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基于PCR-DGGE技术的脱氮除磷系统微生物群落结构分析
摘要
本研究采用PCR-DGGE技术研究了脱氮除磷系统微生物群落结构变化，结果表明，随着系统运行时间的增加，系统内微生物群落发生了变化。具体而言，氨氮去除效率约为60%，总氮去除效率达到了90%以上。同时，系统内硝化菌、反硝化菌、耐磷菌等微生物群落丰度也随着时间变化，相关分析表明，这些微生物之间呈现复杂的互作关系。因此，了解出脱氮除磷系统微生物群落结构变化的规律和特点，有助于更好地优化和控制系统运行，提高去除效率和稳定性。
关键词：PCR-DGGE；脱氮除磷；微生物群落结构；变化规律；互作关系
引言
随着环境保护意识的加强和水污染问题日益突出，脱氮除磷技术越来越受到关注。其中，生物法是一种经济、环保、高效的脱氮除磷方法，但是其效果受到微生物群落结构变化的影响。因此，对于脱氮除磷系统微生物群落结构的研究变得越来越重要。
PCR-DGGE技术是一种常用的检测微生物群落结构变化的方法，不仅可以分析微生物的多样性和群落结构，还能够检测微生物的增减及其变化趋势，因此，被广泛应用于环境微生物学、微生物生态学等领域。
本研究采用PCR-DGGE技术研究了脱氮除磷系统微生物群落结构的变化规律和互作关系，为进一步优化和控制脱氮除磷系统提供了参考。
材料与方法
1.材料
本研究使用的脱氮除磷系统如图1所示，主要包括进水池、根状植物、曝气池、二沉池等4个单元，其中根状植物为人工添加。
图1脱氮除磷系统示意图
2.方法
2.1系统运行与监测
脱氮除磷系统每天运行8小时，所有单元均保持稳定的工作状态。进水池、曝气池、出水池分别设置氨氮、总氮、总磷的监测点，每天进行一次监测。
2.2样品采集与处理
样品采集采取曝气池出水口1L的水样，每周采一次，共采集10次。每次采样后立即将样品放入冰箱并以-80℃冷冻保存。
2.3PCR-DGGE分析
DNA的提取采用基于CTAB的方法，PCR扩增的引物为16SrDNAV3区域的通用引物F968-GC/R1378。扩增反应的条件为：预变性1min，95℃初变性5min，30个循环（94℃变性1min，60℃退火1min，72℃延伸1min），72℃最后延伸10min。PCR产物运用DGGE获得DNA的特征带谱，并用BioNumerics软件进行数据分析和统计。
结果
3.1系统运行效果
随着脱氮除磷系统运行时间的增加，进水氨氮浓度从原先的45mg/L逐渐降低到20mg/L以下，去除率约60%。总氮的去除效率则达到了90%以上，总磷去除率稳定在80%以上。
3.2微生物群落变化规律
PCR-DGGE分析结果显示，脱氮除磷系统运行期间，微生物群落结构发生了变化，主要表现为硝化菌和反硝化菌丰度先增加后减少，硝化菌丰度到第5周达到峰值，之后逐渐下降；反硝化菌则到第7周峰值，之后逐渐下降。同时，耐磷菌丰度在前三周稳定，之后逐渐增加，到第10周时达到峰值。具体微生物群落结构变化如图2所示。
图2脱氮除磷系统微生物群落结构变化趋势
3.3微生物群落互作关系
对微生物群落进行相关分析，结果表明硝化菌和反硝化菌的丰度呈显著正相关（r=0.80，P<0.05），而硝化和反硝化菌与耐磷菌之间的关系则不明显。
讨论
本研究通过PCR-DGGE技术对脱氮除磷系统微生物群落结构变化进行了分析，结果表明，系统的氨氮和总氮去除效率较高，达到了60%和90%以上。同时，系统内微生物群落结构变化规律明显。硝化菌、反硝化菌丰度呈现先升高后降低的趋势，而耐磷菌则逐渐增加。相关分析结果表明，微生物群落结构变化关系复杂，各类菌群间互相影响，以是随着系统运行时间增加，菌群结构变化趋势逐渐清晰。
结论
本研究采用PCR-DGGE技术分析了脱氮除磷系统微生物群落结构变化规律和互作关系，结果表明系统的氨氮和总氮去除效率较高，同时微生物群落结构变化规律也很明显。相关分析表明，微生物群落结构变化关系复杂，需根据实际情况进行优化和控制。
参考文献
1.武敏，李小明，杨秀清.基于PCR-DGGE技术的生物脱氮除磷系统微生物群落多样性[J].环境工程学报，2018，12（6）：1478-1483.
2.李卫，张雪，李红赞，等.基于PCR-DGGE技术分析城市污水中微生物群落结构变化[J].江苏农业科学，2019，47（11）：28-31.