氨氧化古菌——环境微生物生态学研究的一个前沿热点

新近在环境基因组学研究上的突破和常温型泉古菌纯培养株系的获得揭示出氨氧化古菌（AOA）是一个不同寻常的功能类群．通过对氨氧化过程的关键酶之一氨单加氧酶（AMO）α亚基的编码基因（amoA）的系统发育分析发现,AOA是一个独立于氨氧化细菌（AOB）进化枝之外的进化类群．目前巳确认,AOA是自然界中最丰富的氨氧化生物,其amoA基因的拷贝数最高可超过AOBamoA基因拷贝数3个数量级．在自然生态系统,尤其是海洋生态系统中具有十分重要的生态地位．据热力学估算,海洋AOA每年生成的NO2与全球海洋新生产力（即海洋对大气碳封存）所需的N量相当;由AOA氧化海洋中的NH。获能所固定的CO2的总量远远超过了埋藏于全球海洋沉积物中的碳量．AOA已成为今后环境微生物生态学的研究热点之一．     

杭州湾水环境中氨氧化微生物对外源氨氮的响应

采集杭州湾邻近工业园区纳污水域靠近排污点(A点)及远离排污点(B点)的沉积物和水样,进行实验室模拟培养实验.在外源氨氮的刺激下,培养体系中微生物氨氧化作用加强,35天后水中投加的NH4+-N全部被去除,而NO3--N出现积累.源于A,B点的样品在培养实验后,基于细菌氨单加氧酶基因(Bact-amoA)的DGGE指纹图谱中的条带数由1条分别增加至7条和5条,表明氨氧化细菌的群落结构发生变化,多样性增加;而基于古菌氨单加氧酶基因(Arch-amoA)的DGGE条带数没有明显变化,表明氨氧化古菌的群落结构没有显著变化.     

杭州湾水环境中氨氧化微生物对外源氨氮的响应

采集杭州湾邻近工业园区纳污水域靠近排污点(A点)及远离排污点(B点)的沉积物和水样,进行实验室模拟培养实验.在外源氨氮的刺激下,培养体系中微生物氨氧化作用加强,35天后水中投加的NH4+-N全部被去除,而NO3--N出现积累.源于A,B点的样品在培养实验后,基于细菌氨单加氧酶基因(Bact-amoA)的DGGE指纹图谱...     

2类氨氧化菌的生态特性及其应用研究进展

氮素作为组成生物体的重要元素,一直以其独特的方式在自然界中循环。经典氮循环理论认为细菌的好氧氨氧化是氧化氨氮的唯一途径,然而,随着生物技术的发展,新的氮循环途径被不断发现,其中的古菌好氧氨氧化以及厌氧氨氧化过程,由于其突出的生态及工程应用重要性,成为学术界的研究热点。本文主要综述了氮循环新途径中的厌氧氨氧化以及古菌好氧氨氧化过程的发现及研究现状,并进一步探讨了这两类氨氧化菌的研究及应用前景。     

夏季珠江口冲淡水对氨氧化古菌的空间演替及分布规律的影响

氮在海洋生物地球化学循环中起着重要的作用,通常能限制海洋生物的生产力.硝化反应是氮循环的核心环节,且氨氧化反应是硝化作用的限速步骤,再加上氨氧化古菌(Ammonia Oxidizing Archaea, AOA)是氨氧化反应的主力军,因此海洋氨氧化古菌成了研究热点.通过对夏季珠江口的不同深度水体进行研究,以氨氧化古菌的功能基因氨单加氧酶(amoA)作为分子标记,运用454高通量测序技术和定量PCR在DNA和cDNA水平上来分析氨氧化古菌的群落结构组成、多样性和基因丰度分布特征.结果表明,夏季珠江口的淡水来源站位(A2B)有着最高的氨氧化古菌群落多样性,但丰度最低;自由生活型的氨氧化古菌丰度是附着生活型的10～1 000倍,这可能是氨氧化古菌的主要生存策略;盐度是影响夏季珠江口氨氧化古菌群落结构组成的主要环境因子,而其amoA基因丰度与环境因子之间没有显著性差异;表层和底层AOA群落之间的差异较自由生活的与附着的群落之间更为明显.研究表明在cDNA水平上对功能微生物类群进行探究的必要性,有助于增进水体氨氧化古菌群落响应环境变迁的认识.     

污水处理系统中氨氧化古菌种群的发现及其生存的影响因素

氨氧化古菌(Ammonia-oxidizing archaea,AOA)的发现给研究氨氧化提供了新思路.介绍了氨氧化古菌的发现以及不同环境下氨氧化古菌的活性及其群落变化规律,主要分析了不同环境因子对氨氧化古菌群落结构和丰度的影响.研究表明氨氧化古菌对氨的亲和力比较强,对溶解氧的适应范围也比较大,并且在溶解氧较低和pH偏...     

转Bt基因水稻对其根际可培养氨氧化菌的影响

通过分离计数以及运用分子生物学手段,研究了吴凤实验基地不同种植年份转BT基因水稻对水稻土壤的功能群氨氧化细菌的影响.查明种植转B t基因水稻会影响其根际浅层的可培养氨氧化细菌种群组成.这种影响表现为:种植转B t基因水稻的时间越长,种植的强度越大,对土壤氨氧化细菌的影响也就越大,这一现象从A、B、E土样的对比和B、D、E土样的对比中得到明显的反映.同样,转B t基因水稻也会影响到土壤深层的氨氧化细菌,与浅层土样中的结果具有相似性.     

普通活性污泥富集好氧氨氧化菌试验

用普通活性污泥在SBR反应器中富集好氧氨氧化菌,反应器的运行周期为1 d,瞬间进水,曝气21.5 h,沉淀2 h,排水0.5 h.pH控制在7.8～8.3,DO控制在0.8～1.2 mg/L,温度控制在30±2℃.采用人工配水,初始人工配水中NH 4-N的浓度为50 mg/L.待稳定后逐渐增加进水氨氮浓度至250 mg/L,每次增加幅度50 mg/L.为定量判定富集过程中好氧氨氧化菌数目的增长情况,每隔15 d对SBR反应器中的污泥进行最大可能计数法(MPN法)测试和MLSS测试.富集培养120 d后,好氧氨氧化菌浓度提高300倍.对比试验证实,pH和温度对好氧氨氧化菌的富集有明显影响.     

沸石载体恢复受饥饿影响厌氧氨氧化菌的性能研究

利用沸石良好的吸氨能力和微生物载体功能,将受饥饿影响的厌氧氨氧化菌在含沸石的反应器内进行活性恢复,研究沸石对长期饥饿影响下厌氧氨氧化菌恢复过程中菌群活性及结构的影响.结果表明,经过82天的运行,沸石反应器和对照反应器(无沸石添加)内厌氧氨氧化菌均获得恢复.沸石反应器的脱氮效率从第59天开始与对照反应器拉开差距,运行第8...     

基因芯片技术在环境微生物分子生态学研究中的应用

基因芯片技术是20世纪90年代发展起来的一门高新技术,其作为不依赖于微生物培养、高通量和高灵敏度的新技术在环境微生物分子生态学研究中得到广泛的应用。环境微生物生态学研究主要包括环境中微生物的种类、数量、功能、动态变化规律以及环境因子、微生物种群和数量对微生物及环境的影响。探讨了基因芯片技术在微生物群落和多样性、微生物功能基因以及微生物群落动态变化和相互作用关系等环境微生物分子生态学研究中的应用。     

厌氧氨氧化菌的培养与驯化研究

以厌氧污泥为种泥，采用UASB反应器初步完成了厌氧氨氧化（ANAMMOX）菌的培养与驯化，在实验进行了100多天里，氨氮和亚硝酸盐氮的去除率最高分别可达70．9％和78．6％，到实验后期的40天，两者的平均去除率分别为40．6％和56．6％，进水碱度（以CaCO3计）以300mg/L较为合适，当时pH值在7.4-8.2之间，适合ANAMMOX菌的生长，另外，计算表明，正常的ANAMMOX反应应该处于较强的氧化状态，实验测定的结果与此相符合。     

两株好氧氨氧化菌(AOB)的分离纯化及菌属鉴定

在生物脱氮过程中,好氧氨氧化细菌( AOB)发挥重要作用.本研究通过梯度稀释培养、平板划线分离进行AOB分离纯化,获得两株氨氧化能力较强的AOB菌株A2和A7,它们能将培养液中的大部分氨氮氧化.对A2和A7菌株进行革兰氏染色,并通过光学显微镜及扫描电镜观察细胞形态,发现A2和A7均为革兰氏阴性菌,细胞呈杆状,长为1~1.5μm,宽约0.5μm.生理生化实验表明,A2和A7属于自养微生物,不能利用有机碳源.系统发育分析表明,A2和A7均为亚硝化单胞菌( Nitrosomonas).     

一株氨氧化菌的分离及其生物学特性研究

从青岛近海养殖场废水样品中筛选到一株具有硝化与反硝化双重功能的细菌,命名为YZC.菌株YZC兼性厌氧,革兰氏阳性,杆状;菌落干燥、圆形隆起、边缘锯齿状,在不同培养基上菌落颜色有所变化.该菌能以硝酸钠为氮源在好氧条件下进行反硝化作用;能以乙酸钠和硫酸铵分别为碳源和氮源进行硝化作用;该菌能以乙酰铵为唯一碳源和氮源而生长,并能利用多种糖和其他碳源.我们还测定了该菌的最适pH值和其生长盐浓度,以及其水解淀粉和明胶的能力,因此,YZC菌株对自然水体,尤其是废水的生物脱氮具有潜在的研究价值.     

高含硫气田采出水生化处理的微生物构效关系

为了探究高盐、高CODcr （重铬酸盐法化学需氧量）、高氨氮采出水生化处理的关键功能菌群及代谢机理,本研究在生产规模缺氧/好氧池-膜生物反应池（anoxic / oxic pond - membrane bioreactor,A/O-MBR）,使用Illumina Miseq高通量测序和实时荧光定量多聚核苷酸链式反应（real-time quantitative polymerase chain reaction,qPCR）方法,检测了细菌、氨氧化细菌（ammonia oxidizing bacteria,AOB）和氨氧化古菌（ammonia oxidizing archaea,AOA）的组成和含量。A/O-MBR 出水分析结果显示CODcr平均211 mg/L,去除率72.7%;氨氮分为低/高去除率（LS/HS）两个阶段,去除率分别为5.7%和70.8%。氨氮全部氧化为亚硝酸根;但亚硝酸根没有进一步转化为硝酸根,而是部分通过反硝化转化为氮气。细菌组成揭示关键功能菌群：涉及CODcr去除的主要有林杆菌（Limnobacter）、陶厄氏菌（Thauera）、伯克氏菌（Burkholderia）、水微菌（Aquamicrobium）、藤黄单胞菌（Luteimonas）、砂单胞菌 （Arenimonas）,涉及反硝化的主要有斯塔普氏菌（Stappia）、生丝微菌（Hyphomicrobium）和噬甲基菌 （Methylophaga）。AOB优势菌是亚硝化单胞菌 （Nitrosomonas）,占比高达96.6%。AOA主要有亚硝化球菌（Nitrososphaera）、亚硝化短小杆菌 （Nitrosopumilus）和Nitrosocosmicus,均率属于奇古菌门（Thaumarchaeota）。LS和HS样品细菌含量范围2.83×10^9～4.01×10^9 拷贝/g污泥,细菌丰富是高效生化处理的基础;AOB含量分别是7.27×10^7～8.47×10^7 拷贝/g污泥和6.79×10^8～17.2×10^8 拷贝/g污泥,差异显著,是氨氮去除率差异的决定因素;AOA含量范围4.06×10^4～8.88×10^4 拷贝/g污泥,均极低,揭示其不是氨氮去除的关键菌群。这些发现可为提高含硫气田高含盐采出水处理效率和稳定性奠定基础。     

小型浅水湖泊表层沉积物氨氧化古菌群落结构特征

为更深入地了解氨氧化古菌(AOA)在浅水湖泊表层沉积物中的分布特征,以淮河流域下游里下河地区浅水湖泊为研究对象,采用分子生物学和微生物学方法研究了该区域4个不同功能类型的浅水湖泊中的AOA群落结构。结果表明,里下河地区的浅水湖泊中存在AOA,为AOA的全球地理分布生境提供了重要补充。大纵湖湖心处表层沉积物中AOA的多样性和丰富度最高,AOA主要聚集于Group 1.1b和Group 1.1a,其中71.3%的序列属于Group 1.1b,28.7%的序列属于Group 1.1a。沉水植物的存在明显增加了Group 1.1b的丰富度,丰富的有机质有利于促进AOA的生长。得胜湖岸周边的工厂、采沙场、渔业养殖以及九龙口上游家畜类养殖影响了表层沉积物中的群落特征。     

有机碳源环境下的厌氧氨氧化批式实验

通过厌氧氨氧化批式实验,研究了在有机碳源环境下COD/NH4 -N比、pH值以及NO2--N浓度对厌氧氨氧化反应的影响.结果表明:在有机碳源环境下,厌氧氨氧化作用和反硝化作用可以同时存在;适宜的COD/NH4 -N比值范围在0~1.57之间;适宜的pH值范围应该在6.02~8.50之间,最适pH值为8.00;为了得到较好的脱碳和脱氮效果,在初始COD值为300mg/L时,初始NO2--N浓度不宜超过500mg/L,否则会抑制厌氧氨氧化反应和反硝化反应的进行.     

玻利维亚进口盐中可培养嗜盐古菌组成分析

嗜盐古菌是一类通常生活于高盐环境的极端微生物,独特的细胞结构和生理代谢系统赋予其重要的研究价值.本研究通过获取玻利维亚进口商品盐中嗜盐古菌资源,筛选一批具有较高胞外酶活、产嗜盐菌素的嗜盐古菌,并研究该生境中嗜盐古菌的群落组成.本研究采用不同pH值的嗜盐古菌培养基,以纯培养划线分离的方式,结合16 S rRNA基因的测序和序列相似性分析,获得所分离菌株的分类地位并进行物种多样性分析.此外,采用胞外酶活的检测方法,对部分菌株的胞外酶酶活和产嗜盐菌素能力进行筛查.最终从该样品盐中共分离到505株嗜盐古菌,分别来自于Natronococcus、Natrinema、Natrialba、Halovivax、Haloterrigena、Halorubrum、Halopenitus、Halobellus、Halococcus、Halobacterium、Halalkalicoccus、Haloarcula和Halosimplex等13个属,其中有180株属于Halobacterium属,占比约35.6％,是本研究纯培养分离所揭示的优势类群.物种多样性分析结果显示该样品中可培养嗜盐古菌数量较高、物种数目多,但优势种群明显且均匀度不高,总体而言多样性不高.不同pH培养基纯培养分离结果显示:pH8.0和pH9.0的培养条件下分离得到的菌株物种多样性较高:前者Shannon指数为2.8,simpson指数为0.9;后者Shannon指数为2.4,simpson指数为0.9.胞外酶活检测发现6株产胞外淀粉酶,5株产胞外明胶酶,2株产胞外蛋白酶菌株,胞外氧化酶和触酶活性在嗜盐古菌中较为普遍.拮抗作用检测获得1株产嗜盐菌素的菌株.本研究通过纯培养方法获得了丰富的嗜盐古菌菌株资源,并初步揭示了玻利维亚进口商品盐样品中可培养嗜盐古菌的群落组成和多样性分布.     

铝胁迫对酸性红壤古菌amoA基因多样性的影响分析

通过PCR-RFLP技术构建红壤丘陵区土壤氨氧化古菌amoA基因文库,比较分析典型森林土和农田土中氨氧化古菌种群结构对铝胁迫的响应.通过对628个amoA基因克隆子进行了PCR-RFLP指纹图谱分析,共获得62个独特的基因操作分类单元(operational taxanomical uints,OTUs),进一步对62...     

风化煤过氧化氢氧化-加氨制腐植酸铵的研究

用过氧化氢和氨水对风化煤进行氧化-加氨,研究了氨水用量、碳铵用量、过氧化氢用量、温度、反应时间和风化煤粒度、浓度对液相产物中腐植酸铵的含量影响.结果表明,最佳配料比为m(风化煤)∶m(25%氨水)∶m(30%过氧化氢)∶m(水)=1∶1.04∶1.5:6.46;最佳反应工艺条件为:反应温度60℃,风化煤粒度小于0.149mm,反应时间60min.     

限氧系统中厌氧氨氧化菌的富集与脱氮效能

通过接种普通活性污泥,以氨氮为进水基质,在连续曝气SBR系统中进行了厌氧氨氧化茵的富集与单级自养脱氮效能试验.控制系统DO质量浓度为0.8～1.0 mg·L-1、温度为30 ～31℃,经过la左右的短程硝化稳定运行期后氮素去除率达到9％;DO质量浓度降至0.3～0.5mg·L-1,并将单周期的曝气时间由330 min延...