環(huán)境變化是怎樣影響微生物的種群結(jié)構(gòu)和功能的呢？

宏觀生物學(xué)的一個(gè)經(jīng)典觀點(diǎn)是認(rèn)為群落受到擾動(dòng)時(shí)，能有一定的適應(yīng)力，但到達(dá)某個(gè)臨界點(diǎn)之后，系統(tǒng)會(huì)進(jìn)入新的平衡態(tài)，

一些研究已經(jīng)顯示，雖然群落組成變了，但它們可以執(zhí)行大部分相同的代謝路徑，所以系統(tǒng)的功能沒(méi)有受到太多影響。但這些不同的群落組合有多穩(wěn)定，以及有什么原因會(huì)導(dǎo)致它們的轉(zhuǎn)變呢？學(xué)界對(duì)這方面還知之甚少。

污水廠依靠各種細(xì)菌來(lái)凈化污水。污水廠的運(yùn)行團(tuán)隊(duì)都希望有穩(wěn)定的環(huán)境條件，這樣能保證廠區(qū)運(yùn)行和出水質(zhì)量的穩(wěn)定。

2021年10月，學(xué)術(shù)期刊Microbiome發(fā)表香港大學(xué)張彤教授團(tuán)隊(duì)的相關(guān)研究成果，他們對(duì)香港的沙田污水處理廠進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)9年的跟蹤研究，他們的研究成果進(jìn)一步加深了我們對(duì)活性污泥微生物群落演變的認(rèn)識(shí)。

萬(wàn)變的菌群，不變的出水

在環(huán)境工程師眼中，活性污泥法是一個(gè)百年傳奇，但該研究的都已經(jīng)研究透了，沒(méi)什么新鮮事可以挖掘的了。但對(duì)于微生物學(xué)家來(lái)的，這是一個(gè)剛發(fā)現(xiàn)的寶藏，一個(gè)未解之謎。

運(yùn)營(yíng)污水廠的人肯定希望有更快更好更便宜的方法來(lái)凈化污水，而微生物生態(tài)學(xué)，也許就是幫助他們實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)的關(guān)鍵。

只有了解更多，才能更好地設(shè)計(jì)和優(yōu)化污水處理生物工藝。

香港大學(xué)張彤教授的團(tuán)隊(duì)在2007年6月到2015年 12月期間，每個(gè)月都會(huì)在香港沙田污水處理廠采集活性污泥的樣本。他們想看看，復(fù)雜的活性污泥微生物群落，在這么長(zhǎng)的時(shí)間跨度內(nèi)，在經(jīng)歷各種環(huán)境條件的變動(dòng)時(shí)，這個(gè)系統(tǒng)是怎么演變的。

沙田污水廠

他們的研究對(duì)象——沙田污水廠和其他污水廠有點(diǎn)不同。原因是香港有大約 80%的居民使用海水沖廁，因此沙田污水廠處理的污水屬于含鹽廢水，海水含量約30%。

這個(gè)污水處理廠當(dāng)時(shí)受到季節(jié)性泡沫問(wèn)題的困擾，從2009年12月下旬開始，當(dāng)?shù)氐墓こ處焾F(tuán)隊(duì)進(jìn)行試驗(yàn)，往污水里投加漂白劑溶液(次氯酸鈉，濃度為1–3 g Cl2/kg MLSS/天)。試驗(yàn)結(jié)果顯示漂白劑有效地緩解了生物泡沫的發(fā)生。

分析結(jié)果

他們的跟蹤研究發(fā)現(xiàn)，這個(gè)污水廠的活性污泥工藝系統(tǒng)在前三年，微生物群落在一個(gè)穩(wěn)定的平均值范圍內(nèi)變動(dòng)，但漂白劑試驗(yàn)使微生物群落結(jié)構(gòu)突然轉(zhuǎn)入另一種穩(wěn)定狀態(tài)。

雖然分類組成在受到干擾后迅速轉(zhuǎn)變?yōu)樾聽顟B(tài)，但群落的代謝特征和系統(tǒng)性能仍然非常穩(wěn)定。

微生物群落的動(dòng)態(tài)分析還揭示了在不同時(shí)期由不同菌群主導(dǎo)的微生物群落組合，研究團(tuán)隊(duì)還制作了下邊這一系列的可視化圖片幫助讀者了解群落變化的過(guò)程。

研究的意義

看完上面的數(shù)據(jù)結(jié)果，大家可能會(huì)追問(wèn)：那這些結(jié)果對(duì)污水廠有什么用呢？

原文作者只表示他們的研究再次印證了，高度相似的環(huán)境條件可以支持不同的微生物群落，而這些微生物群落隨著時(shí)間的推移保持相對(duì)穩(wěn)定，并且在細(xì)胞層面執(zhí)行相同的基本功能。

另外他們也指出，這次研究考察的污水廠是一個(gè)很特別的咸水生態(tài)系統(tǒng)。在未來(lái)的研究里，他們想探究其他污水廠的情況會(huì)如何。

而在小編看來(lái)，這個(gè)研究非常直觀地讓大家看到宏基因組學(xué)在污水處理領(lǐng)域的應(yīng)用前景，它能幫助污水工程師從一個(gè)新的維度重新了解污水廠。

可能未來(lái)的某年某月某日，工程師和微生物學(xué)家眼中的活性污泥法將是一個(gè)統(tǒng)一的畫面。

參考資料

1.https://microbiomejournal.biomedcentral.com/articles/10.1186/s40168-021-01151-5#Sec11

2.https://mp.weixin.qq.com/s/ZFaFZAJZVH8TD29Pdh90Kg

3.https://microbiomejournal.biomedcentral.com/track/pdf/10.1186/s40168-021-01151-5.pdf

4..hk/TC/HTML/20512.html

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