Page 172 - 《精细化工》2023年第1期
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·164·                             精细化工   FINE CHEMICALS                                 第 40 卷

            制阳极液固定进水 COD 为 780 mg/L，通过改变不                      说明产生新的物种数量逐渐减少，即此测序数量合
            同质量浓度的 NH 4Cl 进行 C/N 的调节，分别取 NH 4Cl                理且覆盖度高。
            质量浓度为 149、191、298、596 mg/L，因此，进                        不同 C/N 进水阴极微生物 Alpha 多样性指数如
                   +
            水 NH 4 -N 质量浓度依次为 39、50、78 和 156 mg/L，             表 1 所示，其中，G1、F1、E1、H1 分别对应 C/N
            所对应的 C/N 为 20、15.6、10、5。每个工况下进                     为 5、10、15.6、20 的阴极微生物样本。其中，Sobs
            行若干周期以确保 MFC 启动成功。                                 指数是实际观察到的 OTU 数量；Shannon、Simpson
                                                               指数主要用来衡量样本的多样性情况，其中，

                                                               Shannon 数值越大代表物种的多样性越大，Simpson
                                                               指数则相反     [13] ；Ace、Chao 指数主要用来衡量物种
                                                                                                  [14]
                                                               的丰富度，指数越大代表物质的丰富度越高 ；Coverage
                                                               指数主要用来检测测序对于物种的覆盖度。





                     图 1  MFC 实验装置及流程示意图
               Fig. 1    Flow chart of MFC experimental equipment

            1.4   分析方法
                 在 MFC 成功启动后所运行的一个周期结束时，
            吸取反应室内的好氧颗粒污泥样本置于离心管，经
            过离心后放入冷藏柜中冰存，所有样本采用干冰保

            存运输至美吉生物（上海）医药科技有限公司。使                                 图 2   不同 C/N 进水阴极微生物样品稀释曲线
            用 DNeasy PowerSoil Pro Kit（QIAGEN USA）DNA          Fig. 2    Dilution curves of cathode microbial samples with
                                                                     different C/N influents
            提取试剂盒提取 0.5 g 样品（干重），再用 Nano Drop
            2000 超微量分光光度计（美国赛默飞世尔科技公司）                           表 1   不同 C/N 进水条件下阴极微生物样性指数表
            进行 DNA 纯度和浓度检测。DNA 完整性检测方法：                        Table 1    Microbial-like index table under different C/N influent
                                                                      conditions
            质量分数为 1%的琼脂糖凝胶电泳，电压 5 V/cm，
                                                                            多样性             丰富度
            时间为 20 min   [12] 。PCR 扩增选择 16S rRNA 基因的           样品 Sobs                                 Coverage
                                                                        Shannon Simpson  Ace    Chao
            可变区 V3~V4 构建用于 MiSeq 测序的细菌群落文
                                                                G1  694  3.7151  0.0912  891.5351  893.1053 0.9959
            库，上游引物 338F：ACTCCTACGGGAGGCAGCAG；
                                                                F1  744  3.9763  0.0670  983.8382  989.0792 0.9948
            下游引物 806R：GGACTACHVGGGTWTCTAAT。                     E1  782  4.1714  0.0625  1030.5930 1061.1250 0.9941
            利用 Illumina 公司的 Miseq PE300 平台进行测序         [12] 。   H1  732  4.2671  0.0414  967.1306 1016.8880 0.9951

            2   结果与讨论                                              由表 1 可知，本次检测的 Coverage 指数均超过
                                                               0.99，说明微生物群落结构信息被完全包括。E1 组
            2.1    微生物多样性分析                                    Sobs 指数最大，说明在 C/N=15.6 的进水条件下阴
                 稀释曲线可以反映微生物群落在不同测序量下                          极微生物中实际观测到的 OTU 数量最多，Ace 和
            的多样性，不同阳极样本的稀释曲线变化情况如图                             Chao 指数均说明物种的丰富度最大。H1 组 Shannon
            2 所示，其中操作分类单元（OTU）是在了解一个                           指数最大、Simpson 指数最小，说明在 C/N=20 的进
            样本测序结果中的菌种、菌属等数目信息时，将序                             水条件下物种的多样性最大；此外，G1 组 Shannon
            列进行聚类，通过聚类操作，将序列按照彼此的相                             指数最小、Simpson 指数最大，则说明在 C/N=5 的
            似性分归为不同的小组。可根据不同的相似度水平，                            进水下物种的多样性最小。这是因为，在高 NH 4 质
                                                                                                          +
            对所有序列进行 OTU 划分，本实验是对 97%相似水                        量浓度条件下好氧颗粒污泥培养出了更多的专性功
            平下的 OTU 进行生物信息统计分析。根据曲线是否                          能菌，也有报道称 NH 4 对微生物群落会产生细胞毒
                                                                                   +
            达到平缓来判断本次测序数据量的合理性。                                性影响   [15] ，一方面，细胞质的酶活性可能受到非解
                 由图 2 可以看出，不同的 C/N 进水条件下阴极                     离 NH 3 的有害影响；另一方面，疏水 NH 3 分子会被
                                                                                                     +
            微生物样本在测序数量较小时，OTU 数量迅速增                            动扩散到细胞内，然后在细胞内转化为 NH 4 ，而 NH 4               +
            加，随着测序数量的增加 OTU 数量逐渐趋于平缓，                          的积累会改变细胞内的 pH，导致对细胞正常生长的
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