Page 189 - 《精细化工》2020年第2期

第 2 期 张泽玺，等: 电-生物耦合技术降解中药提取废水及微生物群落分析 ·391·

中药提取废水具有较强的抗冲击负荷能力。10 V 下 Chao 指数与微生物群落丰度呈正相关关系，A 的
HRT 为 24 h 动态实验的 COD 去除率为 82.83%± Chao 指数大于 B，说明阴极板附近生物膜细菌群落
1.76%，同样电压下静态实验较动态实验 COD 去除 更加丰富。Shannon 和 Simpson 指数是生态学上用
率提高 16.14%，有机物与微生物接触更加充分可能 于表征微生物群落多样性的指数，Shannon 指数越
是 COD 去除率提高的主要原因。实际工程应用多采 高，群落多样性越高 [31] ，Simpson 指数越小，菌落
用动态进水模式，考虑建设成本，确定 HRT 为 24 h 越复杂，A 的群落多样性高于 B，这在 Simpson 指
适宜。 数中也得到证明。Coverge 为测序深度指数，代表样
2.3 高通量测序结果分析 品文库覆盖率，数值越高，则样品中序列被测出的
2.3.1 微生物群落多样性 概率越高，反映测试结果是否代表样品微生物的真
经 PCR 和高通量测序后，2 个生物膜样品（A、 实情况。A、B 样品的 Coverge 指数均大于 0.99，反
B）的有效序列数分别为 54895 和 40190，在 97%的 映了样品微生物的真实情况。
相似度水平上对有效序列归类 OTU，A、B 样品的
OTU 数量分别为 1061 和 452，A 样品 OTU 数量较
高，代表着 A 样品具有较多的微生物种类。本研究
共获得阴阳极板附近细菌群落 29 门、54 纲、119 目、
219 科、413 属。
A 和 B 样品 Good's coverage 指数均大于 99%，
说明测序获取了绝大多数样本信息。通过绘制 OTU
稀释曲线（图 4），在 97%相似性水平上发现 A、B
样品在序列数分别大于 50000 和 30000 后趋于平坦，
基本达到饱和，说明测序能够反映阴阳极板附近微

生物群落的多样性。A、B 样品的丰富度和多样性指 图 4 OTU 稀释曲线
数见表 1。Chao 指数能衡量微生物群落的丰度 [30] ， Fig. 4 Rarefaction curves of OTU

表 1 阴阳极板附近生物膜的 16S rRNA 序列、丰富度及多样性
Table 1 16S rRNA sequence, abundance and diversity of biofilms near cathode and anode plates
样品 序列数 OUT 数量 门 纲 目 科 属 Chao Shannon Simpson Coverge
A 54895 1061 29 54 116 216 403 1185 4.91 0.0281 0.99665
B 40190 452 21 29 57 106 209 567 2.92 0.1581 0.99701

2.3.2 阴阳极板附近微生物群落结构变化 主要菌落构成有变形菌门（Proteobacteria）、拟
阴阳极板附近生物膜在门水平上的细菌群落堆 杆菌门（Bacteroidetes）、厚壁菌门（Firmicutes）、
积柱状图如图 5 所示。 绿弯菌门（Chloroflexi）和 Epsilonbacteraeota，5 个
菌门在 A、B 样品中的相对丰度分别达到 94.82%和
99.53%。变形菌门和拟杆菌门在 A、B 样品中相对
丰度分别达到 50.28%、32.87%和 72.19%、9.58%，
厚壁菌门在 A、B 样品中相对丰度分别为 9.19%和
4.20%。
根据图 5 可知，阴阳两极板附近生物膜在门水
平上相对丰度存在差异。厚壁菌门、绿弯菌门和拟
杆菌门在反应器中相对丰度高低为 A>B；变形菌门
在反应器中相对丰度高低为 A<B；Epsilonbacteraeota
在 B 样品中相对丰度达到 13.43%，而在 A 样品中
相对丰度仅为 0.22%。

对门水平上相对丰度占比最高的变形菌门在纲
图 5 样品中门水平细菌群落结构及分布
Fig. 5 Bacterial community structure and distribution of 水平上的分布特征进一步分析。A、B 样品中变形菌
the samples at phylum level 门的组成主要有 4 个纲（图 6），分别为 α-变形菌纲