建筑环境视野下微生物研究现状浅析

构建一个有利于人体健康的建成 环境已经成为当前社会关注的热点。建筑 环境微生物学（microbiolog y of the built environment）就是通过研究建筑环境中的 微生物群落多样性,通过设计改善微生物 群落质量,使其更有利于人体健康。运用文 献综述法和比较分析归纳法,对近年来国 内外学者在此领域的最新研究情况进行综 述,指出建筑环境对微生物组成与分布的 影响路径和建筑环境微生物学未来发展的 三个方向：一、探索环境微生物对建筑与城 市环境健康的影响机制;二、研究建筑和城 市居住环境中微生物群落分布的时空特征, 建立环境微生物维度的建筑分类体系;三、 提供使用者在建筑室内环境中的健康“路线 图”,从而通过调控室内环境的设计要素, 降低和控制使用者的健康风险。得出以下 结论：当前研究存在深度不够、侧重于环境 数据分析和多学科综合研究薄弱等问题,最终未来的研究将呈现出从定性分析向定量模拟方 向发展的趋势。     

现代分子生物学技术在环境微生物领域的应用

环境污染不断加剧,物理、化学、生物及其组合工艺虽然能对污染物有一定的去除效果,但处理效果难以再次提升,因此引入分子生物学技术,从分子的角度对环境污染问题进行探究。利用分子生物学技术的手段,研究微生物种类、结构与去除率之间的关系,通过控制微生物的群落以达到最佳的处理效果。核酸杂交技术、基因芯片技术、PCR及其衍生技术、高通量测序技术等现代分子生物学技术不仅在食品、医疗领域广泛应用,在环境微生物领域中也具有不可替代的重要作用。     

基于16S rRNA高通量测序的鳢肠道微生物群落结构研究

为探究鳢肠道微生物与鳢健康养殖间的关系,采用Illumina HiSeq 2500高通量测序技术对不同养殖环境中成年健康乌斑杂交鳢Channa argus♀×Channa maculata♂(体质量100～150 g)及野生斑鳢(体质量50～100 g)肠道内容物进行微生物测序及信息分析。结果表明:不同环境(珠海斗门DM,佛山南海BRCT、BRSNC,佛山顺德杏坛XT,阳江YJ)鳢肠道内容物共31个样品间OTU数具有一定差别,总数达585,表明不同环境下鳢肠道内容物中优势菌群较为丰富;采集的样品中优势菌群主要为红球菌属Rhodococcus、梭菌属Clostridium、微杆菌Microbacterium、弧菌属Vibrio、气单胞菌属Aeromonas和邻单胞菌属Plesiomonas等,其中,梭菌属、红球菌属在所有样品中均存在,但不同环境所占的比例不同;热图分析显示,鳢肠道微生物群落中还包含变形杆菌属Proteus、肠球菌属Enterococcus、乳杆菌属Lactobacillus、拟杆菌属Bacteroides、棒杆菌属Corynebacterium等其他菌属,但占比不高,说明菌群数量不多;PCA分析显示,人工养殖杂交鳢(DM、BRCT、BRSIVC、XT)的肠道微生物群落结构比较接近,但与野生鳢(YJ)的群落结构具有一定差异。研究表明,相同环境下鳢肠道内容物中微生物群落菌属有所相似,不同环境条件下的鳢肠道微生物类群数量和优势菌群均存在显著差异。     

输水管道生物膜的生长过程及其对水质的影响

运用生物膜反应器(BAR)模拟实际原水输水管道,研究了管道运行时间对生物膜微生物群落结构及出水微污染物浓度的影响。结果表明,随着BAR反应器运行时间的延长,出水p H值和CODMn浓度变化较小,溶解氧、氨氮和总氮浓度逐渐降低,运行180 d时,对氨氮和总氮的去除率最高,分别为41.3%和30.3%,浊度呈曲线变化;采用454高通量测序对运行90、120、180和240 d的四个生物膜样品中微生物群落结构进行分析,发现其微生物群落结构存在较大差异,90d的生物膜的微生物多样性最高,而240 d的生物膜具有最高的微生物丰度;BAR系统水质影响生物膜微生物的群落结构,同样,生物膜中的微生物净化了出水。     

基于高通量测序及Biolog-ECO方法的雄安新区鲥鯸淀细菌群落结构与功能多样性分析

为了解渔业环境中微生物群落特征对生态循环的影响,基于高通量测序与Biolog-ECO相结合的方法,探究白洋淀鲥鯸淀湿地浮游微生物和不同基质附着微生物的群落结构及其碳源利用能力。结果表明:鲥鯸淀湿地中优势菌群为疣微菌门Verrucomicrobia、变形菌门Proteobacteria、蓝细菌门Cyanobacteria和放线菌门Actinobacteria等,其中,浮游细菌与附着细菌在组成及丰度上存在着明显差异,蓝细菌门是浮游细菌第一优势菌门,疣微菌门是附着细菌第一优势菌门;Biolog-ECO板中平均每孔颜色变化率(average well colour development, AWCD)检测发现,不同微生物组的碳源利用能力与时间表现出正相关性;浮游生物的变化幅度最大,说明对碳源利用能力最强,其生物活性明显高于附着微生物,不同基质上的附着微生物活性依次为人工水草>芦苇>棕榈片>网片基质;主成分分析显示,不同微生物群落代谢作用的主要碳源类型为氨基酸类、聚合糖类和醇类,不同微生物群落差异主要体现在对氨基酸类和聚合糖类碳源的利用上。研究表明,微生物群落结构差异是导致微生物利用碳源整体能力和偏好程度不同的主要原因之一,相对附着细菌而言,浮游细菌在生态系统物质循环和能量流动方面发挥着更加重要的作用。     

南水北调水源切换条件下的微生物群落分析

采用克隆文库的方法对郑州市南水北调水源切换前后的两种地表水源,以及切换后管网出水的微生物群落结构进行了解析,可为水源切换后消毒处理工艺运行和管网水质安全保障提供一些微生物学基础信息。研究结果表明,两种水源的微生物群落结构差异较大,南水北调水源的微生物群落结构相对简单;水源切换后,现行的加氯消毒方式仍能有效控制微生物风险;水源切换后管网出水中较多酸杆菌的存在说明微生物对管网腐蚀存在一定影响。     

低温胁迫对不同品系暗纹东方鲀肠道微生物群落结构的影响

为研究低温下鱼类肠道微生物的多样性，揭示低温胁迫对不同品系暗纹东方鲀Takifugu fasciatus(体质量300 g)肠道微生物群落结构的影响差异，通过持续降低水温，提取耐寒型暗纹东方鲀“中洋1号”(“Zhongyang No.1”)和野生型暗纹东方鲀肠道微生物基因组总DNA,并采用Illumina高通量测序技术检测肠道微生物群落多样性。结果表明：两个品系的暗纹东方鲀肠道内微生物群落组成相似，但丰度不同；“中洋1号”肠道微生物的OTUs、丰富度和多样性均小于野生型暗纹东方鲀，经过长期低温驯化的“中洋1号”肠道微生物种类趋于一致；与野生型暗纹东方鲀相比，“中洋1号”暗纹东方鲀肠道微生物中，弓形杆菌norank_f_Arcobacteraceae、螺旋体属Brevinema细菌相对丰度较高；功能预测显示，“中洋1号”肠道中微生物具有较高的碳水化合物运输与代谢及脂质转运与代谢等功能。研究表明，“中洋1号”肠道微生物多样性低于野生型暗纹东方鲀，随着温度降低，“中洋1号”肠道微生物的多样性也呈现下降趋势，低温对降低鱼类肠道微生物群落多样性组成可能有重要影响。     

压力对污泥中微生物种群结构特性的影响研究

为研究高压条件对微生物的影响,选取稳定运行的A2O工艺中的好氧段污泥与新鲜污水混合进行高压曝气处理污水,待处理效果及微生物达到稳定后,用高通量测序对微生物进行多样性与差异性分析,得到了高压条件对微生物多样性与差异性的影响。     

叠层石形态的主控因素—微生物席

许多学者利用叠层石的形态来判断所处的环境,但其形态并不仅仅受环境的影响。单一由叠层石形态推测环境不具有合理性,即使结合伴生沉积构造等来共同推测,叠层石在其中也没有发挥主要作用。当前讨论较多的影响叠层石形态的2个主要因素,即环境和微生物群落,经研究发现,环境控制微生物群落的成分,两者不属于并列关系,而是包含关系。微生物群落又决定了微生物席的类型,微生物席同时也会受到环境的改造,因此认为微生物席才是叠层石形态的主控因素。     

伯氏肩孔南极鱼和革首南极鱼皮肤微生物多样性的研究

为研究南极鱼皮肤微生物群落的多样性,揭示不同种类南极鱼皮肤微生物的差异,提取伯氏肩孔南极鱼Trematomus bernacchii(TB)和革首南极鱼Notothenia coriiceps(NC)皮肤微生物基因组总DNA,采用16S rDNA分子标记和高通量测序技术检测样品微生物群落多样性。结果表明:对两种南极鱼的6个样本分别进行测序,共获得有效序列数378 517条,获得操作分类单元(OTUs)740个;两种南极鱼皮肤的优势菌门包括厚壁菌门Firmicutes、变形菌门Proteobacteria、异常球菌-栖热菌门Deinococcus-Thermus、拟杆菌门Bacteroidetes、软壁菌门Tenericutes、放线菌门Actinobacteria等,以厚壁菌门、变形菌门、拟杆菌门的丰度较高;两种南极鱼皮肤的优势菌属为厌氧芽孢杆菌属Anoxybacillus、火山岩菌属Vulcaniibacterium、芽孢杆菌属Bacillus、嗜冷杆菌属Psychrobacter、青枯菌属Ralstonia、短波单胞菌属Brevundimonas、假单胞菌属Pseudomonas和嗜甲基菌属Methylophilus;同种南极鱼不同个体间皮肤微生物菌群差异较小,且伯氏肩孔南极鱼和革首南极鱼间皮肤微生物菌群无显著性差异(P>0.05)。研究表明,采用高通量测序可以精准地对两种南极鱼皮肤微生物主要菌群进行分析比较,厚壁菌门、变形菌门、拟杆菌门是伯氏肩孔南极鱼和革首南极鱼皮肤微生物的优势菌门,两种南极鱼间的皮肤微生物菌群无显著性差异。     

长庆油田石油污染土壤微生物种群多样性研究

以姬塬油田井场石油污染土壤为研究对象,通过高通量测序,分析了细菌群落的类型和结构,结果显示3份土壤样品中共检测到包括变形菌门、放线菌门、厚壁菌门、拟杆菌门、酸杆菌门和疣微菌门等24个门的细菌,土壤微生物结构多样性丰富,揭示了原油污染土壤的微生物种群多样性情况,对石油污染微生物治理技术具有重要的意义。     

城市污水脱氮除磷系统的活性污泥菌群结构特征

为表征我国城市污水处理厂活性污泥微生物的群落结构特征,并了解污水处理工艺、进水水质和地域环境等因素对其分布的影响,采用Miseq高通量测序技术对9座城市污水处理厂生物脱氮除磷系统的活性污泥群落结构进行了分析。结果表明,这些活性污泥系统中的优势微生物种群均以变形菌门(Proteobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes)为主,而且变形菌主要分布在β-Proteobacter纲,最大比例达到了约24%;脱氮除磷菌属主要为亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)和Accumulibacter Phosphatis,最大比例分别为4.69%和7.51%;活性污泥微生物的多样性和丰度指数受进水水质的影响较为明显,而不同样品的相似度则受到工艺类型和地理位置等因素的影响。     

油藏内源微生物演替规律及其对驱油效果的影响

利用长岩心连续动态驱替实验模拟现场微生物驱油过程,通过高通量测序及荧光定量PCR技术定量描述物模驱出液菌群结构、多样性指数及驱油功能细菌浓度的动态变化规律,并分析生物特征动态变化规律与含水率变化之间的对应关系。结果表明:激活剂多轮次段塞注入方式下,内源菌群呈现连续动态演替变化,菌群结构趋于简单化,多样性指数逐渐降低,不动杆菌、厌氧小杆菌及甲烷嗜热杆菌逐渐成为群落中的优势菌属;内源总细菌浓度及驱油功能细菌浓度随激活剂的注入逐渐升高,在时间尺度上存在明显的好氧、兼性及厌氧驱油功能菌级联激活规律,厌氧产甲烷古菌激活时整个代谢链被启动,驱油效率最高;在兼性及厌氧驱油功能细菌浓度提高2个数量级后,产出液细菌群落多样性指数与含水率变化之间存在明显的相关性,可以作为内源微生物驱油生物特征指标,指导内源微生物驱油现场效果的分析及方案的针对性调整。     

悬浮生态岛净化氮污染河水及其微生物种群结构

采用一种新型的生物膜载体材料构建复合悬浮生态岛,考察其对氮污染河水的净化效果及载体上的微生物特征,并与普通生态浮岛进行对比。结果表明,在相同条件下,复合悬浮生态岛对河水的净化效果更好,COD、氨氮、TN平均去除率分别为26. 77%、92. 86%、30. 83%。对载体生物膜样品的高通量测序发现,与普通的纤维丝载体相比,新型载体生物膜中的菌群种类更多、微生物结构更复杂;另外,其微生物群落多样性更高(Shannon指数高、Simpson指数低)。     

电解强化人工湿地处理城市污水处理厂尾水中微生物群落分析

一个新型的电解人工湿地能够成功地对污水处理厂尾水中的氮、磷进行深度脱除,但其中的微生物机理和人工湿地对受水河道微生物生态的影响还远未清楚。采用高通量测序和网络分析对电解强化人工湿地中的功能微生物群落进行了研究,结果显示,电解强化人工湿地中有大量的自养型反硝化功能菌,从而保障了在低碳氮比下污水处理厂尾水中氮的脱除。经网络分析还发现,经过电解强化人工湿地后,污水处理厂尾水中的细菌群落与受水河道有显著差异,人工湿地可在污水处理厂与自然水体间起缓冲作用,更有利于减少污水处理厂尾水对自然水体的生态扰动。     

低温下A~2/O工艺污泥膨胀的微生物群落结构变化

采用高通量测序技术研究了A~2/O工艺低温运行下污泥膨胀的机理及调控措施。结果表明,在21℃—19℃—12℃的降温过程中,活性污泥的SVI值显著升高、COD去除率相应降低,曝气池污泥中微生物群落结构也发生了显著改变。低温下,酸杆菌取代了不耐低温细菌的优势地位,丝状菌α变形菌纲和类丝状菌Candidate division TM7大量繁殖,微生物群落结构变化是引发该反应器发生低温污泥膨胀的根本原因。低温对A2/O反应器中活性污泥性能的影响是可逆的,在采取合适的调控措施后,污泥性能可恢复到较好的水平。     

天津市不同功能区融雪径流的污染特性

在经历长达108 d无有效降水的干燥期后,2018年1月21日天津市迎来入冬以来的第一场大雪,在降雪当天对不同功能区进行采样,研究了污染物组分的特征和微生物群落的多样性。结果表明,不同功能区融雪径流中的污染组分不尽相同,不同深度雪样中的污染物也有很大差别。距离地面2 cm以内的下层雪样中COD和TSS浓度分别是距离地面2 cm以上上层雪样的5~48倍和2~39倍,浓度超过了《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)的Ⅴ类水质标准限值。利用16S r DNA扩增子测序方法对样品中的微生物进行测序分析,并与环境因子进行典型关联分析,结果表明,细菌主要吸附在颗粒物表面,其群落结构受到不同环境因子的影响。     

水厂处理工艺中的微生物群落结构特征研究

应用基因扩增一梯度变性凝胶电泳（PCR-DGGE）分子生物学方法对深圳市XL水库水源和BJ水厂处理工艺中的微生物群落结构特征进行了比较研究。结果表明，采用分子生物学方法能够比较全面地检测微生物群落，有利于准确评价饮用水的微生物安全性。16SrDNA鉴定表明，受污染的MK河水中含致病菌，存在微生物安全性风险，而在XL水库水和BJ水厂出水中均未发现致病菌，微生物安全性好。BJ水厂的处理工艺能够引起微生物群落结构的大幅度变化，水厂原水、砂滤池出水和活性炭池出水中的优势菌群几乎完全不同。掌握微生物群落特征的变化规律对于优化工艺运行具有指导意义。     

市政污水厂排污口着生型微生物的群落分布研究

为了考察市政尾水补给径流对水生态的影响，对排污口着生型微生物进行高通量测序，考察了微生物群落与尾水水质间的响应关系。结果表明，在尾水平均COD、NH₄⁺-N和TP为地表水Ⅳ类水质时，排口富集黄杆菌、不动杆菌、伯克霍尔德菌等致病菌，以及氨氧化菌（Nitrosomonas）、反硝化菌（Lysobacter）、聚磷菌（Enterobacte）等活性污泥中常见微生物。尾水平均COD、TN与聚磷菌丰度呈负相关（相关系数分别为-0.931和-0.909）,TN与反硝化除磷菌（Xanthomonadaceae）丰度呈正相关（相关系数为0.964）。排口附近不利于富集脱氯单胞菌（Dechloromonas）等反硝化菌，受纳水体中的NO₃^--N难以靠尾水中的微生物降解。     

胜利油田沾3区块油藏中Geobacillus菌的激活研究

利用16S rRNA克隆文库技术分析胜利油田沾3区块油藏样品的微生物群落结构,使用不同激活剂对沾3区块油藏样品进行内源微生物激活,对激活后样品进行乳化能力、产生表面活性物质能力评价及微生物群落结构分析,并开展物理模拟驱油实验。结果表明:沾3区块油藏样品中含有2%的Geobacillus,该菌是沾3区块油藏内源微生物中产生表面活性物质、发挥乳化功能的关键菌群;加入适宜的激活剂体系可以选择性激活该类细菌,使其成为优势菌;利用选择性激活Geobacillus的配方激活沾3区块油藏内源微生物,可以在水驱基础上提高原油采收率10.8%。