脱氮硫杆菌特异引物/探针的设计和评价

自脱氮硫杆菌(Thiobacillus denitrificans)16S rRNA基因V3可变区中发现一条27 bp的特异序列, 以该序列为反向引物, 对高效同步脱硫反硝化系统污泥DNA进行了温度梯度PCR扩增和基因文库构建, 结果证实了该引物的高度专一性。应用该探针在去离子甲酰胺和NaCl的浓度分别为35%和100 mmol/L, 杂交/洗脱温度为48°C条件下对污泥样品杂交得到较好的阳性结果, 软件分析表明脱氮硫杆菌在污泥中约占15%。脱氮硫杆菌专一性引物/探针的提出, 将为不同生态环境中该种微生物的时空分布、结构动态以及实时定量等研究提供分子生物学工具。     

黄海北部不同站位海洋细菌群落分布特征

[目的]为揭示北黄海不同海域中真细菌群落分布的差异,[方法]采用16s rRNA基因文库和变性梯度凝胶电泳(DGGE)技术,对远海和近海两个站位的沉积物和水体中细菌群落特征进行了解析和评价.[结果]文库分析揭示海水及沉积物中微生物种类丰富,存在大量未被认知的类群.各站位中主要为变形菌门(Proteobacteria),沉积物中γ-Proteobacteria和δ-Proteobacteria亚门占优势,水中则以α-Proteobacteria亚门占优势,但各亚门微生物在两个站位中存在明显系统发育学分歧.DGGE图谱聚类分析显示,近海沉积物和海水中细菌群落优势类群相似性很高,而远海沉积物和海水中则相似性很低.[结论]研究结果表明,微生物种类在不同地理位置和生存介质中存在明显差异,环境因素对微生物的分布起主导作用.     

好氧-厌氧混合污泥启动微生物燃料电池产电性能及微生物群落动态特征

【目的】为探讨好氧-厌氧混合污泥启动微生物燃料电池(Microbial fuel cell,MFC)产电性能以及MFC对微生物群落的选择作用,【方法】以乳酸为底物,应用不依赖于培养的微生物分子生物学技术解析单室MFC启动过程中微生物群落的组成和结构动态学特征。【结果】结果表明,MFC经过3个周期启动成功,最高输出电压230 m V。当MFC外电阻为1656Ω时,最大功率密度11.15 W/m3,电池运行稳定。混合污泥启动MFC以后,阳极生物膜微生物群落结构同种泥差异较大,且多样性降低。生物膜中微生物类群按丰度依次为β-变形菌纲(Betaproteobacteria)24.90%、拟杆菌门(Bacteroidetes)21.30%、厚壁菌门(Firmicutes)9.70%、γ-变形菌纲(Gammaproteobacteria)8.50%、δ-变形菌纲(Deltaproteobacteria)7.90%、绿弯菌门(Chloroflexi)4.20%以及α-变形菌纲(Alphaproteobacteria)3.60%。有利于生物膜形成与稳定的动胶菌属(Zoogloea)和不动杆菌属(Acinetobacter)序列丰度分别占生物膜群落的5.00%和3.90%,与MFC产电能力直接相关的地杆菌属(Geobacter)序列由混合污泥中的0.60%上升至阳极生物膜中的2.60%。【结论】本研究表明,MFC阳极生物膜在驯化过程中对污泥中的微生物进行淘汰和选择,最终驯化形成了有利于生物膜形成与稳定、有机物厌氧发酵与产电的微生物菌群。     

包埋法固定化对硫氧化微生物菌群结构和功能的影响

【目的】为探讨包埋法固定化过程对硫氧化菌群硫化物去除能力及菌群微生物群落结构的影响,【方法】以聚乙烯醇-海藻酸钠-活性炭为载体,对硫氧化菌群进行了固定化,并采用富含硫化物的无机盐培养基,对比固定化与非固定化硫氧化菌群对硫化物的氧化去除能力。同时,利用PCR-DGGE技术,探讨硫氧化菌群在固定化前后以及在硫化物氧化去除过程中微生物群落结构变化。【结果】在对硫氧化菌群进行固定化之后,12 h之内对硫化物的最大去除能力从1000 mg/L下降为600 mg/L。硫氧化菌群的微生物群落结构发生了明显变化,但菌群中的硫氧化菌Catenococcus thiocycli未受影响,硫氧化菌Thioclava pacifica在菌群中的地位反而得到了强化。【结论】受制于底物在载体材料中的扩散迁移效率,硫氧化菌群对硫化物的氧化去除能力在固定化之后有所下降。由于不同微生物对固定化形成的微环境的适应能力以及对载体附着能力的不同,固定化对硫氧化菌群的微生物群落结构产生较大影响。     

SSCP技术分析活性污泥微生物群落结构的条件优化及检验

单链构象多态性(SSCP)技术是一种分析环境微生物遗传多态性的有效方法,具有快速、简便、灵敏等特点.但是,该技术用于分析复杂环境微生物群落结构时需要有针对性地优化操作条件.本研究针对聚丙烯酰胺凝胶电泳(PAGE)胶浓度、上样缓冲液中去离子甲酰胺浓度、电泳温度,电泳时间等确定了PCR-SSCP技术的优化条件,并以自养脱硫反硝化反应器启动期的活性污泥样品对此优化条件进行了检验,证明了16S rDNA V1～V3区为靶对象时,丙烯酰胺与甲叉的质量比49:1,质量分数12%的聚丙烯酰胺凝胶,上样缓冲液中去离子甲酰胺的体积分数1/3,在4℃,300 V,电泳18 h是最优的操作条件,可以获较理想的SSCP图谱.     

微生物燃料电池利用乳酸产电性能与微生物群落分布特征

【目的】为探讨以乳酸为基质的微生物燃料电池(Microbial fuel cell,MFC)产电性能以及微生物群落在阳极膜、悬浮液、阳极沉淀污泥中的分布特征,【方法】试验建立了双室MFC,以乳酸为阳极主要碳源,研究了反应器的启动过程及产电效能,同时以电镜和PCR-变性梯度凝胶电泳(Denaturing gradient gelelectrophoresis,DGGE)技术解析了微生物群落的空间分布特征。【结果】结果表明,反应器启动第7天时外电压达到0.56 V,当外阻为80Ω时,电流密度为415 mA/m2,MFC的功率密度达到最大值82 mW/m2。电镜观察发现大量杆菌附着在阳极表面,结合较为紧密;DGGE图谱显示阳极膜表面微生物与种泥最为相似,与阳极悬浮液、底部沉淀污泥中的主要菌群一致,条带序列与睾丸酮丛毛单胞菌(Comamonas testosteroni)和布氏弓形菌(Arcobacter butzleri)等最为相似。【结论】本研究表明以乳酸为基质MFC可产生较高的功率密度,阳极附着的优势菌与接种污泥来源密切相关。     

海水养殖生境中柠檬酸杆菌降解半胱氨酸产生硫化物的机制研究

【目的】含硫氨基酸的生物降解是造成海水养殖环境中毒性硫化物上升的重要因素,而微生物降解含硫氨基酸的机制和影响因素解析是控制该系统中硫化物浓度的关键环节。【方法】本研究利用稀释涂布-叠皿夹法自本实验室海水养殖环境的沉积物中分离得到一株产生硫化物的厌氧菌株,并通过代谢组学研究其以半胱氨酸为底物产生硫化物的机制和途径。【结果】经鉴定,该菌株为弗氏柠檬酸杆菌(Citrobacterfreundii),能够在厌氧条件下还原硫酸盐,能够降解半胱氨酸产生硫化物,投加L-半胱氨酸可提高其还原硫酸盐的能力。该菌株以1g/L半胱氨酸为底物,在35℃、盐度为10、pH 8.0的条件下,硫化物的最高积累量可达302.4 mg/L。对菌株中硫化物产生具有重要贡献的半胱氨酸脱巯基酶研究表明,该酶最适温度为35℃,在pH6.0–8.0有较高的活性,能够快速降解半胱氨酸产生硫化物。结合代谢组学研究发现,该菌株中含有的3-巯基丙酮酸硫酸转移酶、胱硫醚-γ-裂解酶、半胱氨酸脱巯基酶催化半胱氨酸降解是产生硫化氢的主要途径;亚硫酸盐还原酶还原硫酸盐、亚硫酸盐是其产生硫化氢的次要途径。【结论】通过揭示柠檬酸杆菌降解半胱氨酸产生...     

微生物燃料电池阳极微生物群落对乳酸-丙酸-乳酸底物转换的响应特征

摘要:【目的】为探讨底物波动对微生物燃料电池(MFC)产电效能和阳极微生物群落的影响,【方法】依次以乳酸-丙酸-乳酸为底物,应用不依赖于培养的微生物分子生态学技术,解析单室MFC 启动及底物替换过程中阳极微生物群落的动态学响应特征。【结果】底物的更换过程降低了MFC的产电效能,当改变为新底物后,MFC需要较长的产电恢复期。同时,底物的转换改变了阳极微生物群落结构,Anaeromusa spp.、Pseudomonas spp．以及Thiobacillus thioparus对乳酸底物具有很好的响应,随着乳酸底物的投加而富集;丙酸底物对Dechloromonas spp.和Comamonas testosteroni等类群表现出较强的选择作用;而产电微生物Geobacter spp.由于利用乳酸、丙酸的共同代谢产物乙酸为底物而被逐渐富集,是多种底物替换过程的重叠种群。【结论】本研究表明,MFC的阳极微生物群落组成与投加的底物有较强的对应性,为了减缓底物波动对MFC产电过程的影响,应尽量采用混合有机底物,以提供宽泛的营养生态位,提高种群的功能重叠性。     

有机污染物对水体真细菌群落结构的影响

为了揭示有机污染物对环境真细菌组成和多样性的影响,应用末端限制性片段长度多态性(tRFLP)和16S rDNA文库技术并结合水质分析方法,比较分析了松花江流域内受不同程度有机污染的4个水体及其沉积物中真细菌的群落结构。tRFLP分析表明各水体及底泥均呈现较为复杂的群落结构模式,不同底泥群落形成的末端限制性片段(TRF)图谱具有很高的相似性,但随着污染程度的加强,部分类群明显富集,而且在水样组和泥样组内,群落结构的相似性同水质相似性是一致的,主成分分析(PCA)显示水样和泥样中的真细菌TRF形成不同的群。16SrDNA文库分析表明松花江哈尔滨段底泥中真细菌分布于10个门,Proteobacteria门占优势,达群落总数的21.92%(β-Proteobacteria亚门占10.96%),而有机染污物严重超标的生活污水排污道底泥中的微生物多样性较低,分布于7个门,Proteobacteria门为优势群,占群落的47.37%(α-Proteobacteria亚门占21.05%,δ/ε-Proteobacteria亚门占15.79%)。该研究表明向水体中长期排放高浓度有机物能使系统中微生物群落多样性降低,与污染物降解相关的功能微生物类群明显富集。     

分离于河口区芦苇湿地1株好氧反硝化菌的鉴定及其反硝化特性

【目的】筛选高效脱氮且N_2O释放量少的好氧反硝化细菌,并对菌株的反硝化特性进行研究,可为河口湿地富营养化水体的生物修复提供技术支撑。【方法】经BTB培养基初筛和反硝化能力测定,从辽河河口区芦苇湿地土壤中分离得到1株具有较高反硝化能力的好氧反硝化菌C3。经形态观察、生理生化鉴定和16S rRNA序列分析,对菌株进行鉴定。研究温度、碳源、pH及C/N对其生长量、反硝化能力及N2O释放的影响。【结果】筛选得到的高效好氧反硝化细菌C3,经鉴定属于假单胞菌属(Pseudomonas sp.)。反硝化特性研究结果表明,该菌最适碳源为柠檬酸三钠,在温度为30°C、pH为7.0、C/N为10时生长速率和脱氮效率最高且N_2O释放量较少。在此条件下,该菌在36 h内使NO_3~–由179.55 mg/L降至5.08 mg/L,脱氮率高达97.17%。该菌株在整个反硝化过程中中间产物N_2O的最大累积量较低,为0.22 mg/L。【结论】从湿地土壤中分离所得好氧反硝化菌C3为假单胞菌属的1个种(Pseudomonas sp.),该菌株在高效除氮和低N_2O累积方面均具有明显优势,对后续河口湿地富营养化水体治理具有重要意义。