基质负荷对秸秆与污泥厌氧消化微生物群落结构的影响
发布时间：2021-11-01 22:30
为明确秸秆污泥厌氧消化体系中微生物群落的结构特征,采用Ⅰllumina HiSeq高通量测序技术,研究在高低两种基质负荷条件下微生物群落结构的变化和多样性,并监测其产气性能.结果表明:高负荷基质条件下（TS 20 g/（L·d））,平均日产气量为4.1 L;低负荷基质条件下（TS 12 g/（L·d））,平均日产气量为2.1 L.高负荷基质条件下细菌的相对丰度为91.57%,产甲烷古菌的相对丰度为8.43%;低负荷基质条件下细菌的相对丰度为94.35%,产甲烷古菌的相对丰度为5.65%,高负荷基质条件下产甲烷古菌的丰度比在低负荷基质条件下相对增加了49.2%,表明产甲烷古菌的相对丰度和产气量有一定的正相关性.高负荷基质条件下的前3种优势菌群分别为:相对丰度为51.06%的拟杆菌门（Bacteroidetes）、11.65%的厚壁菌门（Firmicutes）、8.25%的广古菌门（Euryarchaeota）.低负荷条件下的前3种优势菌群分别为:相对丰度为50.78%的拟杆菌门（Bacteroidetes）,7.67%的Cloacimonetes、6.46%的互养菌门（Synergist...
【文章来源】：哈尔滨工业大学学报. 2020,52(11)北大核心EICSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
C组和G组在不同阶段的门水平上的微生物群落分布
由图2可知,拟杆菌纲(Bacteroidia)在高、低两种负荷条件下的相对丰度都较高,分别为50.25%,45.69%.甲烷微菌纲(Methanomicrobia)在低负荷基质条件下的相对丰度变化不大,均在8%左右,而在高负荷基质条件下的相对丰度波动较大,最低为G2的1.2%,最高则为G4的21%.有可能是由于高负荷的基质扰动了甲烷微菌纲正常的生长代谢,造成了一定的波动.其余菌群在两种条件下相对丰度总体变化不大.图3为属分类水平上细菌群落结构状况,相较于门和纲分类水平看,各菌群在两种条件下的相对丰度都有不同的表现,各菌群的相对丰度都处在一个动态的变化之中.在高负荷基质条件下,Candidatus Cloacamonas、Thermovirga、Methanothrix这3种属细菌的相对丰度占据了比较大的优势.戚绪亮[23]的研究表明,在利用EGSB反应器进行皮革废水甲烷化的过程中,Candidatus Cloacamonas具有厌氧产氢的功能且含量最高.Thermovirga 是属于梭菌纲(Clostridia)互营单胞菌科下的一种菌.Methanothrix的波动较大,为乙酸型产甲烷古菌.在低负荷基质条件下,当Candidatus Cloacamonas的相对丰度较高时,Methanothrix的相对丰度则较低(C1、C2样),而当Methanothrix的相对丰度较高时,Candidatus Cloacamonas的相对丰度则有所降低,两者相对丰度变化的可能原因是对有关底物存在着一定的竞争关系.在低负荷基质条件下,Gp18的相对丰度较高负荷条件下略高.其余菌群的相对丰度都较低,在测序结果中,还包含着大量的其他种类的细菌,虽不属于优势菌种,但也是秸秆污泥厌氧发酵微生物群落的重要组成部分.
图3为属分类水平上细菌群落结构状况,相较于门和纲分类水平看,各菌群在两种条件下的相对丰度都有不同的表现,各菌群的相对丰度都处在一个动态的变化之中.在高负荷基质条件下,Candidatus Cloacamonas、Thermovirga、Methanothrix这3种属细菌的相对丰度占据了比较大的优势.戚绪亮[23]的研究表明,在利用EGSB反应器进行皮革废水甲烷化的过程中,Candidatus Cloacamonas具有厌氧产氢的功能且含量最高.Thermovirga 是属于梭菌纲(Clostridia)互营单胞菌科下的一种菌.Methanothrix的波动较大,为乙酸型产甲烷古菌.在低负荷基质条件下,当Candidatus Cloacamonas的相对丰度较高时,Methanothrix的相对丰度则较低(C1、C2样),而当Methanothrix的相对丰度较高时,Candidatus Cloacamonas的相对丰度则有所降低,两者相对丰度变化的可能原因是对有关底物存在着一定的竞争关系.在低负荷基质条件下,Gp18的相对丰度较高负荷条件下略高.其余菌群的相对丰度都较低,在测序结果中,还包含着大量的其他种类的细菌,虽不属于优势菌种,但也是秸秆污泥厌氧发酵微生物群落的重要组成部分.在高低两种负荷基质条件下,产甲烷古菌的相对丰度发生了明显变化,在高负荷条件下比低负荷条件高约2.78%.在低负荷基质条件下,由于每日输入反应器的秸秆污泥量较少,整个微生物群落处于饥饿状态,且由于产甲烷古菌的相对丰度较不产甲烷菌处于劣势,其对物质、能量的竞争摄取能力也不如不产甲烷菌强势,所以,在低负荷条件下,产甲烷古菌的相对丰度较高负荷条件较低.在高负荷条件下,甲烷产量比低负荷条件下高出近1倍,说明产甲烷古菌相对丰度的变化会导致产甲烷量的变化.这种变化是一种直接的影响,因为产甲烷古菌在整个厌氧消化体系中扮演着消费者的角色,其要利用不产甲烷菌在水解酸化阶段产生的各种代谢中间产物来代谢生产甲烷,产甲烷古菌在整个微生物群落中相对丰度的增加,说明了产甲烷古菌的代谢活动更为旺盛,所以,在高负荷条件下的甲烷产量更高.进一步说明了产甲烷古菌的相对丰度和产气量存在着一定的正相关关系.
【参考文献】：
期刊论文
[1]餐厨垃圾与污泥、秸秆不同配比联合厌氧发酵对产气性能的影响[J]. 郝鑫,苏婧,孙源媛,杨延梅,郑明霞. 环境科学研究. 2020(01)
[2]玉米秸秆厌氧发酵过程中添加氮素对微生物群落和沼气产量的影响[J]. 赵一全,马茹霞,李家威,晏磊,罗涛,梅自力,王伟东. 中国沼气. 2018(05)
[3]中国秸秆资源化利用现状及对策建议[J]. 石祖梁. 世界环境. 2018(05)
[4]浅论污泥资源化利用的现状和发展[J]. 张汝. 中国金属通报. 2018(07)
[5]猪粪厌氧发酵消化液回流体系微生物群落结构特征与产气关系研究[J]. 孔德望,张克强,房芳,高文萱,梁军锋,梁雨,杜连柱. 农业环境科学学报. 2018(03)
[6]基于高通量测序的ABR厌氧氨氧化反应器各隔室细菌群落特征分析[J]. 陈重军,张海芹,汪瑶琪,喻徐良,王建芳,沈耀良. 环境科学. 2016(07)
[7]近10年来中国农作物秸秆资源量的时空分布与利用模式[J]. 郭冬生,黄春红. 西南农业学报. 2016(04)
[8]产甲烷古菌研究进展[J]. 承磊,郑珍珍,王聪,张辉. 微生物学通报. 2016(05)
[9]肠道菌群与疾病关系的研究进展[J]. 郭慧玲,邵玉宇,孟和毕力格,张和平. 微生物学通报. 2015(02)
[10]规模化秸秆沼气发酵反应器中微生物群落特征[J]. 张蕾,梁军锋,崔文文,杜连柱,高文萱,Xinmei Feng,Anna Schnürer. 农业环境科学学报. 2014(03)
博士论文
[1]青海农用沼气池发酵微生物群落结构与功能研究[D]. 韩睿.华中师范大学 2018
硕士论文
[1]污泥秸秆厌氧共消化研究[D]. 党宁.兰州理工大学 2018
[2]秸秆厌氧发酵产沼气潜力及微生物群落研究[D]. 李雪.延边大学 2018
[3]蓝藻秸秆厌氧产沼气及其微生物群落结构分析[D]. 穆维娜.安徽大学 2016
[4]EGSB反应器中皮革废水甲烷化、反硝化和厌氧氨氧化耦合研究[D]. 戚绪亮.南京大学 2013
本文编号：3470805
【文章来源】：哈尔滨工业大学学报. 2020,52(11)北大核心EICSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
C组和G组在不同阶段的门水平上的微生物群落分布
由图2可知,拟杆菌纲(Bacteroidia)在高、低两种负荷条件下的相对丰度都较高,分别为50.25%,45.69%.甲烷微菌纲(Methanomicrobia)在低负荷基质条件下的相对丰度变化不大,均在8%左右,而在高负荷基质条件下的相对丰度波动较大,最低为G2的1.2%,最高则为G4的21%.有可能是由于高负荷的基质扰动了甲烷微菌纲正常的生长代谢,造成了一定的波动.其余菌群在两种条件下相对丰度总体变化不大.图3为属分类水平上细菌群落结构状况,相较于门和纲分类水平看,各菌群在两种条件下的相对丰度都有不同的表现,各菌群的相对丰度都处在一个动态的变化之中.在高负荷基质条件下,Candidatus Cloacamonas、Thermovirga、Methanothrix这3种属细菌的相对丰度占据了比较大的优势.戚绪亮[23]的研究表明,在利用EGSB反应器进行皮革废水甲烷化的过程中,Candidatus Cloacamonas具有厌氧产氢的功能且含量最高.Thermovirga 是属于梭菌纲(Clostridia)互营单胞菌科下的一种菌.Methanothrix的波动较大,为乙酸型产甲烷古菌.在低负荷基质条件下,当Candidatus Cloacamonas的相对丰度较高时,Methanothrix的相对丰度则较低(C1、C2样),而当Methanothrix的相对丰度较高时,Candidatus Cloacamonas的相对丰度则有所降低,两者相对丰度变化的可能原因是对有关底物存在着一定的竞争关系.在低负荷基质条件下,Gp18的相对丰度较高负荷条件下略高.其余菌群的相对丰度都较低,在测序结果中,还包含着大量的其他种类的细菌,虽不属于优势菌种,但也是秸秆污泥厌氧发酵微生物群落的重要组成部分.
图3为属分类水平上细菌群落结构状况,相较于门和纲分类水平看,各菌群在两种条件下的相对丰度都有不同的表现,各菌群的相对丰度都处在一个动态的变化之中.在高负荷基质条件下,Candidatus Cloacamonas、Thermovirga、Methanothrix这3种属细菌的相对丰度占据了比较大的优势.戚绪亮[23]的研究表明,在利用EGSB反应器进行皮革废水甲烷化的过程中,Candidatus Cloacamonas具有厌氧产氢的功能且含量最高.Thermovirga 是属于梭菌纲(Clostridia)互营单胞菌科下的一种菌.Methanothrix的波动较大,为乙酸型产甲烷古菌.在低负荷基质条件下,当Candidatus Cloacamonas的相对丰度较高时,Methanothrix的相对丰度则较低(C1、C2样),而当Methanothrix的相对丰度较高时,Candidatus Cloacamonas的相对丰度则有所降低,两者相对丰度变化的可能原因是对有关底物存在着一定的竞争关系.在低负荷基质条件下,Gp18的相对丰度较高负荷条件下略高.其余菌群的相对丰度都较低,在测序结果中,还包含着大量的其他种类的细菌,虽不属于优势菌种,但也是秸秆污泥厌氧发酵微生物群落的重要组成部分.在高低两种负荷基质条件下,产甲烷古菌的相对丰度发生了明显变化,在高负荷条件下比低负荷条件高约2.78%.在低负荷基质条件下,由于每日输入反应器的秸秆污泥量较少,整个微生物群落处于饥饿状态,且由于产甲烷古菌的相对丰度较不产甲烷菌处于劣势,其对物质、能量的竞争摄取能力也不如不产甲烷菌强势,所以,在低负荷条件下,产甲烷古菌的相对丰度较高负荷条件较低.在高负荷条件下,甲烷产量比低负荷条件下高出近1倍,说明产甲烷古菌相对丰度的变化会导致产甲烷量的变化.这种变化是一种直接的影响,因为产甲烷古菌在整个厌氧消化体系中扮演着消费者的角色,其要利用不产甲烷菌在水解酸化阶段产生的各种代谢中间产物来代谢生产甲烷,产甲烷古菌在整个微生物群落中相对丰度的增加,说明了产甲烷古菌的代谢活动更为旺盛,所以,在高负荷条件下的甲烷产量更高.进一步说明了产甲烷古菌的相对丰度和产气量存在着一定的正相关关系.
【参考文献】：
期刊论文
[1]餐厨垃圾与污泥、秸秆不同配比联合厌氧发酵对产气性能的影响[J]. 郝鑫,苏婧,孙源媛,杨延梅,郑明霞. 环境科学研究. 2020(01)
[2]玉米秸秆厌氧发酵过程中添加氮素对微生物群落和沼气产量的影响[J]. 赵一全,马茹霞,李家威,晏磊,罗涛,梅自力,王伟东. 中国沼气. 2018(05)
[3]中国秸秆资源化利用现状及对策建议[J]. 石祖梁. 世界环境. 2018(05)
[4]浅论污泥资源化利用的现状和发展[J]. 张汝. 中国金属通报. 2018(07)
[5]猪粪厌氧发酵消化液回流体系微生物群落结构特征与产气关系研究[J]. 孔德望,张克强,房芳,高文萱,梁军锋,梁雨,杜连柱. 农业环境科学学报. 2018(03)
[6]基于高通量测序的ABR厌氧氨氧化反应器各隔室细菌群落特征分析[J]. 陈重军,张海芹,汪瑶琪,喻徐良,王建芳,沈耀良. 环境科学. 2016(07)
[7]近10年来中国农作物秸秆资源量的时空分布与利用模式[J]. 郭冬生,黄春红. 西南农业学报. 2016(04)
[8]产甲烷古菌研究进展[J]. 承磊,郑珍珍,王聪,张辉. 微生物学通报. 2016(05)
[9]肠道菌群与疾病关系的研究进展[J]. 郭慧玲,邵玉宇,孟和毕力格,张和平. 微生物学通报. 2015(02)
[10]规模化秸秆沼气发酵反应器中微生物群落特征[J]. 张蕾,梁军锋,崔文文,杜连柱,高文萱,Xinmei Feng,Anna Schnürer. 农业环境科学学报. 2014(03)
博士论文
[1]青海农用沼气池发酵微生物群落结构与功能研究[D]. 韩睿.华中师范大学 2018
硕士论文
[1]污泥秸秆厌氧共消化研究[D]. 党宁.兰州理工大学 2018
[2]秸秆厌氧发酵产沼气潜力及微生物群落研究[D]. 李雪.延边大学 2018
[3]蓝藻秸秆厌氧产沼气及其微生物群落结构分析[D]. 穆维娜.安徽大学 2016
[4]EGSB反应器中皮革废水甲烷化、反硝化和厌氧氨氧化耦合研究[D]. 戚绪亮.南京大学 2013
本文编号：3470805
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