2017-05-05
最近，派森诺生物与上海交通大学合作，在《Applied Microbiology and Biotechnology》发表文章（最新影响因子3.376），揭示了反硝化反应器中，不同形式的硫电子供体、不同的运行条件以及不同取样位置对微生物群落结构的影响。
研究背景
水体的富营养化一直是水生态环境研究者所关注的重要问题，通常由水中氮、磷等营养元素含量过多而引起水质污染。富营养化会导致水生态系统物种分布失衡，造成水中特定物种的过度生长，影响其它物种的生存空间，例如鱼类的大量死亡，并最终会对水生态系统造成不可挽回的严重后果。除此之外，如果人畜长期饮用富营养化的水，也会中毒致病。通常而言，氮元素主要以硝酸盐的形式存在于富营养化的水体中，因此脱氮处理（反硝化作用）是长期以来处理水体富营养化的关键方法。
研究目的
在过去的数十年中，自养型反硝化作用在水体富营养化的处理研究中被广泛应用，尤其是基于硫电子供体的自养型反硝化作用。然而，目前人们对反硝化过程中起关键作用的微生物类群尚未完全了解。本研究将基于硫电子供体的不同类型的自养型反硝化反应器污泥作为研究对象，通过高通量测序的方法，探寻各类型反应器中微生物群落构成的差异，以及不同取样高度和不同水力停留时间（Hydraulic Retention Time，HRT）等因素对反应器中微生物群落组成的影响。
研究方法
测序技术：Illumina HiSeq高通量测序平台
测序模式：微生物组16S rRNA基因V3区测序
实验对象：10个来自于实验室规模的反硝化反应器污泥样品
实验设计：
Group I，Na2S2O3作为电子供体的反硝化反应器，共5个样品（I-1~I-5）；
Group II，S元素作为电子供体的反硝化反应器，共3个样品（II-1~II-3）；
Group III，Na2S作为电子供体的反硝化反应器，以及乙醇作为电子供体的异养型反硝化反应器，共2个样品（III-1和III-2）。
10个样品分别对应不同的处理条件，具体见下表。
研究结果
对10个污泥样品进行高通量测序，共获得885929条序列，并在97%的序列相似度水平下进行聚类。其中，Proteobacteria门为优势物种，在各个样品中的含量都在40%以上。
4个样品I-1、II-1、III-1和III-2（分别代表来自不同电子供体的反硝化反应器的样品）在属水平进行群落组成比较分析。由饼图可知虽然在每个样品中都存在大量未知属，但是在已知分类学信息的属中，其物种组成差别很大，在硫代硫化物型反应器中，Chlorobaculum和Thiobacillus为优势属，而S元素型反应器中的优势属为Dechloromonas和Thiobacillus，在硫化物型反应器中则是Acinetobacter占优势，在乙醇型异养反硝化反应器中Janthinobacterium为优势属。
Group I中5个样品（分别在不同HRT取样）在属水平的物种组成柱状图。由图可知，Group I中的I-1~I-4的群落构成很相似，其优势属均为Thiobacillus、Chlorobaculum,、Kosmotoga等，而在样品I-5中，Thiothrix也是优势属之一。
Group II中3个样品（分别取自于反应器中不同高度）在属水平的物种组成柱状图。由图可知，II-2和II-3的群落构成相似，而II-1（20cm）与II-2（40cm）、II-3（60cm）的群落构成差异明显，比如Thiobacillus属主要存在于反应器底部，随着高度的增加含量显著减少，而Kosmotoga属则呈现相反的趋势。
PCA主成分分析显示，三组反应器菌群的组间差异大于组内差异，说明不同的电子供体是影响不同菌群结构的重要因素；并且每组内不同样品间也具有一定差异，说明不同的HRT、反应器中不同的取样高度等因素也同样对反应器中的群落结构有着一定影响。
总结
本研究通过对取自不同反硝化反应器中的10个污泥样品进行高通量测序分析，结果表明Chlorobaculum、Dechloromonas和Acinetobacter是在三种自养反硝化反应器中都存在的优势物种，而Janthinobacterium则主要存在于异养型反应器中，而在反硝化过程中，Thiobacillus广泛存在于每种反应器中。而在菌群总体组成结构上，不同类型的电子供体、不同取样高度以及不同HRT都对反应器中微生物菌群组成有着不同程度的影响。
本研究的测序和数据分析工作由上海派森诺生物科技股份有限公司完成。
文章索引：
Weili Zhou，Yang Li，Xu Liu，Shengbing He and Jung Chen Huang. Comparison of microbial communities in different sulfur-based autotrophic denitrification reactors. Appl Microbiol Biotechnol (2017) 101:447–453. doi: 10.1007/s00253-016-7912-y
点击原文链接：https://link.springer.com/article/10.1007/s00253-016-7912-y
