淡水养殖环境中氨氧化微生物的研究进展

随着水产养殖业的快速发展,养殖水体氮素污染日益突出,硝化微生物在水产养殖环境氮循环中具有重要作用。本文主要综述我国淡水养殖环境中硝化微生物的多样性、作用机理、厌氧氨氧化过程和机理等研究进展,并展望今后的研究工作:(1)淡水养殖水域硝化作用和氨氧化微生物的时空分布特征及影响因子;(2)淡水养殖环境氨氧化微生物及其他氮素转化关键微生物的过程与机理;(3)深入研究特定生态系统中如池塘生态系统、氮循环的各个过程,构建相关氮素转化和氮素平衡模型,为完善淡水池塘生态系统氮循环理论、水产养殖环境的氮素污染治理和生态修复提供参考。     

水稻土厌氧氨氧化活性测定的同位素示踪法方法探讨

自然生态系统中的厌氧氨氧化过程是新发现的氮循环途径,已有研究表明水稻土能产生厌氧氨氧化作用,然而目前还鲜有关于水稻土厌氧氨氧化活性测定方法的报道。15N示踪法是定量厌氧氨氧化活性的新方法,根据厌氧氨氧化和反硝化过程原理的不同,该方法可以同时测定厌氧氨氧化和反硝化产生的氮气。本文详细介绍了一种利用稳定同位素标记配对法,通过预培养消耗底物硝酸根后,对反应体系进行三种处理:1)仅加15N-NH4+的阴性对照;2)加15N-NH4+和14N-NO3-的阳性对照;3)仅加15N-NO3-。厌氧培养后分别对三种处理产生的氮气采用稳定同位素质谱仪进行测定,通过数据分析获得厌氧氨氧化活性。本研究建立了水稻土厌氧氨氧化活性测定方法,能较为真实的反应原位条件下水稻土的厌氧氨氧化活性。     

石灰性紫色水稻土不同土壤深度中厌氧氨氧化细菌对施肥的响应

【目的】研究长期不同施肥处理对水稻土厌氧氨氧化细菌(anaerobic ammonium oxidation bacteria,AAOB)群落结构和垂直分布特征的影响,深入认识不同施肥处理下石灰性紫色水稻土厌氧氨氧化作用的微生物调控机制,为该地区科学施肥、培肥地力提供理论依据。【方法】利用化学分析、末端限制性片段长度多态性分析(T-RFLP)和荧光定量PCR技术分别对不同施肥处理下石灰性紫色水稻土理化性质、厌氧氨氧化细菌丰度及群落结构进行分析。【结果】理化性质结果显示,相对于无肥处理(CK),氮(N)、氮磷钾肥(NPK)及氮磷钾配施农家肥(NPKM)均会降低土壤p H和硝态氮含量,而增加土壤有机质、全氮和铵态氮含量。随土壤深度增加,土壤p H增加,全氮和硝态氮含量降低,铵态氮含量变化趋势不明显。q PCR结果显示,就土壤层次而言,厌氧氨氧化细菌在0—20 cm层的丰度最高,20—40 cm层最低;就施肥处理而言,氮肥(N)对厌氧氨氧化细菌的丰度促进最为明显。T-RFLP结果表明,厌氧氨氧化细菌在0—20 cm土层群落组成最为丰富,Shannon-wiener多样性指数最高;寡氮肥下其群落组成最为简单,无肥处理下群落结构最为复杂。厌氧氨氧化细菌优势种群属于Candidatus Brocadia。冗余梯度分析(RDA)显示,p H影响是石灰性紫色水稻土厌氧氨氧化细菌群落结构差异的主要环境因子。【结论】本研究显示寡氮处理会降低石灰性紫色水稻土中厌氧氨氧化细菌的多样性但促进其丰度。表层土(0—20 cm)是厌氧氨氧化细菌分布的主要层次。     

Anammox bacterial abundance and biodiversity in greenhouse vegetable soil are influenced by high nitrate content

The anaerobic ammonium oxidizing(anammox) process has been found to play an important role in terrestrial ecosystems in recent years. However,the diversity and abundance of anammox bacteria in nitrogen(N)-rich agricultural soils under high fertilizer greenhouse conditions are still unclear. Two greenhouse fields with different N fertilizer input levels were chosen, and their soil profiles were studied with molecular technologies, including quantitative polymerase chain reaction assay, a clone library, and phylogenetic analysis based on hzsB(encoding anammox hydrazine synthase β-subunit) gene. Molecular analyses suggested that anammox bacteria were at their highest density at 10–20 cm soil depth, and that the anammox bacterial abundance was significantly lower at high N than at low N. Candidatus Brocadia was the sole anammox bacterial genus throughout the soil depth profiles. The highest diversity of anammox bacteria was found at 30–40 cm soil depth, and different phylotypic clusters of Candidatus Brocadia were associated with specific soil environmental factors, such as nitrates, soil depth, and total N. Correlation analyses and redundancy analyses confirmed that high nitrate content associated with high N fertilizer input had a significant negative influence on the abundance and biodiversity of anammox bacteria. These results imply that excessive use of N fertilizer would affect arid land soil N loss to the atmosphere by the anammox pathway.     

牛粪堆肥中厌氧氨氧化菌分子生物学检测

研究利用PCR-DGGE方法对堆肥中厌氧氨氧化菌16S r RNA基因特异扩增,检测堆肥厌氧氨氧化菌种属及多样性水平。结果表明,牛粪堆肥中厌氧氨氧化菌群组成与海洋环境不同。海洋环境中Candidatus Scalindua属厌氧氨氧化菌为优势菌群,而牛粪堆肥中厌氧氨氧化菌中优势菌属为Candidatus Brocadia、Candidatus Kuenenia和Candidatus Scalindua,多样性相对较高。可为堆肥发酵过程中厌氧氨氧化过程提供分子生物学依据。     

增设回流提高厌氧氨氧化反应器脱氮效能

采用2套上流式反应器接种厌氧氨氧化污泥,研究了高基质浓度下增设回流对厌氧氨氧化反应器脱氮性能影响.研究结果表明,增设出水回流的反应器1经过116 d的运行,进水NH4+-N和NO2--N质量浓度由初始100、130 mg/L达到602、782 mg/L时,出水质量浓度仅增加到44、60 mg/L,氮容积去除负荷最高达到7.87 kg/(m3·d).NO2--N与NH4+-N的转化比维持在1.303,NO3--N生成量与NH4+-N转化量之比维持在0.24.无回流的反应器2经过67 d运行,进水NH4+-N和NO2--N质量浓度由最初100、130 mg/L分别增加到456和600 mg/L,相应出水质量浓度达到174和253 mg/L,氮容积去除负荷最高达到4.31 kg/(m3·d).NO2--N与NH4+-N的转化比维持在1.298左右, NO3--N生成量与NH4+-N转化量之比维持在0.21.说明回流对进入反应器的基质具有较强稀释作用,有助于避免高基质浓度对厌氧氨氧化活性的影响,同时对厌氧氨氧化反应过程中氮素转化比不产生影响.增设出水回流后的反应器1污泥粒径主要分布在1.25~2 mm之间,而反应器2污泥粒径主要分布在0.9~1.6 mm.说明在反应器运行过程中增设回流有助于反应器内液体上升流速的增加,颗粒污泥具有良好的流态,能够更好地与底物接触,有利于微生物增长.     

厌氧氨氧化反应器载体生物膜细菌多样性的研究

采用细菌16SrRNA通用引物1055F／1392R-GC获得的PCR产物进行变性梯度凝胶电泳（DGGE）,分析了两个厌氧氨氧化反应器在不同运行时间其载体生物膜上的细菌多样性。结果表明,两个反应器在不同运行时间其细菌种群多样性有一定差异。DGGE优势条带序列系统发育分析结果表明,反应器载体生物膜上的细菌类群主要是陶厄氏菌属Thauera、鞘氨醇单胞菌属Sphingomonas,外硫红螺旋菌科Ectothiorho．dospiraceae、酸杆菌门Chloroflexi、绿弯菌门Acidobacteria及不可培养细菌。当反应器运行208d时,水体中氨氮和亚硝态氮的去除率维持较高水平,两者去除率之比为1．1,表明反应器内发生了厌氧氨氧化反应。针对厌氧氨氧化细菌16SrRNA基因引物Pla46F／Amx368R—GC获得的PCR产物,采用DGGE技术对载体生物膜上的厌氧氨氧化细菌进行了检测。DGGE优势条带序列分析结果表明,在反应器中富集得到的厌氧氨氧化细菌分别与PlanctomyceteKSU-1、CandidatusJetteniaasiatica的相似性均为96％,可以认为它们是反应器内起厌氧氨氧化作用的主要细菌。     

利用上流式双层厌氧滤器启动厌氧氨氧化研究

厌氧氨氧化是一种高效的脱氮处理工艺,但其启动和运行过程困难,高效反应器是解决此问题的有效手段。本文利用改进的上流式双层厌氧滤器开展厌氧氨氧化启动反应的试验研究。在反应器填料上分别接种反硝化污泥、厌氧污泥、混合污泥,通过模拟废水提供自养反硝化条件,并逐步提高基质浓度和水力负荷,促使菌群向厌氧氨氧化反应转变。试验发现,反硝化污泥、厌氧污泥、混合污泥均可启动厌氧氨氧化反应,启动时间分别为42、54 d和45 d。以反硝化污泥为接种物的启动效果最好,启动时间较短且废水氮素去除率高,总氮去除率最高达到82.2%。双层填料的反应器有效提高了厌氧氨氧化的稳定性,该反应器中厌氧氨氧化菌对氨氮、亚硝氮的适宜浓度负荷为270、360 mg·L^-1,废水中COD浓度不宜超过150 mg· L^-1,系统中存在厌氧氨氧化和甲烷化共存的效应。