浙江省瓯江氨氧化古菌和氨氧化细菌分布及多样性特征

氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea,AOA)和氨氧化细菌(ammonia-oxidizing bacteria,AOB)在生物地球化学氮循环过程中发挥着重要作用.河流是关系人类生产和生活的重要生态系统,蕴含大量氮循环功能微生物.本研究采用变性梯度凝胶电泳(denaturing gradient gel electrophoresis,DGGE)和荧光定量PCR(quantitative PCR,q PCR)技术对沉积物AOA、AOB群落进行结构和丰度分析,在瓯江感潮河段尺度上探究AOA、AOB分布规律及影响AOA、AOB群落结构与丰度的因素.结果表明,AOA群落结构差异不显著,影响其分布的主要因素为NH+4和TS;AOB群落结构存在显著差异,序列分析比对表明AOB分为Nitrosospira和Nitrosomonas,其中90%序列为Nitrosospira,EC、p H、NH_4~+、NO_3~-、TC和TN是影响AOB群落组成的重要环境因素;总硫(TS)和电导率(EC)分别是影响AOA和AOB多样性的主要因素;AOA丰度显著高于AOB;EC、NH_4~+-N和NO_3~--N是影响AOA和AOB丰度的主要环境因素.研究表明,瓯江感潮河段沉积物中AOA和AOB群落结构和丰度均显著受环境因素影响,AOA在表层沉积物氨氧化过程中可能占主导位置.     

七星河湿地氨氧化古菌多样性和丰度及其与环境因子的相关性分析

以典型东北寒温带沼泽湿地——七星河湿地中芦苇和小叶樟植被下不同深度土壤中氨氧化古菌(Ammonia-Oxidizing Archaea,AOA)为研究对象,以编码氨氧化作用关键酶——氨单加氧酶(AMO)的amo A基因为分子标记,通过构建克隆文库和生物信息学方法分析数据,考察了不同植被环境中AOA多样性和丰度的垂直分布规律,及其与环境因子的相关性.研究结果表明,小叶樟植被土壤中AOA amo A基因多样性显著高于芦苇植被土壤中amo A基因多样性,芦苇植被土壤中AOA amo A基因多样性在深度为40~60 cm土层中最高,AOA多样性与NH+4-N、NO-3-N含量呈正相关;小叶樟植被土壤中AOA amo A基因多样性在深度为20~40 cm土层中最高,AOA多样性与NH+4-N、NO-3-N含量呈正相关.芦苇植被土壤中AOA丰度最低值出现于0~20 cm土层中,到20~40 cm土层中出现最高值,随着深度增加AOA丰度下降,AOA丰度则与NO-2-N含量呈正相关.小叶樟植被土壤中AOA丰度变化趋势与芦苇不同,最高值出现于0~20 cm土层中,随着土层深度增加AOA丰度下降,到40~60 cm出现最低值,AOA丰度与NO-2-N、TOC含量呈正相关.两种植被土壤中AOA丰度均在60~90 cm处有升高趋势.芦苇植被土壤中AOA丰度约是小叶樟植被土壤中AOA丰度的1.49倍.以上结果为湿地AOA生态功能及分布模式的研究提供基础数据,对全球氮循环的研究提供补充.     

异养硝化、厌氧氨氧化及古菌氨氧化与新的氮循环

自然界中氮循环与微生物的作用密不可分.在过去的几年里,随着异养硝化、厌氧氨氧化和古菌氨氧化过程的发现,人们对氮循环的认识发生了明显的变化.就异养硝化菌、厌氧氨氧化菌和氨氧化古菌的发现、生化机理及分子生物学等方面进行综述,旨在为今后人们重新认识和构建新的氮循环提供有用信息,并对这些新型微生物今后在污水生物脱氨处理中的应用提出了一些展望和设想.指出今后在污水生物处理系统中,可通过富集异养硝化菌强化同步硝化反硝化、富集厌氧氨氧化菌实现单级自养脱氟、富集氨氧化古菌提高低溶解氧下的脱氮效率.     

巢湖完全氨氧化细菌的丰度、群落结构及其影响因素研究

完全氨氧化过程（complete ammonia oxidation, comammox）的发现使研究者们对硝化作用和氮循环都有了新的认识.本研究选取巢湖冬夏季表层（0~10 cm）沉积物样品,运用高通量测序、实时定量PCR等分子生物学技术对comammox细菌的丰度和群落结构进行研究.结果表明：基于amoA基因的comammox细菌的丰度为（5.20±0.72）×10⁶~（4.06±1.23）×10⁷ copies·g^-1;氨氧化古菌的丰度为（5.39±1.01）×10⁵~（1.60±0.18）×10⁷ copies·g^-1;氨氧化细菌的丰度为（6.16±1.57）×10⁵~（4.30±0.19）×10⁶ copies·g^-1.comammox细菌的绝对丰度显著高于氨氧化古菌和氨氧化细菌.多样性分析表明冬季巢湖表层沉积物中的comammox细菌的物种多样性大于夏季.其中Candidatus Nitrospira nitrificans、Candidatus Nitrospira nitrosa和Candidatus Nitrospira inopinata的相对丰度最高占比分别为78.72%、49.80%和6.28%,且夏季样点中Candidatus Nitrospira inopinata的相对丰度显著高于冬季样点.主坐标分析（Principle Coordinate Analysis, PcoA）结果表明,comammox细菌的群落结构具有明显的时间异质性.理化因子中,NH₄⁺和NO₃^-与comammox细菌的丰度呈负相关关系.本研究在一定程度上揭示了comammox细菌的丰度、群落组成、多样性及其与理化因子的关系.     

纳米金、银对氨氧化细菌及其氨氧化作用的影响

为明晰纳米金、银对环境中氨氧化细菌(AOB)的氨氧化作用影响机制,本文通过对驯化培养河口湿地表层沉积物所得到的氨氧化细菌(AOB)富集培养物进行纳米材料不同浓度的处理试验,测定氨氮、亚硝氮浓度和氨氧化速率的变化特征,并利用PCR-DGGE分子指纹图谱技术和qPCR方法分析不同试验中AOB的多样性与丰度信息,确定纳米金、银对氨氧化速率、氨氧化细菌多样性与丰度的影响规律.结果表明,纳米银对环境中氨氮的转化具有浓度抑制效应,随着浓度增加,氨氧化平均速率越低,氨氮转化越少.纳米银处理之间的氨氧化平均速率同氨氧化细菌(AOB)的香农与辛普森多样性指数、amoA基因丰度存在显著正相关关系.因而纳米银对环境中氨氧化作用的抑制效应主要通过其杀菌能力影响了氨氧化菌的多样性和丰度而起作用.纳米金氨氧化平均速率则和AOB的多样性指数以及amoA基因丰度均无显著相关.纳米金对氨氧化细菌、氨氧化速率却不呈现浓度抑制效应,甚至出现略微促进氨氧化作用的趋势.DNA测序结果发现实验的氨氧化细菌都属于?-Proteobacteria,同Nitrosospira、Nitrosomonas亲源性较近.环境中的氨氧化微生物种类复杂,环境条件多变.不同纳米材料是如何影响氨氧化微生物进而影响氨氧化作用,仍需进行深入研究.     

溶氧对富集培养的河口湿地表层沉积物氨氧化菌多样性及氨氧化速率的影响

溶氧(dissolved oxygen,DO)是影响氨氧化过程的一个重要环境因素.为探究DO对氨氧化过程的影响程度及其作用机制,本研究对驯化培养河口湿地表层沉积物所得到的氨氧化菌富集培养物进行DO处理实验,利用PCR-DGGE分子指纹图谱技术比较不同DO条件下氨氧化菌多样性,确定DO对氨氧化速率、氨氧化菌多样性的影响规律.结果表明,在饱和及好氧条件下氨氧化细菌(ammonia-oxidizing bacteria,AOB)群落多样性指数(Shannon index)达到2.00和2.05,氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea,AOA)为2.49和2.03,氨氧化速率分别达到14.20 mg·(L·d)-1和13.36 mg·(L·d)-1,NH4+-N转化率达到93.8%和88.2%.而在缺氧和厌氧条件下AOB群落多样性指数分别为1.76和1.80,AOA为1.27和2.21,氨氧化速率仅为7.82 mg·(L·d)-1和5.66 mg·(L·d)-1,NH4+-N转化率为51.7%和37.4%.相关性分析结果表明,DO浓度与氨氧化速率呈极显著正相关,与AOB多样性指数亦呈显著正相关;DO和氨氧化速率与AOA群落各指数都无相关关系.     

淡水水体底泥中厌氧氨氧化菌的原位鉴别

采用16S rRNA方法对江苏省新沂河的底泥样品进行了厌氧氨氧化菌的原位检测,建立了样品的16S rRNA克隆文库,共包括6个16S rRNA克隆序列.对文库中克隆序列利用ARB软件包进行了排队分析及系统发育树的绘制.分析结果表明,新沂河底泥样品中含有与已知厌氧氨氧化菌Candidatus“Brocadia anammoxidans”相似性为91%的16S rRNA基因,经鉴定为厌氧氨氧化菌Brocadia分支的新种类.样品中还含有组成Planctomycetes新分支的16S rRNA基因,它们与已知厌氧氨氧化菌序列的遗传距离较远,其微生物特性还有待进一步研究.厌氧氨氧化菌在淡水环境中的发现将有助于进一步研究厌氧氨氧化过程在受损淡水生态系统修复重建中的作用,重新认识其中的氮循环过程.     

海洋厌氧氨氧化研究进展

文章介绍了国内外海洋厌氧氨氧化的概念、海洋厌氧氨氧化发现过程、海洋厌氧氨氧化的研究进展。海洋中已经发现的厌氧氨氧化菌的3个主要生物学特征——具有厌氧氨氧化体、梯形脂及细胞色素C,这3个特征成为鉴定厌氧氨氧化细菌的重要依据。海洋厌氧氨氧化的化学计量学研究方法为15N元素示踪技术,分子生物学研究方法采用变性梯度凝胶电泳(DGGE)、16S rRNA-PCR和荧光原位杂交(FISH)技术等。在我国海洋厌氧氨氧化研究开展的还很少,在东太平洋地区近海大陆架区域由于工农业污水排放的耗氧有机物使得局部海区出现缺氧,因此这些海区的厌氧氨氧化细菌种群类型、分布特征、主要影响因素的研究亟待加强。在世界范围内绘制全球海洋厌氧氨氧化生态分布图也是未来世界各国厌氧氨氧化研究工作者的重要任务之一。     

纳米金、银对氨氧化细菌及其氨氧化作用的影响

为明晰纳米金、银对环境中氨氧化细菌(AOB)的氨氧化作用影响机制,本文通过对驯化培养河口湿地表层沉积物所得到的氨氧化细菌(AOB)富集培养物进行纳米材料不同浓度的处理试验,测定氨氮、亚硝氮浓度和氨氧化速率的变化特征,并利用PCR-DGGE分子指纹图谱技术和qPCR方法分析不同试验中AOB的多样性与丰度信息,确定纳米金、银对氨氧化速率、氨氧化细菌多样性与丰度的影响规律.结果表明,纳米银对环境中氨氮的转化具有浓度抑制效应,随着浓度增加,氨氧化平均速率越低,氨氮转化越少.纳米银处理之间的氨氧化平均速率同氨氧化细菌(AOB)的香农与辛普森多样性指数、amoA基因丰度存在显著正相关关系.因而纳米银对环境中氨氧化作用的抑制效应主要通过其杀菌能力影响了氨氧化菌的多样性和丰度而起作用.纳米金氨氧化平均速率则和AOB的多样性指数以及amoA基因丰度均无显著相关.纳米金对氨氧化细菌、氨氧化速率却不呈现浓度抑制效应,甚至出现略微促进氨氧化作用的趋势.DNA测序结果发现实验的氨氧化细菌都属于b-Proteobacteria,同Nitrosospira、Nitrosomonas亲源性较近.环境中的氨氧化微生物种类复杂,环境条件多变.不同纳米材料是如何影响氨氧化微生物进而影响氨氧化作用,仍需进行深入研究.     

pH对水稻土全程氨氧化细菌丰度和群落结构组成影响

土壤pH被认为是影响AOA和AOB生态位分化的重要因子,而最近发现的全程氨氧化细菌(Comammox Nitrospira)也在土壤中广泛分布,推测pH可能也是影响全程氨氧化细菌生态位分化的重要因子.选取酸性红壤和中性紫色土发育的水稻土,采用荧光定量PCR及克隆测序技术,分析了全程氨氧化细菌Comammox Nitro...     

东太湖水产养殖对沉积物中氨氧化原核生物的影响

本研究旨在了解东太湖水产养殖区表层沉积物中氨氧化微生物的群落特征.以编码氨单加氧酶的α亚基(amo A)基因为标记,通过实时荧光定量PCR技术(real-time q PCR)分析环境中好氧氨氧化原核生物的丰度;通过构建克隆文库、测序,进而划分操作分类单元(OTUs)构建系统发育树,分析氨氧化微生物的群落结构与多样性.分析养殖区和对照区表层沉积物中氨氧化微生物群落结构和多样性发现,养殖区中氨氧化细菌(ammonia-oxidizing bacteria,AOB)的丰度更高而对照区中氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea,AOA)的丰度更高;AOA在养殖区多样性更高,AOB在对照区多样性更高;AOA在养殖区和对照区沉积物中的优势类群均为Nitrosopumilus,AOB在养殖区和对照区沉积物中的优势类群相同均为亚硝化螺旋菌属(Nitrosospira).水产养殖主要通过影响沉积物中的氨氮含量来影响AOA和AOB的丰度,养殖过程会影响AOA的群落结构而对AOB的群落结构则无明显影响.     

两个CANON污水处理系统中氨氧化古菌的丰度和多样性研究

近期,氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea,AOA)在各类环境中的发现,打破了人们原来认为氨氧化主要是由氨氧化细菌(ammonia-oxidizing bacteria,AOB)完成的观点.但是在全程自养脱氮(completely autotrophic nitrogen removal over nitrite,CANON)污水处理系统中关于AOA的研究却鲜有提及.利用PCR、克隆、实时荧光定量PCR(quantitative real time PCR,q PCR)等分子生物学技术,对1个小试(lab-scale,L)和1个中试(pilot-scale,P)CANON系统中的生物膜和活性污泥絮体两种形态的污泥进行AOA数量和种属特征的研究.结果表明:1系统L和P中,AOA的amo A基因数量平均值(以dry sludge计)分别为2.42×106copies·g-1和6.51×106copies·g-1;2 AOA的amo A基因丰度随污泥形态不同数量相差很大:L系统中,生物膜AOA amo A丰度约为活性污泥絮体的11.1~15.1倍;P系统中,污泥絮体AOA amo A数量是生物膜中的2.8倍;3多样性方面:P系统的AOA多样性较低,仅出现一个OTU,该OTU属于Nitrosopumilus subcluster 5.2类群;L系统AOA多样性较高,共有8个OTU出现,分别属于Nitrososphaera subcluster 9、subcluster 8.1、subcluster 4.1、subcluster 1.1和Nitrosopumilus subcluster 5.2这5个类群.总之,在同一个CANON系统中,污泥形态不同,AOA的丰度和群落结构相差较大;AOA可能发挥着氨氧化的作用.     

河蚬（Corbicula fluminea）扰动对表层沉积物中氨氧化菌群落结构和丰度的影响

为研究不同生物量河蚬(Corbicula fluminea)的生物扰动对表层沉积物中氨氧化菌群落结构和丰度的影响,本研究设计了沉积物-水微宇宙的模拟体系,通过构建克隆文库、实时荧光定量PCR(real-time qPCR)等分子生物学方法比较不同密度河蚬扰动的沉积物中氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea,AOA)和氨氧化细菌(ammonia-oxidizing bacteria,AOB)群落结构和丰度差异.结果表明,河蚬的生物扰动作用对表层沉积物氮素释放有明显的促进作用.氨氧化菌(AOA和AOB)amoA基因克隆文库中,AOA的amoA基因序列包含了已知的海洋和土壤环境中的两个分支,AOB的amoA基因绝大部分序列都属于变形菌门β亚纲(β-Proteobacteria)中的亚硝化单细胞菌属(Nitrosomonas).3个处理组表层沉积物中细菌amoA基因丰度均高于古菌amoA基因丰度,且河蚬密度越高则细菌amoA的丰度越低.同时,河蚬的添加使得微宇宙体系中氨氧化菌(AOA和AOB)的多样性降低.综上,河蚬的生物扰动对表层沉积物中氨氧化菌群落结构和丰度产生了一定的影响.     

城市污水处理厂活性污泥中氨氧化菌群落结构研究

为了解析污水处理厂中氨氧化菌(AOB)的群落结构,以及处理工艺、规模等参数对AOB群落结构的影响,采用针对AOB功能基因氨单加氧酶(amoA)的末端限制性片段长度多态性技术(T-RFLP)、克隆测序等方法,研究了北京市6个污水处理厂的9个污水处理系统中AOB的群落结构.T-RFLP指纹图谱表明不同污水处理系统中AOB的群落结构有所不同,主要的末端限制性片段(T-RF)为354、491和291 bp.T-RFLP指纹图谱及聚类分析表明,污水处理工艺对系统中AOB的群落结构影响较小,而处理规模对AOB的群落结构有一定的影响.对功能基因amoA的系统发育分析表明,污水处理系统中优势AOB均为Nitrosomonasspp.,而非Nitrosospiraspp..这可能是Nitrosomonasspp.的最大比增长速率(μmax)较高,使其更容易成为活性污泥系统中的优势AOB.     

小流域内的氮污染物来源模拟研究

文章采用澳大利亚源流域模型模拟东山小流域内2001年-2010年产生的降雨径流和总氮污染负荷,其中降雨径流采用SIMHYD模型,氮污染物生成采用EMC/DWC模型。通过模拟发现,流域内的水产养殖塘产生的径流量占66%,其次为高地茶果树;水产养殖和高地茶果树两种土地利用类型是流域内主要的总氮负荷来源;而单位面积上产生的最大污染负荷来自于蔬菜种植地(46 kg/ha)和高地茶果树(42 kg/ha)。     

泉州市主要水库浮游植物群落特征研究

通过对泉州市主要水库的浮游植物群落结构特征的调查以及水质营养状态指标的监测,研究了浮游植物的种类和数量与水质营养状态之间的关系.结果表明:2009年11月至2010年8月泉州市4座主要水库的浮游植物群落共检出6门42属,其中绿藻门和硅藻门种属数量均较多,两者占所有浮游植物种属数量的60％以上;4座水库的浮游植物密度与营养状态指数之间均存在明显的正相关关系;惠女水库浮游植物种属数量较多、密度较高且优势种群多为富营养化水体中较常见的浮游植物,可能存在着较高的暴发“水华”的风险,其余3座水库5月份的浮游植物密度也总体偏高,其优势种群也都是富营养化水体中较常见的浮游植物,不排除发生“水华”的可能性.该研究对开展水库富营养化的防控工作具有重要的意义.     

南方小流域典型水污染调查研究

某河流的污染状况在南方小流域中具有普遍性。本研究通过传统调查分析＋卫星遥感监测的技术手段,摸清掌握该河流各主要断面水质污染状况及流域内各类污染源的排放情况,在此基础上对水质污染程度、污染特征及污染成因进行了分析评价。调查表明,该流域水质污染程度与降水量密切相关,生活污水是水体污染的主要来源,治理的关键在于截污,同时要解决一定的补水问题。研究结果可为该流域环境综合整治提供必要的技术支持,研究方法可为今后开展类似小流域污染调查提供可行借鉴。     

小流域生态补偿机制现状分析研究

小流域的水资源包括两个含义:经济资源(具有战略性)和自然资源(具有基础性)。小流域的水资源能控制生态和环境,而如何完善生态补偿机制则可通过对小流域的补偿机制来加以实现。因此,我们要树立资源是有价值的、环境是有价值的和生态服务功能是有价值的理念,建立生态补偿机制,完善生态补偿机制,促进资源的可持续性利用,保护生态环境,这些都是全社会所关注的。现阶段,在国外和国内都对小流域的生态补偿机制进行了实践,积累了一些经验,为了更好地推动中国这项机制,我们有必要在建立和完善该机制时,认真比较和研究国内和国外的有关经验。     

南京市小型水库水质评价和富营养化分析

小型水库数量众多,在防洪、灌溉、供水、养殖和生态环境方面发挥了重要的作用。2018年7月(丰水期)和2019年4月(枯水期)对南京市37个小型水库水质进行了调查。丰水期总氮平均浓度1.01 mg/L,显著低于枯水期的1.49 mg/L。丰水期总磷平均浓度0.057 mg/L,枯水期0.055 mg/L,两个时期无显著差异。高锰酸盐指数(CODMn)丰水期平均浓度4.92 mg/L,不显著高于枯水期的4.58 mg/L。南京市小型水库丰水期以III类水为主(48.7%),V和劣V类占27.0%,影响指标为总氮和总磷;枯水期V类水比例较高(41.7%),其次是IV类水(30.5%),影响指标为总氮。两个时期富营养和中营养水库分别占比约55.0%和45.0%。平原型水库水质劣于丘陵型水库。结果表明,与大中型水库相比,小型水库水质更易受氮磷的影响,应重视小型水库的富营养化问题。     

成都市小流域水环境治理模式和经验研究

根据成都市小流域治理的实际情况及污染控制现状,在资料分析和充分的现场调研基础上,对成都市2007年以来各地在小流域水污染防治方面的模式、经验和措施进行总结,并从中选择具有代表性的典型的小流域,对小流域治理工作进行详细分析探讨,对其采取措施、实施效果、推广价值等进行研究。