李 楊，王 芳，楊海滟，潘 珉 ，杜勁松*

(1.昆明市滇池生態(tài)研究所，云南 昆明 650228;2.西南林業(yè)大學(xué)林學(xué)院 國(guó)家林業(yè)局西南地區(qū)生物多樣性保育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，云南 昆明 650224;3.西南林業(yè)大學(xué) 云南省高校生物質(zhì)化學(xué)煉制與合成重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，云南 昆明 650224)

【研究意義】中國(guó)許多湖泊存在水質(zhì)污染和生態(tài)退化等突出問(wèn)題，水體富營(yíng)養(yǎng)化與難降解有機(jī)物污染是水污染治理的難題。據(jù)報(bào)道，中國(guó)大約75 %的地表水體不同程度的受到氮、磷、重金屬、有機(jī)污染物等污染，嚴(yán)重危害水生態(tài)系統(tǒng)的健康，威脅經(jīng)濟(jì)發(fā)展與人民健康。因此，解決湖泊的污染、恢復(fù)水體的良好生態(tài)是可持續(xù)發(fā)展亟待解決的關(guān)鍵任務(wù)之一。【前人研究進(jìn)展】湖泊污染治理是政府和學(xué)界關(guān)注的熱點(diǎn)，目前污水治理的技術(shù)主要有3方面，一是截污減排，通過(guò)截污、節(jié)水與污水回用技術(shù)減少污水入湖總量；二是提高水體自?xún)裟芰Γㄋ凳柰?、生態(tài)護(hù)坡、生態(tài)修復(fù)技術(shù)等恢復(fù)水生態(tài)提高自?xún)裟芰?；三是底泥治理，包括物理方法、化學(xué)方法、生物方法等。每種技術(shù)各有其優(yōu)缺點(diǎn)，而針對(duì)中國(guó)湖泊目前存在的問(wèn)題，迫切需要迅速改善污染水質(zhì)，修復(fù)受損的湖泊生態(tài)系統(tǒng)，提高水體自?xún)裟芰Γ龠M(jìn)生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)。隨著生物技術(shù)和生物科學(xué)的不斷進(jìn)步，生物修復(fù)的優(yōu)勢(shì)逐漸被人們所認(rèn)知，水體和污染底泥生態(tài)系統(tǒng)的生物修復(fù)已成為湖泊修復(fù)的熱點(diǎn)，具有廣闊的市場(chǎng)發(fā)展前景。針對(duì)不同區(qū)域水污染特征，選擇廉價(jià)、高效且無(wú)二次污染的水污染修復(fù)技術(shù)，對(duì)于水體的修復(fù)凈化具有重要的意義。李氏禾(LeersiahexandraSwartz)又名秕殼草，在熱帶及亞熱帶地區(qū)廣泛分布，為多年生禾本科草本植物，具發(fā)達(dá)匍匐莖和細(xì)瘦根狀莖，有頑強(qiáng)的生命力，已有研究表明可生長(zhǎng)于河道邊、湖邊，對(duì)重金屬、富營(yíng)養(yǎng)化水體有良好的凈化作用，是修復(fù)湖泊、河流的優(yōu)良植物[1-2]。本研究表明，在生物修復(fù)方法即種植李氏禾的同時(shí)，輔以物理修復(fù)如曝氣或缺氧處理可提高李氏禾對(duì)污染水體COD或TP的去除率，對(duì)提高污水凈化效果具有重要作用，同時(shí)在污染物的去除過(guò)程中微生物群落也發(fā)揮著至關(guān)重要的作用[3]。【本研究的切入點(diǎn)】關(guān)于在種植李氏禾+氧氣處理?xiàng)l件下，污水中的微生物發(fā)生了怎樣的變化?哪些微生物在污水凈化過(guò)程中發(fā)揮著重要功能?是否隨著污水處理時(shí)間發(fā)生動(dòng)態(tài)變化?仍然是未知。在生物修復(fù)，聯(lián)合物理修復(fù)過(guò)程中，開(kāi)展污水中功能微生物群落的研究有助于深入揭示污水凈化的生物學(xué)機(jī)理，為指導(dǎo)湖泊、河道的修復(fù)奠定理論與實(shí)踐基礎(chǔ)?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】通過(guò)高通量基因測(cè)序Illumina Miseq技術(shù)研究修復(fù)污染水體的功能微生物群落，相比傳統(tǒng)技術(shù)，可更全面地揭示污水凈化中的功能微生物。此技術(shù)克服了傳統(tǒng)分離方法只獲得少量微生物的局限性，超越了DGGE、T-RFLP、克隆文庫(kù)方法的通量。應(yīng)用此技術(shù)比較分析靜態(tài)污水、污水中設(shè)置李氏禾生態(tài)浮床、李氏禾生態(tài)浮床+曝氣以及李氏禾生態(tài)浮床+缺氧處理幾種污水凈化體系中功能微生物群落的差異及其隨時(shí)間的動(dòng)態(tài)變化，揭示污水的生物凈化機(jī)理，為將來(lái)的污水治理實(shí)踐提供理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)植物為李氏禾，采自西南林業(yè)大學(xué)人工模擬濕地，污水由綠化中水加4 mg/L KNO3(氮源)與0.4 mg/L NaH2PO4(磷源)配制而成。共設(shè)4組生態(tài)浮床靜態(tài)污水試驗(yàn)檢測(cè)不同處理對(duì)模擬污水的凈化效果，包括處理A，對(duì)照，模擬污水樣本，未種植李氏禾；處理B，污水中種植李氏禾；處理C，污水中種植李氏禾+曝氣(O2);處理D，污水中種植李氏禾+缺氧處理。生態(tài)浮床構(gòu)置如下：體積30 L塑料整理箱，加入20 L模擬污水，在2 cm泡沫浮床上種植6株李氏禾、間距12 cm，每組樣品3個(gè)重復(fù)。曝氣處理用氧氣泵每天上午、下午分別充氧1 h；缺氧處理將李氏禾根部采用保鮮膜包裹。靜態(tài)水試驗(yàn)共進(jìn)行14 d，分別于1、3、7、14 d取樣，測(cè)定水體中總氮TN(Total Nitrogen)、總磷TP(Total Phosphorus)、化學(xué)耗氧量COD(Chemical Oxygen Demand)以及水體中微生物群落的變化，檢測(cè)不同處理對(duì)模擬污水的凈化效果。

1.2 研究方法

污水凈化指標(biāo)TN、TP、COD的測(cè)定依據(jù)傳統(tǒng)方法進(jìn)行[4]，水體中的微生物群落通過(guò)微孔濾膜過(guò)濾污水獲得后，采用環(huán)境樣本DNA提取試劑盒(ZYMO Research 公司)進(jìn)行基因組DNA抽提，使用0.8 %瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)基因組DNA的完整性。采用具有Barcode 標(biāo)記的引物515F與806R對(duì)細(xì)菌16S rRNA V4區(qū)進(jìn)行擴(kuò)增。PCR擴(kuò)增采用TOYOBO KOD-Plus-Neo DNA聚合酶，每個(gè)樣本進(jìn)行3次PCR重復(fù)，擴(kuò)增后將樣本混合并通過(guò)凝膠純化試劑盒純化(QIAGEN 公司)，用2 %瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)純化效果。用Qubit 2.0對(duì)純化后的PCR產(chǎn)物進(jìn)行定量，使用Illumina公司的試劑盒TruSeq DNA PCR-Free Sample Prep kit(FC-121-3001/3002)進(jìn)行文庫(kù)構(gòu)建，應(yīng)用高通量Illumina Miseq測(cè)序的方法，對(duì)不同處理水體中的微生物群落進(jìn)行分析。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

微生物的多樣性采用觀測(cè)微生物的多樣(OTU 數(shù)目)與Chao1、Shannon(香農(nóng)-維納指數(shù)))、Simpson(辛普森多樣性指數(shù))、PD(譜系多樣性指數(shù))分析方法進(jìn)行評(píng)估。微生物的分類(lèi)在97 %相似水平上，使用UPARSE算法進(jìn)行OTU的分析。作圖應(yīng)用R3.2.1軟件完成，不同處理對(duì)污染水體中功能微生物群落組成的影響采用主坐標(biāo)分析(principal coordinate analysis,PCOA)以及聚類(lèi)分析方法進(jìn)行分析比較。基于Heatmap分析每個(gè)處理中優(yōu)勢(shì)的菌屬，應(yīng)用Boxpot圖分析不同處理中的優(yōu)勢(shì)菌種。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)李氏禾凈化污水效果的影響

模擬污水空白對(duì)照對(duì)COD、TN與TP的去除效率最低，種植李氏禾可明顯提高污水的凈化效果，COD、TN與TP去除率分別提高12.5 %、25.0 %與40.9 %(表1)。種植李氏禾、種植李氏禾+曝氣、種植李氏禾+缺氧3個(gè)處理均對(duì)污水中TN去除達(dá)到理想的效果。種植李氏禾+曝氣處理，對(duì)COD的去除率最高，可達(dá)到93.6 %；相比之下，種植李氏禾+缺氧處理，對(duì)TP的去除效果最好(表1)。李氏禾的生長(zhǎng)，需要氮磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，因此可提高去除污水中的氮磷。同時(shí)，李氏禾在生長(zhǎng)過(guò)程中，根系分泌物刺激污水中微生物的生長(zhǎng)，對(duì)污水中的微生物具有篩選和富集作用，微生物群落的變化可影響水中COD的去除。曝氣處理，增加污水中的溶氧，有助于好氧微生物的生長(zhǎng)，氧氣的增加也會(huì)加速好氧的化學(xué)反應(yīng)進(jìn)程，因此種植李氏禾+曝氣處理明顯提高COD的去除能力。在缺氧處理中，李氏禾根系包裹保鮮膜，影響根系分泌物與污水中的微生物的接觸，進(jìn)而影響污水中微生物組成，這種根際微生態(tài)環(huán)境刺激了一些磷代謝相關(guān)微生物的繁殖，從而有利于污水中磷源的去除。由此可知，在污染湖泊或河道水體凈化及修復(fù)過(guò)程中，可預(yù)先對(duì)湖泊中水體的污染物進(jìn)行檢測(cè)分析，若COD含量高，可采用種植李氏禾處理聯(lián)合應(yīng)用曝氣裝置系統(tǒng)，加速COD的去除；若水體中磷源含量高，則可在種植李氏禾的同時(shí)，適當(dāng)進(jìn)行缺氧處理，以增加磷的去除。

2.2 不同處理?xiàng)l件下，李氏禾根際水體中微生物多樣性的變化

不同處理的多樣性分析研究表明，觀測(cè)微生物的多樣性(OUT 數(shù)目)與Chao1、Shannon(香農(nóng)-維納指數(shù))、Simpson(辛普森多樣性指數(shù))、PD(譜系多樣性指數(shù))分析的多樣性結(jié)果基本一致(圖 1)。污水空白對(duì)照(即第1 d的水樣中未種植李氏禾)中微生物的多樣性最高，對(duì)模擬污水試驗(yàn)處理，3 d后水樣中未種植李氏禾(處理A)的微生物多樣性急劇減少，處理時(shí)間延長(zhǎng)到7或14 d，水樣中的微生物多樣性也沒(méi)有明顯增加。相比之下，種植李氏禾+曝氣處理(處理C)在試驗(yàn)3 d時(shí)，李氏禾根際水體的微生物多樣性最高，種植李氏禾(處理B)與種植李氏禾+缺氧(處理C)中微生物的多樣性指標(biāo)相似。處理時(shí)間延長(zhǎng)到7或14 d時(shí)，單獨(dú)種植李氏禾(處理B)的微生物多樣性逐漸提高，可見(jiàn)隨著曝氣時(shí)間的增加曝氣并未提高李氏禾根際水體微生物多樣性；李氏禾缺氧處理(處理D)的根際微生物多樣性呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢(shì)(圖1)。研究表明，污水中的微生物多樣性在處理的不同時(shí)間段，呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)的變化，可能受污水環(huán)境的多種因素影響，如營(yíng)養(yǎng)鹽、溶氧及植物等。新配制的模擬污水(處理A)中營(yíng)養(yǎng)及氧氣充足，在短時(shí)間內(nèi)污水中會(huì)繁殖大量的微生物，因此在第1天，對(duì)照處理的微生物多樣性最高；隨著污水靜態(tài)放置時(shí)間的延長(zhǎng)，水中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及氧氣被微生物消耗降低，微生物之間產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)，因此微生物的多樣性到第3天顯著降低，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)多樣性增加不明顯。污水中種植李氏禾(處理B)，隨著植物的生長(zhǎng)，根系不斷向水中分泌物質(zhì)，提供了多樣的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)類(lèi)別，進(jìn)而提高污水中微生物的多樣性，微生物群落呈現(xiàn)出功能冗余現(xiàn)象，一類(lèi)微生物因環(huán)境變化消失時(shí)，其功能可由其它微生物取代[4-6]，因此種植李氏禾可提高污水中微生物抵御外界環(huán)境變化的能力，增加降解污水中污染物的潛力。污水中引種李氏禾聯(lián)合曝氣(處理C)時(shí)，李氏禾的根系分泌物以及曝氣會(huì)緩解污水中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的降低，有利于污水中的微生物生長(zhǎng)，到第3天微生物的多樣性最高；隨著時(shí)間的延長(zhǎng)多樣性也逐漸降低，可能是由于曝氣水中的溶氧選擇富集了特異性好氧微生物群落。雖然種植李氏禾+曝氣處理隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，污水中的微生物多樣性降低，但并未影響到TN及COD的去除能力，因此污水中微生物的多樣性與TN和COD的去除無(wú)正相關(guān)性。

表1 不同處理李氏禾對(duì)污水的凈化效果

注：處理時(shí)間為14 d。

Notes:The treatment time was 14 days.

圖1 不同處理對(duì)李氏禾根際微生物多樣性的作用及其隨時(shí)間變化規(guī)律Fig.1 The effect of different treatments on the rhizosphere microbial diversity of Leersia hexandra Swartz and the microbial diversity changing with time

2.3 種植李氏禾、曝氣及缺氧處理對(duì)水體中微生物群落的作用

比較種植李氏禾，李氏禾+曝氣，李氏禾+缺氧3種處理對(duì)污染水體的凈化作用，應(yīng)用PCOA分析不同條件下水體中功能微生物群落組成的差異，PCOA的第一軸解釋了微生物群落組成變化的20.5 %，第二軸解釋了18 %。進(jìn)一步分析結(jié)果表明模擬污水樣品中第1天的微生物群落組成與其它的樣品分開(kāi)，說(shuō)明處理時(shí)間、李氏禾種植及曝氣、缺氧處理影響污染水體中微生物群落的分布。水體中的微生物群落隨著處理時(shí)間的增加，呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)性變化，即3 d與7 d或14 d處理顯著分開(kāi)(圖2)，表明靜態(tài)污水的處理時(shí)間對(duì)微生物群落的影響較大。但是無(wú)論在哪個(gè)處理時(shí)間段，未種植李氏禾與種植李氏禾+缺氧處理的微生物群落組成相似性較高；種植李氏禾與種植李氏禾+曝氣處理的微生物組成更為相似(圖2)。聚類(lèi)分析圖展示的結(jié)果與PCOA分析結(jié)果基本一致(圖3)。種植李氏禾+缺氧處理與靜態(tài)污水相比，雖然種植了李氏禾，但由于在李氏禾根際進(jìn)行了包膜處理，一定程度上阻礙了根系與污水中微生物群落的接觸，因此這兩個(gè)處理中微生物群落的組成更為相似。相比之下，種植李氏禾與種植李氏禾+曝氣處理，李氏禾的根系分泌物可以與污水中的微生物群落相互作用，且兩種處理中均會(huì)增加污水中的溶氧，因此形成了相似的微生物群落組成。

2.4 不同處理?xiàng)l件下，水體中功能微生物群落的種屬組成差異分析

試驗(yàn)?zāi)M的污染水體中的微生物群落在門(mén)的水平上主要屬于變形菌門(mén)(Proteobacteria)，相對(duì)含量約占總微生物組成的50 %；其次是厚壁菌門(mén)(Fermicutes)與擬桿菌門(mén)(Bacteroidetes)，分別約占35 %與10 %；其它的少量微生物屬于放線(xiàn)菌門(mén)(Actinobacteria)及梭桿菌門(mén)(Fusobacteria)。種植李氏禾、李氏禾+曝氣以及李氏禾+缺氧3種處理雖未顯著改變水體中的優(yōu)勢(shì)微生物門(mén)類(lèi)，但優(yōu)勢(shì)微生物的相對(duì)含量發(fā)生了明顯的變化，新增了幾種微生物門(mén)類(lèi)，且隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，呈現(xiàn)出一定的變化趨勢(shì)(圖4)。模擬的污水樣品在靜置3 d后，變形菌門(mén)(Proteobacteria)占絕大部分(約90 %)，隨著靜置時(shí)間的延長(zhǎng)放線(xiàn)菌門(mén)(Actinobacteria)的相對(duì)含量明顯增加。缺氧處理對(duì)污染水體中微生物組成的影響與污染水體的靜置處理變化趨勢(shì)相似。對(duì)比之下，污水中種植李氏禾在3、7、14 d處理中擬桿菌門(mén)(Bacteroidetes)的相對(duì)含量明顯增加，而厚壁菌門(mén)(Fermicutes)相對(duì)含量顯著降低(圖4)。種植李氏禾+曝氣處理中擬桿菌門(mén)(Bacteroidetes)相對(duì)含量增加，厚壁菌門(mén)(Fermicutes)含量降低，同時(shí)曝氣處理有利于疣微菌門(mén)(Verrucomicrobia)的生長(zhǎng)繁殖(圖4)。

圖2 PCOA 分析揭示不同處理對(duì)李氏禾根際微生物群落組成的影響以及微生物群落組成在不同處理時(shí)間的分布變化Fig.2 Effect of different treatments on Leersia hexandra Swartz rhizosphere microbial community composition and the dynamic variation of microbial composition with time displayed by PCOA analysis

圖右側(cè)D-7d表示不同的處理-處理時(shí)間，下同The D-7d in the right of figure meant different treatments-different treatment time，the same was below圖3 不同處理?xiàng)l件下李氏禾根際微生物群落聚類(lèi)分析Fig.3 The cluster analysis of Leersia hexandra Swartz under different treatments

為揭示不同污水處理中發(fā)揮作用的功能微生物屬，通過(guò)Heatmap圖分析比較了種植李氏禾根際微生物的優(yōu)勢(shì)屬，以及種植+曝氣或缺氧處理?xiàng)l件下，李氏禾根際的功能微生物屬差異(圖5)。幾個(gè)處理中的優(yōu)勢(shì)微生物菌屬隨污水處理時(shí)間的延長(zhǎng)，均呈現(xiàn)出動(dòng)態(tài)變化。在模擬污水樣本中鞘氨醇單胞菌屬(Sphingomonas)、乳酸桿菌屬(Lactobacillus)、顫螺菌屬(Oscillospira)、雙歧桿菌屬(Bifidobacterium)以及屬于草酸桿菌科(Oxalobacteraceae)和根瘤菌目(Rhizobiales)的微生物菌屬占優(yōu)勢(shì)地位。靜置3 d后，污水樣品中優(yōu)勢(shì)菌屬變?yōu)榧賳伟鷮?Pseudomonas)、嗜甲基菌屬(Methylotenera)、芽單胞菌屬(Blastomonas)與萊茵海默氏菌屬(Rheinheimera)。隨著時(shí)間延長(zhǎng)到7及14 d時(shí)，黃桿菌屬(Flavobacterium)、噬氫菌屬((Hydrogenophaga)與紅桿菌屬(Rhodobacter)成為最主要的微生物菌屬。與污染水體對(duì)照相比，種植李氏禾的處理到第3天，黃桿菌屬(Flavobacterium)、噬氫菌屬(Hydrogenophaga)、假單胞菌屬(Pseudomonas)與紅桿菌屬(Rhodobacter)即發(fā)展為優(yōu)勢(shì)菌屬，此外海生桿菌屬(Sediminibacterium)、Emticicia以及屬于叢毛單胞菌科(Comamonadaceae)、赤桿菌科(Erythrobacteraceae)、醋酸桿菌科(Acetobacteraceace)與鞘脂桿菌目(Sphingobacteriales)的微生物發(fā)展為優(yōu)勢(shì)菌屬(圖5)。種植李氏禾+曝氣處理中優(yōu)勢(shì)微生物菌屬與單獨(dú)種植李氏禾處理相似，曝氣處理新增優(yōu)勢(shì)微生物為新鞘氨醇桿菌屬(Novosphingobium)與蒼黃桿菌屬(Luteolibacter)的微生物。種植李氏禾+缺氧處理到3 d時(shí)，假單胞菌屬(Pseudomonas)微生物為豐度最高的菌屬；7或14 d時(shí)，黃桿菌屬(Flavobacterium)與紅桿菌屬(Rhodobacter)均為優(yōu)勢(shì)菌屬；此外，軍團(tuán)桿菌科(Legionellaceae)中的菌屬為缺氧處理中特有的優(yōu)勢(shì)微生物。

圖4 不同處理?xiàng)l件下李氏禾根際微生物群落組成差異(門(mén)水平)Fig.4 The microbial community composition differences (phylum level) of waterweed (Leersia hexandra Swartz) rhizosphere under different treatments

通過(guò)箱式圖分析不同處理?xiàng)l件下，微生物在種水平上的差異及優(yōu)勢(shì)菌種。模擬污水的處理中，運(yùn)動(dòng)嗜甲基菌(Methyloteneramobilis)以及噬氫菌屬(Hydrogenophaga)、鞘氨醇單胞菌屬(Sphingomonas)與芽單胞菌屬(Blastomonas)中不可培養(yǎng)的微生物為優(yōu)勢(shì)菌種。種植李氏禾的處理中，不可培養(yǎng)的微生物占優(yōu)勢(shì)，它們分屬于噬氫菌屬(Hydrogenophaga)、乳酸桿菌屬(Lactobacillus)、紅桿菌屬(Rhodobacter)、海生桿菌屬(Sediminibacterium)及赤桿菌科(Erythrobacteraceae)；種植李氏禾+曝氣與單獨(dú)種植李氏禾處理的優(yōu)勢(shì)微生物菌種相似，叢毛單胞菌科(Comamonadaceae)與噬氫菌屬(Hydrogenophaga)中不可培養(yǎng)微生物占優(yōu)勢(shì)地位。表明其他的未知的菌種在污水處理過(guò)程中也發(fā)揮著重要的功能。

3 討 論

靜態(tài)污水、種植李氏禾、種植李氏禾+曝氣和種植李氏禾+缺氧處理中的微生物群落組成，在處理的不同時(shí)間段呈動(dòng)態(tài)變化，這受環(huán)境的多種因素影響，如營(yíng)養(yǎng)鹽、溶氧和植物生長(zhǎng)等。但各個(gè)處理均未顯著改變水體中的優(yōu)勢(shì)微生物門(mén)類(lèi)，通過(guò)高通量分析根際微生物群落組成在門(mén)水平上的組成顯示，無(wú)論在哪個(gè)處理中變形菌門(mén)(Proteobacteria)的微生物均占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，是污水處理的優(yōu)勢(shì)菌種，這與污水處理廠中微生物群落的研究相似，通過(guò)功能基因芯片對(duì)污水處理廠中的功能基因及其與凈水關(guān)系的研究發(fā)現(xiàn)變形菌門(mén)(Proteobacteria)的微生物是污水處理廠中最重要的功能微生物[8]，還有研究表明屬于鞘脂桿菌門(mén)(Sphingobacteria)，黃桿菌門(mén)(Flavobacteria)和變形菌門(mén)(Proteobacteria)的微生物在污水凈化中也起著重要作用[9]。種植李氏禾、種植李氏禾+曝氣處理中，隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，擬桿菌門(mén)(Bacteroidetes)相對(duì)含量增加，有研究顯示在污水處理中檢測(cè)到大量的放線(xiàn)菌門(mén)(Actinobacteria)、厚壁菌門(mén)(Firmicutes)與擬桿菌門(mén)(Bacteroidetes)[10-11]的微生物。而幾種處理中的優(yōu)勢(shì)微生物菌屬隨污水處理時(shí)間的延長(zhǎng)，均呈現(xiàn)出動(dòng)態(tài)變化。與污染水體對(duì)照相比，種植李氏禾處理中，赤桿菌科(Erythrobacteraceae)、醋酸桿菌科(Acetobacteraceace)與鞘脂桿菌目(Sphingobacteriales)的菌屬發(fā)展為優(yōu)勢(shì)菌屬。研究表明赤桿菌科(Erythrobacteraceae)中的微生物為好氧異養(yǎng)生長(zhǎng)，普遍可利用葡萄糖、乙酸鹽、丙酮酸鹽以及谷氨酸鹽為唯一碳源，具有降解烴類(lèi)、芳香族以及鹵化物等有機(jī)污染物的能力，因此可在水體生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)和能量代謝過(guò)程中發(fā)揮作用[12]。在脫氮的生物反應(yīng)器以及低濃度氯處理的再生水中，發(fā)現(xiàn)海生桿菌屬(Sediminibacterium)為優(yōu)勢(shì)菌屬；而在高濃度氯處理的再生水中鞘脂桿菌目(Sphingobacteriales)的微生物為優(yōu)勢(shì)微生物，表明這兩類(lèi)菌具有一定的抗氯能力[13-14]。Emticicia在水體及土壤中均有存在，報(bào)道顯示此菌屬為嚴(yán)格好氧菌，其中個(gè)別菌種具有水解淀粉能力[15]。種植李氏禾+曝氣處理中新增優(yōu)勢(shì)微生物為新鞘氨醇桿菌屬(Novosphingobium)與蒼黃桿菌屬(Luteolibacter)的微生物。新鞘氨醇桿菌屬(Novosphingobium)微生物參與有機(jī)污染物如多環(huán)芳烴、苯酚類(lèi)、雌激素等的降解[16-18]。據(jù)報(bào)道蒼黃桿菌屬(Luteolibacter)微生物在護(hù)城河底泥中是豐度最高的微生物，此屬的菌種可利用葡萄糖、麥芽糖、甘露糖等碳源生長(zhǎng)，具有水解木聚糖能力[19-20]。表明種植李氏禾以及種植李氏禾+曝氣處理有利于一些碳循環(huán)相關(guān)的微生物的生長(zhǎng)繁殖，而且富集了一些具有有機(jī)污染物降解能力的微生物類(lèi)群，因此種植李氏禾+曝氣處理在實(shí)踐應(yīng)用中有望處理COD、有機(jī)污染物含量高的污水。種植李氏禾+缺氧處理到3 d時(shí)，假單胞菌屬(Pseudomonas)微生物為豐度最高的菌屬；7或14 d時(shí)，黃桿菌屬(Flavobacterium)與紅桿菌屬(Rhodobacter)均為優(yōu)勢(shì)菌屬；此外，軍團(tuán)桿菌科(Legionellaceae)中的菌屬為缺氧處理中特有的優(yōu)勢(shì)微生物。有報(bào)道表明假單胞菌屬(Pseudomonas)、黃桿菌屬(Flavobacterium)中的微生物是極為重要的解磷菌，紅桿菌屬(Rhodobacter)中的微生物具有較強(qiáng)的攝磷能力[21-23]，由此解釋了在種植李氏禾+缺氧處理總磷去除能力較高的原因。

橫坐標(biāo)軸上表示不同的處理-處理時(shí)間，下同The A-1d of abscissa axis meant different treatments-different treatment time, the same as below圖5 不同處理中李氏禾根際的優(yōu)勢(shì)微生物差異(屬水平)Fig.5 The abundant genus differences with different treatments of Leersia hexandra Swartz rhizosphere(genus level)

圖6 不同處理中李氏禾根際優(yōu)勢(shì)種相對(duì)含量的差異(種水平)Fig.6 The predominant species with different treatments of Leersia hexandra Swartz rhizosphere (species level)

4 結(jié) 論

高通量分析結(jié)果顯示污水中的微生物多樣性與污水的凈化無(wú)明顯正相關(guān)性，種植李氏禾+缺氧處理的微生物群落組成與靜態(tài)污水對(duì)照相聚集在一起，相識(shí)度較高，而種植李氏禾與種植李氏禾+曝氣處理相似度較高。種植李氏禾+曝氣處理有利于碳循環(huán)相關(guān)的微生物生長(zhǎng)如叢毛單胞菌科(Comamonadaceae)、赤桿菌科(Erythrobacteraceae)、海生桿菌屬(Sediminibacterium)、Emticicia屬、新鞘氨醇桿菌屬(Novosphingobium)與蒼黃桿菌屬(Luteolibacter)的微生物，促進(jìn)COD的去除。種植李氏禾+缺氧處理富集解磷功能菌屬如假單胞菌屬(Pseudomonas)、黃桿菌屬(Flavobacterium)和紅桿菌屬(Rhodobacter)占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，有利于磷源的去除。