活性污泥积累PHB (Poly-β-hydroxybutyrate)及其菌群多样性分析

【目的】通过调整活性污泥在驯化过程中碳、氮、磷比例以及供氧模式, 以提高其积累PHB的能力。应用PCR-DGGE定期对驯化期间菌群动态进行分析。【方法】以乙酸钠为碳源, 在SBR (Sequencing batch reactor) 内以厌氧/好氧 (A/O) 交替的驯化模式, 逐级提高碳源浓度, 限制氮源浓度, 人为创造营养不均衡条件来逐步提高活性污泥积累PHB的能力。【结果】当碳浓度逐步提高, COD升高至1 200 mg/L, COD/N/P为1 200/9.6/30时, 活性污泥中PHB积累量达到最大, 占细胞干重的64.2%。【结论】驯化过程中逐步提高COD负荷, 并增加COD/N的值有利于PHB积累, 利用苏丹黑和Albert法染色显示菌群内产PHB菌占很大比例, 透射电镜显示菌体胞内含有大量白色PHB颗粒。经DGGE菌群动态分析, 发现驯化过程中菌群种类出现较为明显的演替, 而在一个反应周期(6 h)内菌种数量也有一定改变。驯化获得的高产PHB的菌群中含Acinetobacter、Bacillus、Bacteroidetes、Chryseobacteria 及proteobacteria等5个属的微生物, 菌群多样性较为丰富。     

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。     

活性污泥微生物组：去除污浊，只留清淡

活性污泥法诞生一百多年来,在污水处理特别是城市污水处理中发挥了不可替代的作用。活性污泥微生物是去除污染物包括新型有机和无机污染物的关键角色,活性污泥微生物组为微生物分离培养、功能鉴定和生态互作等方面的研究带来新的活力。     

代表活性污泥中苯酚降解菌群的ERIC-PCR产物片段的多态性

对可能代表活性污泥中两个时期的主要苯酚降解菌群的：ERIC-PCR指纹图谱中的两条2．1kb的条带(P1和P8)中的DNA片段进行克隆、转化,得到193个转化子。．HinfⅠ物理图谱分析得到35种酶切类型,将两端各进行1次测序后,同源性大于90％的克隆归为一类,共得到10种序列类型。对各类型的代表克隆进行了全长测序,5种类型为P1条带所有,3种类型为P8所有,二者共享的类型为2种,丰度最高的片段为S3,P1条带中76．3％的转化子和P8条带中66．7％转化子属该类型。对所得序列进行检索分析,它们与GenBank中已知基因序列均无显著同源性。用S3特异性引物对活性污泥样品及其它在LB、dCGY、MP和FWM培养基上的回收菌进：行扩增,除LB上的回收菌没有显示目的条带外,活性污泥和其回收菌中均检测到带有该基因组片段的菌种的存在。研究为专一性分离降酚活性污泥中的优势菌提供了分子探针。     

污水处理活性污泥微生物群落多样性研究

为研究污水处理活性污泥微生物多样性,提取了活性污泥宏基因组DNA,并采用细菌通用引物27F和1492R扩增了上海污泥厂活性污泥细菌16S rDNA片段,构建了细菌16S rDNA克隆文库,并对该文库中的微生物群落进行了分析。共获得200条高质量序列并建立系统发育树,结果显示活性污泥主要的细菌类群为变形菌门(Proteobacteria)(91.9%)、厚壁菌门(Firmicures)(4.6%)、拟杆菌门(Bacteroidetes)(2%)、绿弯菌门(Chloroflexi)(0.5%)、硝化螺菌门(Nitrospirae)(1%)。其中,明显的优势菌群为Alcaligenes feacalis(55%)、Pseudomonas aeruginosa(12.8%)和Stenotrophomonas(12.8%),优势菌的产酶能力在活性污泥中显示生态修复功能菌的作用。     

活性污泥总DNA提取方法的研究

采用冻融＋玻璃珠、溶菌酶＋SDS和冻融＋玻璃珠＋溶菌酶＋SDS的方法提取活性污泥的微生物总DNA,并对以上三种方法进行比较,从中确定最佳的方法,以实现普通实验条件下成功提取符合PCR扩增要求的DNA。经紫外光度分析及电泳结果表明,冻融＋玻璃珠＋溶菌酶＋SDS方法所得的DNA的OD260/OD280为1．81,电泳结果显示,所提DNA片段分子量大于10kb,适于酶解和PCR扩增要求,为PCR技术应用于活性污泥的研究提供了一种简便、可靠的DNA提取方法。     

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。     

一种从活性污泥中提取微生物总DNA的方法

对活性污泥的微生物群落进行研究的首要前提是获得大量的高纯度微生物基因组DNA。本文建立了一种高效、简便的提取活性污泥总DNA方法。从提取的核酸总量、纯度、基因组完整性等多方面对所得到的DNA质量进行了评价,结果表明,本法从单位活性污泥中提取的DNA得率为105-823μg/g,结构完整,纯度很高,无需进一步的纯化,可直接进行微生物群落分析及构建文库等后续分子生物学操作。现在实验室使用的提取活性污泥中DNA的方法,纯度普遍都无法达到PCR反应和建立文库的要求,本文建立的活性污泥DNA提取方法则可以克服这一难题。     

可用于微生物群落分子生态学研究的活性污泥总DNA提取方法研究

活性污泥样品经液氮速冻、沸水浴融化、溶菌酶处理和 SDS裂解后 ,99%以上细胞裂解。所提取的 DNA经琼脂糖凝胶电泳检测和荧光法浓度测定 ,其片断大小在 2 0 kb左右 ,产量可达 1 .75 6± 0 .1 mg/g MLSS。样品 ABS2 6 0 nm/ABS2 80 nm的比值为 1 .96± 0 .2。以提取的总 DNA为模板 ,进行细菌核糖体小亚基 1 6Sr DNA基因 V3区和多组分苯酚羟化酶大亚基基因 (Lm PHs)的 PCR扩增 ,均获得成功 ,为活性污泥中微生物群落的分子生态学研究提供了一种简便、可靠的 DNA提取方法。     

微生物群落结构探针杂交评价不同培养基从活性污泥分离优势菌群的能力

用ERICPCR （Enterobacterial Repetitive Intergenic ConsensusPCR）、苯酚羟化酶大亚基基因(LmPHs)扩增和群落结构探针分子杂交检测技术对LB、dCGY、MP和FWM 4种培养基从焦化废水处理厂2个曝气池活性污泥中分离优势功能菌群的能力进行了比较研究。LmPHs扩增显示7种回收菌群中均有以多亚基苯酚羟化酶为代谢途径的苯酚降解菌存在。用代表苯酚降解高峰期活性污泥优势菌组成的总DNA的ERICPCR产物经地高辛标记作为群落结构的混合探针M1和M8,对8种回收菌群的ERICPCR指纹图谱进行杂交检测,不同培养基回收优势菌的能力不同,以废水为基础的FWM培养基从活性污泥中回收到的优势菌种群最多(30.8%～42.9%)。本文建立了用微生物群落结构探针杂交技术对不同培养基回收分离优势菌能力进行评价的方法。     

微生物生态学研究方法进展

微生物培养及显微技术作为鉴定微生物种群的手段有很大的局限性,因为环境中大多数微生物处于“存活但不能培养”的状态。因此．不依赖于微生物培养的生物化学以及分子生物学方法正被广泛地用于微生物生态学研究。主要介绍了荧光技术。基于PCR的分析技术和PLFA等技术在表征微生物多样性研究中的某些进展。     

内蒙古典型草原细菌群落结构的PCR-DGGE检测

用液氮冻融法和蛋白珠法对内蒙古典型草原土壤基因组DNA进行提取,用PCR—DGGE对细菌群落结构进行分析,并对主要的条带进行测序。发现蛋白珠法比液氮冻融法更能反应出实际的微生物群落结构和组成。内蒙古典型草原土壤细菌主要有5个分支：放线菌门（Actinobacteria）,变形菌门（Proteobacteria）的α、β及γ类群,拟杆纲门（Bacteriodetes）,芽单胞菌门（Gemmatimonadetes）和酸杆菌门（Acidobacteria）。与基因库中进行比较后发现有4个序列和已知的细菌种类相似达到了99％以上。     

新疆泥火山细菌群落PCR-SSCP 分析

采用单链构象多态性(SSCP)技术, 以16S rDNA 基因的V3 区为靶对象, 分析泥火山细菌多样性及其群落结构。通过对泥火山不同月份的不同深度土样DNA 提取后, 针对16S rDNA 进行PCR 扩增出236 bp 大小片段, 通过SSCP 电泳对泥火山细菌进行季节性多样性分析, 并对主要条带进行克隆分析。结果显示: 新疆泥火山细菌不同季节多态性明显, 而且这种多态性容易受生态和气候的影响; 假单胞菌属是泥火山土壤优势菌群, 在泥火山区土壤中广泛分布, 受生态和气候环境影响较小。     

一株菲降解细菌的分离鉴定及其特性

通过选择性富集培养,从沈抚灌区石油污染土壤中分离到1株菲降解细菌.试验证明该菌株能以菲为唯一碳源和能源生长.经形态学、生理生化鉴定和16S rRNA基因序列比对分析,确定该菌株属于不动杆菌属,命名为Acinetobacter sp. L2. 系统发育进化分析发现,L2菌株与Acinetobacter sp. DG880［AY258108］亲源关系最近.L2菌株培养7 d后对菲的降解率达96.3%.邻苯二酚2,3-双加氧酶活力测定表明,L2菌株可能含有菲降解基因.     

PCR-DGGE detection of the bacterial community structure in the Inner Mongolia steppe with two different DNA extraction methods

Compared with conventional methods, molecular biological technique, such as PCR-DGGE (denaturing gradient gel electrophoresis), is informative in examining the structure of the soil bacterial community through the extraction of microbial DNA from soil and generation of bacterial community profiles by PCR amplification of 16S rRNA genes. Extraction efficiency of soil microbial DNA is the most important step in these methods. At present, the frozen-thawing method and bead-beating method are most widely used in genomic extraction. Nevertheless, comparison of these two methods has not been conducted in different soil types, especially in humus-rich soil. In this study, extraction efficiencies of the two methods were compared in humus-rich steppe soil in Inner Mongolia based on the PCR-DGGE analysis of bacterial community structure. The results indicated that the bead-beating method is better than the frozen-thawing method in genomic DNA extraction efficiency. In addition, 21 bands in the DGGE pattern with the bead-beating method were further selected, cloned and sequenced. Based on similarity matching, all the sequences formed five major clusters: Actinobacteria; α-, β-, γ-, Proteobacteria ; Bacteriodetes ; Gemmatimonadetes and Acidobacteria . Of the 21 clones obtained from DGGE patterns, YC4 showed 99.7% similarity to Pseudomonas sp. (DQ339153); YC5, YC18 and YC19 showed 99.9 % similarity to Gram-positive bacterium (AB008510), Virgisporangium ochraceum (AB006162) and Micromonospora chalcea (X92613), respectively.     

德兴铜矿酸性矿坑水水样与底泥中微生物群落多样性及其群落结构变化

江西铜业集团德兴铜矿是中国最大的露天开采铜矿,已有1000多年的开采历史,因此它为极端环境下微生物群落结构研究提供了一个优良素材。应用16S rRNA基因的PER克隆技术检测了来源于该铜矿3个不同样地的水样与底泥中的微生物多样性。通过RFLP分析获得40个OTUs,测序和系统发育分析表明它们属于7个不同的系统发育分区,即Acidobacteria,Actinobacteria,Nitrospira,α-Proteobacteria和γ-Proteobacteria,Firmicutes,δ-Proteobacteria。这些克隆中的大部分属于γ-Proteobacteria,α-Proteobacteria和Nitrospira。进一步的分析结果表明在各样点水样中的嗜酸氧化亚铁硫杆菌（Acidithiobacillus ferrooxidans）所占比例大于其在底泥中的比例,而底泥的嗜酸菌属（Acidiphilium）所占比例明显高于水样,这可能与底泥的缺氧环境和Acidiphilium菌能够将三价铁还原成二价铁的特性有关。     

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。     

Investigation of bacterial community diversity in water of Zoige Alpine Wetland

Spatial isolation is currently thought to represent one of the major factors resulting in bacteria genetic variation and population abundance. The bacterial diversity in a distinct environment Zoige Alpine Wetland located in the northeast of the Qinghai-Tibetan Plateau with the altitude 3400 m on average aroused our great attention. This area belongs to Qinghai-Tibetan cold climate zone with the mean annual temperature about 1 °C. Although several studies on bacterial diversity in Qinghai-Tibetan Plateau had been reported, there is no report on wetland water in this area. In this work, six water samples were collected and the water qualities including COD_Cr, NH₄⁺-N, NO₃^--N, NO₂^--N, TN, TP, TOC were investigated, of which results indicated that more than 80% samples sorted as II–V class of surface water sources according to the National Water Quality Standard of China (GB3838-2002). Comparison of bacterial communities among the six samples was analyzed by DGGE of PCR-amplified 16S rDNA with universal bacterial primer sets. The profiles demonstrated that samples from the Flower Lake had more DNA bands than the Conservatory Station inferring higher diversity. In addition, the samples from the same environment shared similar compositions of bacterial communities. Bacterial community composition and predominant bacteria were analyzed by 16S rDNA clone library. The dominant group was Proteobacteria (51.6% of the total clones, which contained 24.2% alpha proteobacteria, 14.5% beta proteobacteria and 12.9% gamma proteobacteria). And the Bacteroidetes added to 17.7%, Verrucomicrobia to 4.8%. More than 24.2% of the total clones showed high similarity to uncultured bacteria. The above work provides some information on bacterial diversity for special site of spatial isolation.