前置反硝化生物滤池菌群功能恢复研究

在一定的反冲洗模式和强度下,用各功能菌群的生物活性、生物量及二者的乘积考察了反硝化生物滤池和曝气生物滤池菌群功能的恢复。结果表明,反洗后初期曝气生物滤池(CN池)滤料上异养菌活性较低,总降解能力降低了约20%,而后迅速增加,约50 min恢复到最佳状态;亚硝化细菌生物活性变化与之相反;反硝化生物滤池(DN池)亚硝酸与硝酸还原菌生物活性曲线变化趋势相同,且反洗后前者生物活性略大于后者。CN和DN池生物膜量由滤料底部到顶部呈现由大到小的变化,在试验期内随时间延长稳步增长。CN池中反洗后80 min各功能菌生物量和生物活性较适宜,功能恢复到最佳,DN池中还原菌生物活性在反洗后120 min接近最大值,功能恢复还需要较长的时间。

PN/A颗粒污泥-固相反硝化组合工艺的菌群功能解析

为解决部分亚硝化-厌氧氨氧化(PN/A)反应存在的硝酸盐残留问题,将PN/A颗粒污泥与固相反硝化(SPD)系统相耦合,用于高氨氮废水的连续处理。在逐级提高颗粒污泥自养脱氮效能的基础上,系统考察了石英砂、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)和羟基丁酸戊酸共聚酯(PHBV)三种填料的SPD效能。结果表明,在高水力选择压下,PHBV的反硝化性能最佳,使PN/A-SPD组合工艺的总氮去除率超过了93%,远高于石英砂(83.6%)和PBS(85.8%)的水平。通过高通量测序与功能基因注释可知,固态碳源的溶出水平是影响生物膜菌群多样性的关键因素。其中,在PHBV表面占据主导的水解菌Clostridium-sensu-stricto-7与Comamonadaceae等反硝化菌形成了稳定的协作关系,在有效洗脱自养脱氮功能菌的同时,显著提升了菌群参与多元素循环的功能潜力。上述发现对于系统优化PN/A-SPD组合工艺,推动其工程化应用具有重要的指导意义。

邻苯二甲酸酯降解功能内生菌群的筛选及定殖效能

为降低邻苯二甲酸酯(PAEs)污染作物对人体健康的威胁,从PAEs污染蔬菜中富集驯化具有PAEs降解高效性和广谱性的功能内生菌群,解析菌群群落组成并优化其降解条件,借助水培体系研究了功能内生菌群在作物体内的定殖效能.高通量测序结果表明,从门的分类水平看,菌群主要由变形菌门(Proteobacteria,76.57%)、拟杆菌门(Bacteroidetes,21.04%)和放线菌门(Actinobacteria,2.37%)组成;从属的分类水平看,菌群主要由鞘氨醇杆菌属(Sphingobacterium,33.03%)、代尔夫特菌属(Delftia,40.61%)、假单胞菌属(Pseudomonas,11.70%)、无色杆菌属(Achromobacter,3.04%)和根瘤菌属(Rhizobium,6.90%)组成.在无机盐纯培养体系中,该菌群在7d内对5mg/L的邻苯二甲酸二甲酯(DMP)、邻苯二甲酸二乙酯(DEP)、邻苯二甲酸二丁酯(DBP)和邻苯二甲酸丁基苄基酯(BBP)降解率分别为97.08%、94.47%、98.02%和44.82%.单因素试验结果表明,菌群降解PAEs的最佳条件为:pH值7、25℃、盐度1%、底物浓度5mg/L.水稻水培试验表明,菌群可以定殖到水稻体内并有效促进PAEs的去除,与对照组相比,处理15d后水稻体内DMP、DEP、DBP和∑PAEs含量分别降低了41.09%、45.33%、63.06%和32.3%.菌群的定殖还能够提高水稻根长、株高和生物量,促进水稻的生长.该菌群在降低作物PAEs积累、保障PAEs污染地区农产品质量安全方面具有良好的应用前景,能有效降低作物PAEs污染对人体健康的威胁.

高效定向驯化人工窖泥功能菌群及机制的研究

窖泥的质量和窖龄密切相关,且显著影响基酒的品质和产率。窖泥中功能菌群的形成是一个非常缓慢的过程,因此缩短优质人工窖泥(artificial pit mud,APM)的生产周期迫在眉睫。挖掘优良窖泥功能菌群资源,优化窖泥培养工艺是攻克发展障碍的关键。研究了太空(taikong,TK)大曲对窖泥群落结构的影响特点,确定了百年窖龄泥是人工窖泥功能菌群的强化源。TK大曲驯化生产APM及发酵后窖泥(pit mud,PM)显著改善了窖泥群落结构及挥发性代谢组分,提高了细菌群落的α-多样性。浓香型白酒酿造功能菌梭状芽孢杆菌(Clostridium_sensu_stricto_12)和古菌,尤其是甲烷八叠球菌(Methanosarcinales)的丰度显著增高了2~4倍,其中己酸和己酸乙酯是关键代谢物。研究结果可为基于优质窖泥和大曲的人工窖泥培养技术开发提供理论与技术支撑。

不同种群罗氏沼虾幼体的肠道菌群结构与功能特征分析

相同养殖条件下,养殖5个种群的罗氏沼虾,选取同批次孵化20 d的罗氏沼虾幼体,采用16S rRNA高通量测序技术对罗氏沼虾缅甸种群、斯里兰卡种群、越南种群、孟加拉种群和自有品种1种群幼虾的肠道菌群进行分析。结果显示,罗氏沼虾缅甸种群、斯里兰卡种群、越南种群、孟加拉种群和自有品种1种群幼虾5个组共有的运算分类单元为256个,每组特有的运算分类单元分别为131、247、231、144、184个。孟加拉种群幼虾的肠道菌群物种丰富度最高,越南种群幼虾的肠道菌群物种多样性最高。5个组的优势菌群在门、科水平上都相似,都为变形菌门、拟杆菌门和厚壁菌门,但其丰度及其他菌群的组成存在差异,斯里兰卡种群肠道菌群中厚壁菌门的丰度大于拟杆菌门,与其他4组菌群不同。5个组的菌群功能也存在共性,主要集中于新陈代谢中的碳水化合物代谢、氨基酸代谢、维生素代谢等方面。试验结果表明,罗氏沼虾不同种群幼体的肠道菌群在结构组成、丰度、代谢功能等方面存在一定的共性。本研究结果可为进一步研究不同种群罗氏沼虾的生长发育机制打下基础。

CIBR耦合旁路化学单元高效除磷特性及功能菌群研究

采用连续流一体化生物反应器(CIBR)耦合旁路化学除磷单元处理生活污水,研究其生物化学协同除磷特性,探究旁路单元化学药剂对CIBR性能与功能菌群的影响。结果表明,CIBR对污水COD、NH_(4)^(+)-N、TN、TP平均去除率分别达到88.5%、85.8%、75.0%、70.4%,但出水TP远高于国家一级A标准(0.5 mg/L)。CIBR耦合旁路除磷技术(PAC=40 mg/L)的试验表明,其出水TP可稳定达到一级A标准。当投加9×10^(-4)mol/L的Al^(3+)时,对活性污泥的呼吸速率产生明显的抑制作用,该抑制主要体现在对氨氧化细菌(AOB)和异养菌活性的影响,但对亚硝酸盐氧化菌(NOB)的抑制作用不明显。高通量测序结果表明,在属水平,投加PAC有利于兼性菌等增殖,但不利于反硝化菌、AOB等生长。

16S rRNA测序分析枯草芽胞杆菌喷鼻对猪鼻腔菌群影响的研究

为了探究枯草芽胞杆菌对哺乳仔猪鼻腔中微生物多样性及其功能的影响,选用1株来源于猪鼻腔的枯草芽胞杆菌NS15对哺乳期仔猪进行喷鼻试验,于喷鼻后第7天采集鼻腔拭子,随后利用16S rRNA基因高通量测序技术检测分析鼻腔拭子样本菌群结构并进行功能预测。结果显示:猪鼻腔的优势菌门为厚壁菌门(Firmicutes)、放线菌门(Actinobacteria)、变形菌门(Proteobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes)。喷鼻后不影响优势菌门的组成,但是各菌门的丰度发生变化,如厚壁菌门和放线菌门的丰度增加,其中厚壁菌门中的乳杆菌属(Lactobacillus)和放线菌门中的罗氏菌属(Rothia)等有益菌属丰度增加;而变形菌门和拟杆菌门等有害菌门的丰度下降,包括变形菌门中的不动杆菌属(Acinetobacter)、嗜麦芽窄食单胞菌属(Stenotrophomonas)和鲍特菌属(Bordetella)以及拟杆菌门中的黄杆菌属(Flavobacterium)等有害菌属丰度下降。进一步Tax4Fun功能预测结果显示,喷鼻枯草芽胞杆菌NS15后,猪鼻腔中能量、氨基酸和脂类等代谢通路显著上调。本研究解析了枯草芽胞杆菌与猪鼻腔微生物的相互作用,对仔猪的早期呼吸道疾病的预防提供了理论基础。

贵州苗岭地区野猪肠道菌群结构与功能分析

野猪是当前南方山地森林生态系统中数量激增的主要有蹄类。为揭示贵州苗岭地区野猪肠道细菌的群落结构、多样性及菌群功能,本研究采用16S rRNA高通量测序技术检测了4头野猪胃肠道(胃、回肠、结肠和直肠)的细菌群落,共获得1268577条有效序列。经质控过滤,所有序列归类于1019个OTU,包含19门292属。在门分类水平上,野猪肠道内核心菌群主要为厚壁菌门(Firmicutes)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、变形菌门(Proteobacteria)和放线菌门(Actinobacteria),优势菌属包括普雷沃氏菌属(Prevotella)、乳酸杆菌属(Lactobacillus)、大肠—志贺氏菌属(Escherichia-Shigella)和双歧杆菌属(Bifidobacterium)等15个菌属。稀疏曲线表明测序深度已基本覆盖样品中所有细菌,测序充分。alpha多样性指数中,结肠和直肠的Chao1和Shannon指数显著高于胃和回肠(P<0.05),证明结肠和直肠比胃和回肠具有更高的菌群丰富度和多样性。主坐标分析(PCoA)和相似性分析(Anosim)结果也同样表明野猪不同肠道菌群结构具有显著差异。LEfSe分析表明在野猪不同肠段共有22个显著差异的细菌菌属,其中大部分都归属于厚壁菌门,并且PICRUSt分析显示不同的肠段也表现出独特的代谢功能和代谢途径。本研究初步揭示了野猪的肠道菌群特征,发现野生种群野猪肠道中具有相对复杂的菌群结构,且不同肠段间存在显著差异。

基于肠道菌群功能预测观察葛根芩连汤对KKAy小鼠炎性因子的影响

目的结合肠道菌群功能分类统计(KEGG)和功能差异分析(LDA Score)预测观察经方葛根芩连汤对KKAy小鼠血糖、体重及炎症因子IL-1β及MCP-1的影响。方法选取自发性2型糖尿病动物模型KKAy小鼠及对照C57BL/6J小鼠予屏障系统,高脂饲料喂养,连续给药8周后,系统评价血糖及体重。采用半定量ELISA法检测血浆中IL-1β及MCP-1水平,KEGG图与LDA Score分布图展示该方对KKAy小鼠肠道菌群的功能预测结果。结果对照模型组,葛根芩连汤高剂量组,能够显著降低模型血糖水平(P<0.05),具有一定控制体重增长趋势的作用。不同程度下调IL-1β及MCP-1水平(P<0.01,P<0.05),葛根芩连汤给药组在糖、脂代谢、脂多糖代谢、MARK信号通路及胰岛素信号通路代谢的相对丰度显著增加。结论基于葛根芩连汤调节KKAy小鼠肠道菌群的功能预测结果,该方不仅具有下调炎性因子IL-1β及MCP-1的水平的作用,而且可能通过影响糖脂代谢及胰岛素信号通路代谢的丰度,从而减轻低度炎性反应,改善胰岛素抵抗状态。

基于16S rDNA分析湖北半夏内生菌群结构及代谢功能

为探究湖北半夏(Pinellia ternate)内生细菌的多样性、丰度及菌群功能,随机采集半夏植株样品,提取内生细菌基因组DNA,通过PCR扩增获得16S rDNA V3~V4片段。采用IlluminaMiSeq高通量测序技术分析半夏植株中的内生细菌菌群结构,共获得有效序列39537条和用于物种分类的OTU数681条,包括6门、10纲、23目、29科、45属、26种的细菌。菌落多样性分析表明,湖北半夏内生细菌在门水平上,优势菌群为Proteobacteria,科水平上,Mitochondria和Pseudomonadaceae为优势菌群。功能预测结果表明,湖北半夏内生细菌编码的大多数基因与代谢相关,其次是基因信息处理、环境信息处理。

多功能菌群混合施用的生态效应

从蔬菜地黄瓜根围土壤中经分离筛选,得到两个对黄瓜枯萎病菌(Fusariumoxysporumf.sp.cucumerinum)有抑制作用,并能明显促进黄瓜生长的菌株ZJY1(Brevibacillusbrevis)和ZJY116(Bacillussubtilis).将这两菌株与一株毒死蜱降解菌DSP3(Alcaligenesfaecali)按照不同组合处理黄瓜种子,以研究多功能菌群在环境中发挥生态效应的可行性.结果表明,这两株具有生防和促生功能的菌株与DSP3按不同组合混合后,对黄瓜的防病促生作用均不受影响.同时对黄瓜根围土中毒死蜱含量检测分析发现,DSP3与这两株细菌混和施用后其降解率与单独施用相比没有明显差异.实验初步证明,不同功能的菌株混合施用后可以发挥其生态效应.

秸秆的生物降解机理及其功能微生物菌群研究进展

秸秆对人类社会发展具有极其重要的作用,特别是在当今能源紧缺的背景下,寻找新型可再生能源显得尤为重要。通过对秸秆生物降解机制的简单介绍,以及对秸秆降解原理及微生物菌群研究状况的详细阐述,为今后秸秆的高效降解及工业化大规模降解的研究和利用提供理论基础。

耐冷氨氧化功能菌群的富集及其对A^2/O系统的生物强化

为提高北方地区冬季污水生物处理系统的脱氮效果,利用序批式反应器(SBR)和选择性培养基在(14±1)℃下驯化并富集耐冷氨氧化功能菌群,并采用软性填料进行固定,对(14±1)℃运行的A2/O系统好氧段进行生物强化。结果表明,连续运行5个周期后,SBR中的活性污泥逐渐演替为氨氧化功能菌群,在进水NH3-N为205～236mg·L-1时,SBR的NH3-N去除率可达79.5%;将组合式纤维填料置于SBR中并继续运行5个周期,可将氨氧化功能菌群以生物膜的形式固定于填料表面。以固定化氨氧化功能菌群对A2/O系统进行生物强化,在投加量为3.24%(污泥干重)的条件下,A2/O系统的氨氮平均去除率由投加前的65%提高到78%,COD和总氮去除率也有明显提高。在生物强化后的持续运行中,A2/O系统的氨氮去除效能有缓慢下降趋势,其长期强化效果有待进一步探讨。

同步反硝化短程除硫功能菌群的变化及鉴定

依据反硝化除硫理论,利用全混流反应器富集反硝化除硫菌,采用平板计数法和PCR-DGGE法对功能菌群进行跟踪和鉴定,并对分离纯化得到的单菌株SNB1进行鉴定。结果表明,反应器中细菌总量、除硫菌和反硝化菌分别增加了1.92×10、6.49×105和1.66×103倍。稳定运行时反应器内存在3种优势菌群。a菌群与Thauera sp.的同源性高达99%,为反硝化菌;其包含的SNB1生理生化指标显示为一株兼性自养反硝化除硫菌,且与Thauera selenatis(同源性高达99.0%)最相似;反硝化除硫菌的比例为49.3%,数量约为3.70×109cfu.ml-1。b菌群与Desulfovibrio sp.的同源性高于98%,为硫酸盐还原菌。c菌群和Rhodococcus sp.的同源性高于94%,为反硝化菌。当S/N在0.007～0.386间变化时,除S2-始终被100%转化为S0外,还有大于46.47%的SO42--S被转化为S0;而NO3-和COD的去除率分别为72.3%～95.8%和9.8%～43.5%。

肠道菌群功能及检测技术研究进展

大量的微生物存在于动物的胃肠内,在经过长期的进化与选择之后,它们形成了一个动态的微生物系统。肠道菌群与机体的相互作用对动物本身来说十分重要,近年来更是已经成为研究的热点问题。肠道菌群的功能主要体现在它对机体的生物屏障作用、营养作用、免疫作用等方面。肠道菌群的检测方法是研究肠道菌群的重点和难点问题,目前主要技术有分离培养、质谱技术、宏基因组测序等。文章结合大量文献资料,总结了目前肠道菌群功能的相关研究成果及研究方法。

杂草管理方式对李园及其邻近天然林土壤真菌生态功能的影响

【目的】探索李园杂草管理对土壤真菌多样性的影响,为土壤健康管理提供参考。【方法】以贵州省安顺市紫云县自然生草、人工生草、除草剂除草李园及邻近天然槲栎次生林的土壤为研究对象,提取土壤真菌DNA,对其ITS基因进行扩增和高通量测序,分析真菌种类的构成、相对丰度、多样性、生态功能类别等。【结果】不同杂草管理李园和天然林土壤的可操作分类单元(OTU)在420~1039个,真菌种类共计14门、51纲、127目、260科、492属,天然槲栎次生林土壤的OTU数量不到李园土壤的一半。4个处理土壤均主要以担子菌门(Basidiomycota)和子囊菌门(Ascomycota)为主;与天然林相比,李园土壤的担子菌门减少,子囊菌门增加,其中人工生草李园土壤的变化幅度较小、分别为36.79%和32.85%。天然林土壤的红菇属(Russula)占据绝对优势,相对丰度达54.44%。李园不同类型土壤的第一优势属为沙蜥属(Saitozyma),相对丰度为14.54%~38.11%,其中人工生草李园优势较为明显。此外,人工生草李园土壤中梳霉门(Kickxellomycota)和球囊菌门(Glomeromycota)的相对丰度较其他类型高。多样性分析结果显示,天然林与其他李园土壤间α多样性差异极显著(P<0.01,下同);不同杂草管理方式中,人工生草与自然生草的Simpson指数差异极显著。FUNGuild分析显示,天然林土壤以外生菌根真菌占绝对优势,而李园土壤以腐生真菌和未知真菌为主。【结论】李园人工生草(光叶紫花苕)有利于优势属沙蜥属及低丰度的梳霉门和球囊菌门菌群建立。不同杂草管理方式的李园仅有少量丛枝菌根真菌(球囊菌门),缺少占绝对优势的有益真菌,有益真菌在李树的运用上还有较大的提升空间。优势种类的结构导致不同处理真菌群在生态功能上存在差异。

不同物候期牧草对藏系绵羊血清生化指标、瘤胃内环境参数及瘤胃微生物功能菌群的影响

本试验旨在研究不同物候期牧草对藏系绵羊血清生化指标、瘤胃内环境参数及瘤胃微生物功能菌群的影响。分别于高寒草甸返青期、青草期和枯草期采集牧草样品,测定常规营养成分含量。选取体重为(34.08±2.94)kg的10只4岁全年放牧的藏系母绵羊,用耳标进行标记,分别于返青期、青草期和枯草期清晨放牧前空腹进行颈静脉采血及瘤胃液采集,用于分析血清生化指标、瘤胃内环境参数及瘤胃微生物功能菌群。结果表明:1)青草期牧草粗蛋白质和粗脂肪含量显著高于返青期和枯草期(P<0.05),而枯草期牧草酸性洗涤纤维含量显著高于其他2个时期(P<0.05),中性洗涤纤维含量显著高于返青期(P<0.05)。2)血清中甘油三酯、低密度脂蛋白和生长激素含量随物候期推移无显著变化(P>0.05)。枯草期血清总蛋白、白蛋白含量和谷丙转氨酶活性显著低于返青期和青草期(P<0.05)。3)藏系绵羊瘤胃液氨态氮、乙酸、异丁酸、戊酸含量及丙酸比例均在青草期最高,乙酸比例在枯草期最高,乙酸/丙酸在枯草期显著高于返青期和青草期(P<0.05)。4)宏基因组测序结果表明,放牧藏系绵羊瘤胃微生物相对丰度最高的是细菌,约占总微生物含量的70%,其次是真菌(20%),剩余是未注释到的微生物(10%)。其中,瘤胃液中主要纤维素分解菌为栖瘤胃普雷沃氏菌、白色瘤胃球菌和产琥珀酸丝状杆菌,其相对丰度均在枯草期显著高于返青期和青草期(P<0.05),淀粉分解菌、反刍兽新月单胞杆菌的相对丰度在青草期显著高于其他物候期(P<0.05)。由此得出,不同物候期牧草营养成分含量变化引起藏系绵羊血清生化指标、瘤胃内环境参数、瘤胃微生物功能菌群的变化;冷季(返青期和枯草期)因血清中总蛋白、白蛋白、球蛋白、葡萄糖及瘤胃挥发性脂肪酸含量低,导致藏系绵羊潜在的抵御疾病能力弱,可利用能量源少,因此在返青期和枯草期应对放牧藏系绵羊进行合理补饲提高藏系绵羊生长性能。

污泥好氧堆肥中功能菌群的分离筛选

开展了污泥堆肥中功能菌株筛选的研究,分别以污泥堆肥物料中的各种大分子有机物为目标底物,筛选各自的降解菌株,通过初筛和复筛(酶活性强弱)选择最佳功能菌株,优化组合获得污泥堆肥的功能复合菌群。该研究可为污泥堆肥的功能菌株优选及其工艺优化提供理论依据和技术支持。

常温低基质亚硝化反应器功能菌群解析

为维持亚硝化反应器稳定运行提供微生物理论基础,以常温（18~21.5℃）低基质推流式亚硝化反应器为对象,解析其稳定运行期间功能菌群特征.通过检测反应器三氮变化检验其亚硝化效果.利用扫描电镜（SEM）观察污泥微观结构,通过荧光原位杂交（FISH）、变性梯度凝胶电泳技术（DGGE）及克隆测序等方法,解析微生物菌群特性.保持反应器低溶解氧环境（0.1~0.6 mg/L）,使氨氧化菌（AOB）竞争力强于亚硝酸盐氧化菌（NOB）,在连续流运行80 d内,平均亚硝化率几乎为100%,出水NO2--N与NH4＋-N质量比稳定在1.11.SEM结果显示,亚硝化污泥中球形细菌为优势菌群.FISH结果显示,AOB与NOB的相对比例分别为37.3%与4.4%.PCR-DGGE结果表明,反应器内存在6类优势微生物菌群,其中Nitrosomonas sp.为功能微生物AOB.由多种微生物组成的功能菌群维持反应器亚硝化稳定运行.

新型复合功能菌群的构建及其在近海养殖水体BOD微生物传感器中的应用

生化需氧量(BOD)是监测水体中可生物降解的有机物含量的一个重要参数,是目前最常用的水体有机污染综合评价指标之一。随着环境污染问题日益严重,建立和发展快速测定生化需氧量的体系尤其重要。适用于淡水的BOD测定仪已经成型,海水盐度高,BOD浓度低,测定仪样品传输及测量的精度和微生物传感器菌种的耐盐性给构建海水BOD自动测定体系带来困难。从三亚近海养殖水体污染严重的三亚海宝近海养殖专业合作社养殖场水样中分离得到3株能高效降解蛋白质、淀粉和油脂的菌株Bacillus HXY-10、As-pergillus sp.HXY-3和Methylobacterium sp.HXY-7,通过共培养构建能高效去除养殖水体中氨氮和亚硝酸盐氮的固定化复合功能菌群,采用夹膜法制作BOD生物传感器微生物膜。传感器响应电流与水样的BOD含量在2～60 mg/L之间呈线性关系,相关系数为0.992 3。对含有已知BOD含量的水样8次测量,RSD为3.34%,表明BOD传感器检测体系重现性良好,为该复合功能菌群进一步应用于近海养殖水体BOD传感器奠定基础。