应用16S rRNA基因文库技术分析3种生物填料上生物膜的细菌群落组成

为研究生物填料上生物膜的细菌群落组成及其在循环水养殖系统中的应用,选择3种生物填料构建生物滤池,采用细菌16S rRNA基因片段扩增和Illumina高通量测序法,分析了循环水养殖系统中填料上生物膜和对应生物滤池水体中的细菌群落种类组成。结果表明:3种生物填料均有富集微生物生长的作用,生物填料上生物膜的细菌种类和多样性大于对应的生物滤池水体;在门分类水平,3个生物滤池水体中的优势菌相同,均为厚壁菌门,3种生物填料上生物膜的优势菌不尽相同,聚乙烯小球生物膜的优势菌为厚壁菌门,陶瓷环和弹性毛刷生物膜的优势菌为变形菌门;弹性毛刷生物膜的细菌种类最多、多样性指数最高,由变形菌门的26个属细菌组成,聚乙烯小球生物膜的细菌种类组成最少、多样性指数最低,由厚壁菌门的23个属组成,细菌丰度指数最低。     

循环水养殖系统中不同滤料生物挂膜水处理效果及微生物群落分析

为探究循环水养殖系统中不同滤料生物挂膜、微生物多样性和水处理效果间的关系,采用不同的滤料——电气石球(T)、聚乙烯环(PE)、聚苯乙烯泡沫滤珠(EPS)进行挂膜和养殖废水处理试验,并通过Illumina Miseq高通量测序对滤料表面和水体中微生物群落结构及多样性进行分析。结果表明:在48 d的挂膜期间,电气石球组氨氮、亚硝酸盐消除时间较短,比聚苯乙烯泡沫滤珠组早4 d,比聚乙烯环组早8 d,在水处理效果试验过程中,48 h内3种生物滤料对氨氮、亚硝酸盐的去除效率依次为电气石球>聚乙烯环>聚苯乙烯泡沫滤珠;细菌微生物丰富度和多样性分析显示,各组滤料循环水中相同门分类细菌丰富度较高的为变形菌门Proteobacteria、厚壁菌门Firmicutes、拟杆菌门Bacteroidetes、放线菌门Actinobacteria和硝化螺旋菌门Nitrospirae,其中,变形菌门和硝化螺旋菌门均具有重要的脱氮功能;水体中和滤料表面的细菌群落组成分析显示,电气石球组水体中的变形杆菌门明显高于聚乙烯环组水体,电气石球组滤料中变形杆菌门和硝化螺旋菌门明显高于聚乙烯环组和聚苯乙烯泡沫滤珠组。研究表明,通过综合比较挂膜时间、水处理效果和微生物多样性,各滤料的水处理效果为电气石球优于聚乙烯环和聚苯乙烯泡沫滤珠,各系统中均具有大量脱氮功能的变形菌门和硝化螺旋菌门细菌且对水处理效果产生重要作用。     

不同生物填料构建零换水凡纳滨对虾养殖系统研究

将预先挂膜的聚氨酯海绵、聚乙烯环、聚乙烯醇(PVA)球和丝瓜络填料内置凡纳滨对虾养殖池,分析养殖过程中无机氮浓度变化与填料生物膜细菌群落结构。结果显示,聚氨酯海绵和PVA球实验组总氨氮(TAN)浓度、亚硝氮(NO^-₂-N)浓度均值显著低于聚乙烯环和丝瓜络实验组,聚氨酯海绵和聚乙烯环实验组浊度均值显著低于PVA球和丝瓜络实验组,养殖后期丝瓜络填料分解引起水质波动较大。4组填料对虾存活率在61.7%～68.8%,丝瓜络和聚氨酯海绵实验组对虾均重显著高于聚乙烯环和PVA球实验组。聚氨酯海绵、PVA球和丝瓜络实验组中变形菌门为第一优势菌门,相对丰度为44.99%,56.54%和46.47%,聚氨酯海绵、PVA球中拟杆菌门为第二优势菌门,丝瓜络实验组中绿弯菌门为第二优势菌门;聚乙烯环实验组中浮霉菌门和变形菌门为优势菌门,相对丰度分别为38.14%,25.45%。PVA球和聚氨酯海绵实验组生物膜的细菌丰富度和多样性指数均高于丝瓜络和聚乙烯环实验组。4组填料硝化作用优势菌属均为亚硝化单胞菌属。     

秋、冬季刺参养殖池塘菌群的多样性分析

以黄海和渤海代表性刺参养殖池塘秋、冬季海水和沉积物基因组DNA为模板,以细菌16S r DNA通用引物进行PCR扩增,构建16S r DNA文库并进行测序分析,研究了秋、冬季刺参养殖池塘菌群的多样性。结果表明:海水和沉积物中主要包括11个门类的细菌,即变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、疣微菌门(Verrucomicrobia)、厚壁菌门(Firmicutes)、梭杆菌门(Fusobacteria)、蓝细菌门(Cyanobacteria)、浮霉菌门(Planctomycetes)、脱铁杆菌门(Deferribacteres)、绿弯菌门(Chloroflexi);黄海和渤海刺参养殖池塘海水和沉积物中优势类群均为变形菌(变形菌比例>48%);用Shannon指数及Simpson优势度指数分析细菌的多样性,黄、渤海刺参养殖池塘中,冬季沉积物细菌Simpson优势度指数均最低,分别为0.014 89和0.016 50,Shannon指数均最高,分别为6.312和5.695。研究表明,黄海和渤海刺参养殖池塘中,冬季沉积物细菌多样性均最高。     

池塘鱼菜立体种养系统的微生物群落结构分析

为了解池塘鱼菜立体种养系统中微生物的群落结构特征,探究池塘鱼菜立体种养系统不同组成之间的相互关系,采用Illumina MiSeq高通量测序方法对系统不同组成的微生物16S rRNA V3～V4区进行测序,比较分析了水体、底泥、蕹菜Ipomoea aquatica Forsk根际与根表、暗纹东方鲀Takifugu obscures肠道及凡纳滨对虾Litopenaeus vanname肠道微生物群落多样性及差异。结果表明:池塘鱼菜立体种养系统的6组样品细菌分布于62门1 503属,优势菌门包括变形菌门Proteobacteria (27.71%)、放线菌门Actinobacteria (16.37%)、蓝细菌门Cyanobacteria (16.05%)和拟杆菌门Bacteroidetes (10.07%),主要优势菌属包括红球菌属Rhodococcus、葡萄球菌属Staphylococcus、弓形杆菌属Arcobacter、红杆菌属Rhodobacter、硫杆菌属Thiobacillus和支原体属Mycoplasma;水体的优势菌门为放线菌门、变形菌门、蓝细菌门和拟杆菌门,底泥的优势菌门为变形菌门和拟杆菌门,蕹菜根际及根表的优势菌门为变形菌门、蓝细菌门和拟杆菌门,暗纹东方鲀肠道的优势菌门为厚壁菌门Firmicutes、Epsilonbacteraeota、蓝细菌门和拟杆菌门,凡纳滨对虾肠道的优势菌门为放线菌门和变形菌门;池塘鱼菜立体种养系统中的功能性细菌分布略有不同,蕹菜根表硝化细菌的相对丰度显著高于水体、鲀肠道和虾肠道(P<0.05),蕹菜根际反硝化细菌的相对丰度显著高于其他各组(P<0.05),水体和蕹菜根际固氮菌的相对丰度显著高于虾肠道、底泥和鲀肠道(P<0.05)。研究表明,池塘鱼菜立体种养系统的不同组成(底泥、水体、蕹菜根际与根表、养殖对象肠道)由于功能不同微生物群落结构存在较大差异,在蕹菜根际及根表包含有相对丰度较高的硝化细菌、反硝化细菌、固氮菌,有助于促进氮循环,提高系统中氮的利用率,而养殖对象肠道中既有有益菌也有致病菌属。     

生物接触氧化修复景观水的填料挂膜试验研究

在景观水体中,对生物接触氧化填料(弹性立体填料和组合填料)进行动态培养自然挂膜,研究了挂膜过程中填料外观、生物相、生物量、生物膜上的功能菌、藻类等的变化情况。结果表明:在挂膜过程中,填料外观和生物相呈规律性变化;所附着的藻种类和密度呈先增加后减少的趋势,且主要为硅藻;约一个月后,填料挂膜成熟,弹性立体填料和组合填料上的生物量分别稳定在170和140 g/m3左右,异养菌均稳定在1010CFU/m3,硝化菌稳定在109CFU/m3。     

长庆油田石油污染土壤微生物种群多样性研究

以姬塬油田井场石油污染土壤为研究对象,通过高通量测序,分析了细菌群落的类型和结构,结果显示3份土壤样品中共检测到包括变形菌门、放线菌门、厚壁菌门、拟杆菌门、酸杆菌门和疣微菌门等24个门的细菌,土壤微生物结构多样性丰富,揭示了原油污染土壤的微生物种群多样性情况,对石油污染微生物治理技术具有重要的意义。     

低温下BAF处理受氨氮污染源水的菌群特性

水源水氨氮污染问题广泛存在,而冬季低温期氨氮污染更是饮用水生产中的难题。以前期构建的悬浮填料/沸石曝气生物滤池(BAF)系统为基础,以松花江水为研究对象,对曝气生物滤池在低温期处理氨氮的效能和响应温度变化的菌群特性进行了研究。在1.0~5.5℃的长期低温运行过程中,BAF对氨氮的平均去除率为77.08%,随着低温运行时间的延长和温度下降,硝化作用增强。利用高通量测序技术解析填料表面生物膜群落结构,发现低温期的生物膜菌群多样性虽较常温期低,但经低温长期驯化后,优势菌群差异明显,常温下的优势菌属在低温期均下降,低温期的硝化螺旋菌属和亚硝化单胞菌属的数量却高于常温期,表明硝化细菌在低温环境下是可以增殖、驯化的。     

载体填料高度对生物滤器处理高浓度含氮海水效果的影响

在曝气生物滤池(BAF)中,微生物沿填料层高度有不同分布,参与氧化分解有机物的好氧异养菌和硝化菌之间存在着对生物膜表面空间、溶解氧以及营养盐的竞争,从而使得在生物滤池不同高度处对有机物和NH4-N的去除能力不同.为确定BAF在实际运行的最佳填料高度,本实验采用以竹球、悬浮填料以及陶粒为填料的曝气生物滤池处理高浓度含氮海水.实验结果表明,当流速为1 m/h、温度为18～28 ℃、气水比为1～3∶1以及pH为7.0～8.5时,以竹球、悬浮填料及陶粒为填料的曝气生物滤池的最佳填料高度为60 cm,出水完全达到养殖水水质要求.     

不同载体菌-藻生物膜处理农家乐污水的研究

将生物接触氧化填料(组合填料和弹性立体填料)作为菌-藻生物膜系统的载体,来处理某农家乐生活污水。结果表明,两种填料的菌-藻生物膜系统对COD、NH_4~+-N、TN和TP都有很好的去除效果,其中,组合填料的菌-藻生物膜系统对COD的去除较为明显,去除率高达94.8%,弹性填料的菌-藻生物膜系统对NH_4~+-N、TN和TP的去除较为突出,最高去除率分别可达到94.7%、93.6%和91.3%。综合对比,弹性立体填料的菌-藻生物膜系统在处理当地农家乐生活污水方面更有优势,且处理效果稳定。