PCR-DGGE技术分析塔式蚯蚓生态滤池微生物群落结构
中国环境科学 2011,31(4)：597~602 China Environmental Science PCR-DGGE技术分析塔式蚯蚓生态滤池微生物群落结构
郭飞宏1,郑正2*,张继彪2(1.南京大学环境学院,污染控制与资源化研究国家重点实验室,江苏南京 210093；
2.复旦大学环境科学与工程系,上海 200433)
摘要：利用PCR-DGGE技术研究塔式蚯蚓生态滤池微生物群落结构变化,结果表明,微生物的变化与滤池体积大小、水力停留时间和污染物负荷有关,微生物群落结构在不同滤池层中变化较大.12个样品泳道中的总细菌的Shannon-Wiener多样性指数从0.25变化到1.27,一级滤池微生物多样性指数从0.29变化到1.05,二级滤池微生物多样性指数从0.75变化到0.97,三级滤池微生物多样性指数先从0.87减少到0.25,后由于葡萄糖的加入增加到1.27.二级滤池出水中葡萄糖的加入,加强了系统内微生物的活性,从而三级滤池砂石和青石层细菌条带变亮变多.经过克隆测序和系统发育树分析,塔式蚯蚓生态滤池内的微生物多为单细胞菌属、假单细胞菌属、革兰氏阴性菌属和不可培养杆菌属,不同细菌条带在不同级滤池内差异变化明显.
关键词：PCR-DGGE；蚯蚓生态滤池；微生物群落；指数；菌属
中图分类号：X705 文献标识码：A 文章编号：1000-6923(2011)04-0597-06
Research on microbe community in tower earthworm ecology-filter by PCR-DGGE. GUO Fei-hong1, ZHENG Zheng2*, ZHANG Ji-biao2 (1.State Key Laboratory of Pollution Control and Resource Reuse, School of the Environment, Nanjing University, Nanjing 210093, China；2.Department of Environmental Science and Engineering, Fudan University, Shanghai 200433, China). China Environmental Science, 2011,31(4)：597~602
Abstract：Change of microbe community in tower earthworm ecology-filter was studied in this research with PCR-DGGE technology (polymerase chain reaction-denaturing gradient gel electrophoresis). These results showed that: the change of microbe community was obvious and linked with hydraulic resident time、pollutation burden and the volume of filters. Meanwhile, Shannon-Wiener Index of biodiversity increased from 0.25 to 1.27 in an all-round way, including 0.29～1.05 in the first filter, 0.75~0.97 in the second filter and 0.87~0.25~1.27 caused by some glucose added into influent in the last filter. Under the same reason, the activity and light of denitrifying bacteria were intensified on bluestone and gravel layers. After analysis of cloning sequencing and phylogenetic tree, most of the inferred bacteria were Sphingomonas, Pseudomonas, Gram-negative bacteria and uncultured Bacillus and changed evidently in different filters.
Key words：PCR-DGGE；earthworm ecology-filter；microbe community；index；bacteria
塔式蚯蚓生态滤池是利用蚯蚓能够提高土壤通气性能和促进有机物分解而设计的一种新型污水处理工艺,它充分利用了植物、动物和微生物的协同作用,相比传统污水处理工艺具有投资省、处理效率高、无污泥产生等优点[1].“蚯蚓”在该系统对污染物降解中的作用:一是去除污水中的有机物,二是提高土壤通气性活化土壤,从而加大土壤富氧程度,间接促进系统内的耗氧微生物的活性.但是塔式蚯蚓滤池内部结构复杂,以往的研究主要集中在进水、出水等外部影响因素上,没有对塔式蚯蚓生态滤池内部微生物群落结构[1]进行研究,使得对污水处理过程中微生物与处理效果关系性的研究仍处于“黑盒子”状态.
传统的微生物生态学研究是基于微生物的直接培养来分析环境中微生物的种群结构及其生态关系的,由于自然界中可培养微生物数量占实际微生物数量不足10%,传统方法显然不适合微生物群体结构研究.PCR-DGGE技术不经过分离培养技术而直接对环境微生物进行分析,克服了传统微生物分类鉴定法的不足,可以直接可靠收稿日期：2010-07-10
基金项目：国家水体污染控制与治理科技重大专项(2008ZX07101-004)
* 责任作者, 教授, zzhenghj@https://www.360docs.net/doc/131078221.html,
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的反映出微生物的多样性[2].
本研究利用PCR -DGGE 技术,以实验平台上运行1年的塔式蚯蚓生态滤池为研究对象,考察了三级塔式蚯蚓生态滤池中的微生物群落的演变.旨在为工艺运行和滤池内微生物的动态变化之间架起一座沟通桥梁,根据测得的滤池内微生物群落结构确定优势菌群进而调节工艺参数提高污水处理效率.
1 材料与方法
1.1 塔式蚯蚓生态滤池 塔式蚯蚓生态滤池构建于2009年2月中旬,共有三级:一级、二级的尺寸(长×宽×高)0.5m× 0.5m×0.6m,三级的尺寸1.1m×0.65m×1.2m.每级滤池填料包括土壤、细砂、碎青石和鹅卵石,土壤表面均栽种吊钟柳起到二次布水作用.实验使用的大平2号蚯蚓属于赤子爱胜蚯蚓,主要分布在土壤表层土和中层土中,蚯蚓在土壤中的接种密度为4.63g/L.进水为南京大学学生宿舍化粪池出水,采用蠕动泵控制进行间歇进水.水力负荷0.25m 3/(m 2?d),每天进水6h 进水与落干的时间(即湿干比)为1:3.
生活污水首先进入厌氧池,经过一段时间的
厌氧硝化作用,部分污染物质得到降解.厌氧池中
的出水通过水泵的作用,分别进入到一级滤池、
二级滤池和三级滤池.污染物在多级滤料、蚯蚓和植物的共同作用下得到去除,三级滤池的出水达到国家污水排放的一级A 标准.
一级
二级
三级
葡萄糖
卵石层
土壤层砂石层青石层
厌氧池
水泵集水区
图1 塔式蚯蚓生态滤池的结构
Fig.1 Structure diagram of tower earthworm ecology-filter
1.2 样品采集
分别于2009年11月和2010年6月从塔式蚯蚓生态滤池土壤层和砂石层取样.其中一级、二级滤池取样3份,分别是土壤表层土、中层土和砂石层,三级滤池取样6份分别是:土壤表层土、表层下5cm 土、中层土、下层土、砂石层和青石层.所有样品经冷冻干燥仪-80℃冻干后,研磨后过100目塞,样品分装放在-20℃保存待分析[3].
1.3 主要试剂
TE 缓冲液、二溴乙锭染色剂、1×TAE 均为
自制,TaqDNA 聚合酶和10×Buffer 购自宝生物工程(大连)有限公司,扩增引物由上海生工生物工程技术有限公司合成,超纯水用Millipore 公司的Simpicity 型超纯水机制成,琼脂糖购自上海生工有限公司,dNTPs 和PCR 产物DN A Maker 购自宝生物工程(大连)有限公司. 1.4 实验方法
1.4.1 基因组DNA 的提取, DN A 的提取采用MOBIO 公司的Ultra Clean Soil DN A isolation KIT 试剂盒,包括Bead Solution Tubes 、2ml Collection Tubes 、Spin Filter Units in 2ml Tubes 、
4期 郭飞宏等：PCR -DGGE 技术分析塔式蚯蚓生态滤池微生物群落结构 599
IRS solution 、Solution S1、Solution S2、Solution S3、Solution S4、Solution S5[4].
1.4.2 巢式PCR 扩增,利用16SrDNA V3区引物对样品DNA 进行巢式PCR 扩增,设计的引物为63F 和1387R(一次PCR),338F -GC 和518R(二次PCR).
一次PCR 扩增条件为94℃预变性5min,然后94℃变性45s,55℃退火1min,72℃延伸45s 共30个循环,最后在72℃下延伸10min.二次PCR 扩增条件为95℃预变性10min,然后95℃变性1min, 63℃退火2min,72℃延伸1min 共30个循环,最后在72℃下延伸10min.采用50μL 的反应体系,组成为:1μL 的DNA 模板,4μL 的MgCl 2,5μL 的10×PCR buffer(Mg 2+Free),4μL 的dNTPs,1μL 每种引物, 0.25μL 的Taq 酶,其余用无菌超纯水补足至50μL.扩增产物用1.2%的琼脂糖凝胶电泳进行检测[5]. 1.4.3 PCR 产物的DGGE 分析,制备变性剂尿素浓度梯度50%～80%,丙烯酰胺凝胶浓度为10%的变性梯度凝胶电泳(DGGE),电泳电压100V ,电泳时间14h,二溴乙锭染色15min,脱色25min,图像在观测仪中拍照存档[6].
1.4.4 Shannon -Wiener 指数分析,应用凝胶分析软件Quantity One 对扫描所得的DGGE 图谱进
行分析,并利用Shannon 多样性指数来评价样品的微生物多样性.多样性指数经过长期试验和推导,得出公式:
()()1
1
log /log /s
s
i i i i i i H P P n N n N ===?=?∑∑
式中: P i =n i /N ; n i 为峰面积; N 为所有峰的总面积. 2 结果
2.1 总细菌的DGGE 图谱
总细菌的DGGE 图谱如图2所示总共12个样品泳道,对2009年11月和2010年6月2次取样样品DGGE 图谱进行了比较对比,图2是图谱效果较好的一组(2009年11月) .从右往左依次为一级滤池表层土B1、中层土B2、砂石B3,二级滤池表层土B4、中层土B5、砂石B6,三级滤池表层土B7、表层5cm 下土B8、中层土B9、下层土B10、砂石B11和碎青石B12.12条样品泳道均有丰富的条带,且差异性显著,其中既有一直保持数量稳定的优势菌种,又有经过一、二级滤池逐渐培养起来的优势菌种,还有经过多层滤池数量变化较大的菌种.这说明不同滤池内部细菌总群数量丰富,在处理生活污水的过程中优势菌种充分发挥了作用.
a b c d g h
图2 塔式蚯蚓生态滤池总细菌DGGE 分离图谱
Fig.2 Diagram of DGGE pattern in tower earthworm ecology-filter
2.2 总细菌Shannon-Wiener 指数分析
蚯蚓生态滤池总细菌的Shannon -Wiener 多样性指数分析见表1,不同级滤池的生物多样性差别比较大,这主要与样品所处的滤池级数和在
同一滤池中所处的位置有关.
2.3 总细菌片段克隆测序分析和菌种测定
将总细菌DGGE 中的部分优势条带进行割胶、克隆、测序分析,在Gen bank 中进行比对获
600 中国环境科学 31卷
得各优势序列的同源性信息结果见表2,细菌系统发育树如图3.
3分析与讨论
3.1 总细菌DGGE图谱分析
3.1.1从滤池角度分析一级、二级滤池泳道内细菌条带强弱变化小,数量保持稳定;三级滤池泳道内细菌变化幅度大、条带强弱差异显著,其中砂石层、青石层泳道内的细菌数量和条带亮度远优于其他泳道.这主要是由于污水首先进入一级和二级滤池,大部分污染物质被去除.但前两级滤池本身体积小,水力停留时间短,细菌代谢较快,差异性不是很明显.三级滤池体积比较大,水力停留时间长,进水中的污染物质含量的减少直接影响了三级滤池表层土、中层土和下层土内的细菌条带较弱.
表1 总细菌Shannon-Wiener生物多样性指数分析Table 1 Shannon-Wiener index of biodiversity on various
bacteria
样品编号B1 B2 B3 B4 B5 B6 多样性指数0.290.95 1.050.75 0.88 0.97 样品编号B7 B8 B9 B10 B11 B12 多样性指数0.870.660.250.68 1.17 1.27
表2微生物群落16SrDNA片断测序分析结果
Table 2 Result of sequence analysis from16SrDNA phrases in microbe community
测序条带长度(bp) NCBI查询号 Gen
bank比对分析(相似菌种) 同源性(%) Band a 172 EU165532.1 Hyphomicrobium sp. MI-16.2 16S ribosomal RNA gene, 95 Band b 172 GQ329846.1 Thioclava. VS-127 16S ribosomal RNA gene 100 Band c 172 FJ193314.1 Uncultured Bradyrhizobium sp. GI6-6-D08 16S ribosomal RNA gene 100 Band d 197 FJ889289.1 Uncultured Pseudomonas bacterium. Plot18-A03 16S ribosomal RNA gene 100 Band e 172 AB552856.1 Sphingomonas sp. DC2a-27 16S ribosomal RNA gene 100 Band f 192 FJ944694.1 Flavobacterium johnsoniae strain KUDC-1076 16S ribosomal RNA gene 100 Band g 197 FJ535137.1 Uncultured Bacilli bacterium clone ATB-LH-7285 16S ribosomal RNA gene 100 Band h 172 EU431825.1 Uncultured bacterium clone Foos8B-85 16S ribosomal RNA gene 98 Band i 198 DQ767882.1 Veillonellaceae bacterium FCF9B 16S ribosomal RNA gene 97
Band j 172 AM935639.1 Uncultured Pedomicrobium sp. 16S ribosomal RNA gene
94
图3 塔式蚯蚓生态滤池总细菌系统发育树
Fig.3 Phylogenetic tree of various bacteria in tower earthworm ecology-filter
4期郭飞宏等：PCR-DGGE技术分析塔式蚯蚓生态滤池微生物群落结构 601
蚯蚓生态滤池对氨氮去除效果很好,氨氮得到了较好的吸附和硝化,但由于系统溶解氧较高,可利用的有机碳源较少,水流停留时间较短,反硝化受到抑制,硝态氮大量积累,总氮去除效果较差.为降低蚯蚓生态滤池出水中的总氮,必须强化滤池的反硝化功能,提高进水C/N比,增加反硝化所需的有机碳源.在二级滤池出水中添加了葡萄糖碳源,加强了系统内微生物的活性,促进了反硝化作用[7],第三级滤池的砂石层和青石层细菌条带数量多、亮度强.不同滤池内微生物的变化受滤池体积大小、污染物负荷多少和水力停留时间长短的影响.
3.1.2从细菌条带特征分析 12条泳道细菌条带差异显著,条带b、e代表的菌种在一级、二级和三级滤池内一直存在,且数量变化小,强弱基本保持稳定.说明这类菌种很好的适应了滤池的环境,在滤池内部生长适宜,对污水中的污染物去除作用突出,属于优势菌种[8].条带f、g、i代表的菌种也是一直存在,但是不同滤池该类菌种变化大,规律不是很明显.说明该类菌种对污水的特定污染物质作用突出,是污水处理中不可缺少的菌种,但不是优势菌种[9].条带a、c、d、h代表的菌种刚开始并不存在后来才出现,并且在三级滤池表现明显.说明该类菌种在一级、二级滤池作用不明显,到了三级滤池随着环境的改变,外界条件适合该类菌种生存.该类菌种是三级滤池的特定菌种.条带j所代表的菌种刚开始有,后来消失了.说明该类菌种适宜的外界条件发生变化,该类菌种从必需菌种发展到非必需菌种.
3.2总细菌多样性指数分析与讨论
从表1可以看出,总细菌的Shannon-Wiener 多样性指数变化较大,这主要是由于滤池中滤料的变化、多级滤池大小的不同和污水水质的变化造成的,细菌多样性指数变化与理论基本符合.一级滤池B1、B2、B3和二级滤池B4、B5、B6样品泳道细菌多样性指数都有逐渐增大的趋势,这主要是由于污水刚进入滤池时对滤池内的微生物产生产生一定冲击,使得一些不适应该污水的微生物生长处于劣势,生物多样性指数下降.一段时间后随着细菌对污水的“适应”,细菌种类和数量都增加,生物多样性指数上升[10].三级滤池B7、B8、B9、B10、B11、B12中细菌多样性指数先减少后增加,这主要是因为实验过程中为了提高三级滤池的反硝化作用在二级出水中添加了碳源葡萄糖,充足的营养物为细菌生长提供了适宜的条件,随着有机物的消耗细菌生长受到抑制,多样性减少.而后,在三级滤池底部,添加的碳源加强了系统内微生物的活性,促进了反硝化作用[11].
3.3 总细菌片段克隆测序分析
根据表2的总细菌16SrDNA片断测序分析结果可知,条带d、e分别代表了假单胞菌和单胞菌.假单胞菌和单胞菌对有机物、氮、磷均有较强去除作用,同时假单胞菌还能通过反硝化作用强化氮的去除,条带d在三级滤池正因为反硝化作用才表现明显,这与理论相符合[12].条带f是黄杆菌,i是韦氏球菌均属于是革兰氏阴性菌,广泛存在于污水、土壤中,对有机物、氨氮有一定的去除作用,正因为革兰氏阴性菌在砂石、青石中分布较少、且对磷、硝态氮的去除能力有限,才会出现变化幅度大、无规律的现象.条带g属于芽苞杆菌,广泛存在于自然界中属于腐生或寄生菌类,是污水处理中不可缺少的菌属.条带a、c、h进行对比分析,不能确定菌属.但通过Gen bank 对比分析可知,条带a的相似菌属来源于活性污泥反应器中的底泥,条带c的相似菌属来源于固体颗粒表层,条带h的相似菌属来源于生物滤料池中[13],与塔式蚯蚓生态滤池的菌属来源环境基本吻合.
4结论
4.1塔式蚯蚓生态滤池中微生物群落的变化与滤池体积大小、水力停留时间和污染物负荷等因素有关,不同级的滤池和同级不同滤料层内的微生物多样性变化差异较大,一级和二级滤池生物多样性从上至下逐渐增多,三级滤池微生物多样性先减少后增多.
4.2塔式蚯蚓生态滤池中细菌条带差异显著,
一、二、三级滤池内既有一直保持稳定变化不大的细菌条带b、e,又有后来逐渐增加增强的细菌
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条带a、c、d、h,还有系统运行过程中消失的细菌条带j.二级滤池出水中葡萄糖的添加,加强了系统内微生物的活性,细菌条带普遍变多变亮.
4.3细菌片段克隆测序发现,塔式蚯蚓生态滤池内的细菌多为单细胞菌属、假单细胞菌属、革兰氏阴性菌属和不可培养杆菌等,它们对污水中污染物质的去除发挥了重要作用.
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致谢：在试验和论文撰写过程得到唐开平女士的支持,在此表示感谢.
作者简介：郭飞宏(1986-),男,山东济宁人,硕士研究生,主要从事流域面源水污染控制研究.发表论文4篇.
《中国环境科学》荣获第六届中国科协期刊优秀学术论文奖
《中国环境科学》2007年第5期发表的程书波等人的文章“上海市地表灰尘中PAHs的来源辨析”荣获2008年中国科协颁发的“第六届中国科协期刊优秀学术论文二等奖”;2007年第1期发表的邵立明等人的文章“生物反应器填埋场初期的重金属释放行为”及2007年第2期发表的罗专溪等人的文章“三峡水库支流回水河段氮磷负荷与干流的逆向影响”荣获“第六届中国科协期刊优秀学术论文三等奖”.
《中国环境科学》编辑部
蚯蚓在土壤生态系统中的重要作用研究(一)
蚯蚓在土壤生态系统中的重要作用研究(一) 摘要蚯蚓是土壤生态系统中的重要组成部分,是陆生生物与土壤生态传递的桥梁,不仅能促进废弃物分解,有机物质矿化,提高土壤养分含量,改良土壤理化性质,还可以促进微生物发育,提高作物产量和品质,促进生态修复。该文探讨了蚯蚓在土壤生态系统中的重要地位,以期为改良贫瘠土壤、发展新兴饲养业提供新思路。 关键词蚯蚓;土壤生态系统;重要地位;生态修复AbstractAsanimportantpartofthesoilecosystem,earthwormsareabridgebetweentheterrestriallives andsoilecosystem.Notonlycanearthwormspromotethedecompositionofgarbageandthemineralizat ionoforganicmatter,increasesoilnutrientcontent,improvesoilphysicalandchemicalproperties,butals opromotemicroorganism’sgrowthandimprovetheyieldorqualityofcrop.Theecologicalresorationwas advancedtoo.Therefore,Theimportantpositionofearthworminthesoilecosystemwassummarizedint hearticletoprovidesomenewideasaboutimprovingpoorsoil,developinganewhusbandry. Keywordsearthworm;soilecosystem;importantroles;ecolgicalrestoration 蚯蚓属大型土壤动物,其生物量占土壤动物总量的60%,属腐食性动物,特别喜食发酵后的畜禽粪便、腐烂的瓜果、富含钙质的枯枝落叶等。蚯蚓是土壤中的主要动物类群,在生态系统中具有重要功能,可以促进植物残枝落叶的降解,促进有机物质的分解和矿化,提高植物营养,改善土壤结构,修复被污染的土壤等1]。 另外,蚯蚓粪含有益菌数量可高达20万~20000万个/g,能将有机物、微生物和作物生长相结合,进而改善土壤环境。其次,蚯蚓粪颗粒均匀、保水透气性能强,也可以加速土壤团粒结构的形成,并能从根本上解决土壤板结的问题,提高土壤通透性、保水性和保肥能力,有利于微生物的繁殖,且能增强土壤养分的储存能力。可以说,在土壤中蚯蚓数量的多少是土壤是否健康的重要标志之一。蚯蚓及其粪便在土壤生态系统中扮演着不可或缺的角色,笔者从5个方面阐述了蚯蚓在土壤生态系统中的重要作用。 1分解土壤废弃物 蚯蚓作为重要的腐生生物,广泛存在于自然生态系统中。蚯蚓食性广、食量大,其体内可分泌出分解蛋白质、脂肪、碳水化合物和纤维素等各种酶类,消化道中有大量微生物,可以绝大多数植物性有机垃圾为食。根据对排出的颗粒状蚯蚓粪研究,发现其中不仅含有多种酶和微生物,还含有丰富的腐殖质和N、P、K等营养元素2]。根据这一特点,蚯蚓具有处理生活及商业垃圾、净化土壤、消除公害的作用。人们可利用蚯蚓处理造纸厂的污泥、酒厂和畜禽水产品加工厂的废物废水及城市垃圾,可以真正地实现垃圾的无害化、减量化和资源化。1hm2土壤中的蚯蚓每年可以处理1500t有机垃圾,生产30~60t蚯蚓,产出555t高级蚯蚓粪3]。 2改善土壤理化性质 蚯蚓不断地纵横钻洞和吞土排粪,能改变土壤的理化性质,使板结贫瘠的土壤变得疏松多孔、通气透水、保墒肥沃且能促进作物根系生长,既可免耕或少耕,又可提高土壤肥力,节省劳力,节约能源和增加产量4]。 2.1对土壤物理性质的影响 蚯蚓通过在土壤中的一系列活动对土壤结构、团聚体形成及植物生长和养分吸收所需的物理条件有十分重要的影响。邱江平等5]认为,蚯蚓不仅参与和促进有机物质的分解,增加土壤养分,其活动还能在土壤中构成大量纵横交错的孔道,这些孔道往往被蚯蚓排出的粪粒填充,粪粒互相堆叠形成许多非毛管孔隙,这些网状孔道和孔隙大大增强了土壤的通气性和透水能力。另外,施用蚓粪可以明显降低土壤容重,增加土壤总孔隙度。这是因为蚓粪本身就是极好的团粒结构,富含腐殖质,腐殖质为亲水胶体,保水能力强,腐殖质和粘粒结合形成团粒,在团粒内部有许多毛管孔隙,也能保存较多水分被植物利用。由于腐殖质是棕黑色的物质,在土壤中的含量越多,土壤颜色就越深,即可增加吸收日光热能,有利于提高土温。同时,腐殖质保水能力强,
第八章 微生物生态试题
第八章微生物生态试题 一．选择题： 81234.在制作酸菜或青贮饲料时，一般并不人工接种乳酸菌，这是人们利用了植物的： A. 根际微生物 B. 叶面附生微生物 C. 与植物共生的根瘤菌 D. 寄生于植物的微生物 答：( ) 81235.指出下列中不是微生物与植物形成的共生体的是： A. 根瘤 B. 菌根 C. 叶瘤 D. 叶面乳酸菌 答：( ) 81236.根土比是指： A. 植物根际土壤重与根外土壤重之比。 B. 根外土壤重与根际土壤重之比。 C. 每克植物根际土壤中微生物数量与每克根外土壤中微生物数 量之比。 D. 每克根外土壤中微生物数量与每克根际土壤中微生物数量之 比。 答：( ) 81237.植物根际每克土壤的微生物数量与每克根外土壤中微生物数量之比，称之为： A 土根比 B 根土比 C 比土根 D 比根土 答：( ) 81238.土壤中有一部分微生物在有新鲜有机残体进入时便大量发育占优势，而新鲜有机体被分解后迅速衰退，这类微生物称之为： A. 发酵性微生物区系 B. 土著性微生物区系 C. 清水型水生微生物 D. 腐生性水生微生物 答：( ) 81239.土壤中有一部分微生物对于新鲜有机物质的进入并不敏感，常年保持在某一数量水平上，这部分微生物称之为： A. 发酵性微生物区系 B. 土著性微生物区系 C. 清水型水生微生物 D. 腐生性水生微生物 答：( ) 81240.好氧性微生物与厌氧性微生物共栖时，两者可形成： A. 互利共栖关系 B. 偏利共栖关系 C. 拮抗关系 D. 寄生关系 答：( ) 81241.酸菜腌制后可以保存相当长的时间，这是人们利用了微生物之间的 A. 捕食关系。
微生物分子生态学常用软件使用方法
实验七微生物分子生态学常用软件使用方法 微生物生态学研究中测序已经成为一项常规的必不可少的分析手段，实验后常常会得到大量的核酸序列，有的是细菌基因组上随机的序列片断，有的是16S rRNA基因的克隆文库，有的是功能基因序列等等，如此海量的序列数据，需要进行正确、快速和有效的分析，熟练掌握各种生物学软件的使用方法就显得尤为重要。这里我们主要介绍如何进行序列同源性分析，如何构建系统进化树，如何对克隆文库进行分析，如何对DNA指纹图谱进行比较分析，介绍相关软件的使用方法。 一、实验原理 这里简要介绍序列数据分析过程中用到的软件： BLAST是NCBI(the National Center for Biotechnology Information)的一项服务。BLAST在网络上可以直接使用，我们可以提交序列，并与NCBI数据库（GenBank+EMBL+DDBJ+PDB sequences）进行比对，之后会将一系列的结果返回给用户。 GeneTool可以进行核酸分析，本文中主要用于去除载体序列。 ClustalX 1.8：广泛使用的多序列比对程序，在ClustalW多序列比对程序的基础上增加了图形用户界面。输入为多序列的Fasta格式文件，进行多序列全局比对生成结果的同时，在指定文件夹生成“.dnd”和“.aln”格式文件。 PhyloDraw 0.8：构建进化树的绘图工具，它支持多种多序列比对软件的Multiple Alignment 结果。本实验采用ClustalX进行多序列比对，生成“.dnd”格式的比对文件，最后用PhyloDraw 画出序列进化树。它支持Unrooted tree(无根树)、Rooted tree(有根树)、Radial tree(放射状树)、Rectangle cladogram(矩形进化分支树)、Slated cladogram和Phylogram(序列进化树)。这些都是不同的树型，结果是一致的。 下面简要说明Blast、Fasta、Cluastx、PhyloDraw等进行序列比对以及构建进化树的算法等，作为深入研究的理论基础。 DNA序列的比对是生物信息学的基础之一，寻找序列相似性的过程称为序列比对。 系统进化推断是通过生物间可观测的性质来建立物种之间进化关系假说的方法。我们的目的是构建系统进化树，它已成为相似性比对为基础表示进化关系的很直观的方法。系统进化树是严格的二叉树，二叉分支假设极大的简化了建树算法。在系统进化树中，序列之间的进化距离可以作为树枝长度的度量。构建系统进化树的方法很多，主要有以下四种方法：
高通量测序：环境微生物群落多样性分析
(5)高通量测序：环境微生物群落多样性分析 微生物群落多样性的基本概念 环境中微生物的群落结构及多样性和微生物的功能及代谢机理是微生物生态学的研究 热点。长期以来，由于受到技术限制，对微生物群落结构和多样性的认识还不全面， 对微生物功能及代谢机理方面了解的也很少。但随着高通量测序、基因芯片等新技术 的不断更新，微生物分子生态学的研究方法和研究途径也在不断变化。第二代高通量 测序技术（尤其 是Roche 454高通量测序技术）的成熟和普及，使我们能够对环境微生物进行深度测序，灵 敏地探测出环境微生物群落结构随外界环境的改变而发生的极其微弱的变化，对于我 们研究微生物与环境的关系、环境治理和微生物资源的利用以及人类医疗健康有着重 要的理论和现实意义。 在国内，微生物多样性的研究涉及农业、土壤、林业、海洋、矿井、人体医学等诸多领域。以在医疗领域的应用为例，通 过比较正常和疾病状态下或疾病不同进程中人体微生物群落的结构和功能变化，可以 对正常人群与某些疾病患者体内的微生物群体多样性进行比较分析，研究获得人体微 生物群
落变化同疾病之间的关系；通过深度测序还可以快速地发现和检测常见病原及新发传 染病病原微生物。研究方法进展 环境微生物多样性的研究方法很多，从国内外目前采用的方法来看大致上包括以下四 类：传统的微生物平板纯培养方法、微平板分析方法、磷脂脂肪酸法以及分子生物学 方法等等。 近几年，随着分子生物学的发展，尤其是高通量测序技术的研发及应用，为微生物分 子生态学的研究策略注入了新的力量。 目前用于研究微生物多样性的分子生物学技术主要包 括:DGGE/TGGE/TTGE 、 T-RFLP 、SSCP、FISH 、印记杂交、定量 PCR、基因芯片等。 DGGE 等分子指纹图谱技术，在其实验结果中往往只含有数十条条带，只能反映出样品中少数 优势菌的信息；另一方面，由于分辨率的误差，部分电泳条带中可能包含不只一种 16S rDNA 序列，因此要获悉电泳图谱中具体的菌种信息，还需 对每一条带构建克隆文库，并筛选克隆进行测序，此实验操 作相对繁琐；此外，采用这种方法无法对样品中的微生物做 到绝对定量。生物芯片是通过固定在芯片上的探针来获得微
(整理)08微生物的生态试题库.
本科生物技术、生物科学专业《微生物学》分章节试题库 （命题人：柯野） 第八章微生物生态（8分） 第十章微生物的分类和鉴定（8分） 第8章微生物生态 一、名词解释 1 硝化作用：氨态氮经硝化细菌氧化转化为硝酸态氮的过程 2 反硝化作用：又称脱氮作用，指硝酸盐转化为气态氮化物（N2和N2O）的作用 3 氨化作用：含氮有机物经微生物分解而产生氨的作用 4 硫化作用：即硫的氧化作用。指H2S或S0被微生物氧化成硫或硫酸的作用 5 菌根：具有改善织物营养、调节植物代谢和增强植物抗病能力等功能 6 活性污泥：指一种由活细菌、原生动物和其他微生物群聚集在一起组成的凝絮团，在污水处理中有很强吸附、分解有机物或毒物的能力。 7 共生：两种生物共同居在一起，相互分工合作、相依为命，甚至达到难分难解、合二为一的极其紧密的一种相互关系 8 微生物生态学：研究微生物群体与其周围生物和非生物环境间相互作用的规律的科学 9 土壤微生物区系: 指在某一特定环境和生态条件下的土壤微生物所存在的微生物种类,数量以及参与物质循环的代谢物质强度 10 生物降解:是指环境微生物被生物主要是微生物分解为小分子物质甚至是彻底分解为CO2和水的过程 11 BOD5 20摄氏下5昼夜下，1L污水或待测水样中所含的一部分易氧化的有机物，当微生物对其氧化、分解时，所消耗的水中溶解氧毫克数
12 土著性微生物：指土壤中那些对新鲜有机物质不很敏感的微生物,如革兰氏阳性球菌,色杆菌,芽孢杆菌,节杆菌,分支杆菌,放线菌,青霉,曲霉和从霉,他们常年维持在某一数量水平上,即使由于有机物质 的加入或温度,湿度等变化而引起数量变化,其数量变化也很少. 13 微生物之间的捕食关系： 14微生物之间的共生关系： 15微生物之间的寄生关系：微生物生活在另一种较大型微生物体内或体表，从中夺取营养并进行生长繁殖，同时使后者蒙受损害损伤甚至杀死的一种相互关系16 微生物之间的拮抗关系：又称抗生，指由某种生物所产生的特定代谢物质可抑制她种生物的生长发育甚至杀死它的一种相互关系 17 微生物之间的竞争关系： 18 极端环境微生物:在极端环境才能正常生长的微生物 19 微生物生态学：研究微生物群体与其周围生物和非生物环境条件相互作用的规律 20水体的富营养化：指水体中因氮、磷等元素含量过高而引起水体表层的蓝细菌和藻类过度生长繁殖的现象 21大肠菌群指数 22 大肠菌群值 二、是非题 1、氨化作用只能在好氧环境下才能进行。（F ） 2、反硝化作用完全等同于硝化作用的逆过程。（F ） 3、一般情况下土壤表层的微生物数量高于土壤下层。（T ） 4、嗜冷微生物适应环境生化机制之一是其细胞膜组成中有大量的不饱和、低熔 点脂肪酸。（T ）5、嗜酸微生物之所以具有在碱性条件下生长的能力是因为其胞内物质及酶是嗜 酸的。（T ）6、嗜碱微生物具有在碱性条件下生长能力的根本原因是其胞内物质及酶也是偏 碱（嗜碱）的。（ F ） 7、草食动物大部分都能分泌纤维素酶来消化所食用的纤维素。（F ） 8、共生固氮和游离固氮都在固氮过程中发挥重要作用。（T ）
关于引用蚯蚓处理有机污水技术的可行性研究
关于引用蚯蚓处理有机污水技术 的可行性研究 —2008年情报课题报告 作者：王丹 郝丹 吴增炎 王贵彬 大庆石化公司水气厂
关于引用蚯蚓处理有机污水技术 的可行性研究 摘要：本文介绍了新型污水处理工艺蚯蚓塔式生态滤池技术在处理有机污水、污泥工艺中的可行性。分析了该项新技术具有的生态效益及经济效益。蚯蚓生态滤池工艺高效节能，具有鲜明的“生态平衡”和“环境友好”技术特色，符合可持续发展的理念，具有技术经济竞争优势，环境效益比较显著，具有良好的实际应用前景。 关键词：蚯蚓蚯蚓生物滤池污水污泥 1前言 目前，我国水污染状况依然严峻，而常规污水处理技术大多以SBR、AAO、AO、CASS、CAST、氧化沟、活性污泥等方法为主,存在着基建投资大，运行费用高，维护管理复杂且污水处理效率低等问题，影响水污染治理的进度。另外，污水处理厂剩余污泥治理的现状更不乐观，首先污水厂只注重水质的达标排放，忽略了污泥的处理与处置，造成了严重的二次污染；其次污泥处理费用昂贵，约占污水处理厂总运行费用的20%～50%，投资约占污水处理厂总投资的30%～40%，而现有的污水处理设施中，污泥处理工艺和配套设施极不完善，有污泥稳定处理设施的不到25%，处理工艺和配套设备完善的不到10%。 原由法国智利等先开发利用的蚯蚓生物滤池(VBF)污水处理工艺是一种新型的污水处理技术，它具有处理工艺简单、处理效果好、规模灵活、二次污染少等优点。在国内，由同济大学污染控制与资源化国家重点实验室和上海市城市排水有限公司共同承担的处理城市污水研究项目，将蚯蚓引到城市污水处理池，使污水中含有的有机污染物被微生物和以污水中的悬浮物为主要食料的蚯蚓有效利用，形成一个“微生物——蚯蚓生态滤池”系统，从而使水质得到净化，而蚯蚓粪便中的有机物和氮、磷、钾等又可作为微生物食科或作为高效农肥和土壤改良剂。经过两年多的努力已在上海曲阳污水厂取得中试研究成果，日前通过了由市科委组织的专家鉴定。 因此，研究引用蚯蚓处理有机污水技术的可行性，不但可以满足污水资源化、可持续发展的需要，还将对污水处理技术先进可靠、经济高效、管理方便、生态性的发展方向提供有力的技术保障。 2蚯蚓生物滤池(VBF)废水处理技术 蚯蚓微生物生态滤池是近年发展起来的新型生态污水处理技术。国内同济大学首先开展了相关的研究工作。与传统处理法相
荧光原位杂交技术在微生物群落结构研究中的应用
Ｖｏｌ．２５Ｎｏ．１２００６ 荧光原位杂交技术在微生物群落结构研究中的应用 李华芝 李秀艳 徐亚同 （华东师范大学资源与环境学院环境科学与技术系上海，２０００６２） 摘要该文综述了荧光原位杂交技术的发展、技术原理及其在环境微生物群落研究中的应用，还探讨了该技术在应用中存在的问题，并对其应用前景进行了展望。 关键词 荧光原位杂交 １６ＳｒＲＮＡ寡核苷酸探针微生物群落结构 ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＦｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔｉｎＳｉｔｕＨｙｂｒｉｄｉｚａｔｉｏｎ（ＦＩＳＨ）ｔｏ ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＭｉｃｒｏｂｉａｌＣｏｍｍｕｎｉｔｙＳｔｒｕｃｔｕｒｅ ＬｉＨｕａｚｈｉ ＬｉＸｉｕｙａｎ ＸｕＹａｔｏｎｇ （ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＥａｓｔＣｈｉｎａＮｏｒｍａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０００６２，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｂａｓｉｃｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓａｎｄｉｔｓｅｖｏｌｕｔｉｏｎｏｆＦＩＳＨｗｅｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ｔｈｅｎｉｔｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｉｎｅｎｖｉ－ ｒｏｎｍｅｎｔａｌｍｉｃｒｏｂｉａｌｃｏｍｍｕｎｉｔｙｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｔｕｄｉｅｓｗｅｒｅｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ，ｉｔｓｐｒｏｂｌｅｍｓａｎｄｓｈｏｒｔａｇｅｓｗｅｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄｉｎａｎｅｘ－ａｍｉｎａｔｉｏｎｏｆｐａｓｔ，ｐｒｅｓｅｎｔａｎｄｆｕｔｕｒｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，ａｎｄｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅｓｗｅｒｅｅｘｐｅｃｔｅｄａｂｏｕｔｔｈｉｓｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ ＦＩＳＨ１６ＳｒＲＮＡｏｌｉｇｏｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅｐｒｏｂｅ ｍｉｃｒｏｂｉａｌｃｏｍｍｕｎｉｔｙｓｔｒｕｃｔｕｒｅ 微生物是生态系统的重要组成部分，在各种元素的生物进化循环中起着关键作用。因此，研究微生物的群落结构，借此了解微生物和环境的关系尤为重要。长久以来，微生物群落结构的调查方法一直是建立在分离和培养的方法上，这种方法不但费时费力，而且不能精确地反映混合菌群的组成和多样性，对于一些培养条件要求较苛刻或未被培养的细菌往往不能达到预期效果［１］。因此用传统培养方法所得出的调查结果不能准确反映微生物群落的组成情况，建立和发展一种不依赖微生物培养的方法来进行微生物群落结构研究是非常必要的。上世纪８０年代末至９０年代以来，分子生物学技术开始被广泛应用于微生物群落结构分析，且发展迅速，研究的焦点集中在具有保守序列的１６ＳｒＲＮＡ上。研究方法包括分子杂交法、ＰＣＲ法、ＳＳＣＰ法、ＤＧＧＥ法、ＴＧＧＥ法、 ＲＦＬＰ法、ＥＲＩＣ－ＰＣＲ法和克隆基因文库分析法等， 具有很高的灵敏性，与传统的培养方法或其它不依赖培养技术的方法相比显示出明显的优越性，推动了微生物群落结构研究的快速发展。但是，这些基于 ＰＣＲ的方法可能会在扩增反应中引入误差，降低所 得信息的精确度。荧光原位杂交（ＦＩＳＨ）作为一种不依赖ＰＣＲ的分子分析技术是以上各种分子标记技术的有益补充，它结合了分子生物学的精确性和显微镜的可视性信息，可以在自然或人工的微生物环境中监测和鉴定不同的微生物个体，同时对微生物群落进行评价。目前，ＦＩＳＨ技术广泛应用于微生物分子生态学和环境微生物物学中，已成为微生物群落研究的重要技术手段，对环境中复杂的混合微生物群落进行及时监控和准确鉴定也变得越来越重要，为污染治理和防治提供了新的思路和方法。 １荧光原位杂交技术的发展 １９６９年，Ｐａｒｄｕｅ等［２］和Ｊｏｈｎ［３］两个研究小组开发 了原位杂交技术，用放射性同位素标记的ＤＮＡ或２８ＳｒＲＮＡ与爪蟾卵细胞制备物进行杂交，进行显微 放射自显影检测。这一技术可以在保持细胞形态完整的条件下，检测出细胞核酸序列，自此，原位杂交技术在染色体进化、肿瘤病人和白血病人的染色体分析以及多种细胞遗传学研究方面得到应用。１９８８年，Ｇｉｏｖａｎｎｏｎｉ等［４］首次将ＦＩＳＨ技术引入细菌学研究中，使用放射性标记ｒＲＮＡ寡核苷酸探针检测微生物。随着荧光标记的发展，非同位素染料逐渐代替 基金项目：国家高技术研究发展８６３计划专项资助（２００３ＡＡ６０１０２０） 净水技术 ＷＡＴＥＲＰＵＲＩＦＩＣＡＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ１６－－
第8章微生物的生态习题
第八章微生物的生态习题 填空题： 1.从__热泉__，__高强度太阳辐射土壤及岩石表面__，__堆肥__，__煤堆__生境中可以分离到嗜热微生物；从__极地__，__深海__生境中可以分离到嗜冷微生物；从__酸矿水__，__酸热泉__、__碳酸__生境中可分离到嗜酸微生物；从__盐湖__，__石灰水__生境中可分离到嗜碱微生物；从__盐湖__，__盐场__和__盐矿__生境中可分离到嗜盐微生物。 2.磷的生物地球化学循环包括3种基本过程：__有机磷转化成溶解性无机磷(有机磷矿化)__、__不溶性无机磷变成溶解性无机磷(磷的有效化)__、__溶解性无机磷变有机磷(磷的同化)__。 3.微生物种群相互作用的基本类型包括：__中立生活__，__偏利作用__，__协同作用__，__互惠共生__，__寄生__、__捕食__、__偏害作用__和__竞争__。 4.嗜热细菌耐高温的__ DNA多聚酶__使DNA体外扩增技术得到突破，为__ PCR __技术的广泛应用提供基础。 5.微生物推动的氮循环实际上是氮化合物的氧化还原反应，其循环过程包括__固氮__，__氨化作用__，__硝化作用__，__硝酸盐还原(反硝化作用)__，和____。 6.按耐热能力的不同，嗜热微生物可被分成5个不同类群：__耐热菌__，__兼性嗜热菌__，__专性嗜热菌__，__极端嗜热菌__和__超嗜热菌__。 7.有机污染物生物降解过程中经历的主要反映包括__氧化反应__，__还原反应__，__水解反应__和__聚合反应__。8．评价有机化合物生物降解性的基本试验方法是__微生物学方法__和__环境学方法__。 9．污水处理按程度可分为__一级处理__，__二级处理__和__三级处理__。 10．汞的微生物转化主要包括3个方面__无机汞(Hg”)的甲基化__，__无机汞(Hg”)还原成Hg __和__甲基汞和其他有机汞化合物裂解并还原成Hg’__。 选择题（4个答案选1）： 1.总大肠菌群中不包括( (4) )。 (1)克雷伯氏菌 (2)肠杆菌 (3)埃希氏菌 (4)芽胞杆菌 2.下列有机物中最难被微生物降解的是( (2) )。 (1)纤维素 (2)木质素 (3)半纤维素 (4)淀粉 3.同化硝酸盐还原的酶可被下列哪种化合物抑制？（ (1) ） (1)氨 (2)氧 (3)N2 (4)N2O 4.异化硝酸盐还原的酵可被下列哪种化合物抑制?( (2) ) (1)氨 (2)氧 (3)N2 (4)N2O 5.活性污泥法处理污水的过程最类似于下面哪种微生物培养方式?( (1) ) (1)恒浊连续培养 (2)恒化连续培养(3)恒浊分批培养 (4)恒化分批培养 6.和豆科植物共生固氮的微生物是( (2) ) (1)假单胞菌 (2)根瘤菌 (3)蓝细菌 (4)自生固氮菌 7.许多霉菌在农副产品上生长时易于产生霉菌毒素，下列中哪些条件最适于产生霉菌毒素？（ (1) ） (1)高温高湿 (2)高温 (3)高湿 (4)低温 8.适用于生物冶金的微生物类群主要是( (3) )。 (1)嗜热微生物 (2)嗜冷微生物 (3)嗜酸微生物 (4)嗜压微生物 9.超嗜热细菌主要是( (1) ) (1)古生菌 (2)真细菌 (3)真菌 (4)霉菌 10.酸矿水的形成是微生物对某些金属和非金属元素转化的结合。下列哪种循环与酸矿水形成有关?( (1) ) (1)s循环 (2)N循环 (3)磷循环 (4)硅循环 是非题： 1．氨化作用只能在好氧环境下才能进行。× 2．反硝化作用完全等同于硝化作用的逆过程。× 3．一般情况下土壤表层的微生物数量高于土壤下层。√ 4．嗜冷微生物适应环境生化机制之一是其细胞膜组成中有大量的不饱和、低熔点脂肪酸。√ 5．嗜酸微生物之所以具有在酸性条件生长的能力是因为其胞内物质及酶是嗜酸的。× 6．嗜碱微生物具有在碱性条件下生长能力的根本原因是其胞内物质及酶也是偏碱(嗜碱)的。× 7．草食动物大部分都能分泌纤维素酶来消化所食用的纤维素。×
PCR-DGGE技术分析塔式蚯蚓生态滤池微生物群落结构
中国环境科学 2011,31(4)：597~602 China Environmental Science PCR-DGGE技术分析塔式蚯蚓生态滤池微生物群落结构 郭飞宏1,郑正2*,张继彪2(1.南京大学环境学院,污染控制与资源化研究国家重点实验室,江苏南京 210093； 2.复旦大学环境科学与工程系,上海 200433) 摘要：利用PCR-DGGE技术研究塔式蚯蚓生态滤池微生物群落结构变化,结果表明,微生物的变化与滤池体积大小、水力停留时间和污染物负荷有关,微生物群落结构在不同滤池层中变化较大.12个样品泳道中的总细菌的Shannon-Wiener多样性指数从0.25变化到1.27,一级滤池微生物多样性指数从0.29变化到1.05,二级滤池微生物多样性指数从0.75变化到0.97,三级滤池微生物多样性指数先从0.87减少到0.25,后由于葡萄糖的加入增加到1.27.二级滤池出水中葡萄糖的加入,加强了系统内微生物的活性,从而三级滤池砂石和青石层细菌条带变亮变多.经过克隆测序和系统发育树分析,塔式蚯蚓生态滤池内的微生物多为单细胞菌属、假单细胞菌属、革兰氏阴性菌属和不可培养杆菌属,不同细菌条带在不同级滤池内差异变化明显. 关键词：PCR-DGGE；蚯蚓生态滤池；微生物群落；指数；菌属 中图分类号：X705 文献标识码：A 文章编号：1000-6923(2011)04-0597-06 Research on microbe community in tower earthworm ecology-filter by PCR-DGGE. GUO Fei-hong1, ZHENG Zheng2*, ZHANG Ji-biao2 (1.State Key Laboratory of Pollution Control and Resource Reuse, School of the Environment, Nanjing University, Nanjing 210093, China；2.Department of Environmental Science and Engineering, Fudan University, Shanghai 200433, China). China Environmental Science, 2011,31(4)：597~602 Abstract：Change of microbe community in tower earthworm ecology-filter was studied in this research with PCR-DGGE technology (polymerase chain reaction-denaturing gradient gel electrophoresis). These results showed that: the change of microbe community was obvious and linked with hydraulic resident time、pollutation burden and the volume of filters. Meanwhile, Shannon-Wiener Index of biodiversity increased from 0.25 to 1.27 in an all-round way, including 0.29～1.05 in the first filter, 0.75~0.97 in the second filter and 0.87~0.25~1.27 caused by some glucose added into influent in the last filter. Under the same reason, the activity and light of denitrifying bacteria were intensified on bluestone and gravel layers. After analysis of cloning sequencing and phylogenetic tree, most of the inferred bacteria were Sphingomonas, Pseudomonas, Gram-negative bacteria and uncultured Bacillus and changed evidently in different filters. Key words：PCR-DGGE；earthworm ecology-filter；microbe community；index；bacteria 塔式蚯蚓生态滤池是利用蚯蚓能够提高土壤通气性能和促进有机物分解而设计的一种新型污水处理工艺,它充分利用了植物、动物和微生物的协同作用,相比传统污水处理工艺具有投资省、处理效率高、无污泥产生等优点[1].“蚯蚓”在该系统对污染物降解中的作用:一是去除污水中的有机物,二是提高土壤通气性活化土壤,从而加大土壤富氧程度,间接促进系统内的耗氧微生物的活性.但是塔式蚯蚓滤池内部结构复杂,以往的研究主要集中在进水、出水等外部影响因素上,没有对塔式蚯蚓生态滤池内部微生物群落结构[1]进行研究,使得对污水处理过程中微生物与处理效果关系性的研究仍处于“黑盒子”状态. 传统的微生物生态学研究是基于微生物的直接培养来分析环境中微生物的种群结构及其生态关系的,由于自然界中可培养微生物数量占实际微生物数量不足10%,传统方法显然不适合微生物群体结构研究.PCR-DGGE技术不经过分离培养技术而直接对环境微生物进行分析,克服了传统微生物分类鉴定法的不足,可以直接可靠收稿日期：2010-07-10 基金项目：国家水体污染控制与治理科技重大专项(2008ZX07101-004) * 责任作者, 教授, zzhenghj@https://www.360docs.net/doc/131078221.html,
第八章生态习题
第八章微生物生态习题 一、名词解释 1.微生物生态学:是生态学的一个分支，它的研究对象是微生物群体与其周围生物和非 生物环境条件间相互作用的规律。 2．微生态制剂:是依据微生态学理论而制成的含有有益菌的洛菌制剂，其功能在于维持宿主的微生态平衡、调整宿主的微生态失调并兼有其他保健功能。 3．互生:两种可单独生活的生物，当它们在一起时，通过各自的代谢而有利于对方或偏利于一方的生活方式。 4.共生:两种生物共居在一起时，互相分工合作、相依为命，甚至达到难分难解、合二为一的极其紧密的一种相互关系。 5.拮抗:一种微生物通过产生特殊代谢产物或改变环境条件来抑制或杀死另一种微生 物的现象。 6.寄生:一种微生物寄生在另一种微生物细胞中或表面，从后者取得养料，引起病害或死亡。 :生化需氧量，或称生物需氧量，是表示水中有机物含量的一个间接指标。指在1L污水或待测水样中所含的一部分易氧化的有机物，当微生物对其氧化、分解时，所消耗的水中溶解氧毫克数。单位为mg/L。 :化学需氧量，是表示水中有机物含量的一个间接指标。指在1L污水中所含的有机物在用强氧化剂将它氧化后，所消耗氧的毫克数。单位为mg/L。 9．活性污泥:指一种由活细菌、原生动物和其他微生物群聚集在一起组成的凝絮团，在污水处理中具有很强的吸附、分解有机物或毒物的能力。 10.生物膜:是指生长在潮湿、通气的固体表面上的一层由多种微生物构成的粘滑、暗色菌膜，能氧化、分解污水中的有机物或某些有毒物质。 生物膜是附着在载体表面，以菌胶团为主体所形成的粘膜状物。 二、选择题 1.加大接种量可控制少量污染菌的繁殖,是利用微生物间的（C）。 A.互生关系 B.共生关系 C. 竞争关系 D.拮抗关系 2. 地衣中的藻类（或蓝细菌）为真菌提供碳源、能源和CO2。而真菌则为藻类提供矿物质、CO2和水分，它们之间构成了（A）。 A.互利共栖关系 B.共生关系 C.偏利共栖关系 D.竞争关系 3.土壤中微生物数量最多的为（A）。 A.细菌 B.真菌 C. 放线菌 D.藻类与原生动物 4.空气中微生物数量较多,原因是（D）。 A.氧气充足 B.营养条件好 C.环境污染 D.温度适宜 5.噬菌体与细菌的关系为（B）。 A.互生 B.寄生 C.猎食 D.拮抗 6.根瘤是(A)和豆科植物的共生体。 A.根瘤菌 B.弗兰克氏菌 C.蓝细菌 D.鱼腥藻 7.自然界微生物主要分布在（A）中。 A.土壤 B.水域 C.空气 D.生物体 8.海水中的微生物具有的特点是（C）。 A.嗜酸 B.嗜碱 C.嗜盐 D.嗜热 9.微生物之间的寄生关系具有（C）。 A.随意性 B.可代替性 C.高度专一性 10.微生物之间的捕食关系是指（D）。 A.一种微生物的代谢产物对另一种微生物的抑制或毒害 B.一种微生物与另一种微生物利用同一营养而造成一种微生物生长不良，甚至死亡 C.一种微生物进入另一种微生物体内并依赖后者生存 D.一种微生物捕获吞食消化另一种微生物
分子生态学在环境微生物领域的应用
分子生态学研究方法与技术在环境微生物领域的应用（专业：09微生物姓名：柴化建学号：s9071005478）摘要：对环境微生物的研究有助于利用环境微生物解决环境污染的问题。微生物是废水处理、城市生活垃圾填埋或堆肥处理等系统中的主要功能生物，充分认识其中的微生物学原理能为改进处理工艺、提高处理效率提供依据。通过利用分子生态学的研究方法和技术，从分子的活动变化规律来闸释环境微生物生态变化及生物分子活动过程与机理，从而应用于环境治理领域。 关键字：环境微生物荧光杂交蛋白质组学宏基因组学微阵列环境在不同的生命层次（分子水平，个体水平，种群水平，及群落水平，甚至生态系统水平）对生命活动产生不同的影响，生物体也是通过在不同水平层次上的调节来适应和改变环境。在环境微生物领域，对环境中微生物的主要类群及它们的生理、生态特性、微生物与环境污染的关系、污染物的微生物降解及转化规律等进行研究是重要的。目前研究环境微生物的主要方法仍是基于培养和分离纯化的传统技术，已经无法满足研究者对环境微生物进行快速、准确的分析与鉴定的要求。故从分子生态学方向入手将会给环境微生物的研究起到很大的推动总用。分子生态学应用分子生物学的原理和方法来研究生命系统与环境系统相互作用的生态机理及其分子机制。从微观研究层次它主要涉及生态现象与生态规律的发生、演化与发展的分子生物学过程与机理，即怎样利用DNA(基因)，蛋白质(酶)等生物活性分子的活动变化规律来闸释生态变化的生物分子活动过程与机理。利用分子生态学研究方法与技术，从分子种群生物学、分子环境遗传学和分子适应等几个方面的内容对环境微生物进行研究。以求改进微生物处理污染物的工艺、提高处理效率。 一．环境mRNAandrRNA同时荧光原位杂交 Giovannoni等在1988年首次将荧光原位杂交
第九章微生物生态答案
第八章习题答案 一.名词解释 1.硝化作用：氨态氮经硝化细菌的氧化,转化为硝酸态氮的过程. 2土壤微生物区系：指在某一特定环境和生态条件下的土壤微生物所存在的微生物种类,数量以及参与物质循环的代谢物质强度. 3 土著性微生物：指土壤中那些对新鲜有机物质不很敏感的微生物,如革兰氏阳性球菌,色杆菌,芽孢杆菌,节杆菌,分支杆菌,放线菌,青霉,曲霉和从霉,他们常年维持在某一数量水平上,即使由于有机物质的加入或温度,湿度等变化而引起数量变化,其数量变化也很少. 4发酵性微生物：指土壤中那些对新鲜有机物质很敏感的微生物,在有新鲜动植物残体存在是可爆发性的旺盛发育,而在新鲜残体消失后又很快消退的微生物,包括各类革兰氏阳性阴性无芽孢杆菌,酵母菌,芽孢杆菌,链霉菌和根霉等. 5 生物降解：是指环境微生物被生物主要是微生物分解为小分子物质甚至是彻底分解为CO2和水的过程. 6 BOD5 ：表示在20℃下，1L污水中的有机物进行微生物氧化时5天所消耗溶解氧的毫克数。 7 COD：化学需氧量，是指采用强氧化剂将1升污水中的有机物完全氧化后所消耗氧的毫克数。 8根土比：即根际微生物数量与非根际土壤微生物数量的比值来表示。 9根圈：也称根际，指生长中的植物根系直接影响的土壤范围。 二．填空 1．微生物之间的相互关系有:偏利共栖,互利共栖,共生关系,竞争关系,拮抗关系,寄生关系和捕食等. 2．根际微生物对植物的有益影响有::改善对植物的营养源,产生生长调节物调节植物生长,分泌抗生素类物质抑制植物潜在病原菌生长和增加矿物质的溶解性. 3.沼气发酵的三个阶段分别由厌氧或兼性厌氧的水解性细菌或发酵性细菌、产酸产乙酸的细菌群、严格厌氧的产甲烷菌群三种菌群的作用。 4.我国生活饮用水水质标准规定1L水中大肠杆菌群数不超过3个 5．细胞型微生物包括的主要类群为细菌，放线菌，霉菌，酵母菌。 6一种种群因另一种种群的存在或生命活动而得利，而后者没有从前者受益或受害，此两种群之间的关系为___偏利作用___。 三. 判断 1. 在制作泡菜和青贮饲料过程中存在有拮抗关系。（正确） 2. 反硝化作用只有在无氧条件下进行。（正确） 3有机物质是产生沼气的物质基础，产甲烷细菌可以利用大分子有机物质做为碳源。（错误）4协同共栖的两个物种生活在一起时彼此受益，互相获得利，是一种互生关系。（正确） 四. 单选题 1. 亚硝化细菌和硝化细菌的关系可称为：（A） A 协同共栖 B偏利共栖 C 共生D中立 2.下述那个过程需要亚硝化细菌和硝化细菌：（D） A 脱氮作用 B 氨化作用 C固氮作用 D 硝化作用 3. 下述那种方法处理污水可产生甲烷：（C） A 曝气池 B 活性污泥 C 厌氧消化 D 生物转盘法 4.缺钼可能影响那个过程：（D）
蚯蚓在生态环境中的生态因子作用
贵州师范大学 研究生作业（论文）专用封面 作业（论文）题目：蚯蚓在生态环境中的生态因子作用课程名称：环境生态学 任课教师姓名：梅再美 研究生姓名：张强 学号：4201420000480 年级：2014 专业：环境工程 学院（部、所）：地理与环境科学学院 任课教师评分： 2014年12月19日
蚯蚓在生态环境中的生态因子作用 摘要:蚯蚓能够对许多决定土壤肥力的过程产生重要影响,被称为“生态系统工程师”。它通过取食、消化、排泄和掘穴等活动在其体内外形成众多的反应圈,从而对生态系统的生物、化学和物理过程产生影响。蚯蚓在生态系统中既是消费者、分解者,又是调节者,它在生态系统中的功能具体表现在:(1)对土壤中有机质分解和养分循环等关键过程的影响;(2)对土壤理化性质的影响;(3)与植物、微生物及其他动物的相互作用。蚯蚓活动及其在生态系统中的功能受蚯蚓生态类群、种群大小、植被、母岩、气候、时间尺度以及土地利用历史的综合控制。蚯蚓外来种入侵与生态系统的关系以及蚯蚓对全球变化的响应和影响是两个值得关注的问题。土壤本身的复杂性,蚯蚓自然历史和生物地理学知识的缺乏,野外控制蚯蚓群落方法的滞后 等都限制了蚯蚓生态学的发展。其他新技术如研究养分循环的碳氮同位素分析和揭示土壤微结构的图像分析等技术的应用是蚯蚓生态功能研究的迫切需要。 关键词:蚯蚓,生态功能,蚯蚓生态类群,蚯蚓入侵 蚯蚓属于寡毛纲后孔寡毛目,全球已记录的陆栖蚯蚓有12科,181属,4,000种,中国已记录的有9科28属306种。人类仅仅对其中的大约40种蚯蚓的生物学特性和生态学功能有过不同程度的研究。世界上大多数生态系统中都有蚯蚓存在,但海洋是蚯蚓的天然屏障,沙漠区和终年冰雪区也很少见。 依蚯蚓的习性及其在生态系统中的功能,蚯蚓一般被分为3种生态类群,即表栖类、内栖类和深栖类,不同生态类群的食性和习性迥异。内栖类又常被分为多腐殖质类、中腐殖质类、贫腐殖质类和内—深土栖类等。三种生态类群并没有明显的分类学上的界限,经常有一些过渡类型出现,如表—内栖类和表—深栖类。蚯蚓生态类群的概念已被广泛接受和应用。Rómbke等认为蚯蚓生态类群可用于土壤分类和评价。 蚯蚓通过取食、消化、排泄、分泌和掘穴等活动对土壤过程的物质循环和能量传递作贡献,是对多个决定土壤肥力的过程产生重要影响的土壤无脊椎动物类群之一,被称为“生态系统工程师”。蚯蚓在生态系统中的角色有三:消费者、分解者和调节者。通常认为,它作为消费者在生态系统中的地位并不重要。进入分解子系统的能量一般只有3–6％被蚯蚓消耗;但若加上它在排泄物和蚓茧中所 耗的能量,蚯蚓在系统能量传递中的作用会更大。蚯蚓在生态系统中的功能主要表现在:(1)对土壤有机质分解和养分循环等关键过程的影响;(2)对土壤理化性质的影响;(3)与植物、微生物及其他动物的相互作用。 1对土壤关键过程的影响 1.1对有机质分解过程的贡献
8第八章-微生物生态
第八章微生物生态 一、名词解释 捕食:指一种大型的生物直接捕捉、吞食另一种小型生物以满足其营养需要的相互关系。 共生：指两种生物共居在一起，相互分工合作、相依为命，甚至形成独特结构，达到难分难解、合二为一的极其紧密的一种相互关系。 偏利互生：两种可以单独生活的生物，当它们一起时，通过各自的代谢活动而偏利于一方的生活方式。 寄生：一般指一种小型生物生活在另一种较大型生物的体内（包括细胞内）或体表，从中夺取营养并进行生长繁殖，同时使后者蒙受损害甚至被杀死的一种相互关系。 拮抗：又称抗生，指由某种生物所产生的特定代谢产物可抑制他种生物的生长发育甚至杀死它们的一种相互关系。 竞争：同种或不同种生物因争夺食物、空间等资源而发生的生存斗争。 土著性微生物区系：是指那些对新鲜有机物质不很敏感、常年维持在某一数量水平上，即使由于有机物质的加入或温度、湿度变化而引起数量变化，其变化幅度也较小的那些微生物。 极端环境微生物：凡依赖于这些极端环境才能正常生长繁殖的微生物。 微生物生态学：是一门研究生态系统的结构及其与环境系统间相互作用规律的科学。 水体富营养化：指水体中因氮、磷等元素含量过高而导致水体表层蓝细菌和藻类过度生长繁殖的现象。 正常菌群：生活在健康动物各部位、数量大、种类较稳定、一般能发挥有益作用的微生物种群。 BOD：生物需氧量，指1L污水或待测水样中所含的一部分易氧化的有机物，当微生物对其氧化、分解时，所消耗的水中溶解氧毫克数（其单位为mg/L） COD：化学需氧量，是表示水体中有机物含量的一个简单的间接指标，指1L污水中所含的有机物在强氧化剂将它氧化后，所消耗氧的毫克数（其单位为mg/L）。硝化作用：好氧条件下，无机化能硝化细菌将氨被氧化成硝酸盐的过程。