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。     

活性污泥微生物菌群研究方法进展

活性污泥是活性污泥法处理污水系统的功能主体。人类对活性污泥微生物菌群的认识随着其研究方法的发展而逐步深入。传统培养方法只能检测到活性污泥中1％～15％的微生物。随着一系列基于免培养的分子生物学技术的出现,活性污泥中菌群的复杂性和多样性以惊人的速度被人们认识,大量依靠传统检测方法未能发现却在活性污泥中起关键作用的微生物逐渐被发现。许多模拟活性污泥菌群生存环境条件的现代培养技术开始发展,且已成功培养了一部分传统培养方法不能培养的细菌类群,这为研究基于免培养方法发现的大量新的微生物菌群的生理特性和作用机制提供了可能,也无疑将把人们对活性污泥菌群的认识推向一个新的层次．主要介绍活性污泥微生物菌群研究的一系列方法,从传统培养方法到基于免培养的现代分子生物学技术,再到现代培养技术,着重论述了现代分子生物学技术及其在活性污泥微生物菌群研究中的进展。     

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。     

普氏蹄蝠胃肠道菌群的多样性

【目的】研究普氏蹄蝠(Hipposideros pratti)胃肠道菌群多样性及致病菌的种类。【方法】采用Mi Seq高通量测序技术,通过对16S r RNA基因V1-V2区基因进行测序,研究普氏蹄蝠胃肠道细菌的群落组成。应用MG-RAST V3.3.6分析和统计样品序列和操作分类单元(OTU)数目,分析胃肠道菌群物种丰度,并进行聚类分析。【结果】从普氏蹄蝠胃和肠道中分别获得144 998条和275 274条原始序列以及48 332条和91 758条有效序列,分属于894个和756个操作分类单元。胃中菌群丰度指数Chao指数(1 490)和ACE指数(2 221)分别低于肠道菌群的Chao指数(2 051)和ACE指数(3 556);Shannon多样性指数(2.405)低于肠道(2.407);Simpson多样性指数(0.168)高于肠道(0.151)。系统进化分析表明胃肠中的细菌主要分布在6个门,均以变形菌门(Proteobacteria)(胃中占56.4%,肠中占46.0%)和厚壁菌门(Firmicutes)(胃中占40.7%,肠中占49.2%)为优势菌门。胃肠道中丰度在0.1%以上的属有24个,胃中优势类群为乳球菌属(Lactococcus)和哈夫尼菌属(Hafnia),分别占整个菌群的26.1%和21.0%;肠道中优势类群为肠球菌属(Enterococcus)和沙门氏菌属(Salmonella),分别占整个菌群的15.2%和12.7%。普氏蹄蝠胃肠道中的优势菌群均为人类的致病菌或者条件致病菌。【结论】普氏蹄蝠携带有大量人类致病菌。因此,应注意防止向人类传播。     

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。     

合成功能菌群的构建及其工程化应用

自然界中存在着大量的天然微生物群落,不同种群的微生物通过通信及分工拓展了单菌的性能边界,降低了整体的代谢负担并增加了对环境的适应性。合成生物学依据工程设计原理构建或改造基本功能元件、基因线路和底盘细胞,从而对生命的运行过程进行具有目的性的重新编程,获得丰富及可控的生物学功能。将这种工程设计的原理引入菌群,获得结构明确及功能可调的合成群落,可以为合成功能菌群的理论研究到应用提供思路及方法。本文回顾了近年来合成功能菌群领域的相关工作,对合成功能菌群的设计原则、构建方法以及应用进行详细介绍,并对未来的发展进行了展望。     

新疆地区酸马奶中酵母菌的鉴定及其生物多样性分析

从新疆少数民族牧民家庭采集的28份传统工艺酿造酸马奶样品中分离出87株酵母菌,并对其进行了生理生化鉴定、分子生物学鉴定和生物多样性分析。生化试验结果表明,新疆地区酸马奶中的酵母菌为Saccharomyces unisporus(占总分离株的48.3%),Kluyveromyces marxianus(27.6%),Pichia membranaefaciens(15.0%)和Saccharomyces cerevisiae(9.2%)。选取其中的6株酵母菌和1株参考菌株,进行大亚基(26S)rDNA D1/D2区域(600bp左右)碱基序列分析,并通过GenBank进行同源序列搜索以确定各菌株的归属,进一步验证生理生化方法的正确性。从得到的结果中可以看出,S.unisporus和K.marxianus为新疆地区酸马奶中的优势菌。     

活性污泥产酸发酵研究进展

有机物的厌氧生物处理一般经过三个阶段:水解阶段、产酸发酵阶段和产甲烷阶段;研究证明,产酸相不同发酵类型的形成对产甲烷相乃至整个工艺的稳定运行具有至关重要的作用,此外,污泥厌氧消化过程所产生的大量的挥发性脂肪酸(VFAs),如乙酸、丙酸、丁酸及戊酸等,还可作为化工原料用于发酵工业生产各种高附加值产品.近年来,产酸发酵受到越来越多的关注,该文主要对污泥产酸阶段的产酸发酵类型、产酸发酵细菌的生态学、产酸过程的影响因素和生态因子以及产酸发酵的液相末端产物VFAs的测定方法进行了论述.     

植物内生菌群落组成及其功能研究进展

植物内生菌是栖居在植物组织内部、以宿主植物代谢物为营养物质的一类微生物。植物内生菌种类丰富,并通过不同的方式定殖在植物体内,与宿主植物互利共生。植物内生菌促进植物的生长发育,通过增强营养物质吸收、与病原菌竞争生态位、在代谢过程中产生抗菌物质以及诱导宿主植物产生抗性等机制,提高宿主植物的抗逆性,并且其群落的组成因生态环境、寄主植物不同部位、生长周期的不同发育阶段而显著不同。人们利用传统组织分离法、高通量测序法以及人工重组生物群落等研究方法对植物与内生菌相互作用进行了深入的研究。本文对植物内生菌群落的组成、内生菌对宿主植物影响的功能研究以及人工内生菌群的构建进行重点阐述,以期为植物内生菌的开发和利用奠定坚实基础。     

含氟有机废水处理过程活性污泥微生物群落研究进展

随着有机氟化物在各领域的广泛应用,含氟有机废水处理面临巨大挑战。活性污泥作为有机废水处理的核心技术之一,微生物在其中发挥着极其重要的作用。本综述首先聚焦在活性污泥微生物群落多样性、组成、结构和功能及其与含氟废水类型、处理工艺和处理效率之间的关系,进而讨论了功能微生物降解/转化有机氟化物的途径和作用机制,最后展望了结合分离培养降解有机氟化物的关键微生物,以及微生物组学技术解析活性污泥微生物群落构建、互作、代谢等核心问题,以提高对含氟有机废水微生物降解机理的认识,优化含氟有机废水处理工艺。     

Effect of cadmium on composition and diversity of bacterial communities in activated sludges

Microbial communities of two kinds of activated sludge for removing carbon, nitrogen and phosphate (nutrient removal sludge) were identified and compared by combining cloning–denaturing gradient gel electrophoresis methods. The sludges were sampled in an anaerobic–anoxic–oxic system operating under the same conditions, except for one without the addition of cadmium (Cd0) and the other with addition of 5 mg cadmium l⁻¹ (Cd5). Bacteria in the phylum Proteobacteria were predominant in both Cd0 and Cd5 sludges (39.6% and 35.1% of total bacteria, respectively). However, bacteria in the class Betaproteobacteria were significantly more abundant in Cd0 than in Cd5 sludge (30.7% and 2.1%, respectively). Species related to nutrient removal, such as nitrifying bacteria (Nitrosomonas communis), floc-forming bacteria (Zoogloea ramigera) and phosphate-accumulating organisms (Rubrivivax gelatinosus), were the predominant species in Cd0 sludge, but were not found in Cd5 sludge. Cadmium was significantly toxic to the bacterial community in nutrient removal sludge, especially to the bacteria in the Betaproteobacteria. The comparison of microbial communities between these two kinds of sludge was further discussed in the paper.     

城市污水处理厂活性污泥生物泡沫研究进展

城市污水处理厂运行过程中一旦发生活性污泥生物泡沫,就会影响污泥沉降和处理厂运行效能,对出水水质、作业安全和公共健康带来一系列挑战。生物泡沫是自活性污泥法诞生以来长期困扰污水处理厂运行的难题。生物泡沫的形成需要气泡、表面活性物质和疏水物质等3点基本的要素,在其中主要富集了诺卡氏型丝状细菌(Nocardioformfilamentousbacteria)和微丝菌(Candidatus Microthrix parvicella)这两种类型微生物。多种环境和运行因素包括温度、溶解氧、pH、污泥龄、特别是营养物质种类和浓度等均会对这些丝状微生物的生长产生影响。抑制丝状细菌生长的常用控制策略包括选择器、生长动力学控制、投加化学药剂以及噬菌体等方法,通过降低两类丝状细菌在生化池中的浓度以期消除生物泡沫现象。本文总结了生物泡沫的类型、成因、表征生物泡沫程度的指标、影响生物泡沫的环境因素以及常用的调控策略的原理及优缺点等,尽可能全面地介绍活性污泥生物泡沫的研究现状,并探讨未来研究方向和控制策略,期望能够为今后研究活性污泥微生物和污水处理厂运行调控提供有价值的参考。     

Assessment of denitrifying bacterial composition in activated sludge

The abundance and structure of denitrifying bacterial community in different activated sludge samples were assessed, where the abundance of denitrifying functional genes showed nirS in the range of 10(4)-10(5), nosZ with 10(4)-10(6) and 16S rRNA gene in the range 10(9)-10(10) copy number per ml of sludge. The culturable approach revealed Pseudomonas sp. and Alcaligenes sp. to be numerically high, whereas culture independent method showed betaproteobacteria to dominate the sludge samples. Comamonas sp. and Pseudomonas fluorescens isolates showed efficient denitrification, while Pseudomonas mendocina, Pseudomonas stutzeri and Brevundimonas diminuta accumulated nitrite during denitrification. Numerically dominant RFLP OTUs of the nosZ gene from the fertilizer factory sludge samples clustered with the known isolates of betaproteobacteria. The data also suggests the presence of different truncated denitrifiers with high numbers in sludge habitat.     

Diversity and assembly patterns of activated sludge microbial communities: A review

Understanding diversity and assembly patterns of microbial communities in activated sludge (AS) is pivotal for addressing fundamental ecological questions and wastewater treatment engineering. Recent applications of molecular methods especially high-throughput sequencing (HTS) have led to the explosion of information about AS community diversity, including the identification of uncultured taxa, and characterization of low-abundance but environmentally important populations such as antibiotic resistant bacteria and pathogens. Those progresses have facilitated the leverage of ecological theories in describing AS community assembly. The lognormal species abundance curve has been applied to estimate AS microbial richness. Taxa-area and taxa-time relationships (TAR and TTR) have been observed for AS microbial communities. Core AS microbial communities have been identified. Meanwhile, the roles of both deterministic and stochastic processes in shaping AS community structures have been examined. Nonetheless, it remains challenging to define tempo-spatial scales for reliable identification of community turnover, and find tight links between AS microbial structure and wastewater treatment plant (WWTP) functions. To solve those issues, we expect that future research will focus on identifying active functional populations in AS using omics- methods integrated with stable-isotope probing (SIP) with the development of bioinformatics tools. Developing mathematic models to understand AS community structures and utilize information on AS community to predict the performance of WWTPs will also be vital for advancing knowledge of AS microbial ecology and environmental engineering.     

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。     

Relationship between protozoan and metazoan communities and operation and performance parameters in a textile sewage activated sludge system

The present study aims at investigating the possibility of assessing performance and depuration conditions of an activated sludge wastewater treatment plant through an exploration of the microfauna. The plant, receiving textile industrial (70%) and domestic (30%) sewage, consists of a two-step biological depurating plant, with activated sludge followed by a percolating system. A total of 35 samples were analyzed during five months, and 30 taxa of protozoa and small metazoa were found. Epistylis rotans, Vorticella microstoma, Aspidisca cicada and Arcella sp. were the most frequent protozoa identified. Several significant correlations between biological, physical–chemical and operational parameters were determined, but no significant correlations could be established between biological parameters and removal efficiencies. The Sludge Biotic Index (SBI) reflected the overall state of the community but only presented statistically significant correlations with the influent total suspended solids (TSS), total suspended solids in mixed-liquor (MLTSS) and dissolved oxygen (DO). The determination of key groups and taxa along with general community parameters showed to have potential value as indicators of the depuration conditions. Despite the impossibility of correlating biological parameters and the removal efficiencies, the present study attests the value of the microfauna to assess the operation of the activated sludge systems even in the case of non-conventional plants and/or plants receiving industrial sewage.     

棉秆沼气发酵生物预处理及接种物的驯化

通过多代淘汰的方法,筛选了一组稳定高效的棉秆降解复合菌系-MEG复合菌系。将该菌系接入棉秆,静置处理7d后进行沼气发酵,其产气量较未经预处理的提高了25%。变性梯度凝胶电泳(DGGE)分析结果表明,生物预处理后棉秆沼气发酵系统的细菌群落结构多样性较未经预处理的丰富。同时,比较了采用6种驯化方法获得的接种物对棉秆沼气发酵日产气量和累积产气量的影响,结果表明,采用河底泥、臭水沟泥、工厂废水底泥、荷塘底泥、湖底泥等5种污泥混合后驯化的活性污泥可作为棉秆沼气发酵的有效接种物,其沼气发酵的日产气量和累积产气量均较单种污泥驯化的接种物高。     

短程硝化活性污泥微生物群落结构及羟胺代谢对短程硝化的影响

活性污泥法随着技术的成熟,已应用在高氨氮污水/废水处理中,通过不断发展衍生出的很多新型工艺也成为研究热点,短程硝化反应作为代表已逐渐体现出优越性。短程硝化能达到高效净化污水的目的,其反应中的代谢产物羟胺也和微生物类群及反应产物之间有着至关重要的影响。反应器中活性污泥的微生物群落结构和动态密切相关,探究微生物群落结构能帮助生物强化、优化参数,提高脱氮效率。本文主要总结了近年来有关短程硝化/半短程硝化活性污泥微生物群落组成与结构及其与反应器处理效率之间的关系,以及羟胺代谢对短程硝化的影响等方面的研究进展,这些研究加深了对微生物群落结构和污水处理工艺之间的认识,但充分发掘生物信息、提高工艺效能之路仍然充满挑战,还需利用氮平衡方法、Real-time PCR法等多种生物技术手段对短程硝化进行全方位研究,为实践提供坚实的理论基础。