原核微生物菌群的空间分异增强秸秆-猪粪混合发酵效率

秸秆与禽畜粪便混合发酵既可增强反应器稳定性又能提高发酵产气效率。然而关于秸秆附着菌群、发酵液菌群的时空动态变化,以及它们与产气效率、环境变量的关系仍然未被全部揭示。采用16S rRNA基因扩增子高通量测序技术,对这一问题进行了研究。结果显示,秸秆猪粪混合发酵能够改善沼气发酵的效率。原核微生物群落在空间上的差异分布可能有助于提升系统的效率。在产气高效的系统中,秸秆吸附菌群如Treponema、Clostridium Ⅲ、Alkaliflexus 和 Fibrobacter是主要的纤维素降解菌,提供底物给产酸菌。丙酸是发酵液中含量最丰富的挥发性脂肪酸（VFAs）,Pelotomaculum可能是该系统主要的丙酸氧化菌,它们与Methanoculleus、Methanosarcina和Methanosaeta协同作用通过二氧化碳/氢营养型和乙酸营养型产甲烷途径,将包括丙酸在内的VFAs最终转化成甲烷。参与氨基酸代谢的Aminobacterium和Cloacibacillus广泛分布于发酵液中,表明蛋白质是一种重要的发酵底物,说明VFAs尤其是丙酸和氨基酸的互营代谢可能是秸秆猪粪混合发酵系统的重要过程。这些结果表明,功能菌群的空间分化、稳定的秸秆降解菌群和发酵液菌群的弹性变化有助于维持秸秆猪粪混合发酵系统的稳定性和提高发酵效率。     

猪粪原料沼气工程系统中的原核微生物群落结构

采集了中国不同地区的13个猪粪原料沼气工程系统的沼液,利用16S rRNA基因扩增子高通量测序技术研究了原核微生物群落组成及多样性。结果表明,Firmicutes是猪粪原料沼气工程系统中的主导微生物,其次为Bacteroidetes、Proteobacteria和Chloroflexi。在相似的温度条件下,铵态氮与磷酸盐的比例是影响猪粪原料沼气工程系统原核微生物群落结构及多样性的主要因素。较高的铵磷比会富集Firmicutes门的菌群,尤其是Clostridium sensu stricto属;而较低的铵磷比则有利于Bacteroidetes和Proteobacteria。不同营养类型产甲烷菌对高浓度铵态氮耐受程度不同(氢营养型产甲烷菌MethanosarcinaMethanosaeta),影响着产甲烷菌群落组成。产甲烷菌和互营菌的群落组成是影响沼气发酵产气效率的重要生物因素,高比例的氢型产甲烷菌和丙酸互营菌更有利于提高产甲烷效率。     

猪粪原料沼气工程系统中的原核微生物群落结构

采集了中国不同地区的13个猪粪原料沼气工程系统的沼液,利用16S rRNA基因扩增子高通量测序技术研究了原核微生物群落组成及多样性。结果表明,Firmicutes是猪粪原料沼气工程系统中的主导微生物,其次为Bacteroidetes、Proteobacteria和Chloroflexi。在相似的温度条件下,铵态氮与磷酸盐的比例是影响猪粪原料沼气工程系统原核微生物群落结构及多样性的主要因素。较高的铵磷比会富集Firmicutes门的菌群,尤其是Clostridium sensu stricto属;而较低的铵磷比则有利于Bacteroidetes和Proteobacteria。不同营养类型产甲烷菌对高浓度铵态氮耐受程度不同（氢营养型产甲烷菌 >Methanosarcina >Methanosaeta）,影响着产甲烷菌群落组成。产甲烷菌和互营菌的群落组成是影响沼气发酵产气效率的重要生物因素,高比例的氢型产甲烷菌和丙酸互营菌更有利于提高产甲烷效率。     

秸秆与猪粪混合高固厌氧消化产气性能及关键微生物分析

高固厌氧消化（HS-AD）是处理木质纤维素类原料和其他高固含率有机原料的有效方式之一。本文以节能高效为出发点,研究秸秆和猪粪为混合原料,两者不同配比（秸秆/猪粪的质量比2∶1、1∶1和1∶2）条件下,反应器的运行情况及关键微生物变化情况。结果表明：原料的配比对高固厌氧消化的产气量有明显影响。相比于其他两组实验,秸秆和猪粪的配比为2∶1时,累计产气量最大为229.66L,最终甲烷含量稳定在60.7%左右,转化为单位VS产甲烷量为131.8mL/g VS。同时,反应过程中液相性质（pH、VFA、TIC）的变化,也说明秸秆和猪粪配比为2∶1时,运行平稳且产气较好。另外,微生物分析结果显示,秸秆和猪粪配比为2∶1的实验组,在实验启动的前期,甲烷八叠球菌（Methanosarcinaceae）的相对丰度较高,并且细菌和古菌群落的丰富度和多样性都优于其他两组。     

HTAB对污泥发酵效能及微生物种群结构的影响

探究了典型杀菌剂十六烷基三甲基溴化铵(HTAB)对污泥厌氧发酵产短链脂肪酸的影响,采用16S rRNA和16S rRNA(genes)等测序手段分析比较了发酵系统中微生物的种群结构。结果表明,HTAB暴露有效促进了污泥产酸的效能,第6天达到(2 012±101) mg COD/L,相比空白组提高将近4倍,特别是乙酸。进一步发现,HTAB能加速污泥中蛋白质等有机底物的溶解和水解,促进发酵功能微生物的富集,有利于短链脂肪酸的积累。与传统的16S rRNA相比,16S rRNA(genes)测序分析能更加真实、有效地反映发酵系统中功能微生物的重要作用。     

微生物燃料电池-好氧颗粒污泥系统中C/N对阴极微生物的影响

为了探索微生物燃料电池(MFC)更广泛的适用性,将好氧颗粒污泥(AGS)与MFC进行耦合,并采用序批式运行方式,固定进水化学需氧量(COD)为780 mg/L,通过改变NH₄⁺-N的质量浓度(39、50、78和156 mg/L)将COD与NH₄⁺-N的质量浓度之比(简称碳氮比,C/N)分别调节为20、15.6、10、5,研究了不同C/N对系统阴极室内微生物的多样性和菌群结构产生的影响。通过高通量测序分析显示,随着进水C/N的变化,阴极室内不同菌群的相对丰度都产生了明显的变化。在门水平下,当C/N=10时,最为丰富的变形菌门(Proteobacteria)相对丰度为45.0%,而当C/N=20时降为41.1%。在纲水平下,当C/N=5时,最为丰富的异常球菌纲(Deinococci)相对丰度均为27.2%,而当C/N=20时只有15.1%。当C/N=15.6和20时,阴极室内微生物的新陈代谢最高,相对丰度均为77.1%,对应的阴极好氧颗粒污泥代谢能力较强,对微生物降解COD具有重要作用。     

不同接种源对微生物电解池去除水中氨氮的影响

使用双室微生物电解池（MEC）装置,分别以回流污泥、曝气池污泥、小麦根际土壤为接种源,探究MEC去除模拟废水中氨氮的最佳电压及相关微生物群落变化。结果显示,不同的微生物接种源都有其最佳外加电压,外加电压对氨氮去除率的影响也呈现出不同趋势,以回流污泥为接种源的MEC在0.5 V电压下的氨氮去除率最高为75%。利用高通量测序对微生物群落进行多样性分析,Proteobacteria为硝化反应的优势微生物菌门,在最佳电压下培养前后,以回流污泥和曝气池污泥为接种源的MEC中的Proteobacteria均出现了增长,分别由36.1%、36.4%增加到68.4%、60.7%,而以根际土壤为接种源的MEC中的微生物群落基本未发生明显变化。就微生物组成而言,曝气池污泥和回流污泥的组成较为接近,外加电压对其影响也呈现出一定的相似性,而以根际土壤为接种源的MEC与前两者差别较大。不同接种源微生物的多样性和丰富度均有所不同,结合氨氮去除效果推测,外加电压促使了MEC中硝化功能菌聚集,从而提高了MEC去除氨氮的能力。     

SBBR反应器中耐冷微生物的驯化与识别

以模拟生活污水为处理对象,三种不同填料为生物膜载体,运行 A、B、C三个SBBR,通过逐步降温（25、20、15、10、6和5℃）培养驯化处理低温污水的生物膜。运行251周期,三个反应器COD出水浓度均低于50 mg/L;B反应器对氨氮去除效果优于A和C。特别在低温5℃时,A、B和C三个反应器氨氮平均出水浓度分别为14.1、3.79和14.1 mg/L。高通量测序结果显示,5℃时,三个反应器中均以降解有机物的微生物为主;只有B反应器中驯化富集出了嗜冷硝化菌（Candidatus Nitrotoga）;而其他有硝化作用的菌属在B反应器中的丰度也高于A和C反应器;不利于脱氮的类固氮菌（Elstera）在A和C反应器中丰度较高。此结果可从微生物角度解释三个反应器处理效果的差异性,表明B反应器处理低温污水有显著优势,其所用填料可结合低温菌进一步开发利用。     

MFC-好氧颗粒污泥系统中C/N对阴极微生物的影响

为了探索微生物燃料电池更广泛的适用性，本试验将好氧颗粒污泥（AGS）与微生物燃料电池（MFC）进行耦合，并采用序批式运行方式，固定进水COD为780 mg/L，通过改变NH4+的浓度（39、50、78和156 mg/L）将碳氮比（C/N）分别调节为5、10、15、20，研究了不同C/N对系统阴极室内微生物的多样性和群落结构产生的影响。通过高通量测序分析显示，随着进水C/N的变化，阴极室内不同菌群的相对丰度都产生了明显的变化。在门水平下，最为丰富的变形菌门（Proteobacteria）的相对丰度在C/N=10时，占比为45%；而在C/N=20时，降为41.1%。在纲水平下，相对丰度变化幅度最大的异常球菌纲（Deinococci）在C/N=5时占比最大达到27.2%，在C/N=20时占比最小只有15.1%。在C/N=15和20的条件下，阴极室内微生物的新陈代谢相对丰度最高，为77.1%，对应的阴极好氧颗粒污泥代谢较强，这对微生物降解COD有着举足轻重的作用。     

16S rRNA测序技术在饮用水全流程微生物多样性研究的应用

饮用水中微生物与人类健康息息相关.16S rRNA基因序列具有的普遍性及保守性,被越来越多地应用于饮用水水质全流程微生物多样性及群落结构研究.文中简要介绍了16S rRNA基因测序技术的发展历程,并基于16S rRNA基因测序技术在饮用水中的研究成果,探讨了全流程水环境条件与水中微生物多样性的相互关系.结果表明,水源水...     

水量冲击对AAO系统中微生物群落结构的影响

为进一步明确AAO系统抗水量冲击能力,文中通过AAO中试试验对比了1.5倍水量冲击前后AAO系统出水水质变化,并采用高通量测序技术对水量冲击前后好氧区活性污泥的微生物群落结构进行分析.在1.5倍水量冲击期间,出水CODCr变化较小,出水氨氮和TN明显上升,出水TP呈先升高后下降趋势.水量冲击后,微生物物种总数下降、群落多样性下降、微生物群落结构发生变化,其中,拟杆菌门(Bacteroidetes)的相对丰度变化最为明显,相比水量冲击前降低了18.15％,变形菌门(Proteobacteria)和绿菌门(Chlorobi)的相对丰度上升了10.80％、10.64％.对比水量冲击前后污泥中主要脱氮除磷功能菌属分布特征,发现系统中的氨氮氧化细菌(ammonia oxidizing bacteria,AOB)、亚硝酸氮氧化细菌(nitrite oxidizing bacteria,NOB)和大部分具有反硝化功能的菌属受水量冲击影响,相对丰度下降,导致出水氨氮和TN上升,而系统中的聚磷菌的Candidatus accu-mulibacter相对丰度明显上升,生物除磷效果提升.     

一株利用稻草秸秆发酵产油脂菌株的筛选及其发酵条件的初步研究

从土壤中筛选到一株能在纤维素刚果红培养基上生长的真菌,经形态学和ITS全序列分析鉴定该菌株为长孢被孢霉PFY。菌株在发酵过程中不需额外添加纤维素酶就可直接利用预处理后的稻草秸秆进行发酵生产油脂。利用气质联用技术分析了所产油脂成分,该油脂中含有较多的不饱和组分,其中油酸和亚油酸百分含量为31.70%和27.30%。对其利用预处理后的秸秆进行发酵因素的考察,适宜发酵条件为底物浓度20g/L,初始pH6,温度28℃,接种量2%,添加0.2%KH2PO4和0.05%ZnSO4。在适宜条件下发酵后油脂得率为8.15%。     

秸秆类型及配比变化对污泥厌氧消化中微生物群落的影响

为探讨秸秆类型及配比变化对污泥厌氧消化体系中微生物群落结构的影响,采用16S rRNA高通量测序技术,对污泥-秸秆联合厌氧消化体系中微生物群落进行分析。结果表明：玉米秸秆的添加对体系中pH和挥发性脂肪酸（VFAs）的影响较大,尤其是乙酸。而小麦和水稻秸秆的添加对碱度的影响较大,但当配比增加时体系中的VFAs和乙酸浓度也会增加,特别是1∶1.5（挥发性固体质量比）。通过对微生物群落结构分析发现,秸秆类型及配比的变化能显著提高厌氧体系中水解菌和酸化菌的相对丰度（p＜0.001）,如深古菌门Bathyarchaeota、未识别的_c_深古菌门（norank_p_Bathyarchaeota）、拟杆菌门（Bacteroidetes）、阴沟单胞菌门（Cloacimonetes）、同力菌门（Synergistetes）、未分类的_p_阴沟单胞菌门（unclassified_p_Cloacimonetes）、未识别的_c_拟杆菌门_vadinHA17（norank_c_Bacteroidetes_vadinHA17）、（Christensenellaceae_R-7_group）、未识别的_f_紫单胞菌科（norank_f_ Porphyromonadaceae）、未分类的_f_瘤胃菌科（unclassified_f_Ruminococcaceae）、拟杆菌属（Bacteroides）、丙酸杆菌属（Prolixibacter）、长绳菌属（Longilinea）、纤绳菌属（Leptolinea）等菌群;但对体系中乙酸型产甲烷菌（Methanosaeta）和氢型产甲烷菌（甲烷螺菌属Methanospirillum、甲烷杆菌属Methanobacterium和甲烷短杆菌属Methanobrevibacter）的生长产生抑制作用。同时也发现秸秆的添加对甲基型产甲烷菌（Methanomassiliicoccus）的生长具有显著的促进作用（p＜0.001）,从而影响厌氧体系的产甲烷特性。     

微生物菌剂对印染废水强化处理的效果及活性污泥菌群的变化

直接投加微生物菌剂到好氧池内对印染废水进行强化处理,考察了菌剂投加前后出水CODCr和NH3-N浓度的变化。采用高通量测序法结合平板菌落计数法和活性污泥胞外聚合物的成分含量,分析了污水处理效果提高的原因。结果表明:投加微生物菌剂后,出水CODCr的质量浓度由投加前的300 mg/L以上,下降至100~200mg/L,去除率由49%~59%提高到了74%~83%。出水NH3-N的质量浓度由投加前的10~15 mg/L下降至10mg/L以下,去除率由38.1%~64.7%提高到了64.0%~86.7%。高通量测序结果表明:投加菌剂后活性污泥中Phycisphaera菌属的丰度由5.15%提高到了6.76%,比对照组高了1.61%。丰度小于2%的菌属中,Thauera,Bellilinea,Longillnea,Dechloromonas,Zoogloea这5个属的丰度比对照样品高。投加菌剂后平板计数菌落数比对照样品增加了10倍多,活性污泥中胞外聚合物蛋白质和多糖的含量明显高于对照样品。     

有机物对SNAD脱氮性能及微生物群落的影响

以葡萄糖作为有机碳源的模拟废水为处理对象,采用序批式生物膜反应器(SBBR),考察不同COD对同步亚硝化、厌氧氨氧化和反硝化(SNAD)工艺脱氮性能的影响。结果表明,SNAD工艺的脱氮除性能随着COD/ρ(NH4+-N)的增加呈逐渐增强趋势,COD/ρ(NH_4~+-N)为0.80时,TN平均去除率从85.00%增至96.86%,COD平均去除率为82.81%。运行120 d后,生物膜中与脱氮相关的浮霉菌门和变形菌门相对丰度分别从56.44%和13.67%增至62.71%和16.00%。系统中仅检出一种厌氧氨氧化菌(AnAOB)为Candidatus_Jettenia,葡萄糖对Candidatus_Jettenia有显著促进作用,相对丰度从44.88%大幅增至62.33%,但却对SM1A02有极强的抑制作用,相对丰度从14.45%降至0.19%。反硝化菌(DNB)为Denitratisoma,相对丰度从4.08%增至10.17%。