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      新聞中心

      祝賀!天昊客戶潮汐流人工濕地宏基因組測序文章登陸《Science of The Total Environment》

      發稿時間:2021-12-08來源:天昊生物

      近期,北京工業大學城市建設學部楊艷玲研究員課題組研究成果在國際環境科學與生態學著名期刊《Science of The Total Environment》上發表。研究者利用潮汐流人工濕地系統,研究了異養硝化-好氧反硝化細菌(HN-AD)添加如何影響微生物群落和代謝途徑,為其在分散式生活污水處理中的工程應用提供了理論基礎。

      本研究中,天昊生物提供了宏基因組測序及生信分析服務。在恭喜客戶的同時,也讓我們來簡單看下這篇文章。

      英文題目:Multi-metabolism regulation insights into nutrients removal performance with adding heterotrophic nitrification-aerobic denitrification bacteria in tidal flow constructed wetlands

      中文題目:潮汐流人工濕地中添加異養硝化-好氧反硝化細菌對營養物質去除性能的多代謝調控研究

      期刊名:Science of The Total Environment

      影響因子:IF=7.963

      發表時間:20211120

      在分散式生活污水處理中,人工濕地(CWs)通常表現出功能冗余和微生物群落多樣性的局限性,導致營養物質去除性能較低。為了解決這一難題,在開發用于脫氮除磷的潮汐流CWs (TFCWs)中加入異養硝化-好氧反硝化細菌(HN-AD)。加入HN-AD細菌后,與對照系統(總氮TN: 53.9%;總磷TP83.9%)相比,TFCWs去除率更高,分別為TN66.9%-70.1%TP88.2%-92.4%。在穩定運行期間。典型循環變化表明,在水力停留時間(HRT)14 h8 h的條件下,添加HN-AD細菌的TFCWs分別促進了NO3--NNH4+-N的去除,并有少量NO2--N積累?;钚匝趸X(AA)HN-AD菌聯用降低了磷的釋放,緩解了其在CWs中去除性能差的問題。根據宏基因組分類群和功能注釋,假單胞菌和自養硝化細菌在TFCWs脫氮中起著關鍵作用。此外,8 h-HRT的梯度毒性環境促進了異養硝化細菌和自養硝化細菌的共存??赡芡ㄟ^提高硝化和反硝化相關基因(amoABC、hao、napAnirS基因)加速NH4+-N轉化。同時,HN-AD菌的加入刺激了氮同化過程的nirAgltD基因,可能導致NH4+-N的直接去除。HN-AD過程調控多代謝的概念模型強調了glk、gap2PK基因在糖酵解途徑中的重要性,它們是營養代謝的重要驅動力??偟膩碚f,該研究提供了關于正在進行的HN-AD細菌添加如何影響微生物群落和代謝途徑的見解,為其在分散式生活污水處理中的工程應用提供了理論基礎。

      來自中國農村地區、城市郊區或旅游勝地的分散式污染源仍然存在,高達90%的未經處理的廢水被不加區別地直接排放到附近的地表。與城市地區不同,這些地區的污水往往營養成分含量較低。然而,廣泛的分布和復雜的地形通常是收集和凈化分散生活污水的主要挑戰。因此,建造小規模的污水處理廠是不現實的,因為運營和維護成本很高。人工濕地被認為是一種有前途的綠色技術,可以直接處理生活污水。但生物量增長緩慢、溶解氧(DO)不足、CWs吸附能力低,通常導致總氮和總磷去除效果較差。
      近年來,異養硝化和好氧反硝化(HN-AD)技術在強化污染物去除方面引起了眾多研究者的關注。然而,在分散式生活污水處理中,添加HN-AD菌用于提高營養物質去除率的研究很少。
      關于HN-AD的代謝途徑和清除機制,在解釋氮轉化方面仍然存在差異?;?/span>HN-AD過程,還沒有對微生物營養轉化的結構和功能變化構建全面的見解。宏基因組分析是一種通過對環境樣本中的總DNA進行測序的精確且與無需培養的方法。該方法可以更詳細地評估復雜代謝途徑、功能基因和關鍵酶對污染物轉化的響應。因此,在不同的HRT下,通過在TFCWs中添加HN-AD,宏基因組分析可以基于天然微生物群的變化提供足夠的測序深度。
      本研究構建了三組TFCWs (TFCW 0、TFCW1TFCW2),分別代表了在14 h-HRT下不添加HN-AD菌的TFCW、在14 h-HRT下添加HN-AD菌的TFCW和在8 h-HRT下添加HN-AD菌的TFCW。這項工作的目的是: (1)研究污染物在整個運行過程中的去除性能,探索典型循環中氮和磷的變化;(2)通過宏基因組分析確定微生物組結構和功能細菌的變化;(3)揭示氮、磷和糖酵解代謝途徑及其相互關系。在此基礎上,提出了在TFCWs中添加HN-AD菌的工程意義和潛在的營養去除機理。

      從公司購買分離的HN-AD菌株,以制備在TFCWs中添加HN-AD細菌的制劑。設置了六個TFCWs (三組×兩重復)。自動控制系統并行運行三套TFCWs(1),該系統由一個水箱、一個進水泵、排水閥、液位傳感器和一個出水泵組成。

      使用分光光度法測定了化學需氧量(COD)、NH4+-N、NO2--N、NO3--NTN的濃度。測量溶解氧(DO)、酸堿度和溫度。采用單因素方差分析和皮爾遜相關分析評價TFCW0、TFCW1TFCW2的差異。


      在第81天,從每個TFCW的頂部、中部和底部位置收集微生物樣品。這三個樣品被混合到一個單獨的樣品中,以避免物種分布的異質性,并確保宏基因組分析有足夠的DNA。生物膜樣品送天昊生物公司進行宏基因組測序。

      3.1、污染物整體去除表現2描述了TFCW0、TFCW1TFCW281天運行期間的各種污染物的去除性能。與TFCW1TFCW2相比,TFCW0顯示出顯著更高的平均化學需氧量排放濃度。HN-AD菌的加入明顯加速了有機物的降解,理論上可能促進了N的去除。NO3--N、NH4+-N和是出水TFCW0的主要TN種類(2bc)。檢測到較少量的NO2--N,平均總氮去除效率為53.87%??梢酝茰y,溶解氧不足和可用碳量不足都限制了總氮的轉化和最終去除??偟膩碚f,通過接種HN-AD菌可以更快地構建TFCW,并在長期運行中表現出對有機物和營養物的高效去除。