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袁河水体nirS型反硝化细菌群落时空特征

应用与环境生物学报 2023年第1期29卷 86-95页

作者：肖帆张华王鹏丁明军张月菊曾欢江西师范大学地理与环境学院南昌330022 江西师范大学鄱阳湖湿地与流域研究教育部重点实验室南昌330022

为探究河流反硝化细菌群落与水化学指标之间的关系及群落形成机制,沿江西省境内的袁河选择干流16个采样点,按照丰枯水期采集32个混合表层水样,采用高通量测序技术测定nirS型反硝化细菌群落组成及相对丰度,并对比分析水化学指标对nirs型... 详细信息

为探究河流反硝化细菌群落与水化学指标之间的关系及群落形成机制,沿江西省境内的袁河选择干流16个采样点,按照丰枯水期采集32个混合表层水样,采用高通量测序技术测定nirS型反硝化细菌群落组成及相对丰度,并对比分析水化学指标对nirS型反硝化细菌群落组成特征的影响差异.结果显示:(1)袁河nirS型反硝化细菌群落丰富度和多样性枯水期远高于丰水期,多样性上游高于中下游.(2)袁河nirs型门水平优势反硝化细菌群落为变形菌门(Proteobacteria,81.10%).属水平unclassified_p_Proteobacteria丰度最高.丰枯水期多个高丰度菌属(unclassified_c_Betaproteobacteria、脱氯单胞菌属Dechloromonas等)属于β-变形菌纲(Betaproteobacteria),且高丰度菌属丰度枯水期显著高于丰水期;枯水期主要优势菌属丰度在各河段间差异较大,丰水期差异小.(3)袁河水化学指标与nirS型反硝化细菌群落具有显著相关性.RDA和相关性分析结果表明,枯水期电导率和溶解性有机碳对袁河水体反硝化细菌群落结构影响显著;丰水期温度、电导率以及溶解氧与反硝化细菌优势菌属丰度存在密切的相关关系.(4)中性群落模型拟合结果表明丰水期、枯水期和两季的群落变异分别有67.8%、75.1%和67.2%可以用中性群落模型来解释.本研究表明袁河丰枯水期存在大量未分类的nirS型反硝化细菌群落,变形菌门为优势反硝化菌群,确定性过程和随机过程共同塑造了袁河不同水文季节反硝化细菌群落.(图8表4参56)

关键词： nirS型反硝化细菌群落结构高通量测序环境因子中性群落模型

石家庄市春季景观水体nirS型反硝化细菌群落特征分析

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环境科学 2019年第7期40卷 3295-3303页

作者：张艺冉李再兴孙悦霍然孟文茹王凌霄申邵恒杨子程周石磊河北科技大学环境科学与工程学院河北省污染防治生物技术实验室

选取石家庄市主城区4个典型景观水体作为研究对象,在对水体水质特征分析的基础上,运用Illumina高通量测序技术对景观水体中的nir S型反硝化细菌种群结构和多样性进行测定,探究春季景观水体水质与nir S型反硝化细菌群落的相互关系.结果表... 详细信息

选取石家庄市主城区4个典型景观水体作为研究对象,在对水体水质特征分析的基础上,运用Illumina高通量测序技术对景观水体中的nir S型反硝化细菌种群结构和多样性进行测定,探究春季景观水体水质与nir S型反硝化细菌群落的相互关系.结果表明,4个景观水体中氮素含量为4.43~13.83 mg·L^-1,氮素污染较严重;基于三维荧光光谱的特征指数分析,4个景观水体均呈现出较强的自生源及弱腐殖质特征;Illumina高通量测序结果表明,不同景观水体中nir S型反硝化细菌大多为变形菌门,在优势菌属上差异显著;unclassified_Bacteria(53.52%)、假单胞菌(Pseudomonas)(60.48%)和红杆菌属(Rhodobacter)(46.94%)分别为裕西、水上和长安公园水体中的优势菌属,unclassified_Bacteria(36.19%)和unclassified_Proteobacteria(23.44%)为世纪公园水体中的优势菌属;冗余分析(RDA)结果表明,裕西公园反硝化细菌主要受硝氮、总氮和溶解氧的影响,水上公园反硝化细菌受总磷的影响较大,长安公园反硝化细菌主要受氨氮和亚硝氮的影响,世纪公园反硝化受总磷、亚硝氮和氨氮的影响较大.综上表明,春季不同景观水体的水质以及nir S型反硝化细菌的群落结构差异显著,通过开展景观水体水质、反硝化群落以及影响因素的研究,有助于对城市水系的水质特征以及反硝化群落结构的认识,对基于该水质特征的高效反硝化菌剂的研发具有指导意义.

关键词：景观水体 nirS型反硝化细菌 Illumina高通量测序群落结构冗余分析(RDA)

西安市典型景观水体水质及反硝化细菌种群结构

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环境科学 2017年第12期38卷 5174-5183页

作者：康鹏亮黄廷林张海涵陈胜男商潘路冯稷贾竞宇西安建筑科技大学环境与市政工程学院西安710055

选取西安市区6个典型景观水体作为研究对象,在分析景观水体水质指标的基础上,运用Illumina高通量测序技术对景观水体中的nirS型反硝化细菌种群结构和多样性进行诊断,以期探明景观微污染水体水质与反硝化细菌种群结构多样性的偶联机制.... 详细信息

选取西安市区6个典型景观水体作为研究对象,在分析景观水体水质指标的基础上,运用Illumina高通量测序技术对景观水体中的nirS型反硝化细菌种群结构和多样性进行诊断,以期探明景观微污染水体水质与反硝化细菌种群结构多样性的偶联机制.结果表明,丰庆公园和劳动公园水体属于劣V类水,而曲江池、木塔寺生态遗址公园、新纪元公园水体符合V类水质标准,永阳公园水体符合Ⅳ类水标准.总氮从1.21~6.50 mg·L^(-1)(PnirS型反硝化细菌优势种属差异显著,副球菌属(Paracoccus sp.)、假单胞菌属(Pseudomonas sp.)、红长命菌属(Rubrivivax sp.)为优势菌群.主成分分析(PCA)表明来自新纪元公园和木塔寺公园水体的nirS型反硝化细菌种群结构主要受水体NH_4^+-N和高锰酸盐指数含量的调控,而NO_3^--N、NO_2^--N、TN、TP和DO对劳动公园和丰庆公园水体的nirS型反硝化细菌的种群结构影响显著;水体pH对永阳公园的nir S型反硝化细菌的种群结构影响显著.结果表明,西安市典型景观水体nir S型反硝化细菌的种群结构受不同水质指标的综合调控.

关键词：景观水体水质 nirS型反硝化细菌 Illumina高通量测序

攀枝花干热河谷区不同海拔高度农田土壤nirS型反硝化细菌的群落结构分析

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土壤通报 2022年第6期53卷 1368-1375页

作者：雷善钰辜运富张亚洁叶田会杨鹏余伟闫芳芳张宗锦四川农业大学资源学院四川成都611130 四川省烟草公司攀枝花市公司四川攀枝花617099

【目的】探明攀枝花干热河谷地区不同海拔高度农田土壤的反硝化细菌群落结构和丰度特征。【方法】以攀枝花干热河谷地区1600 m、1800 m和2000 m三个海拔高度的农田土壤为研究材料,通过末端限制性片段长度多态性(TRFLP)技术分析不同海拔... 详细信息

【目的】探明攀枝花干热河谷地区不同海拔高度农田土壤的反硝化细菌群落结构和丰度特征。【方法】以攀枝花干热河谷地区1600 m、1800 m和2000 m三个海拔高度的农田土壤为研究材料,通过末端限制性片段长度多态性(TRFLP)技术分析不同海拔高度农田土壤的nirS型反硝化细菌群落结构和丰度。【结果】不同海拔梯度农田土壤pH均小于7,土壤有机碳、全氮、速效钾和铵态氮的含量随海拔升高而降低,碱解氮、有效磷和硝态氮含量随海拔升高先增加后降低;群落结构丰富度随海拔增加呈上升趋势,而香侬指数和均匀度呈现出先上升后下降的趋势;T-RFLP分析结果显示,35 bp的T-RFs相对丰度最大,随海拔增加而减少,其次是40 bp的T-RFs,随海拔增加而增加;系统发育分析显示,β-变形菌门为该区域优势反硝化细菌;冗余分析结果显示,土壤硝态氮和有效磷是驱动该区域土壤nirS型反硝化细菌群落组成的主要因子。【结论】攀枝花干热河谷区不同海拔高度农田土壤中的nirS型反硝化细菌群落结构变化明显(P反硝化细菌对海拔高度的响应机制提供理论依据。

关键词：干热河谷海拔高度 nirS型反硝化细菌群落结构

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典型好氧反硝化细菌脱氮除碳的代谢机制研究

典型好氧反硝化细菌脱氮除碳的代谢机制研究

作者：李苏霖西安建筑科技大学

学位级别：硕士

氮元素是营养盐和生物地球化学循环过程中的基本元素。全球现代化与城市化的发展及人为活动的影响使得城市水体氮污染问题日益加剧,成为研究热点。水生态系统的氮循环主要由生物过程驱动,其中反硝化细菌至关重要。研究城市景观水体中反... 详细信息

氮元素是营养盐和生物地球化学循环过程中的基本元素。全球现代化与城市化的发展及人为活动的影响使得城市水体氮污染问题日益加剧,成为研究热点。水生态系统的氮循环主要由生物过程驱动,其中反硝化细菌至关重要。研究城市景观水体中反硝化细菌群落特征对研发微生物修复技术有重要的指导意义。好氧反硝化菌对自然水体微生物修复有重要意义。本研究运用高通量测序技术对景观水体沉积物中nirs型反硝化群落结构和多样性进行探究,以期为后续微生物水体修复提供理论支持。基于超声预处理技术联合传统选择性培养基筛选方法,从全国各地不同的生态环境中成功分离筛选出三个高效的好氧反硝化菌群和一株好氧反硝化细菌,并进行脱氮除碳性能及代谢机制研究,以期探明好氧反硝化菌的碳代谢机制并为水体微生物修复工程提供菌源保障。本研究的主要成果如下:(1)基于高通量测序技术nirs型好氧反硝化菌种群结构及多样性研究:高通量DNA测序表明,在六个城市湖泊景观水体沉积物中nirS型反硝化细菌的优势菌门均为变形菌门,优势菌纲为β-变形菌纲和γ-变形菌纲,红环菌目在六个城市景观水体沉积物nirS型反硝化细菌群落中均占有相对较高的丰度,优势菌科均为Zoogloeaceae科,优势菌属主要有脱氯菌属、贪铜菌属、固氮弧菌属和硫杆菌属。同时,主成分PCo A分析表明,nirS型反硝化细菌组成受地理位置影响。(2)高效好氧反硝化菌的筛选:从不同水体原水及沉积物中分离筛选出共252个好氧反硝化菌群和159株好氧反硝化细菌。不同生态环境筛选出反硝化菌群硝氮去除率均较高,其中有65.48%的菌群硝氮去除率可达80%以上,81.34%的菌群总氮去除率都低于80%。人工诱导的污水处理厂及人为投加菌种的湖泊高效好氧反硝化菌群筛出率更高。超声预处理技术可有效增加高效好氧反硝化菌群筛出率。驯化时间为21 d～30 d效果最佳。(3)高效好氧反硝化菌群脱氮除碳特性及代谢研究:好氧反硝化菌群D14、X21和CL 72 h的总有机碳、硝酸盐氮去除率可达到93%和98%以上。气态氮损失均可达到65%以上。采用BIOLOG-ECO微平板技术探究了三个不同的好氧反硝化菌群碳代谢特征和群落多样性。菌群对不同碳源的代谢利用强弱为酯类>氨基类>糖类>胺类>羧酸类>醇类,高效好氧反硝化菌群对大部分类型的碳源均有一定的利用能力。高通量nirs基因测序结果表明,菌群D14、X21和CL的优势种为Pseudomonas stutzeri,Paracoccus sp.及Paracoccus denitrificans。菌种相对度随培养时间而有所变化。核心物种的共存以及群落动态和相互作用促进了碳和氮的去除。基于响应曲面法(RSM)探究的好氧反硝化优化条件为:C/N=8～9,温度32～35℃,摇床转速60～65 r/min,初始pH=8.5～9.5,其中菌群D14在优化条件下TN去除率达99.43%。(4)高效好氧反硝化菌Paracoccus thiophilus LSL251脱氮除碳性能及C胞内中心碳代谢通路探究:经过鉴定发现高效好氧反硝化菌株为嗜硫副球菌(Paracoccus thiophilus),并将其命名为Paracoccus thiophilus LSL251。菌株LSL251在反硝化系统中72 h的TOC去除率为94.79±0.20%,总氮(TDN)去除率为95.76±0.01%,硝酸盐氮去除率为96.19±0.91%。氮平衡分析结果表明大约74.66±0.32%的初始氮以气体形式去除。Paracoccus thiophilus LSL251主要通过2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖酸(Entner-Doudoroff,ED)途径和三羧酸(TCA)循环进行中心碳代谢。电子主要通过TCA循环作为直接电子供体(NADH)产生,促进好氧反硝化进程和有氧呼吸,并进一步实现氮和碳的同时去除。响应曲面结果显示,菌株LSL251好氧反硝化最优条件:C/N为8.00,温度为32.98℃,转速为50.18 r/min和初始pH值为7.73,最高TN去除率达98.43%。

关键词： nirS型反硝化细菌高通量DNA测序菌群互作 13C同位素标记碳代谢通路

典型水体中nirs型反硝化菌群结构与脱氮特性研究

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典型水体中nirS型反硝化菌群结构与脱氮特性研究

作者：钊珍芳西安建筑科技大学

学位级别：硕士

反硝化细菌种群微生态结构与水体氮素循环密切相关,驱动水圈中氮素流动和物质循环,研究不同营养化水体中反硝化细菌种群特征对揭示典型水体内源氮素污染负荷,研发微生物修复技术具有重要科学意义。本研究选取微污染(水源水库)、中度污染... 详细信息

反硝化细菌种群微生态结构与水体氮素循环密切相关,驱动水圈中氮素流动和物质循环,研究不同营养化水体中反硝化细菌种群特征对揭示典型水体内源氮素污染负荷,研发微生物修复技术具有重要科学意义。本研究选取微污染(水源水库)、中度污染(城市内湖)及重度污染(污水处理厂)水体,在分析不同污染程度水体水质参数的基础上,运用高通量DNA测序技术诊断nirS型反硝化细菌种群结构,以期探究不同污染类型的水体水质与nirS型反硝化细菌种群结构多样性的偶联机制;基于选择性培养基耦合超声预处理技术,成功驯化筛分得到高效好氧反硝化细菌,对高效菌群脱氮特性进行研究,并采用C-MFA代谢流技术诊断一株高效好氧反硝化细菌碳代谢通路,为好氧反硝化细菌的工程应用提供科学依据和理论支撑。研究结果包括:(1)针对水源水库研究结果表明:未分类的菌属所占比例较大,均在65%以上。金盆水库水体的优势反硝化菌属为副球菌属(10.7%)和固氮弧菌属(9.6%);李家河水库水体的优势反硝化菌属为脱氯单胞菌属(10.8%)和固氮弧菌属(8.1%)。冗余分析可见,不同月份水质对nirs型反硝化菌群结构的影响差异显著(PnirS型反硝化细菌种群的组成和分布。(2)针对典型城市内湖研究表明:不同城市内湖景观水体水质存在显著性差异(P反硝化细菌群落受氨氮、锰和藻细胞浓度的综合调控。变分分析表明,在自然胁迫构建反硝化细菌群落中,地理位置比水质因素影响显著。(3)针对典型污水处理系统研究表明:不同污水处理系统中,nirs基因丰度在4.6×10.4×10/ng DNA。各污水处理系统的总氮去除率为25.84%,与多样性指数呈正相关,而丰度覆盖估计指数随纬度的增加而降低。所有样本的优势菌均为变形杆菌,占整个序列的46.23%。优势菌属有陶厄氏菌属、嗜脂环物菌属和假单胞菌属等。网络分析表明,优势菌属之间的交互作用对调控碳、氮去除行为至关重要。多变量统计分析表明,地理位置和废水因子共同调控污水处理系统nirS型反硝化细菌群落的分布格局。(4)采用超声波辅助技术从沉积物中成功分离出三组新型的混合菌群,对硝酸盐氮和总有机碳的去除率分别为99%和97%。nirs基因测序表明优势菌门为厚壁菌和变形菌。混合菌群的相对丰度随着培养时间而变化。网络分析表明,Bacillus subtilis,Pseudomonas stutzeri,Rhodococcus sp.等的交互作用共同驱动总氮和化学需氧量的去除效果,混合菌群对实际污水中总氮和化学需氧量的去除率分别为86%和93%。(5)成功分离筛选得到1株高效好氧反硝化细菌,基于C-MFA稳定同位素标记诊断其代谢通路,并用16S rRNA技术鉴定为脱氮副球菌。氮平衡表明,约71.88%的初始氮以气体形式去除,21.53%被转化为生物量。响应曲面揭示了脱氮最优条件:碳氮比7.47、转速108 r/min、温度31℃、pH初始值8.02。对三个污水处理厂实际污水平均总氮和化学需氧量去除率分别89%和91%,显著高于污水处理厂脱氮处理工艺。

关键词： nirS型反硝化细菌脱氮特性高通量测序稳定同位素

高原湖泊沉积物中反硝化微生物的群落特征——以包头南海湖为例

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中国环境科学 2020年第1期40卷 431-438页

作者：杨文焕石大钧张元李卫平敬双怡于玲红内蒙古科技大学能源与环境学院

为了探明内蒙古高原富营养化城市湖泊中nirS型反硝化细菌群落结构的特异性,利用特异性功能基因nirs对包头市南海湖的表层沉积物进行反硝化细菌多样性测定,在分析各采样点沉积物理化指标的基础上,对各样品中nirS型反硝化细菌群落和多样... 详细信息

为了探明内蒙古高原富营养化城市湖泊中nirS型反硝化细菌群落结构的特异性,利用特异性功能基因nirs对包头市南海湖的表层沉积物进行反硝化细菌多样性测定,在分析各采样点沉积物理化指标的基础上,对各样品中nirS型反硝化细菌群落和多样性进行研究.结果表明,南海湖沉积物Shannon指数变化为3.07~3.41,相比于其他研究,反硝化微生物多样性相对较低.参与反硝化的优势菌属与大多数湖泊保持一致,以假单胞菌属(Pseudomonas)和红杆菌属(Rhodobacter)为主.冗余分析(RDA)指出,城市湖泊中的各种类型的污染物对反硝化优势菌属有明显的促进作用,红杆菌属(Rhodobacter)与硝酸盐氮、亚硝酸盐氮呈正相关,假单胞菌属(Pseudomonas)除受硝酸盐氮、亚硝酸盐氮的影响外,还与总磷呈较强的正相关.南海湖nirS型反硝化细菌中的主要菌属促进了反硝化作用,加速了南海湖氮素的去除.

关键词： nirS型反硝化细菌群落结构理化因子冗余分析(RDA)