海水亚硝酸氧化细菌初始富集过程中硝酸盐的定性检测

本文对海水亚硝酸氧化细菌初始富集过程中硝酸盐的定性检测方法及其适用范围进行了研究。结果表明, 在NaNO2起始浓度为100mg/L的亚硝酸氧化细菌初始富集培养系统中,1mL培养液中残余的NaNO2,可先用 1．0mol/L盐酸溶液20μL和50g/L氨基磺酸铵溶液10-20μL将其去除,然后再用二苯胺试剂对培养液中经亚硝酸 氯化细菌转化来的NaNO3进行定性检测,可检测出的NaNO3浓度下限在20mg/L左右。在NaNO2起始浓度不同的 富集培养系统中,去除NaNO2所需盐酸溶液、氨基磺酸铵溶液的量可根据其起始浓度按比例相应增减,但NaNO2的 起始浓度不宜超过200mg/L。该方法亦适用于淡水亚硝酸氧化细菌初始富集培养过程中硝酸盐的定性检测。

饮用水生物滤池中亚硝酸盐氧化细菌的生长规律

饮用水生物滤池工艺中亚硝酸盐氧化细菌的生长状况可以作为反应器挂膜是否成功的标志 ,其生长具有明显的阶段性 ,在经历了延迟期和对数期之后进入稳定期 ,由于氨氧化细菌和亚硝酸盐氧化细菌在生态学上存在以后者为受利方的偏利互生关系 ,延迟期后期与氨氧化细菌的对数期生长相对应 ,表现为表观去除率的“对数下降”期 .亚硝酸盐氧化细菌对数期生长的时间在 1mo左右 ;低温可以使其长期处于延迟期 .图 7表 3参

一株异养型亚硝酸盐氧化细菌的分离及其降解特性的研究

以亚硝酸盐和琥珀酸钠作为惟一氮、碳源从活性污泥中筛选分离一株能够高效氧化亚硝酸盐的硝化菌株,并对其形态学、生理生化及16S rDNA同源性进行分析,在此基础上研究pH、温度、转速、初始亚硝基氮的浓度以及盐浓度对其氧化亚硝酸盐的影响。结果显示,在好氧条件下,该菌株能在12 h内将356.004 mg/L亚硝酸盐降解99.53%。根据形态学特征、生理生化特性以及16S rRNA同源性分析,初步将该菌株鉴定为施氏假单胞菌(Pseudomonas stutzeri),并将其命名为LYS-86。该菌株氧化亚硝酸盐的最适pH8.0-10.0,温度30℃,转速180 r/min,盐浓度1 g/L。当培养基中初始亚硝酸盐浓度为0.5 g/L时,菌株LYS-86的硝化活性最高,随着培养基中初始亚硝基氮浓度的不断提高,菌株LYS-86的硝化活性会不断下降。本研究利用硝化细菌选择性培养基从活性污泥中筛选到了一株异养型亚硝酸氧化菌菌株,该菌株具有高效的硝化活性,为今后该菌株的实际应用及理论研究奠定了基础。

高硝化活性亚硝酸盐氧化细菌的培养和应用研究

针对本实验室筛选得到的一株亚硝酸盐氧化细菌（nitrite—oxidizing bacteria），研究了在28℃～30℃、摇床转速为110r／min时．pH、氮源、碳源、NaCl、有机物对菌体生长的影响。结果表明，培养基pH8．0～8．5、NaNO2含量4，500mg／L、Na2CO3含量1．5g／L、NaCl含量0～0．5％、葡萄糖含量0～0．1％时，亚硝酸盐氧化细菌生长良好，培养9d时，细菌浓度可达4．6×10^9MPN／mL，且培养基中的NO2^--N能全部被硝化为NO3^--N。培养基中NaCl含量大于0．5％、葡萄糖含量大于0．1％时，亚硝酸盐氧化细菌对氮源的利用受到抑制。亚硝酸盐氧化细菌降解淡水养殖池塘中的NO2^--N试验表明，在水温25℃、pH8．6的池塘中，NO2^--N从菌体投放后的第3d开始下降，18d后NO2^--N由1．47mol／L下降至0．49mol／L。

亚硝酸盐氧化细菌固定化方法的优化研究

对亚硝酸盐氧化细菌的包埋固定化及其应用进行了研究。选用聚乙烯醇(PVA)和海藻酸钠(SA)混合物作为包埋载体,试验发现混合载体中聚乙烯醇(PVA)和海藻酸钠(SA)的含量、包埋菌液浓度和交联时间对固定化效果有重要影响。利用正交试验对这4个因素进行优化,得到最佳包埋条件为:聚乙烯醇8%、海藻酸钠1%、包埋菌液浓度26g/L、固定化小球交联时间16h。对影响固定化菌降解亚硝酸盐氮的因素进行了研究,发现固定化菌的适宜降解条件为:温度30℃、pH7.0及DO≥2.0mg/L。将固定化菌用于养殖水亚硝酸盐氮降解,10d内将亚硝酸盐氮从1.210mg/L降至0.041mg/L,具有稳定、持续降解的特点。

设施连作枯萎病黄瓜根际亚硝酸盐氧化细菌群落特征

集约化设施黄瓜连作导致枯萎病高发,但根际功能微生物在其中扮演的角色尚不十分清楚。本研究以设施连作黄瓜为供试对象,通过采集枯萎病植株和健康植株根际土壤样品,采用实时荧光定量PCR和高通量扩增子测序技术,分析病株和健株根际间两种亚硝酸盐氧化微生物——硝化杆菌(Nitrobacter)和硝化螺菌(Nitrospira)丰度和群落多样性及结构差异。结果表明:病株根际亚硝态氮含量和Nitrospira丰度与健株无差异,但亚硝酸盐氧化潜势和Nitrobacter丰度更高(P<0.05)。Nitrobacter和Nitrospira群落多样性在病株和健株根际间均无显著差异,但群落结构显著不同。具体来看,病株根际Nitrobacter Cluster 6、Nitrobacter Cluster 5和Namibia soil Cluster 1平均相对丰度显著高于健株(P<0.05),但Nitrobacter Cluster 2b和Nitrospira lineageⅡ平均相对丰度低于健株。亚硝酸盐氧化潜势与Nitrobacter丰度和Nitrobacter Cluster 6平均相对丰度均显著正相关(P<0.05)。冗余分析表明,亚硝态氮含量是影响Nitrobacter和Nitrospira群落结构最重要的土壤理化因子。本研究表明,设施连作黄瓜枯萎病的发生导致了植株根际亚硝酸盐氧化细菌群落结构变化,功能微生物群落及其活性的恢复应是设施连作病害土壤改良的重要方面。

一株亚硝酸盐降解菌的分离鉴定

为寻找对亚硝酸盐具有高效降解能力、稳定和安全的优良菌株,采用亚硝酸盐氧化细菌(Nitrite-oxidizing bacteria,NOB)富集、分离技术从湖州某水域淤泥中分离得到一株纯培养菌株N3。提取细菌的总DNA,利用细菌16S rDNA特异性引物进行多聚酶链反应(PCR)扩增;扩增产物经琼脂糖凝胶电泳和Sanger末端终止法测序分析,用NCBI-Blast软件将测序结果在Genbank等数据库中进行同源性检索。结果表明,N3的DNA扩增产物片断大小为1441bp,测序结果经检索证实N3与标准菌株Cellulosimicrobium cellulans(AY665978.1)16S rDNA保守性片段有100%的同源性,可以判定所分离得到的N3菌株为纤维单胞菌属的纤维化纤维单胞菌(Cellulosimicrobium cellulans)。

n-damo细菌在不同生态环境中的遗传多样性和潜在功能研究

反硝化厌氧甲烷氧化(DAMO)是自然环境中减少甲烷排放的关键过程。近年来研究发现,亚硝酸盐依赖型厌氧甲烷氧化(n-damo)细菌在湖泊、河流、稻田和生物反应器等环境中表现出不同的分布特征和群落格局。然而,以往的环境调研主要集中在单一生态环境或样本类型,使得n-damo细菌在全球生态格局中的总体作用和分布特征仍然存在一定的未知。此外,在描述不同生态环境中n-damo细菌多样性时,16S rRNA和pmoA基因之间的具体区别或偏好性尚不清楚。因此,为了填补这一研究空白,基于n-damo细菌的两个关键基因,即16S rRNA和pmo A,通过生物信息学分析来评估不同生态系统中n-damo细菌的多样性特征。研究发现,16Sr RNA和pmoA基因所揭示的n-damo细菌遗传多样性和潜在功能存在差异。保守性更高的16S r RNA基因在湿地环境中多样性最高,而在人工富集环境中多样性最低。pmo A基因则在淡水环境中表现出最高的多样性,但也同样在人工富集环境中表现出最低的多样性。热图和韦恩图显示,淡水环境和湿地环境中n-damo细菌的相似性最高,但人工富集和咸水环境下的n-damo细菌与其他环境差异显著。此外,系统发育分析显示,16S rRNA与pmoA基因具有不同的同源模式,16S r RNA因其保守性而具有较高的同源性,而pmo A基因则表现出更多的簇族分化。这些结果为了解DAMO微生物对不同生态系统中甲烷减排和碳氮生物地球化学循环的贡献提供了重要见解。此外,未来n-damo细菌的环境调研工作应同时分析16S rRNA和pmo A基因,从而对n-damo细菌的分布和功能进行更加科学地综合评价。

牙鲆海水循环养殖系统生物膜上3种细菌的数量与代谢活性

从牙鲆(Paralichthysolivaceus)海水循环养殖系统中移动床生物滤器载体生物膜上获取异养细菌、氨化细菌和硝化细菌样本。异养细菌用平板涂布法计数,其代谢活性以培养8h的氧吸收速率表示。氨化细菌、氨氧化细菌(AOB)和亚硝酸氧化细菌(NOB)用MPN法计数,其代谢活性分别以培养24hNH4+-N浓度的增加、NH4+-N浓度的减少和NO2--N浓度的减少表示。结果表明,生物膜成熟之后,4种生理类群细菌的数量和代谢活性基本保持稳定。异养细菌数量为107～108CFU-·-m-2(载体),氨化细菌、AOB和NOB数量分别为107～108MPN-·-m-2(载体)、105～106MPN-·-m-2(载体)和105～106MPN-·-m-2(载体)。分批培养测得异养细菌的氧吸收速率、氨化细菌的氨化速率、AOB的氨氧化速率和NOB的亚硝酸氧化速率分别是0.591～0.738g(O2)-·-m-2-·-d-1、0.081～0.135g(NH4+-N)-·-m-2-·-d-1、0.017～0.031g(NH4+-N)-·-m-2-·-d-1和0.020～0.038g(NO2--N)-·-m-2-·-d-1。异养细菌的氧吸收速率、氨化细菌的氨化速率和AOB的氨氧化速率与异养细菌、氨化细菌和AOB的数量呈正相关。移动床生物滤器生物膜的平均氨和亚硝酸盐去除速率为(0.121±0.076)g(NH4+-N)-·-m-2-·-d-1和(0.139±0.181)g(NO2--N)·-m-2-·-d-1。同时测定了底物浓度和pH对氨化细菌、AOB和NOB代谢活性的影响。结果显示,氨化细菌的氨化速率、AOB的氨氧化速率和NOB的亚硝酸氧化速率与底物浓度(蛋白胨、NH4+-N和NO2--N)呈线性相关,pH为8.0时3种生理类群细菌的代谢活性较pH6.5或pH9.5时高。

单步硝化作用与全程氨氧化微生物研究进展

单步硝化作用,即由一种微生物(全程氨氧化微生物)单独完成将NH3氧化为NO3-的整个硝化过程,于2015年底被发现。该发现终结了传承百年的两步硝化作用的经典理论,并引发了众多关于全球氮素循环的重要科学问题。就单步硝化作用及全程氨氧化微生物发现后两年来的研究进展进行概述。目前已确定的全程氨氧化微生物均属于硝化螺菌门谱系Ⅱ(Nitrospiraspp.LinageⅡ),包括两个分支A和B(Clade A和Clade B);广泛分布于农业土壤、森林土壤、稻田水域、淡水等自然环境中。全程氨氧化细菌(Nitrospira inopinata)比大多数可培养的氨氧化细菌(AOB)以及氨氧化古菌(AOA)物种对氨具有更高的亲和力,能够更好地适应极低氨浓度环境。此外,全程氨氧化微生物具有不同的碳氮代谢途径,可能具有和其他氨氧化微生物不同的生态位点。单步硝化作用的相对贡献与全程氨氧化微生物的生态位分化是今后的重要研究方向。

对BAF预处理低温水源水系统中硝化细菌的识别

生物处理工艺是解决水源水氨氮污染问题的主要途径,但其功能菌属硝化细菌在工艺系统中受诸多因素影响,尤其在低温期生物活性下降,因此识别适应低温水环境的硝化细菌,有利于为其构筑最适生长环境,进而提升工艺降解氨氮的效果。以前期构建的悬浮填料-沸石曝气生物滤池为基础,研究了经长期低温驯化后,适应低温水环境的菌种及其演替。研究表明,对曝气生物滤池系统中的硝化细菌按属、种进行分类,主要的氨氧化细菌菌属是Nitrosomonas,优势菌种为Nitrosomonas uncultured ammonia-oxidizing bacterium。就亚硝酸盐氧化细菌而言,主要的菌属为Nitrospiraceae Nitrospira和Candidatus Nitrotoga,其中Nitrospiraceae Nitrospira为硝化系统中常见菌属,Candidatus Nitrotoga是新型的、可以功能性替代Nitrospira的菌属,更适在低温环境下生长;进一步将硝化细菌按种进行分类发现,系统中亚硝酸盐氧化细菌的优势菌种为Nitrospiraunculturedbacterium、Nitrospira uncultured soil bacterium、Nitrospira sp.、Candidatus Nitrospira defluvii和Candidatus Nitrotoga uncultured bacterium。

实时荧光定量PCR法对温度变化下不同工艺硝化细菌丰度的影响

以氧化沟和AAO两个不同工艺污水处理系统曝气池的活性污泥样品为试验对象,建立实时荧光定量PCR法对作用于硝化反应的氨氧化细菌和亚硝酸盐氧化细菌进行快速定量检测,研究温度降低对不同工艺曝气池中氨氧化细菌和亚硝酸盐氧化细菌数量及种类的影响.研究表明:不同水厂微生物群落存在差异,AOB丰度比NOB丰度低一个数量级;随着温度的降低,氧化沟工艺中AOB、硝化螺菌属(Nitrospira)含量逐渐升高,硝化杆菌属(Nitrobacter)含量先升高后降低;AAO工艺中AOB、Nitrospira含量先降低再升高,Nitrobacter含量逐渐升高.

同步半硝化-厌氧氨氧化颗粒污泥工艺在低氨氮污水脱氮的应用

为了检验同步半硝化-厌氧氨氧化颗粒污泥工艺（simultaneous partial nitritation/Anammox with granularsludge,SPNAGS）对低氨氮污水的生物脱氮效果,开展了长期的小试试验研究.结果显示,在污水氨氮浓度从200mg/L降到20～50 mg/L时,系统中的颗粒污泥发生解体,难以保持颗粒状,且污泥颜色由原来的红棕色变为灰黄色,系统仍然保持很高的氨氮去除率（〉95%）,但总氮的去除率却逐渐降低,最后仅有20%左右,约80%的氨氮转化为硝酸盐.因此,本研究进一步证明了该工艺在应用于低氨氮浓度污水生物脱氮时,系统内亚硝酸盐氧化细菌（nitrite-oxidizing bacteria,NOB）的控制既是关键,也是挑战.

丙酮酸钠对硝化细菌制剂活性的影响

分别研究丙酮酸钠对淡水型和海水型硝化细菌制剂中氨氧化细菌(AOB)和亚硝酸盐氧化细菌(NOB)活性的影响。结果表明,丙酮酸钠能明显提高AOB活性,缩短其对环境的适应时间。在丙酮酸钠浓度为7mmol/L时,12h海水型硝化细菌和淡水型硝化细菌对氨氮去除率分别为54.7%和63.4%,是对照组的8.82倍和2.98倍。丙酮酸钠对NOB活性影响与AOB存在不同,其中,丙酮酸钠对海水型硝化细菌NOB有抑制作用,并随其浓度升高而增大,但对淡水型硝化细菌NOB活性影响较小。

亚硝酸盐氧化细菌的生态位以及对海洋环境变化的响应机制

硝酸盐是海洋微生物可利用氮的主要形式,也是限制表层海洋生物生产力的主要营养物质,海洋中的硝酸盐主要由氨和亚硝酸盐的氧化产生。探索亚硝酸盐氧化细菌在海洋生态系统中的生态位以及对环境变化的响应机制,对认识微生物参与的氮循环具有十分重要的意义。本文综述了海洋亚硝酸盐氧化细菌的研究进程及其主要种类,并总结了其主要的生理生态学特征,指出微生物在海洋生态系统变迁中所衍生出的适应对策。基于当前的研究现状,展望亚硝酸盐氧化细菌未来的研究方向,以期更好地了解海洋中亚硝酸盐的氧化过程,为进一步认识氮在生物地球化学中的循环奠定基础。

实时荧光定量PCR法对不同A^(2)/O工艺中硝化细菌丰度的研究

本文通过以不同A2/O工艺污水处理系统生物池的活性污泥样品为实验对象,建立实时荧光定量PCR法对其中作用于硝化反应的氨氧化细菌和亚硝酸盐氧化细菌进行快速定量检测,研究不同工艺不同生物池中氨氧化细菌和亚硝酸盐氧化细菌数量及种类的差异。研究表明,不同水厂微生物群落存在差异,AOB丰度比NOB丰度低一个数量级;AOB、NOB丰度在不同工艺各生物池中无明显差异;不同工艺中AOB、NOB丰度差异与实际含氮物质去除率一致。

纳米银颗粒对膜生物反应器运行性能及硝化细菌丰度的影响

考察了0.10 mg/L纳米银对膜生物反应器(MBR)运行、氨氧化菌(AOB)和亚硝酸盐氧化细菌(NOB)丰度的影响。运行试验结果表明,在投放纳米银前后,处理系统对化学需氧量(COD)平均去除率为95.4%和94.1%,处理水中的总氮(TN)以硝态氮为主,硝态氮平均质量浓度前后分别为12.5 mg/L和13.2 mg/L,因此,在纳米银颗粒影响下,MBR仍能达到普通MBR的处理效果。实时定量聚合酶链反应(QPCR)结果表明:在整个运行周期内,AOB与NOB菌群的基因数量都处于107数量级,且硝化螺旋菌Nitrospira为优势NOB;结合银离子的变化规律可知,纳米银大部分富集到污泥中,但硝化菌群的丰度没有受到长期投放纳米银颗粒的影响。

酸性稻田土n-damo细菌的多样性和丰度

亚硝酸盐依赖型甲烷厌氧氧化(n-damo)细菌是新近发现的一类具有特殊功能的微生物,在废水深度脱氮领域具有潜在应用前景。研究利用n-damo菌16S rRNA和pmoA基因的专一性引物,通过系统发育分析和定量PCR技术,检测酸性稻田土中该类群的多样性和丰度。结果显示,在弱酸性中等养分水平的稻田土中,n-damo菌聚为3~4个OTUs类群;系统发育分析表明,酸性稻田土中存在新型未知n-damo类群;n-damo细菌丰度较高,16S rRNA基因拷贝数可达1.25~2.31×10^8拷贝每克干重,pmoA基因拷贝数为8.66×10^6~2.54×10^7拷贝每克干重。研究为后续富集培养嗜酸型n-damo菌提供可靠菌源。

重金属和抗生素胁迫对亚硝酸盐氧化菌及硝化菌群活性的影响

重金属和抗生素广泛存在工业废水、养殖水体中,对硝化细菌活性有不同程度的影响。为研究重金属和抗生素胁迫对亚硝酸盐氧化菌(nitrite-oxidizing bacteria,NOB)及硝化菌群活性的影响,采集珠江水样富集硝化菌群并分离纯化NOB,研究了不同浓度重金属离子(Cu^(2+)、Zn^(2+)、Cd^(2+)、Mn^(2+)、Cr^(6+))和抗生素(卡那霉素、氨苄青霉素、链霉素、盐酸四环素)对NOB亚硝酸盐氧化活性的影响,揭示了不同重金属和抗生素胁迫对NOB及硝化菌群富集物活性的影响。结果表明:第15代富集培养的硝化菌群中Nitrosomonas丰度由0.11%升高至10.04%,Nitrobacter丰度由0.014%上升到2.104%;经鉴定,分离纯化的NOB菌株与Nitrobacter winogradskyi相似性为99.58%;NOB的亚硝酸盐氧化活性随重金属离子、抗生素浓度升高而下降;在初始NOB量相等情况下,与NOB组相比,硝化菌群富集物实验组在重金属或抗生素胁迫下,亚硝酸盐氧化速率更快,稳定性更高,对重金属和抗生素的抗逆性更强,对于处理含氮废水的实际应用潜力更大。该研究结果可为NOB的研究和在工业、养殖业水体净化的开发应用提供参考。

高温冲击对亚硝酸盐氧化过程中微生物菌群结构影响

为了进一步了解在亚硝酸盐氧化过程中,高温冲击对活性污泥微生物菌群结构的影响,本研究中,以在不同NO-2-N浓度条件下富集的硝化活性污泥为研究对象,利用16S rRNA高通量测序技术分析方法,通过改变环境温度考察活性污泥微生物菌群丰度变化及结构特征.高通量测序分析结果表明:25℃时易于微生物生长,系统活性污泥微生物菌群多样性最丰富.随着高温冲击试验进行,系统内菌群丰富度、均匀度和多样性呈下降趋势.此外,分析发现本系统主要硝化功能菌为Nitrospirae的Nitrospira,更适宜在35℃生长.且高温冲击试验同样引起了活性污泥中非硝化功能微生物(Bacteroidetes、Chloroflexi、Halomonas和Pseudomonas等)的菌群结构差异.试验结果可为高温冲击条件下亚硝酸盐氧化过程中微生物菌群分布特点的研究提供部分理论参考,并为相关高温冲击试验给予部分借鉴.