天然高寒草地转变为混播人工草地对土壤微生物群落特征的影响

为了研究天然高寒草地转变为混播人工草地对土壤微生物群落的影响,采用高通量测序技术分析了青海省共和县的天然以及由天然转变为混播人工草地样地土壤中的微生物群落.结果表明,天然草地转变为混播人工草地后植被物种多样性和土壤有机质含量显著下降(P<0.05).在两块样地共检测到29个细菌门和11个真菌门的微生物.天然草地转变为人工草地后,土壤细菌的多样性显著升高,细菌的香农指数从9.51增加到9.89;土壤真菌的多样性降低但差异不显著.与天然草地相比,人工草地的土壤细菌与真菌群落结构、组成均发生了明显的变化,细菌群落结构与总有机质的含量、总氮含量和土壤含水量显著相关,真菌群落结构与总有机质含量和土壤含水量显著相关.线性判别分析(LEfSe)结果表明,暗黑菌门细菌(Atribacteria)和子囊菌门真菌(Ascomycota)可作为天然草地的指示微生物类群,出芽菌属细菌(Gemmata)和发菌科真菌(Trichocomaceae)可作为人工草地的指示微生物类群.利用Tax4Fun2对细菌群落功能的预测发现,天然草地向人工草地的转变影响了细菌群落对不同碳源的利用潜力.     

污水处理系统微生物群落时空分布和构建机制研究进展

探索微生物群落时空分布和构建机制一直是环境微生物生态学研究的目标和挑战。近年来,微生物生态学规律和理论逐渐在工程系统中得到应用,分类群-面积关系、分类群-时间关系和距离-衰减效应等规律已在污水处理系统的微生物群落分布中得到验证。随着研究的发展,微生物时空分布研究已从群落分布规律的发现和描述,拓展到驱动群落分布的因素,即群落构建机制的探索。介绍了污水处理系统微生物群落时空分布规律和构建机制的研究进展,并对未来的方向进行了展望,强调了将生态理论和工程实践相结合的重要性。未来应在污水处理系统核心微生物研究、微生物群落的生物多样性、构建机制与污水处理性能的关联、多组学技术在微生物时空分布和构建机制研究中的应用等方面有所突破。     

污水处理厂中微生物群落特性与基因功能探究

为了探究污水处理过程中微生物多样性及其功能,文章以哈尔滨市某城市污水处理厂为研究对象,采用高通量测序及水化学分析方法对进水口、曝气池及出水口的水质样本分别进行细菌群落结构及环境因子的测定分析。结果表明,该污水处理工艺对COD、BOD₅、NH₄⁺-N、TP、TN均有明显的去除作用,其中除TN外去除率均在93%以上,NH₄⁺-N的去除率最高,达99%。污水中微生物群落鉴定检出细菌分属于15门、28纲、64目、92科和115属。通过细菌微生物群落Alpha多样性分析发现,曝气池中细菌群落多样性最高。其中环境中的优势菌门为变形菌门(Proteobacter)、拟杆菌门(Bacteroidota)、厚壁菌门(Firmicutes)、弯曲杆菌门(Campilobacterota)、髌骨细菌门(Patescibacteria)。其中Bacteroidota与Campilobacterota在H1中丰度最高,分别为44.62%、24.62%,Patescibacteria在H2中丰度最高,为2...     

污水处理活性污泥微生物群落研究进展

活性污泥微生物群落研究对于阐明污水生物净化机制、优化工艺条件均具有重要的科学意义。近年来在高通量测序技术助力下,活性污泥微生物群落结构、丰度研究工作获得了众多很有意义的研究结果。文章综述了不同污水特征、工艺条件下活性污泥微生物群落结构、丰度的动态变化与污染物去除之间的相关性,讨论了各环境因素对微生物群落的影响机理,并提出通过改变微生物群落结构及丰度提高污水处理效率的应用策略,对进一步理解城市生活污水微生物降解机理和提高污水处理效率具有重要指导意义。     

高海拔地区与低海拔地区污水处理系统中微生物群落特征分析对比

从污水处理系统中微生物群落结构特征分析入手,利用高通量基因测序技术对高海拔地区(西藏)与低海拔地区(无锡)生活污水处理厂污泥样品中的微生物群落结构进行分析和对比。结果表明:高海拔地区各样品的Simpson指数(0.993~0.994)和Shannon指数(8.388~8.668)均高于低海拔地区的数值,但实际处理效率却低于低海拔环境。高海拔地区样品中丰度最高的菌属为Haliangium和Ferruginibacter,丰度分别为6.5%~10.3%和5.6%~6.4%,与去除水中的生化需氧量相关,而在低海拔地区样品中丰度最高的菌属为Hyphomicrobium,丰度为7.8%~11.4%,与污水处理的脱氮功能相关。在低海拔地区,具有除磷功能的聚磷假丝酵母菌(Candidatus accumulibacter)的丰度值为1.3%,但是在高海拔地区的样品中却未检测到其存在, 而是由Tetrasphaera(丰度1.2%~1.6%)和黄杆菌(Flavobacterium,丰度0.57%~0.70%)替代。环境条件的主成分分析结果表明,与高海拔地区的菌属种类分布相关性最高的环境因素为TN浓度,其次为TP、NH₄+-N和DO浓度。高海拔环境下,COD和BOD₅对微生物菌落分布的影响明显低于低海拔环境。     

德国分散式污水处理系统微生物群落结构及功能

以德国分散式污水处理系统为研究对象,通过16S rRNA测序,研究2个反应器中微生物群落结构,利用PICRUSt软件对其功能进行推演.结果表明,冬季,污水厌氧膜生物反应器（AnMBR）内温度20℃,进水COD 712mg/L时,出水可获得52%的COD平均去除率,产气率为122L/kgCOD;固体废物厌氧反应器（PSD）内温度37℃,反应器内COD 3007mg/L时,可获得374L/kgVSS的产气率.2个反应器具有相似的微生物组成,对细菌,Synerigistaceae科的相对丰度最高（AnMBR：24.0%±10.0%;PSD：11.0%±3.1%）;对古菌,Methanobacteriaceae科的相对丰度最高（AnMBR：0.6%±0.3%;PSD：13.8%±1.8%）;2个反应器的功能基因组成也相似,产甲烷都以H₂还原CO₂的通路为主.PSD反应器中H₂还原CO₂通路相关基因、F420合成相关基因、辅酶M合成相关基因的相对丰度都高于AnMBR反应器.     

城市污水处理系统真核微生物群落特性与地域性差异

城市污水处理厂是控制水污染、保证城市与人类可持续发展的重要设施.真核微生物作为活性污泥系统中不可或缺的一部分,在指示活性污泥性质、预测出水水质、强化净化效果、保障系统稳定运行过程中发挥着重要作用.本研究以来自北京、深圳和无锡的14个城市污水处理厂的61份样品为研究对象,采用18S r DNA高通量测序技术并结合多种生态学及统计学相关分析方法,探讨了活性污泥系统内真核微生物群落特性与地域性差异.结果表明,不同空间尺度下,活性污泥系统内真核微生物群落优势种群组成相似,在Devision水平上,群落优势种群主要由真菌、原生动物(纤毛亚门)和后生动物组成,三者相对丰度之和高达86. 22%～89. 40%.不同城市污水处理厂活性污泥系统内真核微生物多样性存在差异,无锡群落的多样性(丰富度和香农-威纳多样性指数)最高,北京的最低,且3个城市的活性污泥系统内真核微生物群落结构存在显著的地域性差异. partial mantel test和多元回归矩阵分析结果表明,曝气池混合液温度和出水总氮浓度与活性污泥系统内真核微生物群落结构的相关性较强.研究结果深化了对污水处理系统中真核微生物的认识.     

微生物群落多样性分析方法的进展

微生物群落多样性由3个组成要素形成；物种多样性，遗传多样性，功能多样性，从这3方面系统地概述了细胞结构分析方法。分析生物学方法，功能多样性方法等技术在国内外的研究进展，并综合分析及探讨了这些技术的优点和不足。微生物群落多样性分析，对环境资源调查，环境变化监控，环境治理及环境压力等研究。具有深远的意义。具有深远的意义。而其分析方法的发展趋势，则是原位快速，高通量的检测。     

SSCP技术分析不同废水处理系统中微生物群落结构

为研究不同废水处理系统中微生物群落结构以及认识群落结构与系统处理效能的关系,采用单链构象多态性技术(SSCP)分别对稳定运行的脱氮除磷反应器(N),中药废水处理反应器(P),啤酒废水处理反应器(W),糖蜜废水发酵制氢反应器(H)以及硫酸盐还原反应器(S)等5种废水处理系统中的微生物群落结构进行了解析.结果表明,处理同种废水且状态均一的反应器中微生物群落结构相似性最大;微生物种群多样性与废水中的有机质复杂性成正相关,中药废水由于含有较复杂的有机质成分,种群多样性最高,而人工配水的处理系统由于营养成分单一,种群多样性较低;与模式群落中微生物SSCP条带比较显示,某些功能微生物类群在整个系统中相对数量并非占优势,发酵产氢菌Ethanologenbacterium sp.在状态良好的制氢反应器中相对含量仅占5%,而脱硫弧菌Desulfovibrio sp.在硫酸盐还原反应器中的相对比例小于1.5%.SSCP指纹图谱技术能够揭示不同处理系统中微生物群落结构的差别,并对这些工艺中的部分功能微生物进行监测,进而为提高反应器的运行效果提供有益的指导.     

典型高原湿地底泥微生物对砷污染的响应

为了深入探讨典型高原湿地底泥微生物群落对砷胁迫的响应规律,通过砷添加(As浓度分别为0、100、150、300 mg·kg^-1,依次记为YZ1、YZ2、YZ3、YZ4)的淹水模拟湿地生境试验,利用高通量测序技术对样品中细菌16S rRNA的V3～V4区进行测序.结果显示,底泥中砷形态主要以专性吸附态砷（F2）和弱结晶度的铁铝水合氧化物结合态砷（F3）为主,且随着砷污染浓度的升高,活性态砷（F1、F2和F3）占比上升.砷污染会影响底泥微生物多样性和群落结构.与YZ1组相比,YZ2组在一定程度上刺激了砷敏感微生物的生长和繁殖,如拟杆菌门（Bacteroidetes）;YZ4组处理下明显抑制了该微生物生长,但会促进耐砷微生物生长,如厚壁菌门（Firmicutes）和变形菌门（Proteobacteria）使其成为群落主导.同时,在属水平上,YZ4处理组中具有As（V）异化还原功能的地杆菌属（Geobacter）细菌的占比也较YZ1组有所上升.基于功能预测结果表明,与YZ1处理组相比,其它3个处理组中均降低了底泥细菌的功能.研究显示,砷胁迫下,影响了底泥细菌的群落组成.高...     

Microbial community structure in different wastewater treatment processes characterized by single-strand conformation polymorphism (SSCP) technique

In order to investigate microbial community structures in different wastewater treatment processes and understand the relationship between the structures and the status of processes, the microbial community diversity, variety and distribution in five wastewater treatment processes were studied by a culture-independent genetic fingerprinting technique single-strand conformation polymorphism (SSCP). The five processes included denitrifying and phosphate-removal system (diminished N), Chinese traditional medicine wastewater treatment system (P), beer wastewater treatment system (W), fermentative biohydrogen-producing system (H), and sulfate-reduction system (S). The results indicated that the microbial community profiles in the wastewater bioreactors with the uniform status were very similar. The diversity of microbial populations was correlated with the complexity of organic contaminants in wastewater. Chinese traditional medicine wastewater contained more complex organic components; hence, the population diversity was higher than that of simple nutrient bioreactors fed with molasses wastewater. Compared with the strain bands in a simulated community, the relative proportion of some functional microbial populations in bioreactors was not dominant. Fermentative biohydrogen producer Ethanoligenens harbinense in the better condition bioreactor had only a 5% band density, and the Desulfovibrio sp. in the sulfate-reducing bioreactor had less than 1.5% band density. The SSCP profiles could identify the difference in microbial community structures in wastewater treatment processes, monitor some of the functional microbes in these processes, and consequently provide useful guidance for improving their efficiency. __________ Translated from Environmental Science, 2006, 27(7): 1,429–1,433 [译自: 环境科学]     

高通量测序研究酒精废水治理中厌氧活性污泥的微生物菌群

厌氧消化是治理酒精生产废水的主要技术,本实验基于Illumina Mi Seq高通量测序研究了厌氧活性污泥的微生物菌群,在属(genus)水平上分析了污泥中细菌和古菌的种类和相对丰度,探讨了细菌和古菌的功能.结果表明:高温厌氧活性污泥(TAS)中相对丰度≥1.0%的细菌属有10个,包括Coprothermobacter、Longilinea、Levilinea等,它们的主要功能是分解蛋白质、代谢碳水化合物生成有机酸、乙酸氧化、硫酸盐还原.中温厌氧活性污泥(MAS)中相对丰度≥1.0%的细菌属有21个,包括Acinetobacter、Succinibibrio、Meniscus、Longilinea等,它们的主要功能是代谢碳水化合物生成有机酸、脂肪酸和有机酸氧化、分解结构顽固化合物.TAS中古菌属主要是产甲烷古菌Methanosaeta、Methanobacterium和Methanothermbacter,它们的相对丰度分别为57.72%,28.35%和9.90%.MAS中古菌属主要是产甲烷古菌Methanobacterium、Methanosarcina、Methanosaeta和Methanosphaera,它们的相对丰度分别为33.21%、23.70%、16.63%和11.77%.高通量测序研究充分展示了厌氧活性污泥的微生物菌群,可为阐释酒精废水治理中厌氧消化技术的生物机制及其技术改良提供参考.     

短期填埋龄垃圾堆体内微生物群落结构与种群分布特征

填埋垃圾的稳定化过程一般经历好氧过渡、水解酸化、初期产甲烷及稳定产甲烷阶段,固相垃圾的厌氧水解酸化阶段常被视为垃圾降解的限速步骤,而这一阶段微生物的降解作用是影响垃圾稳定化进程的关键.以青岛市小涧西生活垃圾填埋场短期填埋龄垃圾为研究对象,采用MiSeq高通量测序研究了填埋龄0～1、1.0～1.5、1.5～2 a垃圾堆体内微生物的群落结构多样性及种群分布特征.结果表明,0～1 a填埋龄垃圾微生物多样性高于1.0～1.5 a和1.5～2 a垃圾堆体,且微生物多样性整体上随填埋深度呈降低趋势.参与垃圾降解细菌多样性比真菌更丰富,而真菌多样性随填埋区域、填埋龄的不同呈现更显著的差异.参与短期填埋龄垃圾降解的细菌中,Firmicutes在填埋层上层为优势菌门,最大比例达到65%,Proteobacteria在填埋层中下层为优势菌门,最大比例达到88%.填埋上层细菌菌属以Defluviitoga、Aerococcus、Clostridium III和Proteiniphilum为主,而在中下层以Thiopseudomonas、Sporosarcina和Eionea为主.真菌主要包括3个菌门,Ascomycota在各点位均为最优势菌门,属水平上Kernia及Aspergillus作为常见的腐生菌属,在不同点位均有较高的丰度.冗余分析表明短期填埋龄垃圾堆体内微生物不同时空分布存在显著差异性,且细菌群落结构的变化受pH值影响较大,而真菌群落结构的变化与垃圾有机质密切相关.     

养殖废水处理系统中微生物菌群结构及动态变化

采用高通量测序技术对养猪场废水处理系统的细菌群落组成进行分析,同时对细菌群落、污水水质和抗生素含量相关性进行分析.研究结果表明,污水各处理单元中的菌群结构存在显著差异,且细菌菌群结构随处理进程逐步改变,其中集污池与厌氧反应器的细菌菌群优势门类为Firmicutes、Bacteroidetes和Proteobacteria,曝气池的细菌菌群优势门类变为Firmicutes、Verrucomicrobia、Bacteroidetes、Proteobacteria和Candidatus Saccharibacteria,氧化塘的细菌菌群优势门类为Firmicutes、Proteobacteria、Chloroflexi、Euryarchaeota和Bacteroidetes.相关性分析结果表明,污水中的细菌群落与水质环境因子之间存在显著相关（P<0.05）.其中,种属Acinetobacter、Bacteroides、Prevotella、Lachnospiracea_incertae_sedis与COD、TN、NH₄⁺-N呈显著正相关,Clostridium sensu strict、Methanothrix与TN、NH₄⁺-N呈显著负相关,Petrimonas、Lachnospiracea_incertae_sedis、Clostridium XlVa、Tissierella与磺胺甲恶唑、磺胺间甲氧嘧啶、强力霉素、土霉素呈极显著正相关,Acinetobacter、Bacteroides、Prevotella与恩诺沙星、四环素呈显著正相关,Prevotella、Lachnospiracea_incertae_sedis与环丙沙星呈显著正相关,Clostridium sensu stricto、Petrimonas与氧氟沙星呈显著正相关.     

微电解耦合同步硝化反硝化工艺强化煤化工废水脱氮效能及微生物群落结构研究

研究探讨微电解耦合同步硝化反硝化(ICME-SND)工艺对煤化工废水氮去除的强化效能及机理.结果表明,在ICME-SND工艺中,煤化工废水的COD、氨氮和总氮的去除率分别为85.99％、85.81％和75.59％,SND效率达到83.06％,显著高于非强化SND工艺.同时,ICME-SND工艺中活性污泥与微电解反应释放...     

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).     

宏组学方法及在污水生物处理系统研究中的应用

近年来随着测序、质谱等技术的高速发展,基于核酸分子信息为基础的包含宏基因组学、宏转录组学、宏蛋白组学与代谢组学等核心内容的生物分子宏组学方法逐渐成熟,成为揭示污水生物处理系统中的关键微生物菌群结构和功能特征的有力工具,也在检测污水系统中多种ARGs以及探究其传播机制上发挥出无法替代的巨大优势,在污水生物处理研究中应用宏组学,对于深化认知污水处理系统本质、提高污水处理效率以及控制ARGs在环境中的传播具有重要指导意义.本文对宏组学方法进行了简单的介绍,着重综述了其在污水生物脱氮、强化生物除磷及探究抗生素抗性基因等方面的进展,并展望了其在污水生物处理系统中的广泛应用前景.     

环境浓度双氯芬酸对活性污泥处理性能和微生物群落的影响

双氯芬酸(Diclofenac,DCF)是水环境中高频检出的新兴污染物,随着DCF的广泛使用,城市污水中的DCF逐年增加,对污水生物处理系统可能产生不利影响.本研究在序批式活性污泥反应器(SBR)中进行了连续120 d的DCF暴露实验,考察了环境浓度DCF(5和50μg·L~(-1))对SBR出水水质、微生物活性及微生物群落结构的影响.结果表明,DCF可降低COD的去除效果,但对氨氮和总氮的去除几乎没有影响.在微生物生理生化性能方面,5μg·L~(-1) DCF可促进超氧化物歧化酶(SOD)和琥珀酸脱氢酶(SDH)活性升高,但50μg·L~(-1) DCF导致SOD和SDH活性下降,DCF胁迫使胞外聚合物(EPS)含量增加.DCF会对微生物群落结构造成影响,其中,革兰氏阴性菌丰度增加,革兰氏阳性菌在5μg·L~(-1) DCF压力下丰度无明显变化,但在50μg·L~(-1) DCF压力下丰度显著降低(p0.05),微生物群落多样性在5μg·L~(-1) DCF下增加但在50μg·L~(-1) DCF下降低.16S rRNA基因焦磷酸测序结果表明,Proteobacteria是活性污泥群落中的优势门.随着DCF浓度的升高,Proteobacteria丰度不断增加,Chloroflexi、OD1和Firmicutes丰度则受到一定程度的抑制.高浓度DCF(50μg·L~(-1))刺激导致特定菌属如Nakamurella、Micropruina等丰度增加.研究结果揭示了环境浓度的DCF对活性污泥微生物处理能力和群落结构的影响特征,可为DCF的风险评估和污水处理工艺的优化提供借鉴.