石油烃降解产甲烷过程中的厌氧细菌分离与鉴定

发布时间：2020-06-15 08:27

【摘要】：原油是我国主要的能源和化工原料,但超过2/3的原油残留在地下无法被有效开采。利用厌氧微生物,将残余原油转变为甲烷进行“生物气”开采,是近年国内外研究的前沿课题。石油烃作为原油的主要组分,其产甲烷降解过程是个多重互营代谢反应(包括石油烃的起始降解、中间代谢产物脂肪酸的氧化等),需要不同功能类型的细菌和产甲烷古菌的参与才能完成。互营代谢是石油烃降解产甲烷过程的限速步骤,由于互营微生物分离培养的难度极大,目前多采用未培养的微生物分子生态学手段,研究石油烃降解产甲烷过程中的功能微生物和产甲烷途径,但是互营烃降解菌等纯培养物的缺失,已经成为限制我们深入了解厌氧烃降解分子机理的“绊脚石”。传统互营菌分离技术的分离通量低,而且采用先富集培养,后分离的策略,难以定向分离。本文提出了先分开后培养的新思路,并据此开发出一种多孔板高通量分离技术。利用课题组多年富集的石油烃降解产甲烷菌系为接种物,分离石油烃降解产甲烷过程中的互营微生物等功能菌。取得的结果如下:(1)证实了不同温度条件下(25-55℃)的石油烃降解产甲烷菌系都具有互营短链脂肪酸(VFAs:甲酸、乙酸、丙酸、丁酸)的降解代谢能力;不同温度和VFA富集获得的优势互营菌群不同,高温条件下获得的优势互营菌群主要有Tepidanaerobacter、Thermosyntropha、Thermotoga和Pelotomaculum,中温条件下获得的已知互营菌群为Tepidanaerobacter,低温条件下获得的优势互营菌群主要为Syntrophomonas。此外,通过VFAs富集培养,还发现了大量未培养微生物。(2)分离获得厌氧菌265株,其中分类地位明确的菌株共142株,分布于12个科13个属,包含具有互营乳酸代谢功能的Thermodesulfovibrio yellowstonii 11株。剩余123株代表潜在新物种18个(16S rRNA基因相似度97%)。(3)鉴定了一株来源于高温互营烃降解产甲烷菌系SK的厌氧发酵细菌SK-Y3~T,革兰氏阳性,产芽孢的弯杆状细菌。最适生长条件为0%NaCl、50℃和pH 7.0。利用木聚糖时产生木糖。主要的细胞脂肪酸为C_(15:0) iso,C_(15:0) anteiso和C_(17:0) iso;基因组DNA G+C mol%为37.2%。根据生理生化和分子遗传学特征,提出新属新种Petroclostridium xylanilyticum gen.nov.sp.nov。依据SK-Y3~T全基因组测序和分析,将clostrdial cluster III划分为4个新属(Thermoclostridium gen.nov.、Hungateiclostridium gen.nov.、Ruminiclostridium gen.nov.、Pseudoclostridium gen.nov.和Petroclostridium gen.nov.),并与Petroclostridium xylanilyticum gen.nov.一起,被归到一个新科Hungateclostridiaceae fam.nov.。(4)鉴定了一株来源于高温互营烃降解产甲烷菌系SK的产乙酸菌SK-G1~T,革兰氏阴性,单端生鞭毛,呈不规则的短杆状,大小约0.3-0.5μm×1.5-3.0μm;最适生长条件为55℃,pH7.0-7.5;利用碳水化合物生长的主要发酵产物为乙酸;基因组DNA G+C mol%为43.9%;全基因组测序发现其具有完整的互营丁酸代谢途径。根据生理生化和分子遗传学特征,,将SK-G1~T鉴定为新属新种,并命名为Biomaibacter acetigenes gen.nov.sp.nov.。进一步根据全基因组序列特征,提出了一个新科Biomabacteraceae fam.nov.。
【学位授予单位】：中国农业科学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TE357.9
【图文】：

厌氧降解,产甲烷过程,有机物

2图 1. 1 有机物厌氧降解产甲烷过程Figure 1.1 Anoxic degradation of organic matters.(刘鹏飞 and 陆雅海 2013)

生理生化特征,模式种,系统发育树,环境样品

图 1. 2 互营菌模式种系统发育树及其生理生化特征Figure 1.2 phylogenetic and physi-biochemical characteristics of syntrophic type strains.1.2.3 互营微生物传统分离策略现有的互营菌分离技术大多基于Hungate厌氧操作技术，对含有互营菌的环境样品先进行选

【参考文献】