基于宏基因组学研究污水生物处理系统微生物暗物质

活性污泥和微生物生物膜是污水生物处理系统的主要菌群存在形式,利用微生物的不同代谢途径可实现水中污染物的转化和降解.微生物群落结构直接影响污染物生物转化速度和末端产物的类型,而全面了解微生物群落结构和功能可为污水生物处理的定向调控提供微生物学依据.由于绝大多数微生物未获得纯培养,因此,揭示生物处理系统中的微生物暗物质成为重要的挑战.核酸测序技术和生物信息学的快速发展推动了环境微生物学和微生物生态研究.近年来,基于高通量核酸测序的宏组学技术为研究未培养微生物和未知基因资源提供了重要工具.宏基因组学和宏转录组学技术可以研究特定环境下未培养微生物的生理功能和代谢,揭示生态条件变化下微生物的环境适应和代谢调控机制.目前,基于宏组学研究微生物暗物质,已经获得了一些突破传统认识的物质循环新机理.本文回顾了核酸测序技术的发展,综述了近年宏基因组学和宏转录组学在污水生物脱氮、强化生物除磷及微生物电化学技术微生物学研究的进展,对多组学在污水处理微生物学研究的前景和面临的主要挑战进行分析.     

封面图片说明

<正>封面图片来自本期论文"基于宏基因组学研究污水生物处理系统微生物暗物质",是利用宏组学分析微生物暗物质群落结构和功能的示意图.自然界中未获得纯培养的微生物被称为"微生物暗物质",基于高通量核酸测序技术的宏基因组学和宏转录组学,以及基于质谱技术的宏蛋白质组学等宏组学技     

生物炭修复石油烃及多环芳烃污染土壤的研究进展

在石油开采、运输、储存等过程中, 原油及其制品进入土壤, 会导致土壤污染。生物炭具有高吸附能力、高比表面积、高微孔率和离子交换能力等特性, 可以通过化学或物理作用吸附土壤中的污染物; 生物炭通过影响土壤微生物群落结构, 使其丰度变化, 从而促进土壤中石油烃及多环芳烃的生物降解。对生物炭的生产及特性、去除土壤中石油烃及多环芳烃机理、与生物炭环境应用相关的动力学研究和对污染物生物降解的影响等方面进行了概述, 在此基础上对生物炭修复油污污染土壤未来研究方向进行了展望。     

用纸浆和食物残渣合成生物沼气的技术

莫斯科罗莫诺索夫国立大学生物系的专家分离出了能有效将纸浆和食物残渣变成生物沼气的微生物群落。 通常,生物沼气主要通过分解家畜粪便和污水处理来生成,用固体废弃物生产甲烷,成效甚微。用来合成生物沼气的微生物群体种类繁多,而俄罗斯科学家培养的微生物群落,能在纸浆、办公用纸、纸板及日常生活食品残渣上生长并合成生物沼气。     

微生物岩土技术及其应用研究新进展

微生物岩土技术主要是利用自然界广泛存在的微生物的代谢功能,与环境中其他物质发生一系列生物化学反应,改变土体的物理力学及工程性质,从而实现环境净化、土壤修复、地基处理等目的。微生物岩土技术作为岩土工程领域新的分支逐渐成为一个热门研究方向,近年来,许多学者已经开展了相关研究。为了促进该领域更加全面深入的基础研究,指导微生物技术在岩土工程中更切合实际的推广与应用,对环境岩土工程领域涉及的几种主要微生物种类、相关生物化学反应过程以及微生物作用机理进行详细的介绍与总结,并对微生物岩土技术在土体加固、岩土体抗渗封堵、金属污染土修复等方面的相关研究及应用进行了总结与评述。     

废水生物处理技术的研究动向

围绕生物难降解有机物处理及微量化学物质生物高度净化，介绍了国内外关于极端微生物的培养和利用、硝酸盐还原茵和硫酸盐还原茵的功能开发、废水处理微生物生态的研究、酶处理技术、碳源循环单级生物脱氮技术、微量化学物质生物高度净化技术等废水处理新技术。     

常温CANON反应器内微生物群落结构及生物多样性

为研究基于亚硝化的全程自养脱氮(CANON)工艺中微生物群落结构及种属特征,从常温条件下稳定运行的CANON反应器中采集生物膜样品,并基于聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)技术,分别对总细菌、氨氧化细菌和厌氧氨氧化菌进行群落结构解析.结果表明:反应器中与亚硝化作用有关的功能菌为亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)和亚硝化螺菌属(Nitrosospira),与厌氧氨氧化作用有关的功能菌是Candidatus Brocadia属和CandidatusKuenenia属,未检测到亚硝酸盐氧化细菌,且系统内氨氧化细菌的生物多样性明显高于厌氧氨氧化菌.此外,反应器中还存在其他微生物,如Shewanella 、Pseudomonas 、lgnatzschineria、Dechloromonas以及属于Clostridia、α-Proteobacteria、Bacillales的uncultured bacteium等.     

PCR-DGGE技术及其在环境工程生物处理中的应用

阐述了PCR-DGGE技术的原理及其优点,探讨了PCR-DGGE技术在环境工程废水生物处理、废气生物处理和污泥生物处理中的应用,分析了PCR-DGGE技术用于生物处理系统中微生物群落多样性和动态性研究的现状、前景和改进的策略.     

生物膜技术在受污染地表水修复中的应用

根据受污染地表水体的污染特征,可以采用化学法、物理法、生物法、生态法等地表污染水体常用的净化技术对水环境进行修复,其中生物膜接触氧化法是生物-生态联合修复技术的一种主要工艺,其核心构件是生物填料,生物填料的材质和外型直接关系到生物膜量和处理性能．但该技术在应用过程中会对水域生态系统的结构和使用功能造成一定影响,且耗资较大．生物-生态联合修复技术将逐渐得到应用．     

生物除磷系统不同阶段性能及微生物群落分析

为探讨工艺运行与微生物群落的关系,在厌氧/好氧SBR反应器中考察生物除磷系统的启动期、稳定期和恶化期的性能,并利用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)技术研究该系统各阶段功能微生物群落结构特征.启动期历时26d,包括适应期和上升期两个阶段,磷的去除率从40%以下提高到80%,之后进入稳定期,磷去除率维持在80%以上.稳定期的功能微生物为Tetrasphaera elongate,Gemmatimonas aurantiaca和Uncultured γ-proteobacterium.稳定运行80d后进入恶化期,磷去除率降到70%以下.恶化期和稳定期的微生物群落结构差别很大,功能微生物Uncultured γ-proteobacterium被淘汰,竞争菌Candidatus Competibacter phosphatis clone SBRQ22显著增加.