城市尾水排海过程中微生物及主要致病菌扩散规律

城市污水处理厂产生的尾水中含有大量微生物尤其是致病菌,排海后不仅对周围人群产生危害而且对海洋生态安全构成威胁.本研究以青岛市麦岛污水处理厂为研究对象,采用高通量测序技术,研究尾水排海过程中的微生物群落结构,分析尾水中致病菌在排海过程中的动态分布及季节变化规律.结果表明,尾水微生物分布在20~27个菌门,优势菌门为变形菌门(Proteobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)和拟杆菌门(Bacteroidetes),主要分布在44~65个纲,其中优势菌纲主要分布在变形菌门(Proteobacteria);尾水排海过程中的主要致病菌有55种,致病基因与癌症、心血管、免疫系统、传染性、新陈代谢、神经变性等疾病相关,其中,引起人类和动物腹泻、菌血症相关的弓形杆菌属(Arcobacter spp.)、引发院内感染的条件致病菌不动杆菌属(Acinetobacter spp.)及对海产品养殖和捕捞带来威胁的Shewanella hafniensis等占比例较大.     

海水养殖尾水直排对河道沉积物细菌群落的影响

海水养殖活动对周边水域沉积物生态环境的影响日益受到关注,微生物群落是反映环境质量变化的一个重要指标.本研究采集了养殖区进出水河道4个位点(1个进水渠位点、出水口和2个出水渠位点)的沉积物,通过Illumina MiSeq测序技术测定细菌16S rRNA基因,利用磷脂脂肪酸(phospholipid fatty acid,PLFA)技术对沉积物中的微生物群落进行半定量分析,研究海水养殖尾水直接排放对河道沉积物细菌群落结构的影响.结果表明,4个位点中变形菌门(Proteobacteria)为优势细菌类型,主要包括γ-变形菌纲(γ-Proteobacteria)、δ-变形菌纲(δ-Proteobacteria)和α-变形菌纲(α-Proteobacteria).受养殖尾水排放影响,沉积物微生物生物量明显升高,放线菌门相对丰度降低而拟杆菌门相对丰度升高,氨氧化微生物相对丰度降低.非度量多维尺度(non-metric multidimensional scaling,NMDS)分析表明大部分沉积物细菌群落按位点聚类.多样性分析表明,未受养殖尾水影响的沉积物细菌群落多样性高于受养殖尾水影响的位点.冗余分析(redundancy analysis,RDA)表明氨氮与底泥沉积物细菌群落结构的相关性最大,对细菌群落的影响最明显.综上,养殖废水直排明显改变了养殖场河道沉积物物理化学性质和细菌群落结构,说明养殖废水的长期直排已严重污染河道环境,并可能会进一步对近海生态环境造成威胁.     

高通量测序法表征潜流人工湿地中不同植物根际细菌群落特征

为了研究人工湿地中植物根际、污水水质和深度等对细菌群落结构特征分布的影响,利用高通量测序技术,对人工湿地中芦苇(Phragmites communis)、香蒲(Typha orientalis Presl)2种植物根际3个不同深度细菌群落特征进行了研究.细菌群落丰富度和多样性研究结果表明,芦苇根际细菌群落丰富度和多样性均大于香蒲根际,细菌在芦苇根际周围可以更好地生存;同一植物根际细菌的丰富度和多样性随着深度的增加逐渐减少.相似度和差异性分析结果表明,相同植物根际细菌群落结构相似度较高,而不同根际群落结构有一定的差别.优势细菌菌群分析结果发现,细菌群落在门类水平上达到13门以上,优势细菌种群均以变形菌门、酸杆菌门、绿弯菌门、厚壁菌门为主,相对丰度约为55%~78%;纲类水平也达到20纲以上,主要有α-变形杆菌纲、β-变形菌、δ-变形菌纲、γ-变形菌纲、芽孢杆菌纲、酸杆菌纲、相对丰度达到50%以上,植物根际富集的主要纲类细菌是β-变形菌纲.影响细菌群落结构丰富度和多样性的主要环境因素是营养物浓度、植物、采样深度和温度.     

污水处理厂尾水细菌群落结构分析

城市尾水中含有大量的微生物,其中相当一部分为病原菌,其排入自然水体后给附近人群造成健康威胁.本研究采用建立16S rDNA克隆文库和PCR-RLFP技术对尾水的细菌群落结构进行分析,结果表明尾水中有59种细菌分别属于11个纲,其中44种细菌属于Proteobacteria门,约占85%(其中β-Proteobacteria和γ-Proteobacteria纲占绝对优势),7种细菌属于Clostridia纲占7.2%,而Actinobacteria、Bacteroidia、Gloeobacteria、Nitrospira、Planctomycetacia这5个纲的细菌所占数量都低于4%,尾水中的细菌大多来源于污水处理过程,因此各地区应该根据受纳水体的特点和净化能力选择合适的污水处理工艺;59种细菌中Legionella spp.占10%以上,其导致的退伍军人症可能成为尾水排放对附近人群健康的最大威胁,另外尾水中一些细菌能代谢次氯酸盐对氯气有一定抵抗能力,所以在选择消毒措施时应该选用氯气消毒与其他消毒工艺的组合;本研究中粪大肠杆菌、大肠埃希氏菌、沙门氏菌、志贺菌属、霍乱弧菌等致病菌在尾水中均未检出,因此对这些致病菌进行研究需要选择针对性更强的方法.     

南海南部海域浮游细菌群落特征及影响因素研究

采用高通量测序技术,对南海南部海域浮游细菌丰度、群落组成和群落多样性的分布特征及与环境因子的关系进行了研究.结果表明,该研究区域浮游细菌丰度为107~108个/L,近岸大于离岸,同一站位不同水层细菌分布差异明显.优势类群为变形菌门、蓝藻门和拟杆菌门,优势亚群为 γ-变形菌纲、α-变形菌纲、蓝藻菌纲和黄杆菌纲,研究区域内不同水体间物种组成存在较大差异,另外该海域还存在大量未被认知的细菌类群.该海域浮游细菌种类丰富,具有较高的多样性指数(H￠)(4.44~7.00),研究区域内表层水体H￠接近,分别为5.26、5.33和5.07,处于上升流的次表层水体中H￠为6.70明显高于其他水层.DOC和磷酸盐是影响该海域浮游细菌丰度的主要因素,同时磷酸盐也是影响其群落多样性的主要因素,表明该海域异养浮游细菌生长主要受P的限制.     

污水处理厂尾水排放对受纳河流细菌和真菌微生物群落的影响

污水处理厂尾水的持续排放会重塑受纳河流的理化和生物条件,对河流水质和水生态产生潜在影响.选取惠州市东江沿线2座污水处理厂的受纳河流进行水样采集及分析,利用高通量测序进行样品DNA分析,系统研究细菌和真菌群落的组成结构及其分布,结合水体的理化指标更全面地反映尾水排放对受纳河流的影响.结果表明,污水处理厂尾水排放口处TP和NH₄⁺-N等营养盐指标均高于受纳河流上游,尾水排放对受纳河流微生物的影响显著,细菌群落的丰富度明显降低.对受纳河流微生物群落组成和水体理化指标进行统计分析,发现DOM、TP和NH₄⁺-N的变化对浮游微生物群落结构可能起关键作用.通过对浮游细菌和真菌群落结构及水体的理化性质综合分析研究,能够更加全面地揭示污水处理厂尾水排放对受纳河流引起的复合生态效应,对污水处理厂提标改造和城市河流的保护具有重大意义.     

鄱阳湖候鸟栖息地微塑料表面细菌群落结构特征与生态风险预测

近年来鄱阳湖的微塑料环境污染日益受到关注.选取鄱阳湖白沙湖为研究区,采集白沙湖水体和沉积物以及其中的微塑料样品,通过傅里叶红外光谱确定微塑料的聚合物类型为聚乙烯（PE）、聚酯纤维（PET）、聚丙烯（PP）和聚苯乙烯（PS）.并利用16S高通量测序技术分析水体、沉积物中和微塑料表面细菌群落结构组成.微塑料表面细菌的物种丰富度与多样性均低于周围水体和沉积物.NMDS分析结果表明,微塑料表面与周围沉积物、水体中的细菌群落结构差异较大.水体和沉积物中的细菌群落组成与微塑料表面存在差异,门水平上沉积物与沉积物中微塑料表面优势菌门为变形菌门（Proteobacteria）和拟杆菌门（Bacteroidota）,其在微塑料表面相对丰度高于沉积物;水体中微塑料表面变形菌门相对丰度高于水体,而拟杆菌门、放线菌门（Actinobacteriota）的相对丰度明显低于水体.属水平上马赛菌属（Massilia）和假单胞菌属（Pseudomonas）是微塑料表面的优势菌属,相对丰度明显高于周围水体和沉积物.通过BugBase表型预测发现微塑料细菌群落可移动基因元件含量、生物膜形成、潜在致病性及胁迫耐受等表型相对丰度明显高于周围水体和沉积物.结果发现微塑料可能会促使致病菌在内的有害菌的传播,提高细菌群落的潜在致病性,且微塑料表面细菌群落具有更高的可移动基因元件含量表型.通过揭示微塑料污染对微观层面湿地生态的潜在危害,可为维护湿地生态稳定性提供科学参考.     

不同季节尾水排放对河道细菌群落结构的影响

为探究不同季节尾水排放对河道细菌群落结构及多样性的影响,以常州市深水城北污水处理厂尾水、排放河道为例,利用Illumina Miseq高通量测序技术分析细菌群落结构,并分别讨论了不同季节尾水对河道水质、细菌群落结构及多样性的影响,分析细菌群落结构与水质的相关性.结果表明:①尾水增加了夏季、秋季河道的NO₃--N、TN浓度.②由于尾水的排放,使夏季、秋季河道细菌多样性下降.③共检测到43个门,其中变形菌门（Proteobacteria）为最优势菌门,平均占比为60.11%,其次为放线菌门（Actinobacteria）和拟杆菌门（Bacteroidetes）,尾水主要影响夏季、秋季河道Proteobacteria的相对丰度,其中假单胞菌属（Pseudomonas）夏季增加49.14倍,秋季减少0.95倍;鞘氨醇单胞菌属（Sphingomonas）夏季增加6.63倍,不动杆菌属（Acinetobacter）秋季减少0.98倍.④TN浓度对细菌菌属分布影响最大,其与微球菌属（Micrococcaceae）、Hgcl_clade呈负相关;与盐单胞菌属（Halomonas）呈正相关.研究显示,尾水排放对河道的影响主要表现在夏季和秋季,使NO₃--N、TN浓度显著上升,而使细菌多样性下降,对河道Proteobacteria下的Pseudomonas、Acinetobacter、Sphingomonas相对丰度影响较大,水中的细菌分布主要受TN浓度影响.      

水源切换对水厂出水细菌群落的影响

针对水源切换可能造成水厂出水微生物风险的问题,以北京某水厂由本地水源切换为河北水源期间原水和出厂水为研究对象,采用焦磷酸测序技术对水中的微生物种群结构和潜在致病菌进行分析.结果显示,出厂水的细菌多样性显著低于原水,原水和出厂水中的优势菌均为变形菌门(Proteobacteria),所占比例为11.99%~95.48%,其中包括α,β和γ变形菌纲(α, β, γ-Proteobacteria),但相对丰度有较大差异.水源切换后的原水中优势菌为蓝藻门(Cyanobacteria),且该菌在切换后的出厂水中也存在.出厂水中检测到部分潜在致病菌,优势菌包括不动杆菌(Acinetobacter)和代尔夫特菌(Delftia),增加了饮用水的微生物安全风险.PCoA结果显示,水源切换前后原水中细菌群落结构变化较大,但改变水源对出厂水的微生物群落影响较小,水厂能够维持稳定的运行.     

农村黑臭水体沉积物细菌群落结构特征

沉积物微生物是农村黑臭水体物质循环和有机物降解等过程的主要驱动者,其群落结构组成常因外界环境的微小变化而变化.以菏泽市东明县29个农村黑臭水体为研究对象,测定农村黑臭水体上覆水和沉积物氮、磷及重金属等污染物指标,结合Illumina测序结果,分析农村黑臭水体沉积物细菌群落组成和多样性特征及其与环境因子的相关性.结果表明,该区域农村黑臭水体上覆水和沉积物中污染物分布范围均较广.与农业面源相比,以农村生活污水为主要污染来源的农村黑臭水体上覆水中氮、磷污染物浓度更高,分别是农业面源的3.1倍和1.5倍.此外,该区域农村黑臭水体沉积物中重金属含量处于较低水平,普遍低于菏泽市土壤元素背景值.该区域农村黑臭水体沉积物细菌群落的优势菌门为变形菌门、放线菌门、绿弯菌门、厚壁菌门和酸杆菌门,这5种优势菌门的序列总和占全部序列的70.3%～83.6%.γ-变形菌纲、α-变形菌纲、厌氧绳菌纲和放线菌纲是沉积物细菌群落的优势菌纲;硫杆菌属和假节杆菌属是其优势菌属.Spearman相关性分析结果表明,环境因子中DO、 COD、 TN、 TP和有机质对农村黑臭水体沉积物细菌菌属有显著影响(P<0.05),沉...     

再生水构建水环境中沉水植物附着细菌群落特征

沉水植物茎、叶附着生物膜对再生水构建水环境的水质改善具有重要作用.为探究再生水水质及沉水植物种类对附着生物膜细菌群落特征的影响,选取再生水构建的水环境中不同种类沉水植物为研究对象,采用16S rRNA高通量测序技术对其附着生物膜及周围环境样本的细菌群落结构和功能基因进行分析.结果表明,再生水水体中氮磷营养物质在水环境中得到了20%~35%的吸收利用,下游水体中COD、浊度和色度呈现升高趋势.沉水植物附着生物膜中细菌群落与周围环境（土壤、底泥和水体）及再生水处理厂活性污泥的细菌群落存在差异：在群落多样性上,其丰富度和多样性显著低于土壤和底泥中细菌但高于水中浮游细菌;在群落结构上,其优势菌属及对应相对丰度与其它样本不同,主要优势菌属有鞘氨醇单胞菌属（Sphingomonas）、气单胞菌属（Aeromonas）、假单胞菌属（Pseudomonas）和不动杆菌属（Acinetobacter）,分别占比7%~40%.沉水植物种类和再生水水质（BOD₅、TN、NH₄⁺-N和TP）均会影响植物附着细菌群落,但水质对附着细菌群落的影响大于植物种类,且水质也会影响沉水植物附着细菌群落功能基因相对丰度,氮磷浓度较高区域氮循环与磷循环功能基因相对丰度较高.研究结果为揭示沉水植物附着细菌群落特征和优选沉水植物种植种类提供科学依据.     

冬季不同尾水受纳河道水环境变化特征分析

为探究不同污水厂尾水受纳河道水环境变化特征,分别采集4组受纳河道的33个样品,测定COD_Mn、TN、TP、NH₃-N、Chl-a 5项指标,结合高通量测序,分析沿程水质变化、富营养化特征及细菌群落结构变化。结果表明:尾水排口处引起的污染物浓度变化在距离排口50~100 m恢复至背景值,但TN始终高于背景值;尾水补充使细菌丰富度及多样性增加,但优势门类占比下降且相对丰度改变,距离排口50~100 m处占比回升,Proteobacteria成为绝对优势菌门;属水平上,背景断面优势菌属相对丰度随着尾水排入均出现下降,Rhodovulum、Pseudoalteromonas、Massilia占比与富营养化指数显著负相关（P<0.05）;当排放比例≥ 50%时,距离排口100 m处细菌群落结构与尾水排口处相似度更高。此外,尾水可能带来大量其他菌种,增加河道生态风险。     

给水管网多相界面中微生物表面疏水性研究

采用疾病控制中心（CDC）生物膜反应器模拟给水管网系统,选取聚氯乙烯（PVC）和聚碳酸酯（PC）2种材质的挂片,通过微生物粘附碳氢化合物（MATH）实验和Illumina高通量测序相结合的方法,对反应器水相、生物膜相和颗粒物相中微生物的疏水性进行了研究.结果显示,PVC材质挂片反应器中优势菌为厚壁菌门,相对丰度为68.31%~81.00%,PC材质挂片反应器中优势菌为变形菌门,相对丰度为24.39%~64.40%.PVC材质挂片反应器中优势菌包含3类致病菌,PC材质挂片反应器中包含8类致病菌.PC材质挂片生物膜相较于PVC材质疏水性更高,利于微生物吸附形成生物膜,而PVC材质不易形成生物膜,对控制输送过程中的二次污染具有积极作用,但在管网实际应用中还应考虑其他工程因素的影响.     

稻香湖景酒店景观再生水生产中的细菌群落结构变化

为了解生活污水处理系统对水体细菌群落结构及多样性的影响,以北京稻香湖景酒店生活污水处理系统为例,利用16SrDNA文库技术研究了不同处理阶段水体细菌的群落结构及多样性.结果表明,酒店排放的生活污水中细菌类型较多,Shannon-Weaver多样性指数为3.12,其中ε-变形杆菌纲在克隆文库中所占比例最高,达32%;另外还有9%～15%的克隆分别与CFB类群、γ-变形杆菌纲、梭杆菌门和厚壁菌门的细菌高度同源;经中水站处理后,水体细菌多样性指数下降到2.41,β-变形杆菌纲的细菌占据绝对优势,比例高达73%;进一步经小型人工湿地处理后,细菌的多样性指数提高到3.38,其中放线菌门的细菌比例最高达33%,成为最优势的类群,蓝细菌的比例次之,达26%;而对照样品中蓝细菌为最主要的优势类群,比例高达38%,主要涉及的种属为蓝菌属、聚球藻属和微囊藻属,比例分别为47.1%、17.6%和8.8%,且检测到少量铜绿微囊藻,水体有轻度蓝藻水华暴发.因此,该酒店的生活污水经过逐级处理改造成景观再生水的过程中改变了细菌的优势群落结构和多样性;经过处理的水体未有蓝藻水华出现,水体状况优于对照.该研究对了解景观再生水生产过程中细菌微生态的变化、将来从生态学的角度加强蓝藻水华的控制提供有用的资料.     

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.      

分层型水库藻类季相演替的细菌种群驱动机制

浮游藻类和水体中的细菌是水生食物网的组成部分,在淡水生态系统的结构和功能中发挥着关键作用.然而,对于水库当中藻类和细菌群落如何互作及其对变化的环境条件的响应研究却较少.本文以李家河水库为研究对象,采用16S rDNA高通量测序技术和共生网络分析方法,分析了藻类种群时空演替与细菌群落的生态互作关系.结果表明,在藻类群落结构中,硅藻和绿藻也为全年优势门类,且在8月,蓝藻取代硅藻成为第二大优势门类,平均相对丰度为30.13%.DNA测序分析表明,变形菌门、放线菌门和拟杆菌门为全年优势细菌,其中变形菌门在7月达到全年最大相对丰度71.68%.酸杆菌门和异常球菌-栖热菌门作为稀有类群,其相对丰度最大分别为10.20%和5.56%.共生网络分析表明,藻类与细菌之间的关系以正相关居多,表明二者之间的互作关系可能以互利共生为主.Methylotenera作为关键节点,与小球藻呈显著正相关.柵藻作为藻类群落中的关键节点,与甲基杆菌属、Solitalea和红育菌属等多种细菌显著负相关.RDA分析表明,藻类和细菌群落的演替受到水温、pH和电导率的显著调控,环境因子对藻类和细菌群落变异解释分别为93.1%和90%.本研究结果将为深水型水源水库生态系统中藻菌互作关系的微生态驱动机制提供科学依据.