2017-05-05
最(zui)(zui)近，派森諾生物與(yu)上海交通大學合作，在《Applied Microbiology and Biotechnology》發表(biao)文章(zhang)（最(zui)(zui)新(xin)影(ying)響因子(zi)3.376），揭示(shi)了反硝化反應器中，不同形(xing)式的(de)(de)硫電(dian)子(zi)供體、不同的(de)(de)運行(xing)條件(jian)以(yi)及(ji)不同取樣位(wei)置對微(wei)生物群(qun)落結構的(de)(de)影(ying)響。
研究(jiu)背(bei)景
水體的(de)(de)(de)富營養(yang)化(hua)一直是水生態環境研究者所(suo)關注的(de)(de)(de)重(zhong)要(yao)問題，通常由水中(zhong)氮、磷等營養(yang)元素含(han)量(liang)過多而(er)引起水質污(wu)染。富營養(yang)化(hua)會導致水生態系(xi)統物種(zhong)分布失衡，造(zao)成水中(zhong)特(te)定物種(zhong)的(de)(de)(de)過度生長(chang)，影響其它物種(zhong)的(de)(de)(de)生存空間，例(li)如(ru)魚類的(de)(de)(de)大量(liang)死亡(wang)，并最終會對水生態系(xi)統造(zao)成不可挽回的(de)(de)(de)嚴重(zhong)后果(guo)。除此之外(wai)，如(ru)果(guo)人畜長(chang)期飲用(yong)富營養(yang)化(hua)的(de)(de)(de)水，也會中(zhong)毒致病。通常而(er)言，氮元素主要(yao)以硝酸鹽的(de)(de)(de)形式(shi)存在(zai)于富營養(yang)化(hua)的(de)(de)(de)水體中(zhong)，因此脫(tuo)氮處(chu)(chu)理（反硝化(hua)作用(yong)）是長(chang)期以來處(chu)(chu)理水體富營養(yang)化(hua)的(de)(de)(de)關鍵方法(fa)。
研究(jiu)目(mu)的
在(zai)過去的(de)數十(shi)年中，自養型反(fan)硝(xiao)(xiao)化(hua)作用(yong)在(zai)水體富(fu)營養化(hua)的(de)處理研(yan)究(jiu)(jiu)中被廣泛應用(yong)，尤其是基于硫電(dian)子(zi)供體的(de)自養型反(fan)硝(xiao)(xiao)化(hua)作用(yong)。然而，目前人們對(dui)反(fan)硝(xiao)(xiao)化(hua)過程中起關鍵作用(yong)的(de)微生(sheng)物類群(qun)尚(shang)未完全了解(jie)。本研(yan)究(jiu)(jiu)將基于硫電(dian)子(zi)供體的(de)不同(tong)類型的(de)自養型反(fan)硝(xiao)(xiao)化(hua)反(fan)應器(qi)污泥(ni)作為研(yan)究(jiu)(jiu)對(dui)象，通過高通量(liang)測(ce)序的(de)方法，探尋各(ge)類型反(fan)應器(qi)中微生(sheng)物群(qun)落構成的(de)差異，以(yi)及(ji)不同(tong)取樣高度和不同(tong)水力停留時間（Hydraulic Retention Time，HRT）等因(yin)素對(dui)反(fan)應器(qi)中微生(sheng)物群(qun)落組成的(de)影(ying)響(xiang)。
研(yan)究(jiu)方法
測(ce)序技術(shu)：Illumina HiSeq高通(tong)量測(ce)序平(ping)臺
測(ce)序模式：微生物組16S rRNA基因V3區(qu)測(ce)序
實驗(yan)對象(xiang)：10個來自于實驗(yan)室規模的反(fan)硝(xiao)化(hua)反(fan)應器污泥樣品(pin)
實驗設計(ji)：
Group I，Na2S2O3作為電子供體的反硝化反應器，共5個樣品（I-1~I-5）；
Group II，S元(yuan)素作為電子供體的反硝(xiao)化(hua)反應器(qi)，共3個樣品（II-1~II-3）；
Group III，Na2S作為電子供體的反硝化反應器，以及乙醇作為電子供體的異養型反硝化反應器，共2個樣品（III-1和III-2）。
10個樣(yang)品分別對應不同的處理(li)條件，具體見下(xia)表(biao)。
研(yan)究結果
對10個污泥樣品進行高通量測序，共獲得885929條序列，并在97%的序列相似度水平下進行聚類。其中，Proteobacteria門為優勢物種，在各個樣品中的含量都在40%以上。
4個樣品I-1、II-1、III-1和III-2（分別代表來自不同電子供體的反硝化反應器的樣品）在屬水平進行群落組成比較分析。由餅圖可知雖然在每個樣品中都存在大量未知屬，但是在已知分類學信息的屬中，其物種組成差別很大，在硫代硫化物型反應器中，Chlorobaculum和Thiobacillus為優勢屬，而S元素型反應器中的優勢屬為Dechloromonas和Thiobacillus，在硫化物型反應器中則是Acinetobacter占優勢，在乙醇型異養反硝化反應器中Janthinobacterium為優勢屬。
Group I中5個樣品（分別在不同HRT取樣）在屬水平的物種組成柱狀圖。由圖可知，Group I中的I-1~I-4的群落構成很相似，其優勢屬均為Thiobacillus、Chlorobaculum,、Kosmotoga等，而在樣品I-5中，Thiothrix也是優勢屬之一。
Group II中3個樣品（分別取自于反應器中不同高度）在屬水平的物種組成柱狀圖。由圖可知，II-2和II-3的群落構成相似，而II-1（20cm）與II-2（40cm）、II-3（60cm）的群落構成差異明顯，比如Thiobacillus屬主要存在于反應器底部，隨著高度的增加含量顯著減少，而Kosmotoga屬則呈現相反的趨勢。
PCA主成分分析顯示(shi)，三組(zu)反(fan)應器(qi)菌群的(de)組(zu)間差異大于組(zu)內差異，說明(ming)不(bu)同的(de)電子供體(ti)是影響(xiang)不(bu)同菌群結構的(de)重要因素(su)；并且每組(zu)內不(bu)同樣品間也具有(you)一定差異，說明(ming)不(bu)同的(de)HRT、反(fan)應器(qi)中(zhong)不(bu)同的(de)取樣高度等(deng)因素(su)也同樣對(dui)反(fan)應器(qi)中(zhong)的(de)群落結構有(you)著一定影響(xiang)。
總結
本研究通過對取自不同反硝化反應器中的10個污泥樣品進行高通量測序分析，結果表明Chlorobaculum、Dechloromonas和Acinetobacter是在三種自養反硝化反應器中都存在的優勢物種，而Janthinobacterium則主要存在于異養型反應器中，而在反硝化過程中，Thiobacillus廣泛存在于每種反應器中。而在菌群總體組成結構上，不同類型的電子供體、不同取樣高度以及不同HRT都對反應器中微生物菌群組成有著不同程度的影響。
本研究的測序和(he)數據分析工作由上(shang)海派森諾生物科技股份(fen)有限(xian)公司完(wan)成。
文章索(suo)引：
Weili Zhou，Yang Li，Xu Liu，Shengbing He and Jung Chen Huang. Comparison of microbial communities in different sulfur-based autotrophic denitrification reactors. Appl Microbiol Biotechnol (2017) 101:447–453.
