污水处理系统中噬菌体和细菌群落特征与污泥沉降性的相关性研究

摘要

噬菌体是能够侵染裂解细菌的一类微生物，其在城市污水处理系统中的丰度相当高于细菌的丰度，因此对细菌群落乃至污水处理系统的功能肯定会有一定的调控作用。然而有关噬菌体在污水处理系统中的分布、功能以及与细菌群落之间的关系研究甚少。本研究以新乡市两个大型污水处理厂作为研究对象，采集污泥膨胀和非膨胀时期的（5月份和10月份）污泥样品，通过荧光染色技术、细菌高通量测序技术、噬菌体分级分离和宏基因组测序技术等手段对系统膨胀与非膨胀时期污泥与噬菌体和细菌的群落关系进行了研究，获得如下创新性成果:
　　(1)对污泥理化性质进行测定，发现活性污泥在5月份污泥处于膨胀状态，在10月份污泥处于不膨胀状态;在两个时期，细菌和噬菌体的丰度数量级都达到了108个/mL，污泥膨胀时细菌的丰度都显著高于污泥非膨胀时，而噬菌体的丰度是在污泥非膨胀时显著高于污泥膨胀时期。在污泥膨胀时期，细菌的丰度显著高于噬菌体的丰度，在污泥非膨胀时期，噬菌体的丰度显著高于细菌的。方差分析表明，污泥膨胀与污泥不膨胀时期，在0.05水平上，细菌丰度之间存在着显著差异性，噬菌体丰度之间无显著差异。相关性分析表明，噬菌体丰度和细菌丰度之间呈显著相关;噬菌体丰度和SS，TP，SV，MLSS之间呈显著的相关性，细菌的丰度同TN之间也呈现显著的相关性。污水处理工艺同SVI，MLSS之间也呈显著的相关性。
　　(2)细菌群落的高通量测序结果表明:在污泥膨胀和污泥非膨胀时期活性污泥中细菌类群和群落结构差异很大;在5月份污泥膨胀时细菌丰度较高的丝状菌属包括Candidatus Microthrix，Gordonia，Haliscomenobacter。在10月份污泥非膨胀时细菌丰度较高的属是Hyphomicrob ium， Pseudomonas， Thauera， Streptococcus，Corynebacterium，Methyloversatilis。PCA和进化树的分析结果显示，污泥膨胀时期和污泥非膨胀时期的三个污水样品分别聚到一块，说明污泥膨胀时期的三个污水样品之间和污泥非膨胀时期的三个样品之间所包含的细菌物种差异较大。
　　(3)噬菌体宏基因组研究结果表明，在污泥膨胀时期和污泥非膨胀时期噬菌体组成明显不同，但两个时期丰度比例最大的都是有尾噬菌体科。在属的水平上，5月份污泥膨胀丰度较高的病毒属有P22likevirus，Hpunalikevirus，Lambdalikevirus，N4likevirus，Betabaculovirus，Bcep78likevirus。在10月份污泥非膨胀时丰度较高的病毒属有Cytomegalovirus,ymphocryptovirus,Polyomaviridae,Lentivirus,Deltaretrovirus,Alphapapillomavirus，T4likevirus。PCA分析结果表明，污泥膨胀时期三个污水样品噬菌体的物种群落结构相似度较高，污泥非膨胀时期三个污水样品物种相似度较高。

目录

摘要

第一章 文献综述

1．1 噬菌体简介

1．1．1 噬菌体的定义

1．1．2 噬菌体的分类

1．1．3 噬菌体与宿主关系的研究

1．2 噬菌体的应用

1．2．1 噬菌体在环境中的应用

1．2．2 噬菌体在污水处理工艺中的应用

1．3 污水处理工艺中常见的污水水质指标简介

1．3．1 污泥膨胀简介

1．3．2 污泥沉降性能指标简介

1．4 污水处理工艺中噬菌体的生态分布研究

1．4．1 噬菌体丰度的测定方法

1．4．2 噬菌体多样性的研究进展

1．5 噬菌体宏基因组的研究进展

1．5．1 宏基因组简介

1．5．2 噬菌体基因组的研究进展

1．5．3 宏基因组学研究方法进展

1．5．4 病毒宏基因组学的研究进展

1．6 本研究的目的及意义

第二章 污水处理厂污泥膨胀与噬菌体细菌丰度的相关性研究

2．1 前言

2．1．1 小尚庄污水处理厂简介

2．1．2 骆驼湾污水处理厂简介

2．2 材料和方法

2．2．1 样品的采集

2．2．2 试剂的配制

2．2．3 噬菌体和细菌染色过程

2．2．4 显微镜检测观察

2．2．5 水质指标的检测

2．2．6 方差分析

2．3 结果与分析

2．3．1 污水处理厂好氧池中主要污泥指标结果

2．3．2 细菌和噬菌体丰度结果

2．3．3 方差及相关性分析

2．4 小结

第三章 污泥膨胀与不膨胀时活性污泥中细菌类群和多样性研究

3．1 前言

3．2 材料和方法

3．2．1 主要仪器

3．2．2 采样

3．2．3 样品前处理

3．2．4 提污水中细菌DNA的步骤

3．2．5 样品测序

3．3 结果与分析

3．3．1 超微量分光光度计检测基因组DNA的纯度和浓度

3．3．2 污水处理系统中细菌多样性研究

3．4 小结

第四章 污泥膨胀与不膨胀时城市污水中噬菌体类群和多样性研究

4．1 前言

4．2 材料和方法

4．2．1 材料

4．2．2 实验方法

4．3 结果与分析

4．3．1 噬菌体的浓缩分离

4．3．2 污水样品中噬菌体的电镜观察

4．3．3 污水样品中噬菌体的纯化

4．3．4 噬菌体基因组DNA的提取

4．3．5 小尚庄和骆驼湾城市污水中噬菌体的丰度和多样性

4．4 小结

第五章 研究展望

参考文献

致谢

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