子草根际微生物群落结构在夏、秋两个季节相似性较高外,其余几个处理的根际微生物群落结构相似性在21.60%~51.57%.日湖植物根际微生物多样性夏季高于秋季,而卧彩江中夏季低于秋季;日湖中2种植物之间无论夏秋均无显著差异,而在卧彩江,夏季喜旱莲子草要显著高于粉绿狐尾藻,秋季则完全相反,据此说明植物根际微生物多样性受水体富营养化程度和植物种类等多重因素的影响.     

基于16S rRNA高通量测序的北运河水体及沉积物微生物群落组成对比分析

微生物群落在沉积物和水生态系统中的物质循环中发挥重要作用,是水生态系统与沉积物之间污染物质交换的桥梁.但非常规补给水源扰动和闸坝、衬砌截流为主的城市河道水体和沉积物微生物对比研究并不多见,基于此以高度人工化的北运河京津冀段为研究区域,尝试利用高通量测序结果对水体和沉积物微生物群落组成差异进行分析.结果表明,北运河沉积物较水体具有更高的微生物群落α多样性,β多样性则表现为水体中微生物群落较沉积物群落的相似性更高.变形杆菌门（Proteobacteria）丰度在水体与沉积物中无显著差异,且在两种生境条件下均为优势类群.α变形杆菌纲（α-Proteobacteria）、放线杆菌门（Actinobacteria）、蓝藻门（Cyanobacteria）和疣微菌门（Verrucomicrobia）在水体中的丰度较高,而γ变形杆菌纲（γ-Proteobacteria）、δ变形杆菌纲（δ-Proteobacteria）、绿弯菌门（Chloroflexi）、厚壁菌门（Firmicutes）和酸杆菌门（Acidobacteria）则在沉积物中有着更高丰度.好氧或兼性厌氧菌为主的水体类群和厌氧菌为主的沉积物类群体现出两者生境差异,沉积物中蕴含的病原菌存在二次释放到水体中的危险.研究结果为揭示高度人工化的、非常规补给水源补充下的和城市河道污染胁迫下的微生物群落变化机制提供科学依据.     

不同盐度循环养殖水体微生物群落特征

为探究盐度对拟穴青蟹养殖水体微生物群落结构的影响,深入理解养殖盐度、氮磷环境因子与微生物群落结构的相关关系,采用16S rRNA高通量测序技术分析了盐度为1‰（S1）、3‰（S3）、5‰（S5）、7‰（S7）、9‰（S9）的循环养殖水体中微生物群落特征.结果表明:①水体中微生物包含67门74纲152目281科745属431种,不同盐度的养殖水体中微生物物种数目依次表现为S3 > S1 > S5 > S7 > S9,物种多样性依次表现为S1 > S3 > S7 > S9 > S5,S1和S3的水体优势菌种的地位和作用远高于S5、S7和S9的养殖水体.②五组水样的微生物群落结构总体相似度较低,S1与S3以及S7与S9的水体微生物群落结构最为相似.③变形菌门（Proteobacteria）为养殖水体绝对优势菌门,其相对丰度依次表现为S5 > S7 > S9 > S1 > S3,厚壁菌门（Firmicutes）相对丰度依次表现为S9 > S3 > S5 > S7 > S1,拟杆菌门（Bacteroidetes）相对丰度依次表现为S1 > S7 > S3 > S9 > S5.养殖水体存在大量具有脱氮除磷特性的微生物,较小盐度差会造成脱氮除磷微生物种类和丰度出现显著差异化.④4种营养盐中的ρ（NO₂--N）对水体微生物群落影响最为显著（P < 0.05）,ρ（NH₄+-N）、ρ（NO₂--N）、ρ（NO₃--N）、ρ（PO₄3--P）整体与属水平微生物群落呈极显著性正相关（P < 0.01）.研究显示,盐度主要通过影响养殖水体的氮磷营养盐间接改变水体中微生物群落,氮磷环境因子中NO₃--N为主要驱动因子,一个系统中的营养盐因子并不是单独地对养殖水体微生物群落起作用,而是协同发挥作用,共同调节其微生物群落结构.      

雌激素污染对水体微生物产甲烷功能的影响

针对目前水体环境雌激素的污染形势严峻,且其对水体功能性微生物群落影响规律及机理不明等问题,选择典型天然雌激素——17β-雌二醇(E2)为主要研究对象,构建实验室厌氧水体微生态系统,分析E2污染对厌氧水体微生物活性和产甲烷功能的影响规律。结果表明,在厌氧条件下,E2污染对水体微生物群体的活性存在显著的抑制效应,对水体甲烷的产生速率亦存在规律性的影响。当水体E2浓度≤0.5 ng/L时,对水体微生物的产甲烷活性存在促进作用。当E2浓度≥1.0 ng/L时,E2污染对水体微生物的产甲烷活性存在明显的抑制效应,且随着E2浓度的升高抑制作用增强。因此,厌氧条件下,微量E2污染会影响水体微生物活性和产甲烷效应的变化,从而对水体自净功能和甲烷释放产生影响。     

投菌法在水体富营养化防治的应用

将美国的基因工程菌应用于某池塘静态富营养化水体中，对水体中的营养性指标进行了测定及分析，并对水体中生物变化情况进行观察，通过对各项监测指标的浓度变化曲线分析可以得知：在微生物处理下，水体的营养物质浓度不断下降，水体的浊度下降，透明度升高，得到了实验水水质明显的改善。于是提出利用高效微生物（主要是细菌）进行生物修复是解决水体富营养化的可行途径。     

不同紫色母岩对景观水体氮磷及有机物去除的影响

选取重庆地区分布面积较广的蓬莱镇组(S1)、沙溪庙组(S2)、飞仙关组(S3)和遂宁组(S4)这4种不同紫色母岩,将其灭菌后加到未灭菌的取自西南大学崇德湖的景观水体中,进行生态缸构建,研究不同紫色母岩理化性质对水体中氮磷及有机物去除的影响.结果表明,实验条件下,S1组对水体总氮、总磷及氨氮去除效果最好,去除率分别为45.1%、62.3%、90.0%;S4组对水体中COD去除效果最好,去除率为94.5%;实验前后紫色母岩中氨氮含量变化均不明显,说明紫色母岩的吸附作用不是导致水体中氨氮下降的主要因素;砷对硫酸盐还原菌有抑制作用,铜、镁对革兰氏阴性菌有促进作用,水体中微生物多样性与总氮含量正相关;微生物群落结构与环境因子的PCA分析得出母岩通过释放矿质元素影响水体中微生物群落结构及组成,从而影响水体氮磷及有机物去除.     

基于Miseq的好氧反硝化菌源水脱氮的种群演变

为了研究好氧反硝化菌源水脱氮过程中水体微生物群落的演变,利用Miseq高通量测序法对投菌和对照两系统水体样本的微生物信息进行统计,并对两组样品进行了优化序列统计,OTU分布统计和分类学分析的基础分析;以及细菌群落结构,PCA,Rank-Abundance,Hcluster,Specaccum和OTU分布的高级分析.结果显示,投加贫营养好氧反硝化菌的源水系统的氮素得到有效去除,脱氮效果明显;层次聚类和主成分分析显示两系统内的群落结构发生变化,投菌系统与对照系统主要表现为变形菌和拟杆菌门;细菌主要门类和水质参数的相关性分析得出,水质指标对两系统群落变化作用明显;与此同时,投菌系统中有关氮循环的细菌有上升的变化过程. Miseq高通量测序研究源水脱氮过程的微生物种群演变可行,为研究原位生物脱氮过程的水体微生物群落演变提供技术支撑.     

生物膜处理城市河道污染水体的挂膜试验研究

以城市河道污染水体为研究对象,通过水体中土著微生物的富集过程,利用自行设计的生物接触氧化装置进行动态挂膜试验研究。讨论了挂膜过程系统对污染物去除效果的变化、生物膜及其生物相的变化;同时考察了填料上SS以及VSS的变化;分析了影响填料挂膜的各种因素,提出了判断生物膜成熟的依据。     

微生物和藻类分解对荣成天鹅湖沉积物氮磷释放的影响

以荣成天鹅湖的沉积物和硬毛藻为试材,模拟研究了不同微生物活性和藻类条件下上覆水体氮磷的含量变化,探讨了藻类分解和微生物活性对沉积物营养盐释放的影响。在无藻条件下,不同处理水体的总氮和总磷含量随时间的波动较大,分别变化在0.42~11.71 mg/L和0.02~0.32 mg/L之间;中后期各微生物处理氮磷含量的顺序为氯化汞>葡萄糖、对照>甲醛。藻类分解条件下,水体的总氮和总磷含量远高于无藻条件,含量变幅分别为5.43~34.76 mg/L和0.28~1.80 mg/L;初期水体氮磷含量较高,之后随时间呈下降趋势。试验前期,有藻各处理总氮表现为氯化汞>葡萄糖>对照>甲醛,总磷为氯化汞>葡萄糖、甲醛>对照;后期各处理间差异减小。相同微生物活性下,有藻处理水体的氮磷含量均明显高于无藻条件。试验结束时,无藻组各处理沉积物的微生物活性均较低;而有藻条件下相对较高,各处理顺序为对照>葡萄糖、氯化汞>>甲醛。绿潮藻类分解条件下,微生物对天鹅湖沉积物的氮磷释放有着明显影响;微生物活性越强,沉积物氮磷的释放量越大。     

微生物生态修复剂修复富营养化人工湖水质研究

城市景观湖水体富营养化问题日益加剧。通过在富营养化人工景观湖使用微生物生态修复剂,并连续监测试验水体叶绿素a(Chla)、化学需氧量(COD)和总磷(TP)等指标的变化情况,研究微生物生态修复剂对于修复富营养化水体水质的能力。通过研究得出,试验期末,水体Chla、COD和TP浓度比使用修复剂之前的分别下降了73.03%、50.62%和65.48%,表明生态修复剂对控制水体Chla、COD和TP具有显著成效。可为城市富营养化水体治理提供一定的理论和实践依据。     

水华生消过程对巢湖沉积物微生物群落结构的影响

水华对湖泊水体和沉积物理化和生物学性质的影响已进行了较多研究,但鲜见水华生消过程对湖泊沉积物微生物群落结构的影响.本研究以巢湖为对象,通过PCR-DGGE方法分析了水华形成、持续和消亡阶段对沉积物微生物群落结构的影响.结果表明,巢湖水华形成期为5月15日~6月20日,持续期为6月20日~9月5日,之后进入水华消亡期.PCR-DGGE分析表明,非水华区沉积物微生物的种类、Shannon-Wiener指数、Simpson指数随时间变化较小,微生物相似度较高,温度可能是影响非水华区微生物群落结构波动的主要因子;在水华区,沉积物微生物的种类、Shannon-Wiener指数在水华形成期和消亡期较低,在水华持续期较高,而Simpson指数则呈相反趋势,微生物相似度相对较低,表明水华形成、持续和消亡过程对微生物群落结构、优势种有不同影响,温度和水华导致的水体性质变化可能是沉积物微生物变化的主要因子.本研究表明,水华生消过程对湖泊沉积物微生物有不同的影响,这对深入评价水华对湖泊水生生态系统的影响和利用微生物防治湖泊水华有重要意义.     

利用T-RFLP技术对温榆河微生物群落结构研究

利用T-RFLP技术(综合运用PCR技术、DNA限制性酶切技术和DNA序列自动分析技术)对温榆河不同尺度、不同时期的微生物群落结构进行了研究.从微生物的种类数、物种丰度、优势菌落、群落结构稳定性等方面特征着手,找出其优势群落;利用两种多样性指数(香侬一威勒多样性指数、辛普森多样性指数)探讨各种微生物群落结构的多样性以及同一群落随时间而发生的变化;比较了微生物指标与水质指标COD之间的变化关系.结果表明,温榆河不同尺度、不同时期的微生物具有明显变化,说明季节性变化对水体中微生物群落产生了明显的影响;T-RF67bp、151bp、440bp、481bp、488bp所代表的微生物群落体现其为优势种群; T-RF为135bp、151bp、440bp的微生物群落对于外界反映最敏感,验证其有可能能作为环境变化的指示性生物;微生物指标与COD呈现明显的正相关.     

富营养化水体细菌去除氮磷能力研究

微生物既是营养物质的分解者,又是生产者。研究浮游细菌和根际细菌在植物+微生物复合水生态系统中的作用机理及影响因素,对合理选择和使用水体净化的水生高等植物具有重要意义。实验以常见水生漂浮植物荇菜为实验材料,设计总磷(TP)和总氮(TN)两个浓度梯度,每个梯度各设5个浓度,研究水体氮磷营养物质浓度和细菌数量的变化。浮游细菌和根际细菌总数的变化以及它们与TN、TP去除率之间的相关性分析表明,无论在总磷或总氮浓度梯度中,浮游细菌、根际细菌总数的增量基本都与TN去除率呈正相关性,而与TP去除率的相关性不大明显,浮游细菌的总数是在第7天达到最大值。在植物+微生物系统去除氮、磷过程中,对氮的去除以细菌为主,包括浮游细菌和根际细菌;对磷的去除则以植物吸收为主,根际磷细菌也起了一定的作用。因此,在一些富营养化水体,尤其是氮浓度较高的富营养化水体,荇菜是一种较好的水体净化植物。     

北运河京津冀段河道浮游微生物群落多样性变化分析

再生水在缓解城市水资源短缺方面发挥重要作用,但再生水中痕量污染物质与病原体对受纳水体中浮游微生物群落产生影响.基于OTUs和门水平的片段数量和片段丰度的浮游微生物数据矩阵探究北运河京津冀河道微生物群落多样性空间变化机制,结果表明,再生水的频繁汇入引起的物理和化学扰动改变了水体的水文和水质,使浮游微生物群落沿地理尺度分为中上游(MUC)和下游(DC)两个不同的类群.基于OTUs数据矩阵的多样性指数的分析显示DC类群物种多样性显著高于MUC类群,丰度分布及均匀度则呈现相反的趋势;物种丰富度主要由偶见菌群的片段多样性决定,而均匀度则主要由优势菌群的丰度变化决定;不同丰度等级的亚群落结构对空间变化的敏感性依次为:非优势菌群>偶见菌群>优势菌群.基于门水平的数据矩阵的多样性分析同样显示DC类群物种多样性显著高于MUC类群,丰度变化趋势相反;敏感微生物类群为非优势菌门,偶见菌门次之,优势菌门最不敏感;基于门水平片段数量的数据矩阵对环境变化的响应比基于门水平的丰度数据矩阵的响应更加敏感.与微生物类群显著相关的环境因子为排污口尺度的浊度(Turb)、高锰酸盐指数、氧化还原电位(ORP)、大...     

微生物制剂对虾池养殖水质理化因子的调控效应

利用微生物技术对养殖虾池的生态环境进行了为期三个月的调控实验,结果表明:养殖前期试验虾池水温、盐度、水色、透明度、pH以及DO、CODMn和BOD5相对稳定,处于正常状态,试验虾池的变化与对照虾池相当;养殖中期,试验虾池水体出现了透明度下降,pH波动较大以及水色、DO、CODMn和BOD5增高的现象,pH、CODMn和BOD5出现超标.试验虾池水体CODMn和BOD5均值比对照虾池均值略低;养殖末期,试验虾池水体CODMn和BOD5有所回落,试验虾池的CODMn和BOD5均值比对照虾池低.研究期间,养殖水源水质理化因子的变化处于稳定正常状态.实验表明,微生物制剂在虾养殖的前期对水质有较好调控效果,对养殖中、后期的水质恶化现象起到一定的改善作用.     

城市黑臭水体空气微生物污染及健康风险

针对城市黑臭水体周边空气可能存在的微生物污染,在城市黑臭水体离岸一定范围内,对细菌、真菌、总微生物的污染特征及其对不同类型人群健康风险进行了研究.结果表明,城市黑臭水体离岸200 m范围内以细菌和真菌污染为主;静风条件下,离岸20 m范围内存在微生物浓度聚集现象;细菌、真菌、总微生物浓度上午较高,中午次之,下午较低;离岸200 m范围内,黑臭水体断面宽度与细菌、真菌、总微生物浓度有显著相关性;长居人群微生物健康风险主要集中在离岸100m范围内;同等离岸距离,短期暴露健康风险儿童最大,女性次之,男性短期暴露风险最小.