官厅水库水体及底泥中硝化功能细菌的群落多样性研究

为了探讨水生生态系统中生物脱氮的硝化功能菌群(氨氮氧化细菌和亚硝酸氮氧化细菌)在水体和底泥样品中群落多样性的差异,采用变性梯度凝胶电泳(DGGE)技术对官厅水库的水体和底泥微生物群落进行了检测.结果表明:不同采样点的水体中进行硝化微生物优势菌群相似,底泥中进行硝化微生物优势菌群也类似,但水层和底泥中的优势硝化菌群相比有明显差异,环境变化导致群落结构发生了演替.多样性分析显示:氨氮氧化细菌在水层和表层底泥样品的多样性水平差异不大,而亚硝酸氮氧化细菌在底泥中的多样性与水层相比明显降低,表明对外界供氧量响应显著.     

深圳湾和大鹏湾微生物群落结构及其功能预测比较分析

多样性丰富的微生物对海洋生态系统的稳定起着主导作用,采用Illumina Miseq测序技术,针对深圳大鹏湾和深圳湾,综合比较分析两者的表层海水微生物多样性,预测其微生物生态功能差异。结果表明大鹏湾水体微生物群落的Shannon、Simpson、Chao1和ACE多样性指数及菌群OTUs高于深圳湾的水体。大鹏湾和深圳湾的微生物群落在门水平分别有24和10个菌门,两者主导菌门都为蓝藻细菌门、变形菌门、拟杆菌门、放线菌门、厚壁菌门、浮霉菌门,这六个分别占其总微生物群落的99.3%和99.9%。然而各菌门在2个水体中的相对丰度不同,且在纲、目、科、属等分类水平的菌群结果也表明群落组成差异显著,在属水平发现隶属于蓝藻菌门的原绿球藻(60%)主导了深圳湾的表层水体,而大鹏湾的主导蓝藻菌属为未被分离出纯菌株的菌群。代谢功能预测初步揭示了大鹏湾和深圳湾水体微生物的代谢功能有所差异,主要体现在生物降解功能、脂质代谢、酶系统和碳水化合物代谢等方面。该研究为认识海洋微生物多样性与海域生态系统的保护修复提供基础数据和理论支撑。     

自然水体生物膜中微生物群落结构与组成分析

为深入了解自然水体生物膜微生态群落系统中微生物群落的组成与结构。采集松花江吉林江段自然水体生物膜为研究对象,对其中微生物的总DNA进行了提取;之后利用高通量测序技术对生物膜中细菌的16S rDNA基因进行了序列测定。分析了自然水体生物膜中微生物群落组成鉴定和相对丰度。物种分类显示,细菌种类隶属于15个门、31个纲、58个目、80个科和148个属,其中优势类群为变形菌门(Proteobacteria),其相对丰度分为63.50%。     

永定河山峡与城市段微生物群落结构季节变化

微生物是河流生态系统的重要组成部分，其群落结构会随着时空差异发生改变. 本研究于8月和11月分别采集永定河山峡段和城市段12个点位的样品，采用高通量测序技术研究其群落结构组成及季节演替情况，共检出微生物38门864属，其中蓝细菌门（Cyanobacteria）、放线菌门（Actinobacteria）、变形菌门（Proteobacteria）和拟杆菌门（Bacteroidetes）在群落结构组成中占主要优势. 在时间与空间变化中，8月与11月，山峡段与城市段的永定河微生物群落结构都表现出明显差异，总体来看，8月水体的微生物多样性高于11月份，季节变化使得山峡段微生物群落结构发生了较大变化，而对城市河段的影响不大. 此外，人类活动没有对城市河流的群落多样性造成显著影响，但会使得群落的丰富度显著降低.      

北京大学未名湖水质与底泥菌群结构的时空变化

通过测定不同季节北京大学未名湖不同区域的水质指标,发现在无显著人为外源影响的条件下,水体氮相关指标较好,四季全部采样点的氨氮都优于Ⅱ类水指标,总氮都优于Ⅳ类水指标,但COD,TP和DO等指标在有的采样点仅达到、甚至劣于Ⅴ类。未名湖的平均综合营养状态指数(TLI)为56.1,属于轻度富营养化。利用PCR-DGGE分析未名湖的底泥微生物群落,结果表明其多样性随季节变化较明显,春、秋季多样性指数都较高,夏、秋季多样性指数与地理位置及水体营养盐含量呈显著正相关关系。线性回归结果提示未名湖底泥微生物群落可能受藻类固氮作用的影响。     

垃圾渗滤液处理系统中微生物群落结构变化研究

采用基于PCR的变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE) 和 real-time PCR 方法, 分析了深圳市某垃圾渗滤液处理系统中总细菌和硝化细菌的生物量及群落结构变化, 探究生物量与水质变化间的关系及环境因素对微生物群落结构的影响。结果表明, 该垃圾渗滤液处理系统具有很好的氨氮和总有机碳(TOC) 去除效果, 总去除率分别为 99.9% 和 91.4% 。在垃圾渗滤液处理系统中, 总细菌、氨氧化菌(AOB) 、亚硝酸盐氧化菌(NOB) 的生物量与 TOC 及氨氮浓度没有显著相关性(p > 0. 05); 溶解氧不影响AOB 生物量, 但明显影响NOB 生物量。微生物群落结构及多维尺度(DMS) 分析表明:在该废水处理系统中, DO浓度对总细菌和 NOB 微生物群落结构有重要影响; 而氨氮浓度是影响 AOB 群落结构的关键因素。     

海水养殖循环系统不同功能区域微生物群落结构比较

为了探究海水养殖循环系统不同功能区域微生物群落结构特征,深入了解水质理化因子与微生物群落之间的相关性,通过16S rRNA扩增子高通量测序技术对系统不同功能区域水体微生物群落结构进行了分析。结果表明,变形菌门(Proteobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes)为整个系统绝对优势菌门,不同功能区域优势属组成差异较大,但是弧菌(Vibrio)丰度都在1%以上。脉红螺养殖池和生物滤池水体α多样性最高,鲍鱼养殖池水体和自然海水多样性最低。NMDS分析结果显示生物滤池和养殖池进水口微生物群落结构相似,其他区域微生物群落结构有明显差异。生物滤池到养殖池NH₄⁺和NO₂^-去除率分别为8.77%和45.12%,NO₃^-质量浓度在整个系统内都处于较高水平(148.50~200.47mg/L)。环境因子与微生物群落结构没有显著相关性,温度T和NO₂^-对微生物群落结构的影响相对较大。研究结果为下一步循环水养殖系统设计的完善和日常管理提供了参考。     

环丙沙星和铜复合污染下河流底质微生物群落与抗生素抗性基因的交互关系

选择环丙沙星(CFC)和铜(Cu)作为目标污染物,设计室内驯化试验,通过16S rRNA高通量测序、定量PCR等技术探究CFC和Cu复合污染下河流底质微生物群落与抗生素抗性基因(ARGs)间的交互关系。结果表明,CFC单一污染、Cu单一污染和复合污染试验组中ARGs丰度、微生物群落组成及功能存在显著差异;所有试验组的总ARGs相对丰度呈现随时间先增后减的变化趋势。共现网络分析表明, intI 1与3类ARGs和8个菌群相关,是ARGs和微生物群落之间的桥梁;所属变形菌门、酸杆菌门、厚壁菌门、拟杆菌门和绿弯菌门的细菌最有可能成为水环境中ARGs的潜在宿主。基于偏冗余分析发现,在MGEs、微生物群落和污染物等因素中微生物群落对ARGs丰度变化总解释率最高(49.77%);路径分析表明,CFC和Cu主要通过微生物群落间接地影响ARGs的传播和扩散。     

水库底泥氮释放及其好氧微生物脱氮研究

以丹江口水库为例, 考察水库底泥在不同温度、扰动和曝气等条件下, 总氮、硝氮、氨氮和亚硝氮的释放规律。设置模拟反应器, 探究高效好氧脱氮微生物强化消除水库底泥内源氮污染的效果, 并运用高通量测序技术, 分析高效好氧脱氮微生物对底泥微生物群落结构的影响。结果表明, 温度升高会减少氨氮的释放,增加硝氮和亚硝氮的积累; 水体扰动会加速底泥中氮素释放, 且上覆水中的氮素释放累积量与扰动速度成正比; 溶解氧对底泥氮素释放有显著影响, 曝气处理可以明显地降低底泥中总氮和硝氮的释放及其在水体中的累积。在反应器中底泥–上覆水界面投加高效好氧脱氮微生物Pseudomonas stutzeri (PCN-1)后, 反应器内各种形态的氮素都出现先上升、后下降的趋势; 在反应器运行的第65天, 底泥释放的总氮和硝氮的去除率分别高达75.87%和79.96%, 底泥内源氮污染得到有效的控制。对比投加菌株前后的微生物群落结构, 发现底泥中Proteobacteria, Bacteroidetes和Spirochaetes的相对丰度明显增加, PCN-1强化脱氮处理能够改变底泥的微生物群落结构。     

汉江水体和沉积物中噬菌体特征研究

基于2014年3月和10月汉江中下游6个断面的水体和沉积物监测样品,获得384个高质量vOTUs(viralOperationalTaxonomicUnits)。研究表明,vOTUs中95%以上隶属Caudovirales (有尾噬菌体目),丰度居前3位的科分别为Myoviridae (肌尾噬菌体科)、Siphoviridae (长尾噬菌体科)和Podoviridae(短尾噬菌体科)。主坐标分析和相似性分析结果表明,沉积物中病毒群落结构相对稳定,而水体中群落易随季节发生变化,同流域的水体和沉积物中群落可能具有连通性。宿主来自2域(界) 19门,丰度最高的宿主是Proteobacteria门(变形菌门)。88%的vOTUs具有单一的门水平的宿主,有3个vOTUs跨越5个门。跨域(界)感染的vOTUs在感染古菌界Thermoproteota门的同时,最常见的是感染细菌界的Bacteroidota门(拟杆菌门)。与水体相比,沉积物中宿主的群落组成更加多样。Pearson相关分析表明,噬菌体与其宿主的组成在门水平上一致。     

基于高通量测序分析白云岩喀斯特土壤微生物多样性

利用白云岩喀斯特土壤微生物16S rRNA V4及ITS1区的高通量测序数据,分析土壤微生物群落结构特征。基于PICRUSt算法预测土壤微生物群落功能基因组,应用皮尔逊相关系数解析土壤性质与土壤微生物群落多样性及代谢通路的相关性。结果显示:白云岩喀斯特土壤微生物主要分布于15个菌门,其中以变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、子囊菌门(Ascomycota)、担子菌门(Basidiomycota)和接合菌门(Zygomycota)为最主要的优势菌门。基于PICRUSt功能基因预测,共获得6 208个同源功能基因(KEGG Orthology),富集于311条代谢通路(metabolism pathway)。其中与氨基酸代谢、碳水化合物代谢等有关的基因在种类和数量上都占预测功能基因中的绝对优势。相关性分析表明:土壤微生物多样性与土壤性质间存在相关性,尤其以土壤微生物多样性与Emg~(2+)间相关性最为显著。61条代谢通路与土壤交换钙(ECa~(2+))、土壤有机碳(SOC)、土壤总磷(STP)、土壤总钾(TK)、pH以及土壤交换镁(Emg~(2+))相关。Emg~(2+)与包括精氨酸和脯氨酸代谢、丙酮酸代谢在内的31条代谢通路显著正相关。     

察尔森水库水质特征及其微生物多样性分析

察尔森水库出险加固后,丰水期水质特征有待进行评价,水环境的变化对微生物群落也会构成影响.为了探究查尔森水库水质与微生物群落变化之间的联系,结合环境因子变化特征,利用高通量测序技术,对丰水期察尔森水库上游东、西入口及下游出口三个位点的微生物群落结构进行分析,对表层水体及水库底泥中沉积物微生物群落组成及分布特征进行分析.最终获得了hgcl-clade、不动杆菌属(Acinetbcter)、黄杆菌属(Flavbacterium)、CL500-29-marine-grup等465个属组成;底泥中微生物的多样性远多于水质中微生物多样性;微生物多样性排序为:DHN_2>DHN_1>DHN_3.明确了察尔森水库水质、水体和底泥中微生物群落结构及其多样性的变化,为察尔森水库富营养化的微生物指示作用提供理论依据和数据支持.     

微曝气-ABR处理养猪废水及微生物群落分布

本文研究微曝气-ABR处理养猪场废水的效能,同时对ABR中厌氧污泥的脱氢酶、蛋白酶活性以及微生物群落结构进行分析。在预处理微曝气时间8h,ABR水力停留时间24h,并在ABR第四格室与第一格室间增加回流的条件下,整体流程COD去除率为70%～90%,氨氮的去除率为65%～75%,其中ABR对COD的去除率为60%～80%,对氨氮的去除率为40%～55%。ABR中各个格室的脱氢酶、蛋白酶的含量逐渐降低,第一格室污泥中的脱氢酶与蛋白酶的含量分别为41.06mg/(g·h)和0.42mg/g。高通量测序表明,ABR反应器中绿弯菌门、壁菌门、变形菌门最为丰富,特别是绿弯菌门在4个格室中的比例分别为51.12%、46.96%、62.44%和47.23%,绿弯菌门的存在有利于复杂污染物的降解;同时由Heatmap图可知,由于回流的存在,使得第四格室与第一格室的微生物群落分布更为接近。     

厌氧氨氧化反应器运行过程微生物群落演替分析

为探究厌氧氨氧化(ANAMMOX)过程中微生物群落结构的演化,采用高通量测序技术对ANAMMOX反应器中微生物群落结构进行分析.结果表明:反应器运行61d后氮去除负荷达到1.04kg·N·m^-3·d^-1,总氮去除率达75%以上.反应器中微生物多样性较为丰富,存在变形菌门、绿曲挠菌门、绿菌门、浮霉菌门等微生物.从启动到稳定过程中微生物群落结构趋于稳定.其中和脱氮相关的变形菌门和浮霉菌门合计占比达40%以上.ANAMMOX菌所在的浮霉菌门比例随运行时间延长而逐渐增加,是反应器脱氮效能提高的主要原因.反应器内占据优势地位的ANAMMOX菌主要为Candidatus Kuenenia属,占比14%左右,同时还有少量Candidatus Brocadia属.     

内源激活剂驱油藏内微生物菌群结构变化分析

油藏内源功能微生物的激活能有效提高采油效率。其中激活后功能微生物的群落变化分析及相关代谢基因丰度的变化对内源激活剂的筛选及激活机理研究具有重要的指导意义。本实验利用高通量测序技术准确分析了内源激活剂注入井（WJW199.1）和对照井（WJW202）中内源微生物（包括古菌和细菌）基于门、纲、属水平的种群多样性和群落结构。结果表明采出水中Thaumarchaeota门的古菌占主导,而丰度最高的细菌属于Proteobacteria门和 Firmicutes门。不管对于古菌还是细菌,注入井中的微生物多样性都远高于对照井,说明激活剂的添加有效激活了其中的内源微生物,提高了群落结构多样性。尤其是Pseudomonas,Arcobacter等具有产表活剂能力的功能微生物。同时,硫酸盐还原菌脱硫弧菌属等有害菌被抑制,丰度降低。表明从微生物种群变化的程度来看内源激活剂的注入降低了有害菌的丰度,激活了功能微生物,增强了整体微生物的驱油能力。     

口腔微生物群落与疾病研究进展

人体口腔微生物群落由700余种细菌、真菌、病毒等构成。口腔微生物与龋病、牙周病、牙髓及根尖周感染等多种口腔疾病及心血管等口腔以外部位疾病密切相关。传统观点认为口腔关键致病优势菌是相关疾病发生、发展的关键因素。近年来,随着"人类微生物组计划"的实施及宏基因组学相关项目的开展,加深了对口腔微生物群落的认识,支持了群落结构的生态失衡学说。将口腔微生物群落大数据信息转化为具有实际运用价值的临床诊疗手段,具有重大意义。从常见口腔及相关系统性疾病微生物群落研究进展入手,介绍了口腔微生物群落与疾病的关系,指出了建立基于微生物群落信息的疾病诊疗系统,实现疾病个体化诊疗的新思路。     

基于Miseq测序的长江中游枯水季水体菌群结构

采用基于16S rRNA基因的Illumina Miseq测序方法,对长江中游枯水季冬季的水质及水体细菌群落多样性进行系统分析。研究发现,所测长江水段当季属于《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)Ⅲ类水。长江中菌群多样性高,变形菌门(Proteobacteria,44. 9%)、β-变形菌纲(Betaproteobacteria,32. 9%)以及丛毛单胞菌科(Comamonadaceae,30. 6%)分别在门、纲、科上为优势菌。除此之外,长江水体中大量的优势菌科与生物除氮相关,其中具有好氧反硝化功能的丛毛单胞菌科(Comamonadaceae)相对丰度最大,对于控制水体中氮素的污染指标,促进水体自净修复有积极的作用。PICRUSt功能预测分析表明水体中菌群在碳水化合物代谢和氨基酸代谢方面功能最强。在菌种关联网络中,拟杆菌属(Bacteroides)、黄杆菌属(Luteolibacter)、Pseudarcicella等在共存网络菌群中具有正相关的关系,可以抑制微囊藻的生长。研究揭示了长江枯水季的水质与其微生物群落结构的内在关系,可以为长江枯水季饮用水源地水质安全保障提供理论依据。     

水中氨氮的测定方法小结及结果分析

水中氮化合物的多少,可作为水体受到含氮有机物污染程度的指标。反映水体受含氮化合物污染程度的几种形态的氮是氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮、有机氮。水中的氨氮是指以游离氨(或称非离子氨,NH3)和离子氨(NH4+)形式存在的氮。氨氮含量较高时,对鱼类呈现毒害作用,对人体也有不同程度的危害。水中氨氮的来源主要是生活污水中含氮有机物受微生物作用分解的产物、某些工业废水及农田排水等。此外,在无氧环境中,水中存在的亚硝酸盐亦可受微生物作用,还原为氨。在有氧环境中水中氨亦可转变为亚硝酸盐,甚至继续转变为硝酸盐[1]。因此,水中的氨氮存在量对人类有重要影响,测定水中各种形态的氮化合物,有助于评价水体被污染程度和"自净"的程度,所以,测定水中氨氮具有十分重要的意义。氨氮的测定方法很多,下面我们简要介绍几种测定氨氮的方法、原理以及用各种方法对已知氨氮浓度的水样进行测定的结果分析。     

不同载体生物膜法对黑臭水体氨氮的去除比较

为了解决微生物菌剂法在治理黑臭水体氨氮时存在着菌剂流失和二次污染等问题,选取典型的有机填料聚丙烯纤维和无机填料沸石作为载体,比较了两种载体负载微生物性能及去除模拟废水氨氮的效果,并在此基础上对实际黑臭水体开展了氨氮去除的中试研究。结果表明:当两者投加量均为12 g/L时,聚丙烯纤维作为微生物载体的氨氮去除效果显著优于粒径为1 mm的沸石;经过60 h处理后,在未添加底泥的实际黑臭湖水中两者氨氮去除率分别为94.7%和88.3%;经过84 h处理后,在添加底泥的黑臭湖水中两者氨氮去除率也分别达89.7%和50.5%;通过环境扫描电子显微镜(ESEM)观察填料表面可知,载菌聚丙烯纤维上固定的生物量显著多于粒径为1 mm的载菌沸石。     

不同水体沉水植物叶面微生物群落特征

以沉水植物黑藻( Hydrilla verticillata )、苦草( Vallisneria natans )、伊乐藻( Elodea nuttallii )和菹草( Potamogeton crispus L )为研究对象,利用扫描电镜、荧光显微镜和16S rRNA基因高通量测序技术,探究不同生境中沉水植物叶面附着微生物群落结构及影响因素。结果表明:沉水植物叶面附着藻类组成与环境水体的藻类组成具有明显差异;不同沉水植物叶面附着微生物密度不同,且河流样品中高于湖泊样品;α-变形菌、β-变形菌和γ-变形菌纲是沉水植物叶面附着生物膜上的主要细菌纲,这些纲具有降解污染物质、净化水体的功能;水体营养盐浓度对沉水植物叶面附着微生物群落结构有很大影响。