淀粉废水处理系统中活性污泥的微生物群落结构及多样性分析

耘糟燥鄄耘灶增蚤则燥灶皂藻灶贼葬造运灶燥憎造藻凿早藻宰藻遭环摇境摇科摇学耘灶增蚤则燥灶皂藻灶贼葬造杂糟蚤藻灶糟藻第源员卷第员期圆园圆园年员月灾燥造援源员袁晕燥援员允葬灶援袁圆园圆园淀粉废水处理系统中活性污泥的微生物群落结构及多样性分析赵婷婷员袁乔凯员袁王蕾员袁张伟员袁竺建荣员鄢袁唐一圆袁猿袁胡滨圆袁王香莲圆袁猿袁杨静源袁景在涛源渊员援北京师范大学环境学院袁北京摇员园园愿苑缘曰圆援南方科技大学工程技术创新中心袁北京摇员园园园愿猿曰猿援北京南科大蓝色科技有限公司袁北京摇员园园园愿猿曰源援山东西王糖业有限公司袁邹平摇圆缘远圆园怨冤摘要院为探究淀粉废水处理活性污泥中微生物的群落结构及多样性袁基于陨造造怎皂蚤灶葬酝蚤杂藻择高通量测序方法袁分析了不同运行阶段的粤辕韵处理系统中活性污泥的微生物群落与多样性组成援结果表明袁粤辕韵系统中处理淀粉生产废水的活性污泥在同一种废水下微生物群落结构总体比较稳定袁优势细菌主要为变形菌门渊孕则燥贼藻燥遭葬糟贼藻则蚤葬冤尧拟杆菌门渊月葬糟贼藻则燥蚤凿藻贼藻泽冤尧绿弯菌门渊悦澡造燥则燥枣造藻曾蚤冤尧厚壁菌门渊云蚤则皂蚤糟怎贼藻泽冤和放线菌门渊粤糟贼蚤灶燥遭葬糟贼藻则蚤葬冤等曰昀重要优势细菌类群为变形菌门渊源缘郾远远豫耀远远郾猿园豫冤袁其中酌鄄亚纲细菌是其主要成员袁占比猿远郾猿愿豫耀远远郾远缘豫援优势拟杆菌门主要成员鞘脂杆菌纲在污泥沉降性能较好时其占比下降袁但绿弯菌门主要成员厌氧绳菌纲在污泥沉降性能较好时其占比明显增加袁变化趋势正好相反袁或许它们二者之间的耦合变化与污泥沉降性能变化密切相关援活性污泥样品中存在大量特殊功能菌群袁它们在活性污泥的污染物分解和氮磷去除中发挥重要作用援关键词院细菌群落结构曰生物多样性曰活性污泥曰高通量测序曰淀粉废水中图分类号院载员苑圆摇文献标识码院粤摇文章编号院园圆缘园鄄猿猿园员渊圆园圆园冤园员鄄园猿圆员鄄园怨摇阅韵陨院员园援员猿圆圆苑辕躁援澡躁噪曾援圆园员怨园缘员员远收稿日期院圆园员怨鄄园缘鄄员远曰修订日期院圆园员怨鄄园苑鄄猿园基金项目院国家自然科学基金项目渊缘员缘苑愿园远怨冤曰北京市重点研发计划项目渊员苑员员园园园园园苑员苑园员圆冤作者简介院赵婷婷渊员怨怨缘耀冤袁女袁硕士研究生袁主要研究方向为水污染控制工程袁耘鄄皂葬蚤造院怨缘源怨远圆猿员远岳择择援糟燥皂鄢通信作者袁耘鄄皂葬蚤造院扎躁则贼泽澡怎葬岳澡燥贼皂葬蚤造援糟燥皂酝藻葬泽怎则藻皂藻灶贼泽燥枣月葬糟贼藻则蚤葬造悦燥皂皂怎灶蚤贼赠葬灶凿月蚤燥凿蚤增藻则泽蚤贼赠枣则燥皂粤糟贼蚤增葬贼藻凿杂造怎凿早藻枣燥则葬宰葬泽贼藻憎葬贼藻则栽则藻葬贼皂藻灶贼悦燥灶贼葬蚤灶蚤灶早杂贼葬则糟澡在匀粤韵栽蚤灶早鄄贼蚤灶早员袁匝陨粤韵运葬蚤员袁宰粤晕郧蕴藻蚤员袁在匀粤晕郧宰藻蚤员袁在匀哉允蚤葬灶鄄则燥灶早员鄢袁栽粤晕郧再蚤圆袁猿袁匀哉月蚤灶圆袁宰粤晕郧载蚤葬灶早鄄造蚤葬灶圆袁猿袁再粤晕郧允蚤灶早源袁允陨晕郧在葬蚤鄄贼葬燥源渊员援杂糟澡燥燥造燥枣耘灶增蚤则燥灶皂藻灶贼袁月藻蚤躁蚤灶早晕燥则皂葬造哉灶蚤增藻则泽蚤贼赠袁月藻蚤躁蚤灶早员园园愿苑缘袁悦澡蚤灶葬曰圆援陨灶灶燥增葬贼蚤增藻耘灶早蚤灶藻藻则蚤灶早悦藻灶贼藻则袁杂燥怎贼澡藻则灶哉灶蚤增藻则泽蚤贼赠燥枣杂糟蚤藻灶糟藻葬灶凿栽藻糟澡灶燥造燥早赠袁月藻蚤躁蚤灶早员园园园愿猿袁悦澡蚤灶葬曰猿援月藻蚤躁蚤灶早杂哉杂栽藻糟澡月造怎藻杂糟蚤藻灶糟藻驭栽藻糟澡灶燥造燥早赠悦燥援袁蕴贼凿援袁月藻蚤躁蚤灶早员园园园愿猿袁悦澡蚤灶葬曰源援杂澡葬灶凿燥灶早载蚤憎葬灶早杂怎早葬则陨灶凿怎泽贼则赠悦燥援袁蕴贼凿援袁在燥怎责蚤灶早圆缘远圆园怨袁悦澡蚤灶葬冤粤遭泽贼则葬糟贼院栽澡蚤泽泽贼怎凿赠葬灶葬造赠扎藻泽贼澡藻皂蚤糟则燥遭蚤葬造糟燥皂皂怎灶蚤贼赠葬灶凿凿蚤增藻则泽蚤贼赠糟燥皂责燥泽蚤贼蚤燥灶燥枣葬糟贼蚤增葬贼藻凿泽造怎凿早藻蚤灶葬灶燥曾蚤糟辕燥曾蚤糟渊粤辕韵冤贼则藻葬贼皂藻灶贼泽赠泽贼藻皂泽葬贼凿蚤枣枣藻则藻灶贼燥责藻则葬贼蚤燥灶泽贼葬早藻泽怎泽蚤灶早陨造造怎皂蚤灶葬酝蚤杂藻择澡蚤早澡鄄贼澡则燥怎早澡责怎贼泽藻择怎藻灶糟蚤灶早贼燥蚤灶增藻泽贼蚤早葬贼藻贼澡藻皂蚤糟则燥遭蚤葬造糟燥皂皂怎灶蚤贼赠泽贼则怎糟贼怎则藻葬灶凿凿蚤增藻则泽蚤贼赠蚤灶葬糟贼蚤增葬贼藻凿泽造怎凿早藻枣燥则泽贼葬则糟澡憎葬泽贼藻憎葬贼藻则贼则藻葬贼皂藻灶贼援栽澡藻藻曾责藻则蚤皂藻灶贼葬造则藻泽怎造贼泽泽澡燥憎藻凿贼澡葬贼贼澡藻皂蚤糟则燥遭蚤葬造糟燥皂皂怎灶蚤贼赠泽贼则怎糟贼怎则藻燥枣葬糟贼蚤增葬贼藻凿泽造怎凿早藻枣燥则泽贼葬则糟澡责则燥凿怎糟贼蚤燥灶憎葬泽贼藻憎葬贼藻则贼则藻葬贼皂藻灶贼蚤灶粤辕韵泽赠泽贼藻皂泽憎葬泽择怎蚤贼藻泽贼葬遭造藻怎灶凿藻则贼澡藻泽葬皂藻憎葬泽贼藻憎葬贼藻则糟燥灶凿蚤贼蚤燥灶袁葬灶凿贼澡葬贼贼澡藻凿燥皂蚤灶葬灶贼遭葬糟贼藻则蚤葬燥枣贼澡藻葬糟贼蚤增葬贼藻凿泽造怎凿早藻憎藻则藻孕则燥贼藻燥遭葬糟贼藻则蚤葬袁月葬糟贼藻则燥蚤凿藻贼藻泽袁悦澡造燥则燥枣造藻曾蚤袁云蚤则皂蚤糟怎贼藻泽袁葬灶凿粤糟贼蚤灶燥遭葬糟贼藻则蚤葬援栽澡藻皂燥泽贼蚤皂责燥则贼葬灶贼凿燥皂蚤灶葬灶贼遭葬糟贼藻则蚤葬造早则燥怎责憎葬泽孕则燥贼藻燥遭葬糟贼藻则蚤葬渊源缘郾远远豫鄄远远郾猿园豫冤袁燥枣憎澡蚤糟澡酌鄄泽怎遭糟造葬泽泽遭葬糟贼藻则蚤葬憎藻则藻贼澡藻皂葬蚤灶皂藻皂遭藻则葬灶凿燥糟糟怎责蚤藻凿猿远郾猿愿豫鄄远远郾远缘豫援栽澡藻责则燥责燥则贼蚤燥灶燥枣杂责澡蚤灶早燥遭葬糟贼藻则蚤葬袁贼澡藻皂葬蚤灶皂藻皂遭藻则燥枣贼澡藻月葬糟贼藻则燥蚤凿藻贼藻泽袁凿藻糟则藻葬泽藻凿憎澡藻灶贼澡藻泽造怎凿早藻泽藻贼贼造蚤灶早责藻则枣燥则皂葬灶糟藻憎葬泽遭藻贼贼藻则袁遭怎贼贼澡藻责则燥责燥则贼蚤燥灶燥枣粤灶葬藻则燥造蚤灶藻葬藻袁贼澡藻皂葬蚤灶皂藻皂遭藻则燥枣悦澡造燥则燥枣造藻曾蚤袁蚤灶糟则藻葬泽藻凿泽蚤早灶蚤枣蚤糟葬灶贼造赠憎澡藻灶贼澡藻泽造怎凿早藻泽藻凿蚤皂藻灶贼葬贼蚤燥灶责藻则枣燥则皂葬灶糟藻憎葬泽遭藻贼贼藻则援栽澡藻泽藻糟澡葬灶早藻泽皂葬赠澡葬增藻遭藻藻灶糟造燥泽藻造赠则藻造葬贼藻凿贼燥贼澡藻遭藻澡葬增蚤燥则燥枣泽造怎凿早藻泽藻贼贼造藻葬遭蚤造蚤贼赠援栽澡藻则藻憎藻则藻葬造葬则早藻灶怎皂遭藻则燥枣枣怎灶糟贼蚤燥灶葬造遭葬糟贼藻则蚤葬蚤灶贼澡藻葬糟贼蚤增葬贼藻凿泽造怎凿早藻袁憎澡蚤糟澡责造葬赠藻凿葬灶蚤皂责燥则贼葬灶贼则燥造藻蚤灶贼澡藻凿藻早则葬凿葬贼蚤燥灶燥枣责燥造造怎贼葬灶贼泽葬灶凿蚤灶灶蚤贼则燥早藻灶葬灶凿辕燥则责澡燥泽责澡燥则怎泽则藻皂燥增葬造援运藻赠憎燥则凿泽院遭葬糟贼藻则蚤葬造糟燥皂皂怎灶蚤贼赠泽贼则怎糟贼怎则藻曰遭蚤燥凿蚤增藻则泽蚤贼赠曰葬糟贼蚤增葬贼藻凿泽造怎凿早藻曰澡蚤早澡鄄贼澡则燥怎早澡责怎贼泽藻择怎藻灶糟蚤灶早曰憎葬泽贼藻憎葬贼藻则糟燥灶贼葬蚤灶蚤灶早泽贼葬则糟澡摇摇活性污泥系统是一种以生物处理技术为主的污水处理工艺袁目前已经广泛应用于各种污水处理厂渊宰宰栽孕泽冤的城市污水处理或工业有机废水处理援活性污泥含有高度复杂的微生物群落袁对污染物的去除起着至关重要的作用袁微生物的群落结构很大程度上会影响污水处理系统的整体运行性能援在迄今为止发现的污水处理系统中袁绝大部分细菌属于变形菌纲袁拟杆菌纲尧放线菌纲等咱员暂援大量研究表明袁不同废水处理系统存在着不同微生物群落咱圆袁猿暂援另一方面袁即使同一种废水袁活性污泥的微生物群落组成也可能随水质或浓度波动而发生变化袁以响应或维持处理系统的稳定运行咱源暂援因此袁对实际污水活性污泥中微生物群落结构及多样性进行研究袁有助于阐明活性污泥变化的微生物学机制并提供处理系统稳定运行的技术帮助援藉助传统的分离培养实验操作袁只能获取很有环摇摇境摇摇科摇摇学源员卷限的样品微生物多样性及群落结构信息咱缘暂援分子生物学技术的发展应用袁提供了微生物群落的新研究方法袁使微生物群落组成能更加全面准确地呈现出来咱远袁苑暂援陨造造怎皂蚤灶葬酝蚤杂藻择高通量测序袁增加了微生物群落分析中的测序深度袁同时降低了实验成本袁错误率低袁已经成功应用于食品咱缘暂尧土壤咱愿暂尧湖泊咱怨暂尧植物咱员园暂和生物膜咱员员袁员圆暂等样品的微生物群落分析援对实际活性污泥的高通量分析袁尤其是发生污泥膨胀的活性污泥的研究袁还是相对较少的援高晨晨等咱员猿暂的研究表明丝状菌膨胀对主要污染物的去除效果影响不大袁对主要菌群的丰度影响不大曰端正花等咱员源暂的研究表明其研究的丝状菌污泥膨胀的优势丝状菌为腐螺旋菌科的杂葬责则燥泽责蚤则葬糟藻葬藻和黄杆菌科的云造葬增燥遭葬糟贼藻则蚤葬造藻泽援同样是发生污泥膨胀袁不同的活性污泥其中起着重要作用的菌也是不同的袁因此袁对于活性污泥样品特别是来自实际污水处理系统的分析是十分有必要的援本实验选取某淀粉生产废水处理的活性污泥进行实验研究袁该废水组分比较复杂而且浓度多变袁因此导致现有粤辕韵处理系统的活性污泥结构和活性不太稳定援为更好地了解活性污泥微生物群落结构和多样性变化袁寻求更稳定的处理系统运行控制袁采用陨造造怎皂蚤灶葬酝蚤杂藻择高通量测序技术袁对淀粉废水粤辕韵处理系统活性污泥的微生物群落与多样性结构从不同水平进行分析袁以期获得更多更全面的活性污泥微生物群落结构和多样性信息援员摇材料与方法员郾员摇样品采集活性污泥样品取自华北地区某污水处理厂袁该厂采用玉米淀粉生产多种产品袁因此袁昀终废水组分复杂且浓度多变援混合废水采用粤辕韵处理工艺援根据处理系统的表现特征即稳定运行和波动变化阶段按要求进行取样袁分别在圆园员愿年苑月中尧愿月底和圆园员怨年员月中取样品猿个袁分别以样品号员尧圆和猿表示袁其中愿月的污泥沉降性能较好袁圆园员愿年苑月和圆园员怨年员月的样品沉降性能较差袁出现轻度活性污泥膨胀现象援取样后污泥在圆源澡内送到实验室袁然后马上进行实验测定分析或样品处理援剩余样品于原愿园益冰箱保存援员郾圆摇实验方法员郾圆郾员摇运行参数测定采用国家标准方法进行测定化学需氧量渊悦韵阅冤尧污泥浓度渊酝蕴杂杂冤尧总磷渊栽孕冤尧氨氮渊晕匀垣源鄄晕冤尧污泥指数渊杂灾陨冤尧污泥负荷渊云辕酝冤和污泥龄渊杂砸栽冤等运行参数咱员缘袁员远暂援员郾圆郾圆摇电镜观察样品经离心去除上清后浸没在圆缘豫戊二醛中固定袁于源益冰箱放置圆源澡后依次经体积分数为缘园豫尧苑园豫尧愿缘豫尧怨缘豫和员园园豫的酒精脱水援采用临界点干燥法干燥袁干燥完成后将样品粘至金属台袁喷金处理袁采用扫描电子显微镜渊云耘鄄杂耘酝匀蚤贼葬糟澡蚤杂哉愿园员园袁日本冤进行观察援员郾圆郾猿摇粒度测定活性污泥絮体粒径分布采用激光粒度分析仪渊酝葬造增蚤灶酝葬泽贼藻则泽蚤扎藻则猿园园园袁英国冤测量援测定时根据仪器测定程序进行操作袁当粒度较小的时候加样量较少袁实验加样量员耀缘皂蕴援员郾圆郾源摇阅晕粤提取活性污泥中微生物的阅晕粤按照韵酝耘郧粤试剂盒说明书的方法和步骤进行提取援员郾圆郾缘摇孕悦砸扩增及测序依托北京美吉桑格生物医药科技有限公司进行陨造造怎皂蚤灶葬酝蚤杂藻择高通量测序援扩增员远杂则阅晕粤的灾猿鄄灾源区域袁细菌的孕悦砸引物为通用引物袁猿猿愿云院粤悦栽悦悦栽粤悦郧郧郧粤郧郧悦粤郧悦粤郧和愿园远砸院郧郧粤悦栽粤悦匀灾郧郧郧栽宰栽悦栽粤粤栽援使用圆豫琼脂糖凝胶回收孕悦砸产物袁利用粤曾赠孕则藻责阅晕粤郧藻造耘曾贼则葬糟贼蚤燥灶运蚤贼渊粤曾赠早藻灶月蚤燥泽糟蚤藻灶糟藻泽袁哉灶蚤燥灶悦蚤贼赠袁悦粤袁哉杂粤冤进行纯化袁栽则蚤泽鄄匀悦造洗脱袁圆豫琼脂糖电泳检测援利用匝怎葬灶贼蚤云造怎燥则栽酝鄄杂栽渊孕则燥皂藻早葬袁哉杂粤冤进行检测定量援根据陨造造怎皂蚤灶葬酝蚤杂藻择平台渊陨造造怎皂蚤灶葬袁杂葬灶阅蚤藻早燥袁哉杂粤冤标准操作规程将纯化后的扩增片段构建孕耘圆鄢猿园园的文库援员郾猿摇数据分析通过美吉云平台蚤杂葬灶早藻则进行数据的分析整理援陨造造怎皂蚤灶葬酝蚤杂藻择测序得到的是双端序列数据援首先根据孕耘则藻葬凿泽之间的燥增藻则造葬责关系袁将成对则藻葬凿泽拼接渊皂藻则早藻冤成一条序列袁同时对则藻葬凿泽质量和皂藻则早藻效果进行质控过滤袁根据序列首尾两端的遭葬则糟燥凿藻和引物序列区分样品得到有效序列袁并校正序列方向袁即为优化数据援数据去杂的方法为院淤过滤则藻葬凿泽尾部质量值圆园以下的碱基袁设置缘