宏基因组测序研究污水处理反应器内微生物群落

2015-12-18    编辑:诺禾致源
宏基因组测序:研究污水处理反应器内微生物群落

研究背景

合金和不锈钢生产、皮革加工、纺织品染色等工业生产过程产生大量含高铬和高硝酸盐的废水,厌氧颗粒污泥膨胀床(EGSB)反应器通常被用来处理含高有机物污染的废水,如含Cr(VI)的废水。之前的研究主要集中在Cr(VI)存在时生物反应器对硝酸盐的去除能力,而关于 EGSB 反应器中细菌群落所起的作用鲜有报道。因此本研究利用宏基因组测序技术,研究了经高硝酸盐污水处理后的EGSB反应器内微生物群落结构和功能基因对 Cr(VI)污染的反映。

方法流程

样品取材

各反应阶段反应器底部的污泥(分别为处理不
同浓度的含Cr(VI)废水的污泥)

 
文库类型

抽提DNA(Fast DNA SPIN Kit for Soil, MP
Biomedicals, USA)

测序策略

Illumina HiSeq 2000
Metagenome测序

 
主要分析

OTU聚类和分析
α-多样性分析
功能性基因分析

 

研究结果

1、结果表明 Cr(VI)降低了细菌和潜在的反硝化微生物的多样性;在含Cr(VI)污水处理器中,Thauera属占主导地位。当废水中不含Cr(VI)时,处理器中检测不到Thauera的存在,当处理含120 mg/L Cr(VI) 废水时,Thauera相对丰度可达18.18%(图1)。

2、宏基因组分析结果显示,napA基因在处理含Cr废水的微生物群落中基因丰度最大,10-80 mg/L Cr(VI) 可以显著提高napAnosZ基因丰度,但当Cr(VI)含量增加至120 mg/L时,napAnosZ基因丰度降低(图2)。

3、Cr(VI)对微生物群落整体功能影响不显著,但其可以改变细菌中反硝化功能基因nirS, nosZ, napAnorB的丰度,ThaueranirS, nosZ, napAnorB 基因丰度与Cr(VI)呈正相关,而Halomonas 中四种基因丰度则与Cr(VI)呈负相关(图3)。

不同浓度Cr(Ⅵ)污水EGSB反应器中污泥样品的主要细菌属丰度

图1   不同浓度Cr(Ⅵ)污水EGSB反应器中
污泥样品的主要细菌属丰度

不同浓度Cr(Ⅵ)污水EGSB反应器中 污泥样品功能基因相对丰度分析

图2   不同浓度Cr(Ⅵ)污水EGSB反应器中
污泥样品功能基因相对丰度分析

四种反硝化功能基因在各样品中的相对丰度热图

图3   四种反硝化功能基因在各样品中的相对丰度热图

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