期刊：《Bioresource Technology》
影響因子：9.642
最近，派森諾生物再次與西北農(nóng)林科技大學(xué)合作钱豁，在《Bioresource Technology》發(fā)表論文，探究了在厭氧氨氧化耦合反硝化（SAD）過程中卵酪，是否優(yōu)勢(shì)微生物與稀有類群在對(duì)IC/NH4+-N脅迫的反應(yīng)中呈現(xiàn)出截然不同的生物多樣性模式谤碳，還是存在差異的潛在群落組裝機(jī)制估蹄。
研究背景
近幾十年來，生物反硝化工藝正處于由以下兩個(gè)方面推動(dòng)的重大變革時(shí)期臭蚁。一方面垮兑，有必要對(duì)過去30年建成的一些污水處理廠進(jìn)行改造。另一方面系枪，日益嚴(yán)格的廢水營養(yǎng)指南的推動(dòng)正在世界各地實(shí)施私爷。因此，工業(yè)和城市污水處理廠（WWTPs）的能源中性和資源回收存在主要需求衬浑。厭氧氨氧化（anammox）過程已經(jīng)在許多WWTPs工程中成功運(yùn)行工秩，因?yàn)樗鼈冊(cè)诜聪趸矫婢哂谐杀拘б婧湍茉葱省Ｔ谶@些過程中浪听，厭氧氨氧化耦合反硝化（SAD）過程已經(jīng)演變?yōu)榻鉀Q能源自給自足眉菱，N2O排放和碳足跡的策略。然而俭缓，厭氧氨氧化細(xì)菌對(duì)環(huán)境因素（包括pH，溶解氧（DO）和C/N比等）的敏感性一直是SAD過程主流應(yīng)用的限制因素答毫。
研究目的
探究以下三個(gè)問題：
（1）在不同的IC/NH4+-N比率脅迫下洗搂，優(yōu)勢(shì)和稀有類群是否存在不同模式？
（2）優(yōu)勢(shì)和稀有類群共同作用是怎么樣的耘拇？影響優(yōu)勢(shì)和稀有類群動(dòng)態(tài)的主要驅(qū)動(dòng)因素是什么惫叛？
（3）哪些細(xì)菌亞群落是氮轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵調(diào)控因子？
研究方法
測(cè)序技術(shù)：Illumina MiSeq高通量測(cè)序平臺(tái)
測(cè)序模式：微生物組細(xì)菌16S rRNA基因V3-V4區(qū)測(cè)序
實(shí)驗(yàn)對(duì)象：已運(yùn)行4年的實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的測(cè)序間歇反應(yīng)器（SBR）中妻熊，每個(gè)階段結(jié)束時(shí)采集5個(gè)污泥樣本仑最，混合為1個(gè)【剑總共7期共產(chǎn)生7個(gè)樣本预皇。
研究結(jié)果
1、優(yōu)勢(shì)和稀有亞群落的異質(zhì)性
經(jīng)過質(zhì)量過濾和拼接全部污泥樣品生成了149,108個(gè)細(xì)菌16S V3-V4高質(zhì)量序列序仙，然后根據(jù)97%相似度進(jìn)行劃分溯街，得到2495個(gè)OTU洋丐。優(yōu)勢(shì)（>0.05%）和稀有（<0.001%）分類水平分別包含116和822個(gè)OTU，分別占OTU總數(shù)的4.6%和32.9%。瞬時(shí)分類單元（介于優(yōu)勢(shì)和稀有物種之間）由1557個(gè)OTU組成梁沧，占OTU總數(shù)的62.4％辞槐。從群落組成和動(dòng)態(tài)的角度來看粘室，優(yōu)勢(shì)、稀有和瞬時(shí)的群落組成大不相同衔统。另外锦爵，觀察到的優(yōu)勢(shì)分類單元在所有樣品都存在，而稀有分類單元只在來自第IV階段沪袭、第V階段和第VII階段的樣本中存在樟氢。通過Wilcoxon秩和檢驗(yàn)，稀有的和優(yōu)勢(shì)的亞群落在IC/NH4+-N比值約束有顯著差異（P < 0.05）焚碌。在瞬時(shí)分類單元和整個(gè)群落中霸妹，Proteobacteria，Chloroflexi和Planctomycetes是SAD系統(tǒng)中的優(yōu)勢(shì)門鹃骂，這些門可能對(duì)反硝化起關(guān)鍵作用罢绽。這些結(jié)果表明，不同生存策略已被優(yōu)勢(shì)寝殴、稀有和瞬時(shí)分類單元所采用明垢。
圖1 在不同的處理階段痊银，不同亞群落和整個(gè)群落中的門的分布
2、環(huán)境因素與微生物群落之間的聯(lián)系
基于未加權(quán)UniFrac距離矩陣贞绳，PCoA的結(jié)果表明，優(yōu)勢(shì)和稀有亞群落之間的大部分差異可以歸因于不同的IC/NH4+-N比值俱尼。與優(yōu)勢(shì)亞群落和整個(gè)群落相比萎攒，稀有亞群落具有獨(dú)特的生物多樣性模式。此外押蚤，基于加權(quán)UniFrac距離羹应，NMDS結(jié)果顯示，不同的IC/NH4+- N比值對(duì)分組模式有較大的影響雳刺。觀察到裸违，低IC/NH4+-N比值（0-0.4）和高IC/NH4+-N比值（0.7-1.3）的樣本分別在優(yōu)勢(shì)的分類單元和整個(gè)群落中聚類更近供汛。基于Spearman相關(guān)性的Mantel 檢驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步證實(shí)怔昨，優(yōu)勢(shì)亞群落（R2 = 0.832趁舀，P < 0.001）相比于稀有亞群落（R2 = 0.658，P < 0.001）和整個(gè)群落更相似越庇。鑒于第IV至第VII階段的NO2-N去除效率奉狈，因此得出結(jié)論認(rèn)為，稀有亞群落限制了分布搬味，并對(duì)NO2-N的去除作出了重大貢獻(xiàn)蟀拷。RDA分析結(jié)果表明，IC/NH4+-N比值是形成優(yōu)勢(shì)亞群落的主要因素悦析。COD是形成稀有亞群落的主要因素此衅。
圖2 屬水平共生網(wǎng)絡(luò)圖
3挡鞍、不同細(xì)菌亞群落的共生模式
優(yōu)勢(shì)和稀有亞群落呈現(xiàn)出鮮明的共現(xiàn)模式，暗示了它們?cè)诜巧锩{迫下不同的生存策略道媚。優(yōu)勢(shì)和瞬時(shí)亞群落之間內(nèi)部聯(lián)系大于瞬時(shí)和稀有亞群落之間的聯(lián)系翘县。優(yōu)勢(shì)亞群落比稀有亞群落分布得更廣。稀有亞群落受到非生物脅迫的強(qiáng)烈負(fù)選擇镀脂，內(nèi)共生模式的發(fā)生率較高忘伞。
4薄翅、氮循環(huán)的功能屬和關(guān)鍵基因
與同化硝酸鹽還原基因相關(guān)的nasA基因比nasB和nirA基因更優(yōu)勢(shì)。至于反硝化基因氓奈，nirK匿刮，nosZ，norC探颈，qnorB熟丸，nirS和nirD在第VII階段更優(yōu)勢(shì)。包括narG伪节，napA和nrfA等在內(nèi)的所有功能基因在III-V階段具有較高的豐度光羞。另外，與氨氧化有關(guān)的基因（amoB / C和hao）在V-VII期具有更高的豐度怀大。KEGG分析顯示，III-VI階段（IC/NH4+-N比值為0.1-1.0）樣品具有更多的TCA循環(huán)(1.01-1.35%)和氮代謝(2.60-2.84%)的功能基因化借。與其他階段相比潜慎，來自第VII階段的樣品具有更多的脂肪酸代謝功能基因（0.057％），表明更高的IC/NH4+-N比進(jìn)了這些異養(yǎng)微生物中的有機(jī)物質(zhì)氧化。篩選出的屬铐炫，11個(gè)和12個(gè)功能屬分別獲得優(yōu)勢(shì)和稀有的亞群落垒手。這些功能屬在去氮和COD中起到關(guān)鍵作用。
圖3 氮循環(huán)功能基因預(yù)測(cè)
5倒信、生態(tài)關(guān)聯(lián)和定量反應(yīng)關(guān)系
SAD系統(tǒng)中的厭氧氨氧化生物質(zhì)對(duì)非生物脅迫具有一定的抗性科贬。厭氧氨氧化和DNRA是NH4+-N轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵途徑。稀有分類單元是NH4+-N積累的關(guān)鍵調(diào)控因子鳖悠，而大量分類單元是NH4+-N消耗的主要調(diào)控因子榜掌。
總 結(jié)
在IC/NH4+-N比脅迫下，優(yōu)勢(shì)和稀有的細(xì)菌具有不同的組合模式乘综，環(huán)境因素對(duì)這兩個(gè)細(xì)菌亞群落有不同的影響憎账。另外，Ca. Brocadia通常是優(yōu)勢(shì)種卡辰，對(duì)IC脅迫具有較高的抗性鼠哥。高IC/NH4+-N比（0.7-1.3）有利于HET、NIR看政、NAR和Ca. Jettenia朴恳，低IC/NH4+-N比（0-0.7）有利于AOB和NOB。稀有分類單元是NH4+-N積累和NO2--N消耗的關(guān)鍵調(diào)控因子允蚣。
文章索引：
Duntao Shu, Hong Yue, Yanling He, Gehong Wei (2018)Divergent assemblage patterns of abundant and rare microbial subcommunities in response to inorganic carbon stresses in a simultaneous?anammox and denitrification (SAD) system .Bioresource Technology.257（2018）249-259
