红树林湿地厌氧氨氧化（Anammox）和亚硝酸盐依赖型厌氧甲烷氧化（N-DAMO）微生物的富集培养

发布时间：2020-08-16 20:23

【摘要】：亚硝酸盐在厌氧条件下可以作为甲烷和铵盐氧化的电子受体,以铵盐为电子供体的厌氧氨氧化和以甲烷为电子供体的反硝化厌氧甲烷氧化是红树林中新发现的碳氮循环过程。N-DAMO和Anammox菌分别归属于NC10门菌和浮霉菌门,在厌氧条件下通过氧化甲烷和铵盐来还原亚硝酸盐进行反硝化过程。Anammox和N-DAMO过程的发现极大的丰富了我们对生物地球循环的了解。由于Anammox和N-DAMO细菌独特的生理特点,在污水处理领域受到极大的关注。然而,由于Anammox和N-DAMO菌不可培养的特性以及生长缓慢的特点,要获得其富集培养物十分困难。目前,针对N-DAMO和Anammox的富集培养接种物主要来源于淡水和海洋沉积物,红树林沉积物作为接种物进而获得富集物还没被报道过。本论文以福建漳江口红树林来源的沉积物作为接种物进行N-DAMO和Anammox菌的富集培养,主要研究内容如下:1.以红树林湿地沉积物作为接种物,采用序批式反应器,添加甲烷和亚硝酸盐富集N-DAMO细菌,富集时间为420天。a)活性检测结果表明反应器中异养反硝化活性持续下降,亚硝态氮转化率目前稳定在1.28 mg N/L/day,但仍没有表现出明显的N-DAMO活性。b)系统发育分析和qPCR等结果表明,培养物中仅主要存在NC10门菌中的group B和group E序列,没有检测到group A序列,NC10门菌16S rRNA 基因丰度为 3.36×1O5 copies/g dry soil。富集 N-DAMO 细菌过程中,Anammox菌也同时得到了富集,hzsB基因丰度为3.18×108 copies/g dry soil,与原位样品相比增加了一个数量级。微生物多样性测序表明Anammox菌占总菌比例约为10%,且与海洋类Anammox菌Candidatus Scalindua属最为相似。通过对异养反硝化菌nosZ基因定量分析可知,nosZ基因丰度为6.38×1010 copies/g dry soil,呈现出下降趋势。2.以红树林湿地沉积物作为接种物,采用序批式反应器,添加甲烷、亚硝酸盐和铵盐同时富集N-DAMO细菌和Anammox菌,富集时间为420天。a)活性检测结果表明反应器中异养反硝化活性前期十分活跃,而后活性持续下降。但反应器仍没有表现出明显的N-DAMO活性;添加铵盐后,反应器中亚硝态氮和铵态氮转化率上升明显,亚硝态氮最大转化速率为16.93mgN/L/day,铵态氮最大转化速率为12.92mgN/L/day。且亚硝态氮和铵态氮转化率之比接近Anammox理论化学计量比1.146,由此推测Anammox介导了该反硝化过程。b)系统发育和qPCR等技术分析表明,培养物中的NC10门菌16S rRNA序列主要归属于group B和group E,没有检测到group A序列,NC10门菌16S rRNA 基因丰度为 4.21 ×lO5 copies/g dry soil。Anammox菌h s 基因丰度为2.25×109copies/gdry soil,与原位样品相比增加了两个数量级。微生物多样性测序表明Anammox菌占总菌比例约为52%,且与海洋类Anammox菌CandidatusScalindua属最为相似。通过对异养反硝化菌nosZ基因定量分析可知,nosZ基因丰度为6.50×1010 copies/gdrysoil,铵盐的添加并没有显著提高异养反硝化菌的数量。
【学位授予单位】：厦门大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X703;X172
【图文】：

第一章前言逦逡逑２００６年，Ｒａｇｈｏｅｂａｒｓｉｎｇ等人在Ｎａｔｕｒｅ杂志上首次报道获得了甲q<氧化和逡逑化相偶联的富集物，这种富集物由古菌和细菌组成。亚硝酸盐作为电子受逡逑件下，可以富集得到细菌作为主导的反硝化厌氧甲烷氧化富集物。富集物中逡逑菌具有亚硝酸盐还原和甲烷厌氧氧化偶联的功能［３８］，系统分类上归属于逡逑门菌。在添加硝酸盐条件下，富集物中的古菌将硝酸盐还原成亚硝酸盐，逡逑中伴随着甲烷的厌氧氧化［３（），３１，３９］。从目前的研究来看，这种古菌在系统分类逡逑于ＡＮＭＥ－２ｄ分支。逡逑

的Ｎ－ＤＡＭＯ细菌。Ｍｏｊｔｙ／ｍ？菌是一类嗜温的棒状细菌（富集温度２５－３０°Ｃ），逡逑长０．８到ｌ．ｌ＾ｉｒｎ，直径仅为０．２到０．５｜－ｉｍ，分类上属于革兰氏阴性菌［３８］。Ｍｃｗｔｙ／ｅｒａ逡逑菌超微结构见图１．４。这种反硝化甲烷厌氧氧化细菌具有独特的甲烷单加氧酶逡逑（ｐＭＭＯ）。菌的甲烷氧化方式与好氧加氧氧化菌的有氧途径相类似。逡逑基因是甲烷氧化过程中的一个关键基因，好氧甲烷氧化的引物扩增逡逑不出来自Ｎ－ＤＡＭＯ细菌的／ｗｔｏｙｌ基因，研究表明传统（反向引物与Ｎ－ＤＡＭＯ逡逑细菌的基因存在错配［４３］。基因通常与ＮＣ１０门菌１６Ｓ邋ｒＲＮＡ序列作逡逑为分子标记物，来研宄ＮＣ１０门菌的多样性和系统发育。逡逑图１．４逦菌超微结构透射电镜图，标尺：５００邋ｎｍ邋（Ｗｕ邋ｅｔ邋ａｌ．，邋２０１２）逡逑Ｆｉｇ邋１．４邋Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ邋ｅｌｅｃｔｒｏｎ邋ｍｉｃｒｏｇｒａｐｈｓ邋ｏｆ邋Ｍ．ｏｘｙｆｅｒａ邋ｃｅｌｌ．逡逑Ｔｈｅ邋ｓｃａｌｅ邋ｂａｒ＝５００邋ｎｍ邋（Ｗｕ邋ｅｔ邋ａｌ”邋２０１２）逡逑在２０１６年，浙江大学胡宝兰教授研宄团队利用淡水来源的沉积物富集并得逡逑到了一个新的归属于ＮＣ１０门的Ｎ－ＤＡＭＯ细菌“ＡＯＷｃａ”［４４］。根据报道，Ｍ＾ｎ／ｃａ逡逑在生理生化，尤其是细胞形态上与Ｍｏｇ／ｅｒａ差异显著。这是目前己知的两个逡逑Ｎ－ＤＡＭＯ细菌。如图１．５所示

的Ｎ－ＤＡＭＯ细菌。Ｍｏｊｔｙ／ｍ？菌是一类嗜温的棒状细菌（富集温度２５－３０°Ｃ），逡逑长０．８到ｌ．ｌ＾ｉｒｎ，直径仅为０．２到０．５｜－ｉｍ，分类上属于革兰氏阴性菌［３８］。Ｍｃｗｔｙ／ｅｒａ逡逑菌超微结构见图１．４。这种反硝化甲烷厌氧氧化细菌具有独特的甲烷单加氧酶逡逑（ｐＭＭＯ）。菌的甲烷氧化方式与好氧加氧氧化菌的有氧途径相类似。逡逑基因是甲烷氧化过程中的一个关键基因，好氧甲烷氧化的引物扩增逡逑不出来自Ｎ－ＤＡＭＯ细菌的／ｗｔｏｙｌ基因，研究表明传统（反向引物与Ｎ－ＤＡＭＯ逡逑细菌的基因存在错配［４３］。基因通常与ＮＣ１０门菌１６Ｓ邋ｒＲＮＡ序列作逡逑为分子标记物，来研宄ＮＣ１０门菌的多样性和系统发育。逡逑图１．４逦菌超微结构透射电镜图，标尺：５００邋ｎｍ邋（Ｗｕ邋ｅｔ邋ａｌ．，邋２０１２）逡逑Ｆｉｇ邋１．４邋Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ邋ｅｌｅｃｔｒｏｎ邋ｍｉｃｒｏｇｒａｐｈｓ邋ｏｆ邋Ｍ．ｏｘｙｆｅｒａ邋ｃｅｌｌ．逡逑Ｔｈｅ邋ｓｃａｌｅ邋ｂａｒ＝５００邋ｎｍ邋（Ｗｕ邋ｅｔ邋ａｌ”邋２０１２）逡逑在２０１６年，浙江大学胡宝兰教授研宄团队利用淡水来源的沉积物富集并得逡逑到了一个新的归属于ＮＣ１０门的Ｎ－ＤＡＭＯ细菌“ＡＯＷｃａ”［４４］。根据报道，Ｍ＾ｎ／ｃａ逡逑在生理生化，尤其是细胞形态上与Ｍｏｇ／ｅｒａ差异显著。这是目前己知的两个逡逑Ｎ－ＤＡＭＯ细菌。如图１．５所示

【参考文献】

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本文编号：2794897