2017-06-23
最近，派森諾生物(wu)與上海交(jiao)通大學合(he)作，在(zai)《Applied Microbiology and Biotechnology》發表文(wen)章（影響(xiang)因子3.376），揭示了反硝化反應(ying)器中(zhong)，不同(tong)(tong)形式的(de)硫電(dian)子供體、不同(tong)(tong)的(de)運行條件以及不同(tong)(tong)取樣(yang)位置對微(wei)生物(wu)群落結構的(de)影響(xiang)。
研究背景
水(shui)(shui)體的(de)富(fu)(fu)(fu)營(ying)(ying)(ying)養化(hua)一直是水(shui)(shui)生(sheng)態環境研究者所關(guan)注的(de)重要(yao)問題，通(tong)常(chang)由水(shui)(shui)中(zhong)氮、磷(lin)等營(ying)(ying)(ying)養元(yuan)素含(han)量過多而(er)引(yin)起(qi)水(shui)(shui)質污染。富(fu)(fu)(fu)營(ying)(ying)(ying)養化(hua)會(hui)導(dao)致(zhi)水(shui)(shui)生(sheng)態系統物種分布失衡，造成水(shui)(shui)中(zhong)特定物種的(de)過度(du)生(sheng)長(chang)，影響其它物種的(de)生(sheng)存空間，例如(ru)魚類的(de)大量死亡(wang)，并最終會(hui)對水(shui)(shui)生(sheng)態系統造成不可挽回的(de)嚴(yan)重后果。除此之外，如(ru)果人畜長(chang)期飲用富(fu)(fu)(fu)營(ying)(ying)(ying)養化(hua)的(de)水(shui)(shui)，也(ye)會(hui)中(zhong)毒(du)致(zhi)病(bing)。通(tong)常(chang)而(er)言，氮元(yuan)素主要(yao)以(yi)硝(xiao)酸(suan)鹽(yan)的(de)形(xing)式存在(zai)于富(fu)(fu)(fu)營(ying)(ying)(ying)養化(hua)的(de)水(shui)(shui)體中(zhong)，因(yin)此脫氮處理（反硝(xiao)化(hua)作用）是長(chang)期以(yi)來處理水(shui)(shui)體富(fu)(fu)(fu)營(ying)(ying)(ying)養化(hua)的(de)關(guan)鍵方法。
研究目的
在(zai)過去的(de)(de)數十(shi)年中，自養型(xing)(xing)反(fan)(fan)硝化作(zuo)用(yong)(yong)(yong)在(zai)水體(ti)富營養化的(de)(de)處理研究中被廣泛應(ying)用(yong)(yong)(yong)，尤其是基(ji)于硫(liu)電子供(gong)體(ti)的(de)(de)自養型(xing)(xing)反(fan)(fan)硝化作(zuo)用(yong)(yong)(yong)。然而，目前人們對反(fan)(fan)硝化過程中起關(guan)鍵作(zuo)用(yong)(yong)(yong)的(de)(de)微(wei)生物(wu)類群(qun)(qun)尚(shang)未(wei)完(wan)全了解。本研究將(jiang)基(ji)于硫(liu)電子供(gong)體(ti)的(de)(de)不同類型(xing)(xing)的(de)(de)自養型(xing)(xing)反(fan)(fan)硝化反(fan)(fan)應(ying)器污泥作(zuo)為研究對象，通過高通量測序的(de)(de)方法，探尋(xun)各類型(xing)(xing)反(fan)(fan)應(ying)器中微(wei)生物(wu)群(qun)(qun)落構(gou)成(cheng)的(de)(de)差異(yi)，以及不同取樣高度和(he)不同水力停留時間（Hydraulic Retention Time，HRT）等(deng)因素(su)對反(fan)(fan)應(ying)器中微(wei)生物(wu)群(qun)(qun)落組成(cheng)的(de)(de)影響。
研究(jiu)方法
測(ce)序(xu)技術(shu)：Illumina HiSeq高通量測(ce)序(xu)平(ping)臺(tai)
測序(xu)模式：微生物組16S rRNA基因(yin)V3區測序(xu)
實驗對(dui)象：10個來自(zi)于(yu)實驗室規模的反(fan)硝化反(fan)應(ying)器污(wu)泥樣品
實(shi)驗設計：
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元素作為電子(zi)供體的反硝化(hua)反應(ying)器，共3個樣(yang)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個樣品(pin)分(fen)別對(dui)應(ying)不同(tong)的處理條件，具體見下表。
研究結果
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)反應(ying)器菌(jun)群(qun)的組(zu)間(jian)(jian)差異(yi)大于組(zu)內差異(yi)，說(shuo)明(ming)(ming)不(bu)(bu)同(tong)(tong)的電子供體是影響不(bu)(bu)同(tong)(tong)菌(jun)群(qun)結構的重要(yao)因素(su)(su)；并且每組(zu)內不(bu)(bu)同(tong)(tong)樣品間(jian)(jian)也具有一定差異(yi)，說(shuo)明(ming)(ming)不(bu)(bu)同(tong)(tong)的HRT、反應(ying)器中不(bu)(bu)同(tong)(tong)的取樣高度等因素(su)(su)也同(tong)(tong)樣對反應(ying)器中的群(qun)落結構有著(zhu)一定影響。
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(de)測序(xu)和數據分析(xi)工作由上海(hai)派森諾生物科技股(gu)份有限公司完(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.
