最近，派森(sen)諾生(sheng)(sheng)物(wu)分別與華南農(nong)業大學(xue)、中國農(nong)業大學(xue)、東(dong)南大學(xue)、上海交通大學(xue)、東(dong)華大學(xue)合作，在《Bioresource Technology》（影響因子：5.651）連發五篇文章，解(jie)析(xi)生(sheng)(sheng)物(wu)反應器和人工濕地污泥等微(wei)生(sheng)(sheng)態體(ti)系中，微(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)群(qun)落的(de)結構(gou)變化規律。

文章1：時間和深度影響好氧(yang)堆(dui)肥的真菌多樣(yang)性

研究背(bei)景：

家禽和(he)牲(sheng)畜糞(fen)便，含有(you)氮、磷、鉀(jia)等營養元素，可通過好氧堆(dui)肥實現有(you)機(ji)廢物(wu)(wu)等資源(yuan)的有(you)效利用。好氧堆(dui)肥（Aerobic composting）是在合適(shi)的水分、通氣(qi)條件下微生物(wu)(wu)通過自身的代謝活動，降解有(you)機(ji)物(wu)(wu)，使有(you)機(ji)物(wu)(wu)變(bian)成(cheng)穩定腐殖質的過程。

真菌能分泌(mi)纖維素酶(mei)等多(duo)種胞外酶(mei)，耐受(shou)堆肥(fei)過(guo)程中的(de)高溫，因(yin)此，在好(hao)氧堆肥(fei)過(guo)程中起著(zhu)重要作用。環境條件、原材料(liao)性能和工藝(yi)參(can)數都(dou)會(hui)影響微生物分布、活性和數量變化。

研(yan)究目(mu)的：

探究真菌群落在靜態有(you)氧(yang)堆肥過程中隨時(shi)間和深度的變化(hua)規(gui)律。

研究方(fang)法：

測序(xu)技術：Illumina MiSeq高通量(liang)測序(xu)平臺

測序模(mo)式：微生物(wu)組真菌ITS1區(qu)測序

實驗對象：靜態有氧堆肥樣本

樣本數量：63

實(shi)驗設(she)計：

調(diao)節堆(dui)肥(fei)(fei)物料（蘑菇殘余物和雞糞按1：1混勻）濕度為(wei)約(yue)50%，靜(jing)態好氧堆(dui)肥(fei)(fei)21 d，在不同深度[20 cm（D1）、40 cm（D2）、60 cm（D3）]和不同時間[1 d（T1）、3 d（T2）、5 d（T3）、7 d（T4）、10 d（T5）、14 d（T6）、21 d（T7）]取樣，每樣本三個重復(fu)，用于(yu)后續測序分析。

研究結果：

對不同(tong)時間和階段(duan)的堆(dui)肥樣品進行高通(tong)量測序，結果(guo)如下(xia)：

分類等(deng)級樹圖

堆肥(fei)四個階段微生(sheng)物多樣性指數(shu)

Cytoscape 網絡可視化：四(si)個(ge)階段優勢微(wei)生物(wu)分(fen)布及相對豐度

隨著堆肥進程，真菌群落分為四個階段。早期堆肥階段（Type I）主要為Saccharomycetales sp.；中期堆肥階段的真菌群落包括Type II型和III型，主要為Sordariales sp.，Acremonium alcalophilum，Saccharomycetales sp.和Scedosporium minutisporum；后期堆肥階段（Type IV），主要為Scedosporium minutisporum，且受深度影響。

總結：

本研究揭示了有氧(yang)堆肥過程(cheng)(cheng)(cheng)真菌群(qun)落(luo)的(de)(de)時(shi)間和(he)(he)空間變化。隨著堆肥進程(cheng)(cheng)(cheng)，真菌群(qun)落(luo)分為四(si)個階(jie)段；且在靜態有氧(yang)堆肥過程(cheng)(cheng)(cheng)中(zhong)，時(shi)間和(he)(he)深度(du)都是(shi)影響真菌分布和(he)(he)變化的(de)(de)因素。

文章索引：

Gu W, Lu Y, Tan Z, et al. Fungi diversity from different depths and times in chicken manure waste static aerobic composting[J]. Bioresource Technology, 2017, 239:447.doi: 10.1016/j.biortech.2017.04.047

原文鏈(lian)接(jie)：

文(wen)章(zhang)2：糖蜜作為發酵底(di)物對兩(liang)級固定(ding)化反應器微(wei)生物群(qun)落的影響

研究(jiu)背景：

糖(tang)蜜(mi)(mi)是用甘蔗或甜菜制(zhi)糖(tang)過程中的產(chan)(chan)生(sheng)的一種副產(chan)(chan)品。生(sheng)產(chan)(chan)4噸糖(tang)就會產(chan)(chan)生(sheng)1噸糖(tang)蜜(mi)(mi)，1噸糖(tang)蜜(mi)(mi)發(fa)酵可產(chan)(chan)生(sheng)0.2噸乙醇。但是糖(tang)蜜(mi)(mi)發(fa)酵會產(chan)(chan)生(sheng)大量的高鹽、高氨的廢水，對環境(jing)危(wei)害(hai)大，且限制(zhi)了沼氣的生(sheng)成。

厭氧發酵是處理糖蜜的有效途徑，在厭氧條件下通過微生物的代謝活動而被穩定化，同時伴有甲烷和CO₂產生。有研究表明，兩級固定床反應器處理糖蜜效率高，能促進COD的去除，并能負荷高濃度的有機物，更適于工業應用。因此，研究糖蜜對反應器性能以及對兩個階段微生物群落的影響，具有實際意義。

研(yan)究目(mu)的：

（1）探究不同濃度的有機負荷對(dui)反應器和微(wei)生物群(qun)落的影響(xiang)；

（2）探究糖蜜作(zuo)為甲烷(wan)生產原料的潛力(li)。

研(yan)究(jiu)方法：

測序技術：Roche 454 GSFLX Titanium高通量測序平臺

測序(xu)模式：微生物組細菌16S rRNA基因測序(xu)

實驗對象：反應(ying)器顆粒(li)活性污泥

樣本數量：2

實(shi)驗設計：

反(fan)應(ying)器(qi)(qi)運(yun)(yun)行溫度恒定(ding)35℃，初始(shi)階(jie)(jie)段持續約30天，逐(zhu)漸增加(jia)有機負(fu)荷直至(zhi)甲烷產生(sheng)量穩定(ding)；接著啟動第二(er)(er)階(jie)(jie)段，第一階(jie)(jie)段（R1）排出的(de)(de)廢水作為第二(er)(er)階(jie)(jie)段（R2）的(de)(de)原料(liao)，水力(li)停留時間3d，COD每22-29 d增加(jia)10000 mg/L，直至(zhi)反(fan)應(ying)器(qi)(qi)再次運(yun)(yun)行穩定(ding)。取運(yun)(yun)行154 d的(de)(de)反(fan)應(ying)器(qi)(qi)顆粒活(huo)性污(wu)泥(ni)用于測序，顆粒活(huo)性污(wu)泥(ni)樣(yang)本取自(zi)反(fan)應(ying)器(qi)(qi)底部污(wu)泥(ni)和活(huo)性炭纖維。

研究結果：

對運(yun)行154 d的反應器(qi)顆粒活(huo)性(xing)污泥進行高(gao)通量測序，結果如下：

門水(shui)平菌群組成

由門和科水平的物種組成可知，第一階段（FSR）Anaerolineaceae等相對豐度較高，能夠消化碳水化合物，第二階段（SSR）Synergistaceae等相對豐度較高，能夠消化VFAs和難分解化合物，且降解產物供產甲烷菌利用。

總結：

采(cai)用固(gu)定(ding)床反應器處理糖蜜，隨著有機(ji)負荷(he)（OLR）的提高(gao)，兩(liang)級系統顯示出更優越(yue)的性能（如有機(ji)質和COD的去(qu)除，沼氣的產生）；結合(he)高(gao)通量測序(xu)分析和qPCR分析，揭(jie)示了反應器不同(tong)階段(duan)微生物(wu)種群結構和數量的動態變化(hua)及生化(hua)降解特征。

文(wen)章索(suo)引：

Meng X, Yuan X, Ren J, et al. Methane production and characteristics of the microbialcommunity in a two-stage fixed-bed anaerobic reactor using molasses.[J]. BioresourceTechnology, 2017, 241.doi: 10.1016/j.biortech.2017.05.181

原文鏈接：

文章3：銀顆粒(li)影響(xiang)垂直流人工濕(shi)地的養分去(qu)除和菌群組(zu)成

研究背景：

銀納米(mi)粒子（AgNPs）作為(wei)常見的(de)(de)工(gong)程(cheng)納米(mi)材料廣泛用(yong)于(yu)日用(yong)品(pin)行業，如高性能服(fu)裝、食品(pin)包(bao)裝等，但隨著(zhu)使用(yong)量的(de)(de)增加，AgNPs通過污水排放和地表(biao)(biao)徑流釋放到環(huan)(huan)境中(zhong)(zhong)，造成嚴(yan)重的(de)(de)環(huan)(huan)境污染(ran)。人工(gong)濕地（CWs）作為(wei)一種傳統(tong)的(de)(de)污水處理生態系(xi)統(tong)，也面臨著(zhu)納米(mi)顆粒的(de)(de)污染(ran)；有研究表(biao)(biao)明，AgNPs可(ke)以抑(yi)制植物和微生物的(de)(de)活動，進而對CWs產生負面影(ying)響(xiang)。因此，研究不(bu)(bu)同環(huan)(huan)境和生態系(xi)統(tong)中(zhong)(zhong)AgNPs的(de)(de)命運和行為(wei)，不(bu)(bu)僅有助(zhu)于(yu)完善(shan)風(feng)險評(ping)(ping)估，也能為(wei)評(ping)(ping)估AgNPs對人工(gong)濕地的(de)(de)影(ying)響(xiang)提供參考。

研究目的：

（1）評價(jia)不同濃度的(de)AgNPs對人工濕地COD、N、P去除的(de)長期影響；

（2）在長(chang)期接觸(chu)AgNPs后，揭示CWs微生物群落結構的變(bian)化；

（3）探索AgNPs在人工濕地系統的命運(yun)和行(xing)為。

研究方(fang)法：

測(ce)序技術：Illumina MiSeq高通量測(ce)序平臺

測序(xu)模(mo)式(shi)：微生物組細菌16S rRNA基因V4區(qu)測序(xu)

實驗對象：人(ren)工濕地土(tu)壤樣本

樣本數量(liang)：6

實(shi)驗設計：

待人工(gong)(gong)濕(shi)地培養26 d，穩定(ding)運行后，分別向三個人工(gong)(gong)濕(shi)地CW1、CW2和(he)CW3添加銀納米粒(li)子（AgNPs）濃(nong)度0、50和(he)200 μg/L，繼續運行，取2016年7月2日(ri)的土(tu)壤樣本用(yong)于測序反應(ying)，樣本采(cai)集自下層(ceng)(ceng)土(tu)壤表(biao)層(ceng)(ceng)（0-5 cm）和(he)上層(ceng)(ceng)土(tu)壤表(biao)層(ceng)(ceng)（15-20 cm）。

研究結果：

對運行穩定(ding)的(de)人工濕地土壤樣本進行高通量測序，結(jie)果如下：

上層土(tu)壤菌(jun)群分類(lei)組成

下層土壤菌群(qun)分類組成

高通量測(ce)序結果表明，在不同的AgNPs濃度下(xia)，微生物群落變(bian)化明顯，其中變(bian)形(xing)菌(jun)門(men)、酸桿菌(jun)門(men)、擬桿菌(jun)門(men)為優勢菌(jun)。

總(zong)結：

與對照組（無AgNPs）相比，添加銀納米粒子（AgNPs）不影響COD去除，但會顯著影響TN、NH₄ ⁺-N、TP去除，其影響與AgNPs濃度呈正相關。此外，AgNPs能有效地從廢水中去除，并富集在土壤層和植物組織中。高通量測序結果表明，在不同的AgNPs濃度下，微生物群落變化明顯，其中變形菌門、酸桿菌門、擬桿菌門為優勢菌。這些結果為評估AgNPs的生態效應提供了參考。

文章索引：

Huang J, Cao C, Yan C, et al. Impacts of silver nanoparticles on the nutrient removal and functional bacterial community in vertical subsurface flow constructed wetlands[J]. Bioresource Technology, 2017.doi: 10.1016/j.biortech.2017.07.178

原文鏈接：

文(wen)章4：改良浮式(shi)濕地去除二次廢水中氮(dan)

研究背(bei)景：

改良型浮式(shi)濕地（Enhanced floating treatment wetlands，EFTWs）：通過(guo)生(sheng)物載體和(he)(he)(he)挺水植物吸附凈(jing)水微(wei)生(sheng)物，能(neng)有(you)效降(jiang)低廢(fei)水中(zhong)氮、磷等(deng)營養元素。浮式(shi)濕地在水體污染凈(jing)化、生(sheng)境(jing)改善和(he)(he)(he)生(sheng)態修復中(zhong)具(ju)有(you)多種功(gong)能(neng)和(he)(he)(he)作用(yong)。二次(ci)廢(fei)水由于缺乏生(sheng)物可降(jiang)解有(you)機碳(tan)，不滿(man)足完全反硝化的需(xu)求。因此，在處理二次(ci)廢(fei)水時，需(xu)要提供外(wai)源(yuan)電子供體。

研究目的：

（1）比較AEFTW、HEFTW和EFTW的除(chu)氮性能；

（2）評估EFTWsN₂O排放量，探索不同電子供體對N₂O排放的影響；

（3）研究AEFTW、HEFTW和EFTW的微生(sheng)物(wu)群落結(jie)構(gou)和生(sheng)物(wu)脫氮(dan)機理。

研究方法：

測(ce)序技(ji)術：Illumina Hiseq 2000高(gao)通量測(ce)序平臺

測(ce)(ce)序(xu)(xu)模式：微(wei)生(sheng)物組細菌16S rRNA基因(yin)V3區(qu)測(ce)(ce)序(xu)(xu)

實驗對象(xiang)：改(gai)良型浮(fu)式濕(shi)地的污泥樣本

樣本數量：6

實驗設計：

樣(yang)本E1和(he)E2、A1和(he)A2、H1和(he)H2分別取自EFTW、AEFTW、HEFTW運行(xing)第75天和(he)第330天的(de)污泥。

浮式濕地（EFTW）：對照組，不添(tian)加電(dian)子供體(ti)

自養(yang)浮式濕地(di)（AEFTW）：添加硫(liu)代硫(liu)酸鹽作為電子供(gong)體

異(yi)養浮式濕地（HEFTW）：添加(jia)醋酸鹽(yan)作為電子供體

改良型(xing)浮式濕(shi)地(di)（EFTWs）

研究結(jie)果：

對不同濕地的污泥樣本進行高通(tong)量(liang)測(ce)序，結果如下：

三(san)種濕地菌群組成分析

RDA分析

高通量測序結果顯示，電子供體誘導微生物結構的明顯轉變，Dechloromonas、硫桿菌、硝化螺菌屬分別成為HEFTW，AEFTW和EFTW樣品中最優勢的菌。結合RDA分析，揭示了電子供體以及其他環境因子與菌群組成之間的相關性。

總結：

研究了三種新型濕地系統：自養浮式濕地（AEFTW），異養浮式濕地（HEFTW），浮式濕地（EFTW）去除二次污水中氮的能力AEFTW和HEFTW具有良好的脫氮性能；AEFTW硝化和反硝化作用更強；加入電子供體減少了N₂O的排放，夏季和秋季效果尤為明顯。結合高通量測序結果，揭示了電子供體對微生物種群結構的影響以及環境因子與菌群組成之間的相關性。

原文索引：

Gao L, Zhou W, Huang J, et al. Nitrogen removal by the enhanced floating treatment wetlands from the secondary effluent[J]. Bioresource Technology, 2017, 234:243-252.doi: 10.1016/j.biortech.2017.03.036

原文鏈(lian)接：

文章5：生物膜(mo)電(dian)極與(yu)人工濕地相結(jie)合去除無(wu)機氮

研究背景(jing)：

人工濕地（CW）具有上(shang)層有氧和下層缺氧的特點，可以同(tong)時(shi)發生(sheng)硝(xiao)化(hua)和反硝(xiao)化(hua)過程(cheng)。但是反硝(xiao)化(hua)作用受(shou)到有機碳源缺乏的限制，且硝(xiao)化(hua)和反硝(xiao)化(hua)細菌受(shou)環境(jing)因子影響。

生物膜(mo)電極反應(ying)器（BER）的(de)反硝(xiao)化脫(tuo)氮(dan)技術(shu)是將電化學法與生物膜(mo)法相結(jie)合新興(xing)水(shui)處理技術(shu)。通(tong)過微電場(chang)作用將微生物固定在陰極表面，利(li)用陰極電場(chang)微電解水(shui)釋放出游離氫(qing)為(wei)反硝(xiao)化菌(jun)提供電子(zi)受體，達到反硝(xiao)化效(xiao)果，具有(you)不需外加有(you)機碳源、處理費(fei)用低廉(lian)等優(you)點。

將CW和BER組(zu)合處理(li)廢水具有揚(yang)長避短的效(xiao)果。到目(mu)前為止，關于BER和CW組(zu)合處理(li)廢水的報道微乎其(qi)微，研究(jiu)它們(men)結合使用性(xing)能對指導(dao)工業應用具有一定(ding)的實際意(yi)義。

研究目的：

（1）研究(jiu)C/Ns、TIN濃度、電流強度和(he)pH值對CW-BER除(chu)氮(dan)性能和(he)微(wei)生物群落的影響；

（2）分析不同(tong)處理條件下CW和CW-BER的污染物(wu)去(qu)處效率和群(qun)落組(zu)成差異(yi)。

研究方法(fa)：

測序(xu)(xu)技術：Illumina Miseq高通量測序(xu)(xu)平(ping)臺

測(ce)序模式：微生物(wu)組細菌16S rRNA基因V4-V5區測(ce)序

實驗(yan)對象：CW和(he)CW-BER陰(yin)極(ji)生(sheng)物膜和(he)與生(sheng)物膜同高(gao)度(du)的石英砂樣本

樣本數量：2

實驗設計(ji)：

研究不同C/N比（1:2、3:4、1:1、2:1），TIN濃度(du)(du)(du)（45、60、75、90 mg/L），電流強度(du)(du)(du)（I，5、10、15、20 mA）和(he)pH值（6.5、7.0、7.5、8.0，用磷酸鹽緩(huan)沖液調節）對人工濕地(di)性能的影(ying)響；待實驗結束后，取(qu)CW和(he)CW-BER陰極生(sheng)物膜和(he)與(yu)生(sheng)物膜同高度(du)(du)(du)的石(shi)英砂樣本進行測序分析。

人(ren)工(gong)濕地和(he)生物膜電極反應器組(zu)合(he)使用示意圖

研究(jiu)結(jie)果：

對CW和(he)CW-BER陰極生物(wu)膜和(he)與生物(wu)膜同高度的石英砂樣(yang)本(ben)進行高通(tong)量測(ce)序(xu)，結果如下(xia)：

CW和CW-BER的(de)菌群(qun)組成(cheng)分布(bu)對(dui)比

由菌群組成分析可知，人工濕地(di)與生物膜電極結(jie)合(he)反應(ying)器(qi)（CW-BER）提高了自養型反硝化菌（硫桿菌屬）的(de)相對豐度。

總結：

在(zai)人工濕地(di)中，自養和異(yi)養菌的(de)分布依(yi)賴于反(fan)應(ying)(ying)器的(de)運(yun)行條件(jian)。人工濕地(di)與生(sheng)物(wu)膜電極結(jie)(jie)合反(fan)應(ying)(ying)器（CW-BER）提(ti)高了自養型反(fan)硝(xiao)化菌（硫桿菌屬）的(de)相對豐度。研(yan)究不同C/Ns、TIN濃(nong)度、電流(liu)強度和pH值(zhi)對反(fan)應(ying)(ying)器的(de)影響，結(jie)(jie)果表(biao)明(ming)，微(wei)(wei)電場(chang)對硝(xiao)酸鹽的(de)去(qu)除(chu)具有顯著(zhu)正(zheng)效應(ying)(ying)，CW-BER能夠顯著(zhu)提(ti)高無機(ji)氮的(de)去(qu)處效率。

文章(zhang)索引：

Wang J, Wang Y, Bai J, et al. High efficiency of inorganic nitrogen removal by integrating biofilm-electrode with constructed wetland: Autotrophic denitrifying bacteria analysis.[J]. Bioresource Technology, 2016, 227:7.doi: 10.1016/j.biortech.2016.12.046

原文(wen)鏈接：

以(yi)上五篇文章，通(tong)過高(gao)通(tong)量測序手段，對生(sheng)物(wu)反應器和(he)人工濕地污泥等微(wei)生(sheng)態(tai)體系進行(xing)了定性定量分析，揭示了不同(tong)(tong)時(shi)期的微(wei)生(sheng)態(tai)體系中(zhong)，微(wei)生(sheng)物(wu)群落的動態(tai)分布規律(lv)，以(yi)及不同(tong)(tong)條件調控下的群落結構變化，為反應器等裝置在實(shi)際工程中(zhong)的應用提供(gong)了微(wei)生(sheng)態(tai)學依據。