活性污泥驯化的微生物生态学原理

活性污泥是一种复杂的、具有生物多样性的微生态系统。生物多样性是活性污泥驯化的基础, 驯化条件对微生物进行选择—— 适者生存增长, 不适者被抑制或淘汰。此外, 活性污泥微生物还能够通过表型适应和进化性适应主动地去适应驯化条件。活性污泥驯化的过程是微生物生态位在生态系统中重新分配和调整的过程, 符合生态学“选择与适应”的原理。依据这种原理, 原污泥、废水水质和处理工艺是影响活性污泥驯化的主要因素。     

活性污泥微生物群落宏组学研究进展

活性污泥是全球最常用的废水生物处理人工生态系统,微生物是驱动其污染净化能力的关键。活性污泥微生物群落所有物种与基因(简称"微生物组")的研究先后经历了"显微镜观察和纯菌培养分离"(1915)、"PCR扩增-测序"(1994)和"高通量测序-宏组学分析"(2006)三个重要阶段的发展变迁。相应地,我们对活性污泥微生物组的认知经历了从最早对微型动物(如钟虫和轮虫)及其他微生物的形貌观察和纯种培养鉴定到今天对整个微生物组的全局多样性认识的飞跃。近13年来,基于高通量测序的宏组学方法被广泛应用于揭示活性污泥微生物群落组成结构和功能,我们现在充分意识到活性污泥微生物组蕴藏着大量不可培养新物种和基因多样性,驱动着各类污染物的降解与转化。目前,特异性分子标记基因的扩增子测序技术已经被广泛应用于揭示城市和工业废水处理活性污泥微生物组和典型功能种群(如硝化细菌和聚磷菌)的时空多样性和群落构建机制,进而为未来实现活性污泥微生物组功能的精准调控奠定理论基础。宏基因组学研究在群落、种群和个体基因组水平全面解析了活性污泥微生物组驱动的碳、氮、磷元素循环过程,以及有机微污染物的生物降解和转化机理。将来活性污泥微生物组学研究需要在"标准化的组学分析方法和绝对定量""高通量培养组学""高通量功能基因组学"和"多组学方法的结合及多种方法并用"4个方面取得实现精准生态基因组学所需的技术突破,以最大限度发掘活性污泥微生物组在污水处理与资源回收领域的生态学与工程学价值。     

三种高盐苯胺废水对细菌群落结构的影响

采用PCR-DGGE技术分析了含有不同CODCr、盐、总磷、氨态氮、氯离子、苯胺浓度的3种高盐苯胺废水(1#、2#、3#)驯化的细菌群落结构变化,从分子水平阐明高盐苯胺废水对细菌群落结构的影响.结果表明,不同浓度高盐苯胺废水驯化过程中,2#废水随着浓度的升高,细菌群落多样性逐渐下降;1#废水驯化的细菌群落多样性指数以5%的废水最高,20%与40%的废水最低;3#废水驯化的细菌群落多样性指数以0%和5%的废水最高,20%的废水最低.不同废水对细菌群落多样性有不同的影响,表明适应和突变是驯化过程中细菌适应环境的一个重要作用力.3种不同高盐苯胺废水驯化的细菌群落多样性指数与CODCr、盐含量之间均存在显著负相关,但与氯离子和苯胺含量之间相关不显著.3种废水驯化的细菌的遗传多样性有较大差异,多态位点百分率、Shannon's信息指数和Nei's指数均以3#废水最高,1#废水次之,2#废水最低.但遗传多样性指标与CODCr、盐含量、氯离子和苯胺含量之间均相关不显著.可知细菌群落多样性的变化是由于废水中所含的污染物质的综合作用结果,而非单一的因素.3种废水的5种不同浓度驯化细菌之间的平均遗传距离分别为0.4724、0.4350和0.4902,其中3#废水驯化的细菌遗传变异最大.聚类分析表明,5种不同浓度高盐苯胺废水驯化细菌均可明显地分为两组.1#和2#废水均为0%、5%和10%废水驯化细菌聚成一组,而20%和40%废水驯化细菌聚成另一组; 3#废水为0%与5%废水驯化细菌聚成一组,而10%、20%和40%废水驯化细菌聚成另一组.不同的废水由于水质背景值不同,选择压力不同,导致细菌突变的阈值不同,使得诱导细菌变异程度不同,从而最终引起细菌群落结构的不同.驯化过程中微生物种群的变化使得整个微生物群落能够快速适应外部环境变化.     

活性污泥中菌群多样性及其功能调控研究进展

活性污泥是污水处理厂生物处理工艺的功能主体,活性污泥中菌群的种类、数量及活性是提高污水处理能力与效果的重要基础。本文综述了活性污泥处理工艺中的主要功能细菌(絮凝菌、脱氮菌、除磷菌等)生物群落的多样性与生态特征,并对目前主流的菌群鉴定方式进行总结,最后从运行条件、定向驯化及生物强化3个方面对菌群调控进行论述,以期为活性污泥法污水处理工艺提供一些理论指导。     

膜生物反应器中的生物学特征

由于在膜生物反应器内膜的截留作用 ,使膜生物反应器内的一些生物学特征与传统的活性污泥过程有所不同。本文系统地阐述了膜生物反应器内的微生物群落、活性污泥及微生物产物的生理生化特征。     

山地土壤微生物分布格局研究进展

土壤微生物在调控生物地球化学循环和维持生态系统功能方面起着重要作用。研究土壤微生物多样性分布格局具有重要生态学意义。本文概述了山地土壤微生物多样性分布格局的研究进展,讨论了土壤微生物多样性与影响因素的关系,并对以后的研究提出了展望。     

活性污泥合成聚羟基脂肪酸脂的研究进展

聚羟基脂肪酸( PHAs) 是许多原核微生物在不平衡生长条件下合成的细胞内能量和碳源储藏性物质,同时也是一种可完全生物降解的塑料,由于其良好的环境效应及机械性能而受到广泛关注.使用活性污泥合成PHA既能降低PHA的生产成本,又能充分利用活性污泥资源,减少对环境的污染.综述了活性污泥合成PHA的研究进展, 包括合成PHA的主要微生物、碳源及影响PHA积累的因素.     

土壤生态系统微生物多样性-稳定性关系的思考

自20世纪50年代以来,生物多样性与生态系统稳定性的关系一直是生态学中重点讨论的理论问题之一.在当今人类活动对自然生态系统产生重大影响的情况下,全面理解生态系统多样性与稳定性的关系,有助于我们更好地应对环境变化和生物多样性丧失等生态问题.在陆地生态系统中,关注重点多集中在地上植物生态系统;而对地下生态系统,尤其是对微生物多样性与系统稳定性关系的研究尚重视不够.事实上,土壤微生物作为生命元素循环的驱动者,主导和参与地下生态系统中一系列重要生态过程,对土壤能否正常有序地执行各项生态功能至关重要.对土壤微生物多样性的研究,能使我们明确土壤中微生物对各种环境条件(包括自然和人为因素)变化的响应机制,更好地维持土壤生态系统的稳定性及其生态服务功能.本文在介绍土壤微生物多样性概念、研究方法、地下生态系统稳定性的基础上,重点讨论了土壤微生物多样性对土壤生态系统稳定性的影响,对多样性-稳定性关系在土壤微生物生态学中的应用进行了较为深入和全面的思考.作者提出,土壤微生物系统是一个动态变化的自组织系统,通过遗传来维持其组成和结构的相对稳定性,通过变异而适应外界干扰,共同构成土壤微生物系统的抵抗力(resistance)和恢复力(resilience),维护土壤生态系统的稳定性.今后土壤微生物多样性-稳定性关系的研究,需要注重地上与地下生态系统的结合与统一,借鉴宏观生态学理论来构建微生物生态学的理论框架,建立微生物多样性-稳定性关系的机理模型,从定性描述向定量表征方向发展.     

驯化对生物阴极微生物燃料电池中阴极微生物群落多样性的影响

【背景】生物阴极微生物燃料电池因其构造成本低和阴极可持续性发展的优点而成为一种很有前途的废水处理系统,但阴极微生物的氧化还原性能限制了其在实际应用中的推广。【目的】为了提高生物阴极的性能,需要深入了解影响阴极氧化还原性能的微生物群落。【方法】利用16S rRNA基因高通量测序技术分析对比原始接种污泥样品和驯化后阴极电极上生物膜样品多样性及结构变化。【结果】测序结果表明,原始接种污泥样品与驯化后阴极电极生物膜样品中微生物群落种类和结构存在显著差异,驯化后阴极电极生物膜样品中变形菌门(Proteobacteria)、γ-变形菌纲(Gammaproteobacteria)和特吕珀菌属(Trueperaceae)相对丰度比例高于原始污泥样品,成为优势菌群。【结论】驯化对系统阴极电极生物膜群落影响显著,随着产电量的输出,优势菌群不断富集,最终形成一个适应该实验环境下的新的微生物群落。对优势菌群结构和变化进行探讨,为生物阴极的研究补充更多生物学方面的理论基础。     

分子生态网络揭示冶金微生物对能源底物的响应

通过分析不同铁硫比的能源底物驯化下冶金微生物群落的演替过程,基于分子生态网络揭示冶金微生物对能源底物的响应特征。对富铁少硫、富硫少铁条件下不同驯化批次的微生物样本进行高通量测序,分析物种组成,比较冶金微生物群落的α多样性和β多样性,并构建分子生态网络,探究驯化过程微生物之间的相互作用关系。鉴定关键物种,分析冶金微生物群落对能源底物的响应。研究发现在基于不同能源底物驯化过程中,富铁少硫群落的优势物种为嗜酸氧化亚铁硫杆菌Acidithiobacillus ferrooxidans和铁氧化嗜酸硫杆菌A. ferriphilus;而富硫少铁群落经过3个批次的驯化,氧化硫硫杆菌A. thiooxidans占比高达90%。α、β多样性分析结果表明,富硫少铁能源底物驯化过程使冶金微生物群落多样性降低,且随着驯化批次的增加群落组成发生显著变化。分子生态网络分析显示关键物种均为低丰度稀有物种,富硫少铁条件下菌种间具有更紧密的互作共生关系,群落更加稳定。通过该驯化实验,明确了不同能源底物对冶金微生物群落的影响。采用富硫少铁能源底物驯化冶金微生物,使冶金微生物群落更加稳定,有助于优势物种高效发挥铁、硫氧化功能,促进硫化矿物的氧化溶解,为生物冶金工业育种微生物群落的定向驯化提供理论基础。     

Recent advances in the study of Kaposi's sarcoma-associated herpesvirus replication and pathogenesis

It has now been over twenty years since a novel herpesviral genome was identified in Kaposi's sarcoma biopsies. Since then, the cumulative research effort by molecular biologists, virologists, clinicians, and epidemiologists alike has led to the extensive characterization of this tumor virus, Kaposi's sarcoma-associated herpesvirus(KSHV; also known as human herpesvirus 8(HHV-8)), and its associated diseases. Here we review the current knowledge of KSHV biology and pathogenesis, with a particular emphasis on new and exciting advances in the field of epigenetics. We also discuss the development and practicality of various cell culture and animal model systems to study KSHV replication and pathogenesis.     

The structure, reproduction and taxonomy of Vidalia and Osmundaria (Rhodophyta, Rhodomelaceae)

Comprises species occurring mostly in subtidal habitats in tropical, subtropical and warm-temperate areas of the world. An analysis of the type species, V. spiralis (Sonder) Lamouroux ex J. Agardh, a species from Australia, establishes basic characters for distinguishing species in the genus. These characters are (1) branching patterns of thalli, (2) flat blades that may be spiralled on their axis, (3) width of the blade, (4) primary or secondary derivation of sterile and fertile branchlets and (5) position of sterile and fertile branchlets on the thalli. Application of the latter two characters provides an important basic method for separation of species into three major groups. Osmundaria , a genus known only in southern Australia, was studied in relation to Vidalia , and its separation from the Vidalia assemblage is not accepted. Species of Vidalia therefore are transferred to the older genus name, Osmundaria. Two new species, Osmundaria papenfussii and Osmundaria oliveae are described from Natal. Confusion in the usage of the epithet, Vidalia fimbriala Brown ex Turner has been clarified, and Vidalia gregaria Falkenberg, described as an epiphyte on Osmundaria pro/ifera Lamouroux, is revealed to be young branches of the host, Osmundaria prolifera.     

New or rare chromosome counts in Artemisia L. (Asteraceae, Anthemideae) and related genera from Kazakhstan

Fifteen chromosome counts of six Artemisia taxa and one species of each of the genera Brachanthemum, Hippolytia, Kaschgaria, Lepidolopsis and Turaniphytum are reported from Kazakhstan. Three of them are new reports, two are not consistent with previous counts and the remainder are confirmations of very scarce (one to four) earlier records. All the populations studied have the same basic chromosome number, x = 9, with ploidy levels ranging from 2x to 6x. Some correlations between ploidy level, morphological characters and distribution are noted.     

肝癌中HBV和HCV基因和抗原的分布及意义

采用原位分子杂交方法检测HCV RNA及HBV X基因;采用免疫组织化学方法研究HCV核心抗原,非结构区C33c抗原及HBxAg在肝细胞肝癌中的定位及分布.结果表明(1)HCV RNA、HBV X基因在肝细胞肝癌组织检出率分别为40%(55/136)和82%(112/136).HCV RNA定位于癌细胞的胞浆内,阳性细胞呈散在、灶状及弥漫分布三种形式;HBV X基因在肝癌细胞中的分布呈胞浆型、核型及核浆型,阳性细胞也呈上述三种分布形式;(2)HCV C33c抗原、核心抗原在肝细胞肝癌中的阳性率为81%(133/164)及86%(141/164).C33c抗原定位于癌细胞及肝细胞的胞浆内;核心抗原既定位于癌细胞核中,又可定位于胞浆中.C33c抗原阳性细胞以灶状分布为主;而核心抗原阳性细     

Selection with two alleles and complete dominance

For a plant selection model with frequency-independent viabilities, fertilities and selfing rates, it is shown that apart from global fixation, for certain parameter combinations a protected polymorphism and facultative fixation (either allele may become fixed according to initial frequencies) may both occur. Facultative fixation requires different selling rates for the dominant and recessive type. Protection of the polymorphism requires resource allocation for male and female function. In this connection the problem of purely genetically caused population extinction is discussed.
For general frequency dependence and regular segregation, the chances for establishment of a completely recessive gene are compared to those of a completely dominant gene. It is proven that the process of establishment of the recessive gene, despite a fitness advantage, may be considerably endangered by drift effects if random mating prevails. The recessive gene may reach the same effectivity in establishment as a dominant gene, only if the recessive homozygote mates exclusively with its own type during the period of establishment.