生物电化学耦合厌氧氨氧化强化脱氮及其微生物群落特征

为探究生物电化学强化厌氧氨氧化(anaerobic ammonia oxidation,anammox)脱氮作用过程,采用双室微生物电解池(microbial electrolysis cell,MEC)富集电活性微生物,构建耦合厌氧氨氧化阴极的生物电化学系统。具体地,在外加0.2 V电压条件下改变不同总氮进水浓度于30°C进行暗培养批次实验研究,结合循环伏安法、电化学阻抗谱、高通量测序方法等多种表征手段研究了强化脱氮机理。结果表明,在初始总氮浓度分别为200、300和400 mg/L时对应获得了96.9%±0.3%、97.3%±0.4%和99.0%±0.3%的总氮去除率,且阴极电极生物膜表现出良好的电化学活性。高通量测序结果表明外加电压富集了除厌氧氨氧化菌以外的其他脱氮功能菌群:反硝化菌(Denitratisoma)、Limnobacter和氨氧化菌SM1A02和Anaerolineaceae、亚硝化菌(Nitrosomonas europaea)和硝化螺菌属(Nitrospira)等,这些具有电化学活性的微生物构成了体系的氨氧化胞外产电菌(ammonium oxidizing exoelectrogens,AOE)和反硝化电养菌(denitrifying electrotrophs,DNE),它们连同厌氧氨氧化菌Candidatus Brocadia构成了系统的脱氮微生物群落结构。AOE和DNE的种间直接电子传递作用协同厌氧氨氧化是强化系统总氮去除的关键原因。     

石油集输系统中微生物群落结构研究

采用16SrRNA基因克隆一变性梯度凝胶电泳分析方法研究了石油集输系统原油和油田产水中的微生物群落结构。变性梯度凝胶电泳图谱显示：油田产水中微生物群落远比原油中的菌群丰富。所有的油田水样和原油样本中都存在与Ochrobactrum sp．和Stenotrophomonas sp．相关的细菌;原油样本中检测出与Burkholderia sp．、Brevundimonas sp．和Propionibacterium sp．相关的细菌,而这些细菌在油田水样中未检出;在油田水样中检出与Hippea sp．、Acidovorax sp．、Arcobacter sp．、Pseudomonas sp．、Thiomicrospira sp．、Brevibacterium sp．、Tissierella sp．和Peptostreptococcus sp．相关的细菌,而这些细菌在原油样本中未检出。用古细菌特异性引物进行检测发现在油田水样中存在与Methanomicrobials和Methanosarcinales相关的产甲烷菌,而这些细菌在原油样本中未检出。在石油集输过程中,油田水样和原油中微生物群落的相似性分别为83．3％和88．2％,说明微生物群落结构较为稳定。     

中高温污泥厌氧消化系统中微生物群落比较

【目的】结合中温与高温消化两者优势的两相厌氧消化工艺可能是推进污泥厌氧消化发展的重要方向,因此,探究和比较中温和高温污泥厌氧消化系统中微生物群落组成的异同具有重要意义。【方法】利用高通量测序技术检测中温和高温厌氧消化系统中细菌与古菌的16S r RNA基因序列信息和真菌的内转录间隔(ITS)序列信息,利用基因芯片(Geo Chip 5.0)检测病毒和病原菌致病基因的信息,以对比中温和高温条件下微生物群落在物种组成和功能基因层面上的异同。【结果】中温和高温条件下细菌和古菌在群落物种组成上存在显著差异,病毒和病原菌毒性基因也显著不同,而两种系统中真菌群落的物种组成相似且丰度相对较低。中温条件下产甲烷古菌和未分类微生物相对丰度较高,而高温条件下产酸及嗜热菌相对丰度较高,且高温消化后病毒和病原菌毒性基因相对丰度下降。微生物群落结构与COD、TS和VS有着显著相关性。【结论】微生物群落组成和功能基因在中高温的污泥厌氧消化系统中显著不同,从而解释了两个系统功能的差异。微生物群落的形成与进水参数相关,说明微生物对进水条件敏感。     

脱氮微生物及脱氮工艺研究进展

脱氮是大部分污水处理系统中不可缺少的一环。由于具有经济高效、工艺简单和无二次污染等显著优势,生物脱氮工艺在最近数十年中备受关注。根据脱氮微生物的生理特性和脱氮机制不同,文中分类综述了近年来生物脱氮工艺的研究进展,重点对比分析了硝化菌、反硝化菌和厌氧氨氧化菌以及以这些菌为基础的不同生物脱氮工艺的优缺点,为复杂污水环境的脱氮工艺选择提供参考。基于微生物脱氮机制,通过合成生物学技术开发高效脱氮菌株,结合不同工艺优点并应用自动化模拟最佳条件,从而建立经济高效的脱氮工艺将是未来发展的重要方向。     

氮添加土壤微生物群落结构影响微生物碳利用效率

尽管近年来中国氮(N)沉降水平逐渐趋于稳定,但中国东南地区N沉降相比于其他地区仍处于较高水平。N沉降对陆地生态系统碳循环过程的影响不容忽视。微生物碳利用效率(CUE)是指微生物将吸收的碳转化为生物量碳的效率,高微生物CUE意味着高土壤有机碳存储潜力。因此,探究N沉降背景下微生物CUE的变化将有助于进一步认识陆地生态系统土壤碳存储的变化。然而,目前关于N沉降下微生物群落结构的变化如何影响微生物CUE鲜有报道。在福建省泉州市戴云山国家级自然保护区的罗浮栲林通过N添加模拟N沉降。实验共包括三个N添加处理：对照(CT,+0 kg hm^-2 a^-1)、低氮(LN,+40 kg hm^-2 a^-1)和高氮(HN,+80 kg hm^-2 a^-1)。测定不同处理土壤基本理化性质、微生物生物量、酶活性和CUE,并使用高通量测序对微生物群落结构和多样性进行测定。结果表明,N添加显著影响微生物CUE,随着N添加水平的增加,CUE逐渐增加;相反,土壤pH、可提取有机碳(EOC)和微...     

微生物脱氮研究进展

氮是蛋白质的基本组成元素,因此氮素循环是维持生物圈的重要条件．脱氮早在一百多年前即已被人们所认识,它是化合态氮转变成游离态氮从而构成氮素循环的主要途径,故被认为是生物学氮循环中的关键过程之一．脱氮作用日益受到重视的主要原因有：1．脱氮引起土壤肥力丧失;2．脱氮作用产生的一氧化氮和一氧化二氮与大气中的二氧化碳、甲烷等一起成为对臭氧层破坏和全球变暖有重要影响的因子之一;3．脱氮在废水处理中起着重要作用．微生物脱氮既可去除过量的硝酸根,又刺激BOD的去除,因此,它对河流海域日益严重的富营养化的治理有着重要…     

珠三角养殖水体中参与氮循环的微生物群落结构

【目的】为了研究珠三角地区养殖水体中各种含氮化合物循环转化的特征及其相关功能微生物的群落结构。【方法】构建人工模拟养殖系统,采用15N-稳定性同位素探测技术(stable isotope probing,15N-SIP)标记参与氮素迁移的微生物,通过氯化铯-溴化乙锭密度梯度超高速离心法分离15N标记的DNA,并以此构建含15N-DNA的细菌和古菌16S rRNA基因克隆文库。【结果】15N标记的基因组DNA经过超高速密度梯度离心后成功与14N-DNA分离;对克隆文库序列的分析表明:细菌文库得到的19个可操作分类单元(Operational TaxaUnits,OTUs)分别归为变形菌门(Proteobacteria)和浮霉菌门(Planctomycetes)。变形菌门为绝对优势类群,占整个细菌克隆文库的99.2%,其中优势菌群为丛毛胞菌属(Comamonas)(15.7%)、亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)(12.4%)、肠杆菌科(Enterobacteriaceae)(11.5%)和硝化杆菌属(Nitrobacter)(11.5%);古菌文库得到的9个OTUs归为奇古菌门(Thaumarchaeota)、泉古菌门(Crenarchaeota)和广古菌门(Euryarchaeota)。【结论】将15N-SIP技术应用于珠三角养殖水体氮素循环微生物群落结构的研究中,得到了丰富的氮素循环微生物群落的组成,这些信息为进一步分离纯化氮素降解微生物提供了重要的参考,为营造健康的水产养殖环境提供科学依据。     

厌氧颗粒污泥微生物群落结构与功能的研究进展

厌氧颗粒污泥(anaerobicgranularsludge,AnGS)是由多种功能微生物组成的自固定化聚集体,具有容积负荷高、工艺简单、剩余污泥产量低等优点,在废水处理领域中显示出巨大的技术和经济潜力,被认为是一种很有前景的低碳废水处理工艺。本文系统总结了近年来厌氧颗粒污泥微生物结构和功能的研究成果,从微生物学角度讨论了厌氧颗粒污泥形成及稳定的影响因素,并对今后厌氧颗粒污泥的研究进行了展望,以期为后续厌氧颗粒污泥技术的深入研究和实际工程应用提供参考。     

烟气脱硝尾液厌氧氨氧化处理中微生物群落结构分析

采用厌氧序批式反应器处理火电厂烟气脱硝尾液并研究厌氧氨氧化微生物群落结构。通过扫描电镜观察发现,优势菌群为椭圆形的球菌且具有下凹的火山口状,直径约为0.7μm。通过污泥总DNA提取、PCR扩增、阳性克隆验证和测序等分子生物学手段得到反应器内菌群16S r RNA基因序列,建立系统发育树和克隆文库。结果表明,在细菌通用引物27F-1 492R PCR扩增的体系中,得到85个克隆子,分为21个OTU,各菌群所占的比例为:变形菌门Proteobacteria:61.18%;酸杆菌门Acidobacteria:17.65%;绿菌门Chlorobi:8.24%;绿弯菌门Chlorofexi:5.88%;芽单胞菌门Gemmatimonadetes:3.53%;硝化螺旋菌门Nitrospirae:2.35%;浮酶状菌门Planctomycetes:1.18%。而在厌氧氨氧化菌特异引物pla46rc-630r;AMX368-AMX820 PCR扩增的体系中有45个克隆子,分为3个OTU,其中Candidatus brocadia sp.占有95.6%,未知菌种4.4%。     

燃料油的微生物脱氮

燃料油中含有一些有机氮化物,其含量虽不如硫化物多,但足以影响油品的颜色和抗氧化安定性,也能在催化裂化等原油精制过程中造成催化剂中毒,缩短催化剂的使用寿命。同时,有机氮化物具致癌、致突变性,在燃料油燃烧过程中转变为氮氧化物,形成酸雨污染环境。传统的加氢脱氮操作复杂,成本高,因此人们日益重视微生物脱氮。综述微生物脱除燃料油中芳香氮化合物的机理、调控及咔唑降解基因的分子遗传学研究进展,并对未来的研究方向提出了作者的见解。     

单级自养脱氮系统中厌氧氨氧化菌的分子生物学鉴定

对具有厌氧氨氧化作用的细菌进行更深入的分析有助于了解该菌在生物脱氮过程的应用。对稳定运行、氨氮转化率及总氮去除率分别达到90%及80%左右的单级自养脱氮系统的底部取活性污泥,采用分子生物学方法提取活性污泥细菌总DNA,利用特异引物Pla46rc/Amx820对单级自养脱氮系统中的厌氧氨氧化菌16S rDNA基因进行PCR扩增。扩增产物经克隆、测序及BLAST分析,结果表明该单级自养脱氮系统中存在的厌氧氨氧化菌与Candidatus Kueneniastuttgartiensis和Candidatus Brocadia anammoxidans的16S rDNA序列同源性达99%,进化分析证明与Candidatus Kuenenia stuttgartiensis进化上较为接近。     

固相反硝化系统中微生物群落结构的研究进展

固相反硝化是一种新型的异养反硝化工艺,采用固体有机物同时作为反硝化微生物的碳源和生物膜载体,可用于地下水和低C/N比污水的脱氮处理。固相反硝化系统生物膜的微生物群落结构决定固体碳源的降解效率,进而决定反硝化脱氮的速率和系统的稳定运行。因此,微生物群落结构的研究对于固相反硝化工艺的优化以及反应机理的解析具有重要意义。对不同固相反硝化系统微生物群落结构的研究现状和进展进行了综述,并探讨了当前研究中存在的问题和发展趋势。     

新型脱氮微生物与水体脱氮新工艺研究进展

氨氮是河流等淡水资源有机污染的主要污染指标之一。生物脱氮具有低成本、高效、无二次污染和易操作等优点,极具发展前景。重点概述了水体净化系统中新型脱氮微生物的种类及研究进展,介绍了厌氧氨氧化、短程硝化-反硝化和分段进水生物脱氮等高效节能新工艺的工艺原理。     

生物膜型污水脱氮系统中膜结构及微生物生态研究进展

生物膜法污水脱氮系统主要利用生物膜中脱氮功能微生物的代谢活动去除氮素,从而达到净化水质的目的,研究脱氮生物膜的微观结构和微生物生态是揭示生物膜脱氮机理从而提高脱氮效率的重要途径.本文综述了生物膜型污水脱氮系统类型、生物膜微观结构特征及其影响因素、生物膜型污水脱氮系统内氮素传质过程、脱氮机理和生物膜数学模型等方面的研究进展.另外,本文介绍了生物膜型污水脱氮系统内生物膜脱氮功能微生物分布特征,不同生物膜脱氮系统、底物、运行条件和时间对功能微生物群落影响,及新型脱氮功能微生物等方面的研究进展,为生物膜脱氮技术的深入研究提供参考.     

微生物群落结构和多样性研究

当前,由于基因组研究技术的发展,微生物学作为生命科学的一门经典学科面临着学科大发展的历史机遇.权威的美国<科学>杂志在2005年年底的1期杂志中预测,微生物学将是2006年有可能取得重要进展的科学领域之一.该杂志表示,随着从诸如土壤、人肠道黏膜这样的复杂样品中提取DNA方法的优化,微生物的难以置信的多样性正在逐渐被人们所认识.2006年,将有大量的有关论文发表,内容将涉及微生物群落进化和分子机制、各种有益或致病性的微生物与其宿主间的关系、微生物种间横向基因转移的细节,甚至有可能形成1个统一的微生物进化树,并对真核细胞产生的过程有更加清晰的认识[链接1].事实上,2006年新年伊始,就有一批有关论文在权威杂志发表.     

微生物群落的结构

<正>据2015年5月28日《Nature》报道,了解多物种群落的稳定性在面对通过抗生素生产所发生的负相互作用时是怎样维持的,是微生物生态学中的一个关键目标。大多数关于抗生素相互作用的生态模型都假设物种之间是配对关系,这种关系导致"石头剪刀布"式的循环和空间分离。但这种情况并未在现场观测中反映出来(观测中群落     

双阳极室甲烷微生物燃料电池同步脱氮除硫性能及微生物群落分析

【背景】甲烷厌氧氧化(anaerobic oxidation of methane, AOM)包含反硝化型甲烷厌氧氧化和硫酸盐还原型甲烷厌氧氧化。目前,人们向水体中排放过量的含氮及含硫污染物,引起了严重的环境污染和生态破坏。【目的】利用甲烷厌氧氧化微生物燃料电池(microbial fuel cell, MFC)研究同步脱氮除硫耦合反应机理及反应过程中微生物的多样性信息。【方法】构建了3个微生物燃料电池(N-S-MFC、N-MFC、S-MFC),以甲烷作为唯一碳源,探究其同步脱氮除硫性能,并采用16S rRNA基因高通量测序技术对微生物群落结构进行分析。【结果】N-S-MFC中硝酸盐和硫酸盐的去除率分别为90.91%和18.46%。阳极室中微生物的相对丰度提高,与反硝化及硫酸盐还原菌相关的微生物大量富集,如门水平上拟杆菌门(Bacteroidota)、厚壁菌门(Firmicutes)和脱硫杆菌门(Desulfobacterota),同时属水平上Methylobacterium＿Methylorubrum、Methylocaldum、Methylomonas等常见的甲烷氧化菌增多。【结论...     

同步厌氧生物脱氮除硫工艺性能的研究

研究了同步厌氧生物脱氮除硫工艺的性能。该工艺具有很高的硫化物和硝酸盐转化潜能,稳态运行时的容积硫化物去除率和容积硝酸盐去除率分别为3.73kg/(m3.d)和0.80kg/(m3.d);能够耐受580mg/L的硫化物浓度和110mg/L的硝酸盐浓度,适宜浓度分别为280mg/L和67.5mg/L;能够耐受较高的水力负荷,适宜的水力停留时间为0.13d,反应器运行性能会因缩短水力停留时间而突发性恶化。     

人工湿地黑臭水体处理系统微生物脱氮机理研究

以上海市老段浦I、II和北夏3座水平潜流人工湿地黑臭河道处理系统为研究对象,进行了水平潜流湿地处理黑臭河道氨氮的转化及脱氮机理的研究。研究表明,3座人工湿地的pH值均呈弱碱性,且沿湿地水流方向变化较小。溶解氧值在0.09—0.35mg/L范围内波动,氨氮沿湿地的流向呈递减的趋势,亚硝态氮及硝态氮浓度较低。在老段浦人工湿地的同一土样中,亚硝化细菌的数量远大于硝化细菌的数量,北夏人工湿地中,湿地前端的亚硝化细菌与硝化细菌的数量近似相等,但在湿地末端亚硝化细菌数量要远小于硝化细菌的数量。原位曝气抑制反硝化反应试验研究表明,3座人工湿地都发生了"新"的脱氮途径-短程硝化-反硝化反应,其中两座老段浦人工湿地50%的氮以短程硝化-反硝化反应去除。北夏人工湿地中约20%的氮以短程硝化反硝化的途径去除。       

水稻土泥浆体系中多氯联苯的微生物厌氧脱氯

考察了厌氧水稻土泥浆体系中高氯代多氯联苯混合物Aroclor1260的脱氯过程,并对体系中的微生物群落结构变化进行分析.结果表明： Aroclor1260可在厌氧水稻土泥浆体系中发生脱氯,经过128 d,总消减率达到55.5%,在泥浆体系中引入驯化的脱氯富集培养体反而使脱氯效果下降,消减率为46.9%.Aroclor1260的主要脱氯过程发生在五、六、七氯联苯,其中七氯联苯脱氯过程最显著,五氯联苯作为脱氯产物有一定累积.有机物厌氧发酵产生的H₂会被脱氯过程所消耗,从而将体系中的氢分压维持在较低水平,抑制产甲烷过程而保证脱氯过程的持续进行.不同条件和培养方式驯化得到的微生物群落结构差异较大,富集培养体引入可能导致其与原体系中脱氯相关菌群竞争,从而改变体系原有菌群结构,这可能是导致其脱氯效率下降的原因.