Metagenomic analyses reveal nitrogen metabolism responses to copper and chromium contamination in sludge-based microbial communities

Β-变形菌 环境化学 变形菌纲 γ蛋白杆菌 化学 氨单加氧酶 氮气循环 α蛋白细菌 基因组 微生物种群生物学 硝化作用 生物 氮气 生物化学 细菌 放线菌门 16S核糖体RNA 遗传学 有机化学 基因
作者
Leilei Fan,Fu‐Lin Sun,Zhihao Yang
出处
期刊:Journal of water process engineering [Elsevier]
卷期号:49: 102951-102951 被引量:9
标识
DOI:10.1016/j.jwpe.2022.102951
摘要

In this study, we used metagenomic sequencing to explore the effects of chromium (Cr) and copper (Cu) on microbial communities and function by analyzing pathway of nitrogen metabolism based on KEGG annotation. High concentrations of Cr (VI) and Cu (II) reduced the removal efficiency of total nitrogen and ammonium in the system. Metagenomic analyses showed that the taxonomic composition of nitrogen metabolism-associated microorganisms (NMAM) was mainly composed of Betaproteobacteria, Alphaproteobacteria, Gammaproteobacteria, Sphingobacteria, Deltaproteobacteria, Flavobacteria and Nitrospira. Different concentrations of Cr (VI) and Cu (II) led to great changes in NMAM in activated sludge and enriched dominant microbes, respectively, suggesting specific response strategies in microbial communities. NMDS (Non-metric multidimensional scaling) analyses revealed the impact of different Cr (VI) and Cu (II) concentrations on NMAM β diversity, and indicated that Cr (VI) treatment induced greater variations in NMAM communities than Cu (II). We also identified a significant association (p < 0.05) between enzymes of nitrogen metabolism pathway and corresponding NMAM. This study revealed that under Cu (II) and Cr (VI) stress, the sludge nitrification pathway was inhibited, especially for ammonia monooxygenase and hydroxylamine dehydrogenase. These combined effects led to a decrease in sludge efficiency for nitrogen removal. These findings underscore the influence of heavy metals in water treatment.
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