医药化工废水厂中微生物群落结构分析
污水处理厂中微生物群落结构分析
污水处理厂中微生物群落结构分析污水是城市生活中产生的一种废水，它含有大量的有机废物和微生物，如果不进行处理，就会对环境造成严重的污染。
污水处理厂是将污水经过一系列的处理工艺，最终将其处理成符合环境标准的水体。
污水处理过程中的微生物群落是非常重要的。
微生物可以分解污水中的有机物质和微量元素，并且对于提高处理效率和稳定性也发挥着重要的作用。
因此，对污水处理厂中微生物群落的结构进行分析，可以为污水处理工艺的优化提供有力的依据。
污水处理厂中的微生物群落主要包括细菌、放线菌、真菌和古菌等。
其中细菌是最常见的一种微生物，占据了微生物群落的绝大部分。
细菌能够分解污水中的有机物质，提高污水的化学需氧量（COD）去除率。
放线菌和真菌对于污水处理厂中的微生物群落结构也有着重要的影响。
放线菌具有产生抗生素和生物活性物质的能力，能够对污水处理产生积极的影响。
真菌则可以分解污水中的木质素和纤维素等难分解的有机物质，增加处理效率。
对于微生物群落的分析，主要有两种方法，一种是传统的文化方法，另一种是基于分子技术的方法。
传统的文化方法是将污水样品进行培养，通过观察培养结果来分析微生物群落。
这种方法的优点是精度较高，但是需要进行长时间的培养，有些微生物难以培养，因此会存在一定的错误率。
基于分子技术的方法则可以克服传统文化方法的缺点，这种方法是基于微生物在进化上存在的一定的结构多样性，通过对微生物的分子特征进行检测来完成微生物群落的分析。
这种方法具有快速、高效、精度高等优点，可以对微生物群落进行更加全面深入的分析。
近年来，关于污水处理厂中微生物群落的研究也取得了不少的进展。
例如，有研究发现，不同的处理工艺会对微生物群落结构产生不同的影响。
某一种处理工艺可能会导致某些微生物的丰度增加，而有些微生物的丰度则会减少。
因此，在优化污水处理工艺时，需要对微生物群落的结构进行分析，从而找到最优化的工艺方案。
总之，污水处理厂中微生物群落的结构分析是污水处理工艺优化的重要依据。
污水处理中的微生物群落分析方法
落结构与污水处理效果具有一定的相关性。
工业废水处理微生物群落分析
目的
了解工业废水处理系统中微生物群落的组成、结构和功能 ，为提高工业废水处理效率提供科学依据。
方法
采集工业废水处理厂的活性污泥样品，采用16S rRNA基 因测序技术对微生物群落进行分析，结合生物信息学手段 进行数据处理和解析。
结果
发现工业废水处理厂中存在多种特殊微生物种群，能够降 解多种难降解有机物。此外，还发现微生物群落结构与工 业废水处理效果具有一定的相关性。
03
污水处理中的微生物群落分析应用
城市污水处理
城市污水处理厂是微生物群落分析的重要应 用场景，通过对微生物群落的组成和变化进 行分析，可以了解污水处理过程中的微生物 生态学机制，优化污水处理工艺，提高处理 效率。
城市污水处理厂的微生物群落分析可以帮助 了解不同处理单元中微生物的分布和功能， 为工艺改进和优化提供科学依据。
通过比较不同城市污水处理厂的微生物群落 结构和功能，可以评估污水处理厂的运行状 况和处理效果，为城市水环境保护提供技术 支持。
工业废水处理
1
工业废水处理过程中涉及多种微生物的 协同作用，通过微生物群落分析可以了 解不同微生物在废水处理中的贡献和作 用机制。
2
工业废水处理中的微生物群落分析有助 于发现高效降解特定污染物的菌群，为 工业废水处理和资源化提供新的解决方 案。
自然水体修复中的微生物群落分析有 助于发现有益的微生物种群，用于构 建生物膜、生物浮床等人工湿地，提 高水体自净能力。
04
微生物群落分析方法的挑战与展望
技术挑战
微生物多样性的复杂性
污水处理中的微生物群落具有高度的多样性和复杂性，对技术要 求较高，需要采用高效的方法进行分离和鉴定。
污水处理过程中微生物群落结构的分析
污水处理过程中微生物群落结构的分析引言随着城市化和工业化的发展，无处不在的污水污染成为严重的环境问题。
污水处理技术是解决污染的关键方法之一。
而污水处理过程中微生物群落结构的分析是研究污水处理效果的重要方法。
本文将从微生物群落的组成、分布与演替、影响因素、研究方法等方面进行分析。
微生物群落的组成污水处理过程中的微生物群落主要由细菌、真菌、古菌、原生动物和病毒等各种微生物组成。
其中，细菌是污水处理过程中数量最多的微生物，其数量约占总微生物数的90%以上。
细菌的主要种类包括好氧菌、厌氧菌、化能菌和氧化菌等。
古菌、真菌、原生动物和病毒等微生物数量相对较少，但同样具有重要的生态功能。
微生物群落的分布与演替微生物群落在污水处理过程中呈现出显著的分布和演替特征。
污水处理过程中主要包括细菌生物膜法、生物流化床法、活性污泥法等，每种处理方法所形成的微生物群落结构有所不同。
在细菌生物膜法中，细菌主要附着在生物膜上，其中硝化菌和反硝化菌负责氨氧化和脱氮反应。
在生物流化床法和活性污泥法中，细菌主要在床层和粘性悬浮颗粒中存在，其中好氧菌、厌氧菌和化能菌等起到重要作用。
微生物群落的影响因素污水处理过程中微生物群落结构除了受处理方法的影响外，还受到环境因素的影响。
主要包括温度、pH值、溶解氧浓度、有机负荷、氮、磷、微量元素等因素。
其中，温度和溶解氧浓度是影响微生物活动的重要因素，高温和低氧会导致微生物数量的减少和活性的下降。
有机负荷、氮、磷等物质是污水处理的主要目标，但过高或过低的浓度也会对微生物群落结构造成影响。
微生物群落研究方法微生物群落结构研究的主要方法有培养法、PCR-DGGE法、高通量测序和荧光原位杂交等。
其中，培养法是传统的微生物分类鉴定方法，虽然易于操作，但对微生物的分离效果受到限制。
PCR-DGGE法能够准确地分离微生物群落中的不同种类，但对于微生物种群的定量研究有一定的限制。
高通量测序技术能够对微生物群落结构进行高通量和高质量的测定，但需要较高的经费和技术支持。
污水处理工程中的微生物群落分析与优化
污水处理工程中的微生物群落分析与优化随着城市化进程的不断推进，城市污染问题日益严重。
其中，水污染是受到大众广泛关注的一个问题。
而污水处理工程的运行离不开微生物的存在和作用。
因此，微生物群落分析与优化是保证污水处理工程正常运行和提高工程处理效率的关键。
一、微生物群落分析微生物群落是指具有共同遗传特征和生态学特性的微生物的集合体。
对于污水处理工程而言，微生物群落的组成可以直接影响工程的运行效率和处理效果。
因此，对微生物群落的分析是十分重要的。
目前，常用的微生物群落分析方法有PCR-DGGE和16S rRNA测序两种。
PCR-DGGE 是通过聚合酶链式反应 (PCR) 技术扩增特定基因片段并利用变性梯度凝胶电泳 (DGGE) 技术进行分离、检测。
16S rRNA测序则是基于16S rRNA基因序列的多序列比对和系统进化分析，可以分析出微生物群落的主成分和种类分布。
在微生物群落分析的过程中，需要通过一系列的预处理工作，如污泥的采集、DNA的提取、PCR扩增、电泳检测等。
其中，关键的就是样本的采集和处理过程，因为这直接影响着后续的分析结果。
此外，样本数量、样本来源等因素也会对分析结果造成影响。
二、微生物群落优化通过微生物群落分析，可以了解到微生物群落的组成和数量分布情况。
但是，如何进一步优化微生物群落，提高其在污水处理工程中的作用呢？1.进化优化基于微生物的适应性进化，可以有针对性地加快特定微生物的繁殖，以及避免一些不利于污水处理的微生物群落的出现。
比如，在常温状态下加速嫌氧菌和耐受硫酸盐的微生物的繁殖，可以增加生化处理的效果，提高NH3-N和化学需氧量的去除率。
2.营养物质的添加优化营养物质的添加可增进微生物繁殖，尤其是对一些有益微生物的生长繁殖更有促进作用。
比如，加入磷源，可以刺激硝化细菌、异养菌的生长，增加脱氮效率和脱磷效率。
添加背景营养液，可促进微生物群落在稳定性和活性上的较好表现。
3.肥料的施加优化肥料的施加优化主要是针对污水处理中的曝气池和沉淀池。
污水处理过程中微生物群落的分析与优化研究
污水处理过程中微生物群落的分析与优化研究随着人口的不断增多，城市化进程的加快以及工农业经济的发展，越来越多的城市及农村地区开始出现了污水排放量的问题。
排放过多的污水会导致水污染、环境污染等问题的产生。
如何进行有效的污水处理，已经成为生态系统管理与环境改善工作的重要一环。
在传统污水处理中，微生物是起到重要作用的。
微生物可以通过生物降解作用，将有机物质分解为水、碳酸盐和二氧化碳等小分子物质，从而达到污水处理的目的。
在不同的处理方式中，微生物群落的结构和数量也会发生变化。
一、传统污水处理法中微生物群落的分析（一）污水处理法的类型传统的污水处理法主要有物理处理、化学处理、生物处理等三种方式，而在其中生物处理系统又分为活性污泥法、固定化微生物法、滤池法、好氧生物膜法、厌氧消化等多种处理技术。
每种处理技术所需要的微生物种类、数量及作用过程都不同，会影响微生物群落的变化情况。
（二）微生物群落的变化情况在污水处理过程中，微生物群落的变化情况会受到多种因素的影响。
光照、水温、pH值、氧气含量等因素都可能影响到微生物的数量和种类组成。
一般情况下，好氧微生物对氧气的需求较高，而厌氧微生物对于氧气的需求则较低。
（三）微生物采样与分析为了分析污水处理过程中微生物群落的变化情况，需要首先进行微生物的采样和分析。
在采样过程中，需要注意选择合适的采样点位，避免不同位置的微生物群落会对分析结果产生干扰。
而在微生物分析中，则需要使用分子生物学技术对微生物的DNA/RNA进行测量分析结果。
二、微生物群落优化研究的进展（一）污水处理方式的优化为了提高污水处理效率和处理效果，需要对污水处理技术进行优化。
技术优化的目的是提高处理效率和降低运营成本。
不同的处理方式需要不同的微生物种类支持，而利用现代分子生物学等技术手段，对细菌群落及相关代谢功能的调控可以从分子水平入手，结合有机污染物量、环境因子分析以及微生物群落变化规律，推动优化污水处理效果的实施。
污水处理中的微生物群落分析
污水处理中的微生物群落分析近年来，环保意识的提升和城市化进程的不断加速，污水处理这一行业越来越得到重视。
而在污水处理中，微生物群落的角色不可忽视。
本文将探讨污水处理中微生物群落的基本概念、分类、分析方法以及其在污水处理中的应用。
一、微生物群落基本概念与分类微生物群落指的是在生物学上，由一个或多个种或亚种组成的生物群体。
这些生物可以互相作用，进而影响到环境中其他生物的存在与繁衍。
通常分为三类：细菌、真菌和原生生物。
细菌是微生物群落的主体，在污水处理中扮演着重要的角色。
二、微生物群落分析方法为了更好地了解微生物群落的结构和组成，在污水处理中常用的微生物群落分析包括：菌落计数、PCR-DGGE、T-RFLP和16S rDNA测序。
1. 菌落计数菌落计数法是指以培养物种数为依据，通过对样品进行营养基培养，再将其分离、纯化定量统计，从而得到微生物的数量和组成比例。
这种方法的优点是易于操作，但同时也有很多局限性，例如无法测定未培养的微生物，而且在不同培养条件下得到的结果可能会有差异。
2. PCR-DGGEPCR-DGGE（聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳）是指通过PCR扩增目标基因片段，得到含有微生物DNA的PCR产物，再将其分子量分离，形成一条长条，通过比较分析条带图案得到样品中微生物的类型和数量。
该方法测定范围广，可分析未培养的微生物种类和数量，但所获得的信息存量较少，而且有一定的误差。
3. T-RFLPT-RFLP（限制性片段长度多态性）是基于PCR扩增的方法，通过PCR扩增出待测基因片段，将其消化为不同长度的限制性酶片段，并通过比较分析相应的T-RFLP图谱来分析微生物群落。
该方法具有高灵敏度和较高的分辨率，但其分析结果的可靠性和准确性有待进一步提高。
4. 16S rDNA测序16S rDNA测序是一种通过直接测序微生物的16S rRNA序列来分析微生物群落的方法。
该方法具有高灵敏度和准确性，但其样品准备和测序成本却相对较高。
污水厂中微生物群落结构的演变
污水厂中微生物群落结构的演变污水处理厂是城市重要的环保设施，其工作原理是通过生物法来降解和转化废水中的有机物、氮和磷元素，从而达到去除水体污染的效果。
在这个生物处理过程中，微生物起到了至关重要的作用。
事实上，污水处理厂中存在着丰富的微生物群落，包括细菌、真菌和原核生物等。
这些微生物群落的种类和数量的变化，对污水处理过程的效率和质量都具有重要的影响。
本文主要探讨污水厂中微生物群落结构的演变，从中探究相关的环保问题。
一、生物法污水处理的基本过程在应对水体污染方面，目前主要采用生物法和化学法两种方式。
其中，生物法污水处理是指通过生物微生物在氧化、还原和碳氮的化学过程中去除污染物，使废水得到净化处理的方法。
生物法处理可以分为前处理、生化处理和后处理三个过程。
在前处理中，需要分离出些废水中的悬浮物质和影响生化处理的过程，后以通过平行板沉淀器、格栏和旋流器等工艺手段，将杂质去掉。
在生化处理过程中，则是将废水按照一定的流量，通过分集池和码流池等设备，然后进行好氧或者厌氧处理，以移除污染物。
最后，还需要通过沉淀、过滤等方式实现后处理，以进一步提高水质的水平。
二、污水处理厂中的微生物群落结构微生物是污水处理厂中的主要生物元素，它们在废水中通过各自的代谢途径将有机物和氮、磷等元素氧化还原为二氧化碳、水和无害物质，并参与沉淀和过滤等晚期处理过程。
微生物在厂内占据着重要地位，并会随时间而变化或者波动。
污水处理厂中的微生物群落包括很多类型，其中最重要的是厌氧微生物和好氧微生物。
好氧微生物包括硝化细菌、硝化细菌、异养硝化细菌、厌氧污泥微生物和厌氧硝化细菌等。
这些微生物在氧化、还原、碳氮的化学过程中，负责将有机物质分解成为更小的分子，从而去除了水中的污染物。
而厌氧微生物负责降解含氮和含磷有机化合物。
此外，微生物还有种种具有其特殊生理功能的菌种。
比如，扩散性氧化细菌、通气翻转细菌和极微足细菌等等。
这些特殊的菌群，在污水处理的过程中发挥着极为重要的作用。
污水处理系统中微生物群落的分析与优化
污水处理系统中微生物群落的分析与优化随着城市化进程的不断推进，城市污水排放成为了城市环境治理中重要的一环。
传统的污水处理主要采用化学处理、物理处理以及生物处理等方法，而其中生物处理中的微生物群落对于污水去除效率的影响非常大。
本文将探讨污水处理系统中微生物群落的分析与优化。
一、污水处理系统中微生物群落的组成污水处理系统中的微生物群落是一个非常复杂的生态系统。
其主要包括细菌、真菌、原生动物和病毒等微生物。
其中，微生物群落的数量和种类对于污水处理系统的稳定运行和去除效率至关重要。
一般来说，污水处理系统的生物处理过程大致分为好氧处理和厌氧处理两个阶段。
在好氧处理阶段，污水中的有机物质会被氧化成为二氧化碳和水。
而在厌氧处理阶段，污水中的有机物质则会被分解成为甲烷、二氧化碳和硫酸根等。
好氧菌和厌氧菌是污水处理系统中最为重要的微生物。
好氧菌主要参与有氧呼吸，将有机物质氧化成为二氧化碳和水。
而厌氧菌则主要参与厌氧呼吸，将有机物质分解成为甲烷、二氧化碳和硫酸根等。
同时，硝化作用和反硝化作用也是需要微生物参与的。
硝化作用指的是将氨氮氧化成为亚硝酸盐和硝酸盐的过程，而反硝化作用则是将硝酸盐还原成为氮气的过程。
显然，这些过程中微生物群落的数量和组成对于水质的去除效果至关重要。
此外，在污水处理系统中还存在着一些协同作用和竞争作用。
例如，厌氧反硝化作用和好氧硝化作用需要相互配合才能发挥最佳效果。
而在实际操作中，不同菌种之间的竞争也会对微生物群落的稳定性产生影响。
二、微生物群落分析方法微生物群落的种类繁多，数量极其庞大。
因此，如何准确地分析和评价微生物群落的影响成为了污水处理系统优化中的重要一环。
传统的分析方法主要基于微生物的外观特征、生长特性、代谢特性等指标。
然而，传统的方法存在操作复杂、耗时耗力等缺点。
因此，目前在微生物群落分析中，越来越多地采用了分子生物学技术。
其中，最为常见的分子生物学技术是基于核酸的方法，主要包括PCR扩增、DGGE、T-RFLP、高通量测序等。
污水处理中的微生物群落结构与功能分析
污水处理中的微生物群落结构与功能分析污水处理是现代社会中不可或缺的环境保护措施，而微生物在污水处理中发挥着重要的作用。
微生物群落的结构与功能对于污水处理效果起着至关重要的影响。
本文将深入探讨污水处理中微生物群落结构与功能的分析方法和相关研究进展。
一、引言污水处理是将生活污水、工业废水等有机负荷高、潜在有害物质多的废水进行处理，使之达到环境排放标准的技术过程。
而微生物作为污水处理系统中的基础要素，承担着降解有机物质、去除氮磷等关键功能。
因此，了解微生物群落的结构与功能对于优化污水处理过程至关重要。
二、微生物群落结构的分析1. 16S rRNA基因测序技术16S rRNA基因是细菌和古菌细胞中广泛存在的一个保守区域，其序列的变异可以用来描述微生物群落的结构。
通过对采样中的微生物样品提取DNA，利用高通量测序技术对16S rRNA基因进行测序，可以获得微生物群落的详细信息。
基于测序结果，可以通过物种多样性指数、群落结构图等来揭示微生物群落的组成情况。
2. FISH技术荧光原位杂交技术（FISH）是一种将荧光标记的核酸探针与待测样品中的目标微生物DNA或RNA杂交的方法。
借助FISH技术，可以直接观察微生物在样品中的空间分布情况。
3. 定量PCR定量PCR是一种通过定量检测特定微生物基因的方法。
通过在PCR反应中加入荧光探针，可以实现对目标微生物基因进行定量分析，进而了解微生物群落中不同物种的相对丰度。
三、微生物群落功能的分析1. 元基因组分析元基因组是指与细菌或古菌共生的微生物基因组。
元基因组分析是通过对微生物群落DNA的测序，借助基因数据库进行功能注释和基因组组装，来推断微生物群落中各种功能基因的存在和相对丰度。
2. 元转录组分析元转录组分析是通过对微生物群落RNA的测序，来获取微生物群落中基因的转录水平信息。
通过与已知功能基因的数据库比对，可以揭示微生物群落中不同功能基因的表达情况，实现对微生物群落功能的分析。
工业废水处理技术中的微生物群落研究
工业废水处理技术中的微生物群落研究工业废水是指工业生产过程中排放的含有有机物、无机物和有害物质的水。
这些废水对环境和生物健康造成潜在威胁，因此进行工业废水处理是至关重要的。
在工业废水处理技术中，微生物群落研究发挥着重要的作用。
微生物在工业废水处理中的作用广泛而重要。
微生物能够分解有机物，降解有毒有害物质，完成污水的净化。
在工业废水处理技术中，常用的微生物包括细菌、真菌、藻类和原生动物等。
这些微生物在处理过程中形成复杂的微生物群落，通过相互作用和协同作用来实现高效的废水处理效果。
首先，微生物群落在生物处理系统中发挥着重要的作用。
传统的生物处理系统常用活性污泥法和生物膜法。
在这些系统中，微生物通过吸附、降解、脱氮和脱磷等反应来对废水进行处理。
微生物群落的多样性和丰富度对处理系统的稳定性和效果有着直接影响。
不同的微生物具有不同的代谢途径和降解能力，通过建立多样性的微生物群落，可以更好地适应废水中的不同污染物。
其次，微生物群落研究在工业废水处理中有助于优化处理技术。
通过对微生物群落的研究，可以了解微生物的多样性及其在废水处理中的功能。
通过组合不同的微生物种类和数量，可以提高处理系统的降解能力和稳定性。
例如，一些微生物能够耐受高浓度的毒物，并能迅速降解有机废水中的有害物质。
在处理高浓度有毒有害物质的废水时，选择具有适应性和耐受性的微生物群落是至关重要的。
此外，微生物群落研究还可以为废水处理过程中的问题提供解决方案。
例如，在处理高浓度氨氮废水时，常常出现氨氮浓度过高或反硝化效果差的问题。
通过对微生物群落的研究，可以了解微生物对氨氮的降解机制，通过合理调控底物浓度和溶解氧浓度，选择适宜的微生物菌种，可以提高氨氮的去除效率。
此外，微生物群落研究还可以为工业废水处理技术的创新提供指导。
通过对微生物群落的深入研究，可以发现新的微生物种类和菌株，这些微生物可能具有更高的降解能力和耐受性。
针对工业废水中特定的有机物或无机物，利用这些新发现的微生物进行处理，可以提高处理效率并减少处理成本。
废水处理过程中微生物群落的演变
废水处理过程中微生物群落的演变废水处理是一个重要的环保措施，能够将废水中的有害物质去除，提高水质。
废水处理过程中的微生物是关键因素之一，它们不仅在废水处理过程中发挥重要作用，还会影响处理效果。
本文将阐述废水处理过程中微生物群落的演变问题。
一、微生物群落的组成与分布废水处理过程中微生物群落主要包括细菌、真菌、放线菌和原生动物等。
这些微生物在不同的处理单位中有着不同的分布。
比如，污泥法处理中主要是厌氧菌和好氧菌，而在生物膜法中则以硝化菌和脱氮菌为主。
而在废水处理前、中、后期的不同温度、氧化还原电位、pH值等环境因素都会对微生物群落产生影响。
二、微生物群落演变过程(一) 初始阶段：微生物群落的形成是从寡种到多种的过程。
在污泥法处理中，初始阶段以浸染法为主，即将已经成熟的好氧污泥转移到处理水中。
在此过程中，传统微生物学中的特定菌种快速增长，在初始阶段占优势。
这些菌种能够利用可溶性有机物质，瞬间降解COD和BOD，使水中有机污染物快速减少。
此外，在初始阶段，微生物群落的成长还受到一些外界因素比如氧浓度、温度、C/N比例等的限制。
因此，在此期间，群落类型比较单一，可控性较强。
(二) 中期阶段：随着处理水的进一步接触和混合，废水处理过程中的微生物群落还会经历一个中期的物质转移和过渡阶段。
在此过程中，微生物群落的多样性会逐渐增加，其生长和代谢能力也会逐渐提升。
此时，微生物越来越多地利用废水中的难分解有机物质和氮、磷等元素，从而影响到废水的处理效果。
(三) 稳定阶段：当微生物群落逐渐趋于稳定时，它们的代谢和生长能力逐渐平衡，成为一个复杂的生态系统。
在此期间，微生物群落中的各类生物相互竞争、合作，形成相对稳定的平衡状态。
此时，细菌是废水处理中最常见的微生物，占总菌群的90%以上。
此外，微生物群落中还包括真菌、放线菌、原生动物等其他生物群体。
三、微生物群落演变的影响因素微生物群落演变过程中受到多种环境因素的影响，主要包括：(一)溶解氧水平。
污水处理过程中微生物群落结构分析
污水处理过程中微生物群落结构分析随着人口的持续增长和人类活动的不断增多，污水处理成为了一个重要的环境保护问题。
目前，常规的污水处理方法包括了物理、化学和生物处理等多种方式。
其中，生物处理是一种较为主流的方法，也是目前备受关注的污水处理方法。
生物处理依托微生物的代谢作用和自净能力，通过一个复杂的微生物群落产生生物反应器的基础上完成污水处理过程。
在整个生物反应器中，微生物的分布及其群落结构的形成直接影响污水的降解效果和处理过程。
本文将从微生物群落结构的基本概念出发，层层深入，分析污水处理过程中微生物群落结构的组成、变化及对处理效果的影响，并介绍一些目前学术界研究和污水处理实践中的优化方法。
第一部分：微生物群落结构的基本概念及分析方法微生物群落结构是微生物学领域中一个重要的研究对象，也是污水处理过程中重要的评价参数之一。
微生物群落是由多种微生物在一定环境条件下，形成的一个稳定的生态系统。
而微生物群落结构是指在统一时间和空间尺度下，微生物种群的数量、种类、分布和相对丰度等多个参数的综合体现。
由于微生物数量非常庞大，单纯地依靠培养方法进行群落分析是非常不切实际的，而近年来随着分子生物学和生物信息学等技术的发展，微生物群落结构分析也随之发生了深刻的变化。
目前常用的基于分子生物学技术的微生物群落分析方法主要包括：16S rRNA 基因与 18S rRNA 基因高通量测序、RNA基因芯片、荧光原位杂交（FISH）、实时荧光定量PCR、DGGE和T-RFLP等。
第二部分：污水处理过程中微生物群落结构的组成及变化以活性污泥法污水处理为例，主要包括了厌氧冲泡池反应、活性污泥池反应、沉淀池反应等三个主要阶段。
不同的反应阶段会导致微生物群落结构发生不同的变化。
首先，在厌氧阶段，在氧化还原位有若干种呼吸菌得到生长，它们会利用有机质及污泥颗粒内部碳化合物，将其还原成产生能量的中间代谢产物，并将中间代谢产物进一步耗氧氧化，释放出更多的能量。
工业废水处理中微生物群落结构与脱氮性能关联机制
工业废水处理中微生物群落结构与脱氮性能关联机制工业废水是由工业生产过程中产生的废水，含有大量有机污染物和氮、磷等营养物质，如果直接排入水体中，会对环境造成严重的污染。
因此，对工业废水进行处理是保护环境、维护生态系统的重要措施之一。
而在工业废水处理过程中，微生物群落结构与脱氮性能之间存在着紧密的关联机制。
微生物是自然界中广泛存在的生物类群，在废水处理过程中发挥着重要的作用。
首先，微生物通过降解有机物来消除污染物。
工业废水中的有机污染物可以作为微生物的营养源，微生物能够分解有机物并将其转化为无害的物质。
此外，微生物还能够降解废水中的重金属离子等其他有害物质，从而减少对环境的污染。
其次，微生物在脱氮过程中起到关键作用。
废水中含有大量的氮源，其中主要是氨氮和硝酸盐氮。
脱氮是指将废水中的氮源转化为氮气排放到大气中，从而实现氮的去除。
在工业废水中，微生物通过硝化和反硝化过程来完成脱氮的任务。
硝化是指将氨氮氧化为硝酸盐氮的过程，而反硝化则是将硝酸盐氮还原为氮气的过程。
这两个过程都需要特定的微生物参与，微生物群落的结构和种类的不同将直接影响脱氮的效果。
微生物群落结构的影响因素主要包括环境条件、废水特性和处理工艺等。
不同的废水来源和成分会在一定程度上决定微生物群落的组成和结构。
而废水处理工艺的选择也会对微生物群落产生影响。
例如，活性污泥法是一种常用的废水处理技术，它通过悬浮的污泥颗粒来降解有机物和脱氮。
在活性污泥系统中，不同的微生物群落能够在不同的环境条件下生存和繁殖，通过相互协作来完成脱氮等任务。
此外，微生物的代谢特性和相互关系也会影响脱氮性能。
微生物群落中的不同种类的微生物有不同的代谢特性，有些微生物更擅长氨氮的氧化，有些微生物则更适应于反硝化过程。
微生物之间的相互关系也会影响脱氮性能。
例如，一些微生物能够产生一种类似抑制剂的物质，抑制其他微生物的生长和代谢，从而影响脱氮效果。
因此，在工业废水处理中，要实现高效的脱氮，必须深入了解微生物群落结构与脱氮性能之间的关联机制，并根据这些机制进行相应的调控。
污水处理中微生物群落的演变特征
污水处理中微生物群落的演变特征污水处理是一项重要的环境保护工作，而微生物处理是其中的关键环节。
随着不断发展的技术和理论，对微生物群落的演化特征的研究也日益深入。
本文将从微生物群落的演变特征入手，详细论述污水处理中微生物群落的变化情况。
1. 污水处理中微生物群落的结构污水处理过程中微生物群落分为两类：反硝化微生物和硝化微生物。
它们分别在不同环境中生长和繁殖，共同完成反硝化和硝化的任务。
不同微生物在污水处理过程中所占的比例会随着处理水质的不同和环境变化而改变。
因此，研究微生物群落在不同处理阶段的结构变化，是评估污水处理效果和掌握微生物群落演变规律的有效方法。
2. 处理前期的微生物群落演变在污水处理的初期，微生物群落会随着水体中营养物质的变化而发生明显变化。
初期硝化需要较长时间发生，因此硝化微生物的比例相对较低。
此时的微生物群落中，反硝化微生物所占比例会随着污水处理时间的延长而增加。
这是因为处理初期营养物质充足，容易促进反硝化微生物的繁殖。
3. 处理中期的微生物群落演变污水处理进入中期后，硝化微生物开始呈现优势地位。
此时的微生物群落中，硝化微生物所占比例会持续增加，而反硝化微生物所占比例则会逐渐降低。
这是因为处理中期水体中的营养物质开始减少，硝化作用所需氮源变得更为重要，因此硝化微生物对环境的适应性能力更强。
4. 处理后期的微生物群落演变随着污水处理时间的增长，微生物群落的结构会发生较大变化。
在处理后期，污水处理厂对水质的处理效率会显著提高，水体中养分几乎被完全消耗殆尽。
此时的微生物群落中，硝化和反硝化微生物所占比例都会减少，同时出现一些生长较为缓慢的微生物种群。
这些微生物种群能利用已经降解或保存的有机物残渣和微量元素，完成少量反硝化和无氧呼吸作用。
5. 微生物群落演变与污水处理效果微生物群落演变对污水处理效果具有重要影响。
当微生物群落结构合理、群落比例适当时，处理效果会得到最大化。
研究表明，适量加入高效菌剂可以促进微生物群落的稳定形成，提高污水处理效率。
污水处理中的微生物群落结构与功能
污水处理中的微生物群落结构与功能污水处理是保护环境和维护公共卫生的重要工作，其中微生物群落在污水处理过程中发挥着至关重要的作用。
微生物群落的结构与功能相互关联，对于高效处理污水具有重要意义。
本文将探讨污水处理中微生物群落结构的变化和其功能与污水处理之间的关系。
一、污水处理中微生物群落的结构在污水处理过程中，微生物在不同环境条件下逐渐形成了特定的群落结构。
这些微生物群落主要包括细菌、真菌、古菌等。
它们通过相互作用和协同合作，完成了对有害物质的降解和转化，从而净化了污水。
1. 细菌群落细菌是污水处理过程中最主要的微生物之一。
在处理过程中，细菌群落的结构会受到环境条件、有机物种类和浓度、氧气含量等因素的影响。
比较常见的菌群包括好氧菌、厌氧菌和硝化菌等。
好氧菌主要通过氧化有机物质来产生能源，并产生二氧化碳和水。
厌氧菌则在无氧环境中进行硝酸盐还原作用，使得硝酸盐转化为氮气。
而硝化菌能够将氨氮转化为硝酸盐，起到了氮素去除的作用。
2. 真菌群落真菌在污水处理中起到了降解有机物质和重金属离子的重要作用。
在好氧条件下，真菌主要通过氧化有机物质来转化为二氧化碳和水。
而在厌氧条件下，真菌则通过发酵作用来产生乙醇和其他有机酸。
3. 古菌群落古菌是一类极端微生物，能够生活在极端的环境中，而在污水处理中起到了重要的功能。
古菌可以代谢硫元素、氢气和甲烷，从而参与了硫循环和甲烷循环过程。
二、微生物群落结构与功能的关系微生物群落的结构与功能之间存在着密切的关系。
微生物群落的多样性和稳定性是识别其功能的重要指标之一。
例如，多样性较高的微生物群落可以提高处理系统对不同有机物质的适应性和处理效率。
此外，不同的微生物群落结构还可以反映出污水处理系统中存在的问题或改变的趋势。
通过分析微生物群落的变化，可以评估污水处理系统的运行情况，并针对性地调整处理工艺，提高处理效果。
微生物群落结构的变化还可以预示着某些特定微生物群落的功能变化。
例如，当环境中有机物浓度增加时，某些产生特定酶的细菌群落会增加，从而加速有机物质的分解和降解速度。
污水处理中的微生物群落分析研究
污水处理中的微生物群落分析研究污水处理是现代城市生活中最重要的环保工作之一。
开展高效的污水处理，需要科学的管理和先进的技术。
其中，微生物群落是污水处理的一个重要研究方向。
本文将就污水处理中微生物群落分析研究进行探讨。
一、微生物群落的构成及作用微生物群落是指在特定环境中分布的多种不同种类微生物的集合。
微生物包括细菌、真菌、病毒等生物，它们在微观世界中广泛存在，为地球生命的重要组成部分。
在污水处理中，微生物群落是关键的生物指标，微生物降解和转化有着十分重要的作用。
在东营市某污水处理厂进行的相关研究表明，微生物群落构成主要以厌氧菌为主，如硝化硫化球菌、甲烷菌等等，还含有少数厌氧芽孢杆菌。
同时，部分厌氧菌可以与其他微生物共生，如在好氧池中生活的革兰氏阴性杆菌，它们可以分解有机污染物，并在好氧池中为异养微生物提供必要的有机物质。
二、微生物群落分析研究的意义污水处理中的微生物群落分析研究具有重要的意义。
在污水处理过程中，不同的微生物群落存在着共生、竞争、协同等现象。
因此，了解不同微生物群落构成及其作用，可以改善污水处理效果。
同时，微生物群落分析也是监测和评估污水处理的重要手段。
对于提高污水处理效果，研究表明，优化污泥颗粒结构对微生物群落构成可以产生显著的影响。
如在某些污水处理系统中，增加污泥颗粒大小和密度可以增加硝化作用的效率。
同时，改变污泥颗粒结构还可以降低应用外源菌的需求，所以在微生物群落分析过程中，有必要对污泥颗粒结构进行高效的监测。
三、微生物群落分析的方法微生物群落分析的方法主要包括：培养法、生物学技术和分子生物学技术等。
培养法是传统的分离和鉴定微生物的方法。
但是，培养法只能分离和鉴定一小部分微生物，因为很少的微生物能够在实验室中生长。
每个微生物都需要特定的营养基质，生长条件等，尽管培养法可能明确地检测实验样品中的某个特定微生物。
生物学技术中，聚合酶链式反应（PCR）技术是常用的技术之一。
该技术使用微生物DNA作为模板，制备反应系统支持DNA复制。
污水处理过程中微生物群落的多样性分析
污水处理过程中微生物群落的多样性分析第一章：引言随着人口的急剧增加和经济的快速发展，污水排放量也在不断增加。
非常严重的是，如果没有适当的处理，污水会对人类健康和环境造成极大的危害。
污水处理作为环保领域的一项重要工作，已经得到了广泛的关注。
其中，微生物群落是污水处理过程中的关键元素，可以对水质的净化产生很大的影响。
因此，对污水处理过程中微生物群落的多样性进行分析，对于改进处理工艺和提升处理效果具有重要意义。
第二章：微生物群落微生物是生态系统中非常重要的组成部分之一。
它们能够分解和降解有机物质，并将其转化为无机物质，从而使这些物质重新进入生态循环。
在污水处理过程中，微生物群落可以分为三类：厌氧、好氧和异养微生物。
其中，厌氧微生物主要分解有机物质，好氧微生物则能够利用这些有机物质进行生长和繁殖，异养微生物则能够将无机物质转化为有机物质。
第三章：污水处理过程中微生物群落的多样性分析方法污水处理过程中微生物的多样性可以通过DNA分子技术和扫描电子显微镜技术进行分析。
其中，DNA分子技术是当前研究微生物多样性最常用的方法之一。
这种方法利用PCR扩增微生物DNA，然后对扩增出的DNA进行序列分析，最后通过构建热图和聚类分析等手段，来研究微生物的多样性和数量变化情况。
扫描电子显微镜技术则能够直接观察并量化微生物的形态和数量。
第四章：污水处理过程中微生物群落的多样性分析结果在污水处理过程中，微生物数量和种类的变化与不同的处理方式和条件密切相关。
研究表明，在处理污水的好氧和厌氧池中，微生物的数量与多样性存在显著的差异。
好氧池中的微生物数量通常比厌氧池中多，但种类相对较少。
厌氧池中的微生物数量较少，但种类却非常丰富。
在不同的处理条件下，污水处理过程中微生物的多样性也有所不同。
例如，在不同的空气流速和曝气时间下，好氧池中微生物的多样性和数量均有所变化。
此外，有研究表明，在厌氧处理过程中添加添加剂，也可以促进特定微生物的增殖和繁殖。
研究污水处理中的微生物群落结构
研究污水处理中的微生物群落结构研究污水处理中的微生物群落结构随着城市化和工业化的快速发展，污水处理成为了一个重要的环境问题。
污水中含有大量的有机物和微生物，如何高效地处理污水成为了一项挑战。
而研究污水处理中的微生物群落结构，可以为我们设计更加高效的污水处理工艺提供重要的参考。
微生物是污水处理中的关键因素之一。
在污水处理过程中，许多微生物会利用污水中的有机物进行生长和代谢，从而将有机物分解为无机物。
而微生物的生长和代谢活动，又受到环境因素的影响。
因此，了解微生物群落结构对于优化污水处理工艺至关重要。
研究表明，污水处理厂中的微生物群落结构具有一定的稳定性。
在污水处理厂的不同环节，如进水、沉淀池、生物反应器等，都可以发现不同的微生物群落。
这些微生物群落之间存在着相互作用和竞争关系，从而影响着整个污水处理过程的效果。
目前，研究者们主要使用分子生物学技术来研究污水处理中的微生物群落结构。
通过提取污水中的DNA或RNA，可以获取微生物群落的遗传信息。
然后，利用高通量测序技术对这些遗传信息进行分析，可以得到微生物群落的组成和丰度信息。
通过比较不同环节的微生物群落结构，可以揭示污水处理过程中微生物群落的变化规律。
近年来的研究发现，污水处理中的微生物群落结构与污水处理工艺的效果密切相关。
一些研究表明，在某些情况下，优化微生物群落结构可以提高污水处理效果。
例如，通过增加某些细菌的丰度，可以促进污水中有机物的降解速率。
而在另一些情况下，微生物群落的不稳定性会导致污水处理效果的下降。
因此，研究微生物群落结构，可以为我们设计更加稳定和高效的污水处理工艺提供重要的参考。
总之，研究污水处理中的微生物群落结构对于优化污水处理工艺具有重要意义。
通过分子生物学技术的应用，我们可以了解微生物群落的组成和丰度信息，揭示其与污水处理效果的关系。
这将有助于我们设计更加稳定和高效的污水处理工艺，以应对不断增长的污水排放和环境保护的需求。
污水处理厂微生物群落的监测与分析
污水处理厂微生物群落的监测与分析近年来，随着城市化进程的加速，环境治理问题受到越来越多的关注。
城市污水处理厂作为处理城市生活污水的重要设施，承担着保障城市生态环境和人民健康的重要任务。
然而，污水处理厂的运行不仅与设施和技术密不可分，还与污水处理过程中微生物群落的活动密切相关。
因此，对污水处理厂微生物群落的监测与分析具有重要的指导意义和科研价值。
一、污水处理厂微生物群落的组成和特点污水处理过程中微生物群落的组成和特点是影响污水处理效果的重要因素。
常见的污水处理微生物包括硝化菌、反硝化菌、脱氮菌、硫化物氧化细菌、甲烷菌等。
其中，硝化菌和反硝化菌对氨氮、硝态氮等有机物进行直接或间接的氧化和还原作用，对污水处理过程中的氮素去除具有重要的作用。
脱氮菌基本上都是厌氧微生物，在低氧或无氧条件下将硝态氮还原成氮气，对于氮素的高效去除至关重要。
硫化物氧化细菌则能氧化厌氧条件下产生的硫化物等有机物，降低污泥中的硫化物含量，促进污水处理过程中污泥的稳定化。
甲烷菌则在厌氧条件下降解有机物质，并产生甲烷气体，对于污泥处理和能源回收等方面具有重要意义。
二、污水处理厂微生物群落的监测方法污水处理厂微生物群落的监测方法包括传统的微生物计数法和分子生物学方法。
微生物计数法适用于部分微生物的计数和研究，但存在着技术条件要求高、操作繁琐、误差大等缺点。
而分子生物学方法则通过PCR技术对微生物DNA逐一扩增和分析，准确度高、灵敏度强，可同时检测大量微生物和微生物的分布情况，成为了污水处理厂微生物群落监测的主流方法之一。
在详细监测和分析微生物群落的基础上，可以进一步研究微生物在处理过程中的代谢和生态功能。
三、污水处理厂微生物群落结构的变化分析污水处理过程中，微生物群落结构的变化与处理效果密切相关。
通过对微生物群落结构的变化分析和比较，可以深入了解微生物群落的变化规律，从而有效地优化污水处理过程，提高处理效果。
例如，利用PCR-DGGE技术，对污水处理过程中反硝化菌和脱氮菌的群落结构变化、微生物种群的变化规律进行了深入研究。
制药废水厂微生物群落和多种抗性基因相关性分析
境,致使微生物在持续抗生素选择下产生了耐药性,形成了耐药菌 [1-2],其风险比抗生素药物本身的污染风险
更高 [3],关于其行为特点和传播途径的研究日益增加。抗生素抗性细菌对抗生素的耐药性机理包括:细菌外
膜不渗透性障碍、细菌外排泵系统、抗生素作用的靶位变化和抗生素的钝化失活等 [4]。抗性基因是抗性菌具
通信作者:罗
晓教授。E-ma
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袁立霞,罗晓,张文丽,等 .
制药废水厂微生物群落和多种抗性基因相关性分析[
河北科技大学学报,
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抗生素的滥用诱导和加速了抗生素抗性基因(antibiotic resistance genes, ARGs)的产生、传播以及抗生素耐药菌(antibiotic resistant bacteria, ARB)形成的风险, 并且ARGs的存在是细菌表现耐药性的根本原因.ARGs作为一类新型的环境污染物, 可通过质粒、整合子以及转座子等可在细菌同种属菌株间和不同种属的菌株之间发生水平基因转移, 即使ARB死亡后, 携带ARGs的裸露DNA会在脱氧核苷酸酶的保护作用下长期存在, 故ARGs在环境中的持久性残留、传播和扩散比抗生素本身的危害还要大.目前, ARGs广泛存在于不同的生态环境中, 如水环境、土壤和大气, 其中作为水环境之一的污水厂被认为是ARB和ARGs巨大的储存地.以前针对ARGs的大多数研究主要集中在处理医院和生活污水的城市污水厂上.然而, 迄今为止, 很少有报道从医药化工废水中检测出ARB和ARGs.ARGs的检测方法有可培方法和非培方法这两大类.可培方法是通过培养基进行微生物分离, 而后根据所分离微生物的耐药性, 结合各种分子生物学方法或者对ARB进行全基因组.但是由于自然环境中超过99%的微生物不能用传统培养基方法进行分离培养, 故可培方法会遗漏大量ARB和ARGs.非培方法有PCR技术、qPCR技术、基因芯片技术及宏基因组学技术.无论是普通PCR技术还是qPCR技术只能局限于已知序列的单一耐药基因检测, 并且只能对少数的ARGs进行同时检测, 最后还需要测序分析来进一步确认.基因芯片技术虽然可以同时检测出大量的ARGs, 但仍然要依赖于根据已知的耐药基因序列设计出相应的特异性强的探针, 并且其制作复杂, 费用昂贵.而随着生物技术的不断发展, 宏基因组测序也越来越多地应用于医学研究及临床诊断领域, 如感染类型诊断、抗性基因的鉴定和传染病的防控等.宏基因组技术通过高通量测序, 打破了传统以培养为主的微生物研究方式, 直接提取遗传物质进行遗传操作, 不仅可以准确获得样品微生物物种组成及丰度等信息, 进入数据库预测微生物功能, 还能分析微生物代谢网络等多方面的信息, 并且可同时检测大量的ARGs, 为寻找新基因、研究微生物多样性提供了便利的工具.本研究借助宏基因组技术调查医药化工废水厂中微生物群落组成, 并分析ARGs的多样性及两者之间的关系, 对掌握医药化工废水中ARGs的污染现状及控制其传播, 保护微生态环境具有重要指导意义.1 材料与方法1.1 样品采集本实验样品取自江苏某医药化工园区废水处理厂, 该废水厂主要功能是处理园区各医药化工企业排放的工业废水, 纳入废水厂管网的废水包括抗生素中间体废水及农药中间体废水等多种医药化工废水.该废水厂日处理量10万t, 收集的废水中含β-内酰胺类、氨基糖苷类、大环内酯类、喹诺酮类和四环素类等几大类抗生素生产过程中产生的高浓发酵废水、化学合成废水、其他制剂废水及混合废水(清洗水、冷却循环水和生活污水等).废水中含大量残留的抗生素原材料、副反应产物, 还含有机溶剂二甲基甲酰胺、丙酮、乙腈、四氢呋喃和二氯甲烷等.废水厂主要采用厌氧-缺氧-好氧(A2O)工艺.本实验样品为活性污泥, 具体取自完全混合式好氧生物处理池.取样时先在池内前中后三段各取约500 mL泥水混合样品, 以保证样品具有代表性, 现场混合均匀后, 用无菌50 mL离心管分装后冰袋低温冷藏, 当日即进行基因组DNA提取.1.2 基因组DNA提取使用Fast DNA® Spin Kit for Soil (MP Biomedicals, CA, USA)试剂盒根据产品操作手册提取样品基因组DNA.采用1%琼脂凝胶电泳检测DNA样品的质量和完整性.用NanoDropTM 2 000分光光度计(Thermo Fisher Scientific, MA, USA)和Qubit® 2.0荧光光谱仪(Thermo Fisher Scientific, MA, USA)检测DNA的产量和纯度.基因组DNA样品用干冰保藏并立即送往上海美吉生物医药科技有限公司进行测序.1.3 ARGs生物信息学分析采用Illumina HiSeq Xten平台进行PE150双端测序.首先对原始测序数据进行质量控制, 去除碱基数大于40 bp但是其质量分数低于38的序列, 去掉歧义核苷酸超过10个的序列, 去掉与adapter序列有15 bp重叠的序列.采用SOAPdenovo软件组装clean reads.当选择最高的scaffold N50 value来进行进一步分析时, 选择不同的K-mer值(49、55和59)用于使用于不同的-d1、-M3、-u和-F参数.将得到的scaffold片段在N段打断, 进而得到scaftig片段.仅仅大于500 bp的scaftig片段被保留以作进一步分析.采用默认参数的MetaGeneMark软件从组装好的scaftig片段来预测开放阅读框(ORFs), 采用CD-HIT来获得非冗余基因.采用SOAPaligner软件将保留的clean read与基因库进行比对, 以计算匹配的数目.通过去除含有少于3个mapped reads映射片段的基因类别来获得unigene.用DIAMOND软件将unigene与NCBI-NR数据库进行比对, 设置blastp参数e-value≤1e-5, 并且采用MEGAN软件LCA算法进行注释.采用DIAMOND软件(blastp, evalue ≤ 1e-5)将unigene对应的蛋白序列在KEGG数据库、eggNOG数据库和CAZy数据库中进行比对.利用BLAST软件(blastp, evalue≤1e-5)将unigene在CARD数据库进行比对, 进行ARGs注释.采用Cytoscape软件进行网络分析, 以研究ARGs与微生物分类的关系.具体联系污水宝或参见更多相关技术文档。
2 结果与讨论2.1 医药化工污水厂中微生物群落结构在该好氧活性污泥样品中, 经过质量控制后, 共得到reads数目109 523 076条, 并由此组装得到55 255个scaftig, 并预测了105 892个unigene.利用DIAMOND软件将unigene在NCBI-NR数据库中进行比对, 后续用MEGAN软件进行注释, 统计样本在门水平(表 1)及属水平(图 1)上的前10个丰度最大的群落组成.表 1 废水厂中10个最丰富门的相对丰度图 1 废水厂中10个最丰富属的相对丰度根据分类结果, 细菌域(Bacteria)是该医药化工园区废水厂中主要的微生物类群.并由表 1可知, 该废水厂丰度在前10的优势菌门是Proteobacteria、Chloroflexi、Bacteroidetes、Acidobacteria、Actinobacteria、Cyanobacteria、Deinococcus-Thermus、Firmicutes、Planctomycetes和Candidatus Saacharibacteria.其中最优势的菌门是Proteobacteria, 这与其他关于污水厂报道相符合, 丰度接近50%;其次是Chloroflexi, 丰度约占10%.Chloroflexi菌株可以在极端环境中生存, 比如热泉和高盐环境, 并且也经常从污水厂环境中分离得到, Chloroflexi类群中的丝状菌是污水处理厂活性污泥中的常见组成, 其大量出现会产生污泥膨胀现象.细菌菌群丰度居第三的是Bacteroidetes, 约占5%;其他7个优势菌群的丰度在0.5%~3%之间.在该混合污泥样品中, 共检测到265个属, 丰度在前10的优势属为Hyphomicrobium、Ardenticatena、Paracoccus、Thauera、Leptolyngbya、Filomicrobium、Methyloversatilis、Truepera、Ottowia和Aromatoleum, 其中Hyphomicrobium是最主要的类群, 属于革兰氏阴性菌, 占据约12%;Ardenticatena、Paracoccus和Thauera这3个优势属的丰度相似, 均在4.5%左右, 其中Ardenticatena丰度稍高, 为4.7%;其他6个优势属的丰度在0.2%~1.0%之间(图 1).在属水平上,Hyphomicrobium是最优势属, 而在种水平上, Hyphomicrobium zavarzinii是最优势种.根据报道, Hyphomicrobium属类菌株也经常出现在污水环境中, 属于限制性的兼性甲基氧化菌, 能够利用甲醇、甲基化胺或甲酸盐等一碳化合物作为唯一碳源生长.而Hyphomicrobium zavarzinii能通过甲醇脱氢酶的过量表达, 在污水甲基营养型代谢中起着关键作用.相比之下, 城市污水处理厂(wastewater treatment plants, WWTPs)中处理的废水大部分为生活污水, 可生化性好, 废水中的抗生素一般来源于医院排放的医疗废水, 含量较少, 尤其经大量其他废水稀释之后浓度一般为痕量.从WWTPs中分析到的主要细菌种类属于粪便污染的常见指标：大肠杆菌、总大肠菌群和肠球菌.监测到的主要耐药菌包括耐甲氧的Staphylococcus aureus、耐万古霉素的Enterococcus spp.及革兰氏阴性菌(如Enterobacteria、Pseudomonads和Acinetobacter), 这些菌对氟喹诺酮类、碳青霉烯类和β-内酰胺类等抗生素具有抗性.医药化工废水处理厂的抗生素浓度高于WWTPs的10~100倍, 因此其抗性菌种的种类和耐药性也一般强于WWTPs.2.2 医药化工废水厂中微生物群落功能注释用DIAMOND软件将unigene在KEGG数据库进行比对, 共注释了54564个unigene, 结果如图 2所示.从中可知, 该微生物菌群的功能通路相关的基因数量依次为：代谢>遗传信息处理>环境信息处理>人类疾病>细胞过程>生物系统, 其中最主要的功能通路是代谢相关, 其次是遗传信息处理, 第三是环境信息处理.属于代谢类别的功能分类中丰度依次为：碳代谢>氨基酸代谢>能量代谢>核苷酸代谢>辅因子和维生素的代谢>异生素生物降解与新陈代谢>脂质代谢>萜类和聚酮化合物代谢>其他氨基酸代谢>其他次生代谢物生物合成>多糖生物合成与代谢, 其中碳代谢、氨基酸代谢和能量代谢的基因数量尤为丰富, 分别为7 788、6 155和5 067个.属于遗传信息处理类别的功能分类丰度依次为：复制与修复>折叠、分类与降解>翻译>转录, 其中复制与修复是最主要部分, 基因数量为2 535个.该微生物菌群功能通路中还有一部分的环境信息处理类别的功能, 其分类类别丰度依次为：膜转运>信号转导>信号分子与相互作用, 其中最主要的是膜转运, 基因数据为2 678个, 其他两个类别的基因合计100个, 数目甚少.属于人类疾病类别丰度依次为：传染性疾病>神经退行性疾病>内分泌和代谢疾病>癌症>物质依赖>免疫疾病>心血管疾病, 其中细菌传染性疾病相关的基因数目尤其突出, 为517个, 是其他人类疾病基因总数的约1.6倍.而在传染病疾病中, 细菌感染性疾病相关的基因占据了大部分, 约80%.图 2 基于KEGG数据库注释的废水厂微生物群落功能基因分布在该废水厂中细菌传染疾病涉及到9类(图 3), 其丰度依次为军团杆菌病>结核病>沙门氏菌感染>幽门螺杆菌感染的上皮细胞信号传导>金黄色葡萄球菌感染>上皮细胞的细菌入侵>百日咳>致病性大肠杆菌感染>霍乱弧菌感染, 其中最主要的传染病为军团杆菌病, 其基因数目为136个;其次是结核病, 基因数目为108个;沙门氏菌感染和幽门螺杆菌感染的上皮细胞信号传导, 基因数目均在60个左右;其他疾病的基因数目在15个以下.图 3 废水厂中细菌感染疾病相关的基因数量根据功能注释结果, 该废水厂菌群中最主要的功能通路是代谢相关, 并且还存在许多与人类疾病相关的基因, 其中主要是细菌感染性疾病.到目前为止, 全球新出现的传染病事件的发生率有所增加, 废水厂等特殊环境可以作为许多病原体的天然宿主对人类健康存在潜在威胁.2.3 医药化工废水厂中ARGs及耐药机制用BLAST软件将unigene在抗性基因数据库CARD中进行比对, 结果如图 4所示.经过氨基酸大于50%标准控制后, 共注释到74类抗生素功能基因, 涉及包括β-内酰胺类、头孢菌素类、氨基糖苷类、大环内酯类、多肽类、喹诺酮类及磺胺类等多种抗生素抗性基因.图 4 污水厂中不同ARGs的相对丰度在这74类ARGs中sav1866、dfrE和mfd是最主要ARGs.sav1866基因属于多重耐药基因, 其编码的蛋白是ABC膜转运蛋白, 其耐药机制属于ABC外排泵.在细菌中, 许多ABC家族转运蛋白都与抗生素耐受性有关.sav1866被检测为丰度最大的ARGs, 推测这与该废水厂处理多种抗生素中间体废水及多种农药中间体废水密切相关.dfrE基因首次被发现在粪肠球菌中, 其编码的蛋白是一种耐甲氧苄啶二氢叶酸还原酶(dihydrofolate reductases, DHFRs), 该种DHFRs具有高的甲氧苄啶抗性, 其耐药机制是抗生素靶位点改变.mfd基因的产物Mfd是转录-修复偶联因子蛋白, 属于DNA移位酶, 也是DNA修复的必须因子, 其耐药机制是抗生素靶位点保护.Mfd主要功能是促进DNA修复, 但在某些情况下, 如在复制-转录冲突区域和在稳定阶段的突变中, Mfd反而增加了突变, 如Mfd促使空肠弯曲杆菌产生了对喹诺酮药物的抗性.在新的研究结果中, Mfd被认为是一种促进突变的进化因子, 加速了抗生素耐药性的发展, 是不同类群的细菌快速获得各种抗生素耐药性所必须的[35].由此推测, mfd基因的大量存在及积累可能会促进废水厂中微生物产生更多抗生素抗性.统计这些ARGs的耐药机制, 以调查该废水厂的耐药机制情况, 如图 5中(a)所示.在该医药化工废水好氧活性污泥处理系统中, 微生物存在耐药的机制有5种, 分别是抗生素失活(8%)、抗生素靶位点改变(4%)、抗生素靶位点保护(7%)、抗生素靶位点替换(11%)和抗生素特异的外排泵(70%), 其中抗生素特异的外排泵是主要的耐药机制, 占比50%以上.在所研究的菌群中的外排泵组成如图 5(b)所以, 主要由ABC外排泵(18%)、MFS外排泵(10%)、RND外排泵(34%)和SMR外排泵(3%)组成, 其中RND外排泵是该微生物菌群抗生素外排泵耐药机制的最主要类型, 其次是ABC外排泵.据报道, 细菌细胞膜上的主动外排泵可将抗菌药物排至细菌外, 从而阻碍抗菌药物与细菌内的靶点结合, 引起耐药.并且, 外排泵在细菌中广泛存在, 在介导细菌多重耐药中起着重要作用.本研究表明, 氯霉素、四环素、磺胺类、氟喹诺酮类和大环内酯类抗生素均能通过细菌的主动外排机制而被排出细胞外.而该研究的医药化工污水系统所具有的外排泵中, RND外排泵是主要机制.RND外排泵的外排底物比较广泛, 包括多种抗菌药物、消毒剂和染料等, 由此可推测该菌群对多种抗生素具有抗性.结合图 4, 属于RND外排泵的ARGs有smeD、mdtB、mexJ、smeR、cmeB和mexQ等, 涉及氨基香豆素抗生素、四环素抗生素、大环内酯类抗菌素、氨基糖苷抗生素、三氯沙抗生素和氟喹诺酮类抗生素、头孢菌素等ARGs;属于ABC外排泵的ARGs有lmrD、otrC、novA、macB和sav1866, 涉及林可酰胺类抗生素、四环素类抗生素和大环内酯类抗生素的耐药.(a)微生物的抗生素耐药机制; (b)抗生素特异的外排泵组成图 5 污水厂中抗生素耐药机制类型占比2.4 废水厂中ARGs与微生物类群的关联对废水厂中ARGs与微生物类群的共存模式进行网络分析(图 6), 结果显示有44类ARGs与污水厂中属级的微生物分类群高度相关, 并且主要类群的属都是多重耐药菌株, 同时携带多种ARGs, 涉及到4大类ARGs耐药机制.Hyphomicrobium属和Thauera属均可能携带有近20个ARGs, Paracoccus属和Methyloversatilis属可能携带有近10个ARGs.如Hyphomicrobium属中可能携带的抗性基因有dfrA26、mdsB、qepA、tetT、mexQ、mexF、mexL、rosB、sul2、dfrE、mfd和bacA等;Thauera属则可能携带有mdtD、bacA、mexJ、tet36、oprM、acrB和novA等.图 6 污水厂中ARGs与微生物类群的相关性网络分析3 结论(1) 该医药化工废水处理厂的菌群组成结构中, 细菌域是主要微生物类类群, 并且最优势的菌门是Proteobacteria, 其次是Chloroflexi.最优势属是Hyphomicrobium, 最优势种为Hyphomicrobium zavarzinii.(2) 该医药化工废水厂中微生物群落最主要的功能通路是代谢相关, 并还存在许多与人类疾病相关的基因, 其中主要是细菌感染性疾病.(3) 该医药化工废水厂中ARGs共检测到74类ARGs, 涉及包括β-内酰胺类、头孢菌素类、氨基糖苷类、大环内酯类、多肽类、喹诺酮类、磺胺类等多种抗生素抗性基因, 其中sav1866、dfrE和mfd是最主要ARGs, 而最主要的Hyphomicrobium属也同时携带这3种主要的ARGs.该废水厂菌群的耐药机制主要是抗生素特异的外排泵, 其中RND外排泵是主要机制.(4) 该废水厂活性污泥中微生物属级分类与ARGs高度相关, 并且主要类群的属都是多重耐药菌株.。