宏基因组测序法研究管材对生物膜致病菌的影响

为研究供水管道材料对管道生物膜致病菌种的影响,以已稳定运行8年的中国东部某城市实际供水管道中试平台管道为实验对象,从平行设置的球墨铸铁管(DCIP)、高密度聚乙烯管(HDPE)、镀锌钢管(GSP)、不锈钢复合管(SSCP)和钢管(SP)管道中收集13组生物膜样品,开展宏基因组测序分析,对比研究不同管道材料的致病菌种类分布情况。结果表明:DCIP生物膜中致病菌相对含量最为丰富,GSP致病菌相对含量最少;此外,世界卫生组织颁布的12种全球优先致病菌(priority pathogens)在本次供水管道中发现9种,在不同管道的相对丰度为0.079%～1.084%,表明供水管道生物膜对人类和环境的严重危害潜力;依据致病菌在5种管材中相对丰度的分布情况,发现与5种管材相关联的优势致病菌。研究结果为基于致病风险控制的供水管道管材选择提供了理论依据。     

中西医结合抗绿脓杆菌生物膜作用的研究

研究了金银花水煎液体外抗铜绿假单胞菌生物膜的作用及与庆大霉素的协同作用：通过试管稀释法测定了金银花水煎液和庆大霉素对铜绿假单胞菌的最小抑菌浓度minimal in-hibitory concent ration , MIC）,用MTT法建立了体外铜绿假单胞菌生物膜并检定了金银花水煎液和庆大霉素不同MIC浓度的抗铜绿假单胞菌生物膜的作用．结果表明：金银花水煎液对绿脓杆菌的MIC为125mg／mL,SMIC也为125mg／mL;庆大霉素对绿脓杆菌的MIC为1．56μg／mL,SMIC为25μg／mL,与金银花的协同作用对绿脓杆菌的SMIC为1．56μg／mL．由实验结果可知金银花水煎液在体外能抑制铜绿假单胞杆菌（Pseudomonas aeruginosa,P．A）对固体表面的黏附能力及生物膜（biofilm,BF）形成能力,并能破坏P．A已形成的BF,增强庆大霉素对BF内铜绿假单胞菌的清除作用．     

鼠李糖脂添加下生物滴滤器净化氯苯废气性能

采用生物滴滤器(BTF)净化模拟氯苯废气,考察不同工况下的净化性能及鼠李糖脂(RL)添加下生物膜特性.结果表明:BTF中群落结构稳定,变形杆菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、放线菌门(AActinobacteria)为优势菌门(相对丰度占比88.4％).BTF性能在添加RL质...     

氯/二氧化氯消毒对热水管壁生物膜的控制作用

建筑生活热水存在严重的生物安全性问题,需要采取必要的消毒措施.为此,采用建筑生活热水模拟管道系统,对比研究氯或二氧化氯冲击消毒对管壁生物膜微生物的灭活效果,并通过高通量测序和扫描电子显微镜评估冲击消毒对管壁生物膜群落组成和生物膜表观特征的影响.结果表明,高消毒剂质量浓度可显著提高微生物的灭活速率,但已不能进一步改善微生物灭活率; 1. 5 mg/L氯或二氧化氯的消毒效果不佳; 3～5 mg/L氯或二氧化氯在冲击消毒120 min后,总大肠菌群、细菌总数和异养菌(HPC)均可达到完全灭活的程度,能够有效控制热水管道生物膜,说明足够的消毒剂质量浓度和消毒时间对保持高效灭活率非常必要.生活热水管壁生物膜的微生物多样性丰富,异常球菌-栖热菌门和变形菌门为优势门,并含有多种致病菌,与市政供水和二次供水管道系统的优势菌群有很大差异;氯或二氧化氯冲击消毒对各种菌门均有不同程度的灭活效果,二氧化氯对致病菌、变形菌门和衣原体门等的灭活效果更佳.氯或二氧化氯冲击消毒能有效破坏生物膜的表面结构,使生物膜出现间隙变大、萎缩、脱落等现象,二氧化氯对生物膜的破坏作用更显著,具有更佳的冲击消毒作用和消毒效果.研究结果为建筑生活热水系统的安全消毒技术以及生物安全性保障提供了支持.     

滞流前后管道生物膜微生物群落径向分布差异

为了探究供水管道管壁生物膜在滞流前、后的细菌数量和微生物群落结构在空间分布上变化的差异性,依托建设于实际供水管网系统中的管网中试平台开展研究.采用电子扫描电镜(SEM)观察管道生物膜的形态差异,采用实时荧光定量PCR计数生物膜中细菌总数,采用高通量测序分析管道不同空间位置上微生物群落种类和含量.研究结果表明,滞流后细菌总数在两种管道上部增加较少,中部和下部增加较大.微生物群落在高密度聚乙烯管道内壁空间位置上分布较均匀,种群结构变化不大,球墨铸铁管中的种群结构分布变化较大.其中腐蚀菌属从空间位置的上部至下部含量依次增加,滞流后管道中部腐蚀菌落含量变化较大,应重点关注管道中部腐蚀菌落对管道腐蚀的影响.     

管材和流速对供水管道生物膜形成的影响

针对供水管网中不断变换的管材和水力条件,运用异养菌计数和PCR-DGGE技术研究了特定余氯质量浓度下管材和流速对水质和管道生物膜形成的影响．结果表明:管材对主体水余氯、TOC、细菌总数和生物膜群落结构影响均较大,而流速只对主体水余氯和生物膜细菌总数影响较大;同一时期,PE管道附着细菌总数显著大于不锈钢;同类管材中0.2和0.4 m／s流速下生长的生物膜细菌总数差异不显著,但均显著大于0.8 m／s流速下生长的生物膜细菌总数;生物膜成熟时鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)和芽孢杆菌属(Bacillus)占优势且广泛存在,而某些疏水性细菌则较难在不锈钢管材上聚集,特别是在流速增大时更难聚集．     

白腐菌生物膜的形成及其性能的研究

用生物流化床研究了白腐菌形成生物膜的条件、生物膜的活性及其稳定性，自腐菌生物流化床处理2，4-二氯酚的效果。结果表明，选择适合的水力停留时间，自腐菌可以形成生物膜，生物膜的活性高，稳定性好。在生物膜流化床中自腐菌不易流失，能维持较高的浓度，处理2，4-二氯酚的效率达到91．2％，为自腐菌的工程应用探索了一条新的途径。     

氯和氯胺冲击消毒对二次供水管道生物膜的控制作用

针对建筑二次供水管壁生物膜对饮用水的生物安全性构成的潜在威胁,采用生物膜反应器(BAR)模拟二次供水管道,研究氯和氯胺冲击消毒过程对管壁生物膜的细菌总数、大肠杆菌和异养菌(HPC)灭活效果以及对生物膜结构的影响.结果表明,在第80天时生物膜中生物量达到最大,生物膜宏基因组分析表明,厚壁菌门(Firmicutes)、变形菌门(Proteobacteria)和拟杆菌(Bacteroidetes)为优势菌种.冲击消毒对生物膜的灭活效能与氯和氯胺的质量浓度以及CT值有关,在相同CT值条件下,高质量浓度氯和氯胺的灭活效果更佳.氯和氯胺的生物膜灭活效果对比可以看出,在低投量条件下,氯的细菌总数和大肠杆菌灭活效果好于氯胺,但氯的HPC灭活效果弱于氯胺;在高投量条件下,消毒剂质量浓度和CT值与生物膜的灭活效果无明显相关性,可以达到快速消毒的效果.在氯和氯胺的投加质量浓度为3.0 mg/L、CT值300~400 mg·min/L的最佳冲击消毒条件下,生物膜中细菌总数、大肠杆菌和HPC的灭活率均达到95%以上.从生物膜的表面特性分析可以看出,冲击消毒后生物膜结构破坏明显,生物膜变薄或脱落;氯冲击消毒对生物膜的破坏和削减程度优于氯胺,更有利于管道生物膜的控制.     

长距离原水输水管道管壁生物膜特征分析

研究长距离原水输水管道管壁生物膜特征有利于分析原水水质变化原因,对保障长距离原水水质安全性具有重要意义.采用8台环状膜生物反应器(BAR)串联运行以模拟长距离原水输水管道,研究不同水质条件下,管道生物膜的形态特征、结构、生物量空间分布、微型生物种群组成.结果表明:不同水质条件下生物膜形态明显不同,管壁上黏附颗粒物的颜色是表征生物膜形态特征的重要标志;管道微生物膜结构沿程变化较大,其粗糙生物膜结构增大了生物膜比表面积,有利于生物膜的生长发育,从而有效氧化去除水中的污染物质;A江模拟管道运行75 d在BAR3处生物量达最大值(以P计)1.11 nmol.cm-2,后端因缺乏营养生物量明显降低,而B江模拟管道生物膜生长受进水DO(0.3～3.0 mg.L-1)抑制,生物量沿程变化较小;原水水质是影响生物膜微型生物组成的重要因素,微型生物组成反映管道水质状况及净水效果.     

淹没式生物膜法除磷微生物特性研究

除磷微生物特性的研究是探明生物除磷机理的前提．本文通过菌属鉴别试验,分析了除磷生物膜中微生物的特点和其在生物除磷过程中所起的作用,确定出淹没式生物膜法除磷工艺中的优势菌属为假单胞菌属,其次依顺序为气单胞菌属、芽孢杆菌属、微球菌属、硝化杆菌属．     

寒区湖库型水源供水系统中耐氯菌的生长

研究供水系统中耐氯菌的生长对饮用水中微生物安全的评估、预防和控制至关重要,为此,以寒区湖库型水源供水系统的主体水及生物膜为研究对象,对其中的异养菌和耐氯菌进行了检测,并利用扫描电子显微镜观察了生物膜的生物相.结果表明:自来水在管网输送过程中,余氯质量浓度大于0.2 mg/L的主体水中仍然存在细菌再生长现象.耐氯菌在所研究的供水系统中普遍存在,经水厂消毒和管网输送后主体水中的耐氯菌数量小于350 CFU/m L,而生物膜中耐氯菌数目一般高于主体水的耐氯菌数目2个数量级.未经消毒处理的滤后水和生物膜中耐氯菌数目均最多,而在清水池中生长的细菌大多比较耐氯.供水系统生物膜中的微生物能见杆菌和球菌,以杆菌居多.     

运用PCR-DGGE和克隆技术对串联附积床系统生物膜菌群的分析

采用PCR-DGGE﹑克隆等分子生物学手段研究了多级串联附积床同时硝化反硝化脱氮系统生物膜菌群的时间演变,并对生物膜菌群进行同源性分析和系统发育树构建,同时讨论了生物膜菌群对系统中有机物的去除及对同时硝化反硝化脱氮的贡献.结果表明,随着时间的推移,生物膜菌群发生了较大演变而且具有高度多样性.对DGGE图谱优势条带进行分析表明,优势菌群分为5个不同的细菌类群:β-变形菌类群(β-proteobacteria)﹑γ-变形菌类群(γ-proteobacteria)、未分类菌类群(unclassified bacteria)、α-变形菌类群(α-proteobacteria)、放线菌类群(Actinobacteria).β-变形菌类群不仅在数量上占有优势,而且在有机物的降解、营养物质的去除中起着重要作用.生物膜细菌中起硝化作用的主要是亚硝化单胞菌和硝化螺旋菌;起反硝化作用的主要是施氏假单胞菌.     

单级自养脱氮反应器效能与微生物群落结构的相关性

于稳定运行但效能有明显差异的2套序批式生物膜反应器单级自养脱氮系统,研究了微生物群落结构的PCR—DGGE、real—timePCR等现代分子生物学特点及其运行效能与之的相关性。结果表明：运行效能好的反应器活性污泥及生物膜浓度较高,微生物群落结构差异较大,二者相似性为58．3％,溶解氧在活性污泥及生物膜内的分布特点为各类微生物及其代谢创造了良好环境,系统中好氧氨氧化菌AOB及厌氧氨氧化菌ANAMMOXz在数量上绝对占优,各类细菌的协同代谢使系统总氮去除率达到80％以上。运行效能相对较差的反应器,由于在反应器启动过程中没有将亚硝酸氧化菌NoB完全“洗脱”,系统中出现NO3-积累,且系统挂膜不理想,生物膜浓度低,生物膜与活性污泥微生物群落结构相似性为100％,优势功能菌单一,从而造成运行效能较低,总氮去除率仅为20％～30％。维持SBBR自养脱氮系统微生物群落结构的稳定及平衡性,生物膜是关键性因素。     

电极生物膜法处理水中硝酸盐氮的试验研究

采用电极生物膜工艺处理含硝酸盐氮的饮用水。研究结果表明,反应器进水硝酸盐氮35 mg/L,I=60 mA,HRT=8 h,n(C):n(N)=4,2,1时,出水硝酸盐氮去除率均>95％;无外加有机物时,在I=60、100 mA,HRT=12 h的条件下,硝酸盐氮去除率分别为60％和95％。在异养条件下,从电极生物膜反应器中共培养分离出24株菌株,其中18株具有反硝化脱氮能力,占分离菌株数的75.0％(以肠杆菌科和假单胞菌属为主);在自养条件下,共分离出16株菌株,其中11株具有反硝化脱氮能力,占分离菌株数的68.8％(以假单胞菌属为主)。     

给水管网生物膜变形细菌变化及其影响

为研究饮用水系统的生物稳定性和微生物的控制策略,基于南方某市的实际给水管网,利用分子生物学方法对管壁生物膜中的3类变形细菌进行研究,探讨管壁生物膜特性和生物膜细菌数量与水中细菌再生长潜力(BRP)的相互关系.结果表明,随着管网水质的提高,以γ-变形细菌为主(所占比例分别为52.14%~77.34%、51.02%~77.45%、51.86%~65.99%)的变形细菌组成向以α-变形细菌为主(所占比例分别达62.56%~91.36%、75.27%~96.20%、73.08%~96.76%)的组成转变,致病威胁降低,生物稳定性得到提高.此外,管壁生物膜的脱落,使得管网水的营养物质浓度升高,促进细菌的再生长,其与BRP存在一定的相关性.     

Application of multi-stage bio-filtration system for sewage treatment and analysis of the microbial community

The conventional fixed-bed biofilm process has disadvantages of easily blocked,high headloss and short operation cycle.For overcoming these disadvantages,a multi-stage biofilm reactor(MSBFR),in which the lightweight floating filter was dominant,was set up and operated.For detail investigation of the system when treating municipal wastewater,the succession characteristic of microbial community was analyzed by polymerase chain reaction(PCR)-Denaturing Gradient Gel Electrophoresis(DGGE)method.The results showed that the process had high efficiency to removal COD,SS and NH4+-N.The concentration of COD,SS and NH4-N in effluent were maintained lower than 40 mg/L,5 mg/L and 2 mg/L even though the concentration of COD,SS and NH4+-N in influent were 232-663 mg/L,105-245 mg/L and 23.7-62.7 mg/L,respectively,and the empty bed retention time was 3 h.Furthermore,biofilm samples taken from the column 2nd in height were analyzed by PCR-DGGE.The result of PCR-DGGE analysis showed that the microbial community had a little change in height and the dominant groups were Paracoccus sp.,Lactobacillus delbrueckii,Pseudomonas sp.and Bacteroidetes bacterium.     

基于宏基因组方法对西藏传统发酵牦牛奶中微生物多样性的研究

采用454高通量测序技术从宏基因组角度对西藏地区自然发酵牦牛奶中微生物多样性进行分析,以细菌16S rRNA的V3区和真菌的ITS区序列为扩增、测序靶点,分别获得3 051和3 396条高质量序列.研究发现,西藏自然发酵牦牛奶样品中真菌的丰度要大于细菌.在门的水平上,细菌和真菌分别由硬壁菌门（Firmicutes）和子囊菌门（Ascomycota）组成,而在属的水平上细菌和真菌的优势菌分别为乳杆菌属（Lactobacillus）和耐碱酵母属（Galactomyces）.     

臭氧对管道生物膜净水效能的影响

采用稳定运行的环状生物膜反应器(biofilms annularreactor,BAR)模拟原水长距离输水管道水质净化过程,研究臭氧对管壁生物膜净水效能与生物净水功能恢复的影响.结果表明:臭氧处理后生物膜中异养菌数量迅速降低,氨氧化菌达到100%灭活,臭氧在水中分解生成氧气有利于生物膜更新,使生物膜迅速恢复.臭氧冲击明显降低了生物膜对氨氮的去除效果,臭氧自身的氧化能力也使氨氮略有增加,臭氧质量浓度为0.7、1.5、3.2 mg/L的反应器对氨氮去除率由对照组的81.85%分别降至38.49%、17.60%和-5.50%,并出现亚硝酸盐氮积累现象.生物膜对氨氮去除效能的恢复较亚硝酸盐氮快,分别在第5天和第8天恢复;臭氧对生物膜的氧化作用导致出水总有机碳高于进水,运行6 d之后生物膜恢复净水效果.     

Formation of Dental Plaque Biofilm on Different Titanium Surfaces and Evaluate Antimicrobial Effects of Mouthrinses on Dental Plaque Biofilm

The aim of this study was to evaluate the effect of the morphology of titanium implant surfaces on dental plaque biofilm formation and the antimicrobial effects of mouthrinses on dental plaque biofilms regarding these titanium surfaces by using an open biofilm model. The average surface roughness(RA) of three types of titanium surfaces(Smooth, hydroxyapatite(HA), sandblast large grit and acid-etching(SLA)) were tested by atomic force microscope(AFM). Subgingival plaques were collected and cultured on titanium surfaces for 4 hours to 2 weeks. After treatment with mouthrinses, characterization of dental plaque biofilms was tested by field-emission SEM(FESEM) and confocal laser scanning microscopy(CLSM). The results of AFM and SEM showed that the surface roughness and biofilm thickness of HA and SLA surfaces were significantly higher than those of smooth surface. In addition, it was revealed that the mouthrinses were effective on the killing of young dental plaque biofilms, while the more mature biofilm(14-day-old) exhibited a stronger resistance to mouthrinses used in this study. In conclusion, the roughness of titanium surfaces can affect the dental plaque biofilm formation and Colgate Plax and Listerine COOL MINT are effective mouthrinses to kill dental plaques at the early stage of biofilm growth on the titanium implant surfaces.