不同电子受体厌氧氨氧化反应的功能微生物分析

发布时间：2017-12-08 12:20

  本文关键词：不同电子受体厌氧氨氧化反应的功能微生物分析

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【摘要】：随着工业化的不断发展,氮污染问题日益加剧,已经引起全世界环境工作者们的关注。厌氧氨氧化反应(Anammox)的提出使得人们对自然界中氮素循环理念有了新的认知。该反应是厌氧氨氧化细菌(Anaerobic ammonium oxidizing bacteria)在厌氧条件下以羟胺(NH_2OH)和肼(N_2H_4)为中间产物,以NH_4~+为电子供体,NO_2~-为电子受体,将NH_4~+和NO_2~-转变为N2的过程。随着研究的深入,研究者们发现厌氧氨氧化细菌除了亚硝酸盐外,还可以利用铁盐,碳酸氢盐等其它物质作为电子受体氧化氨。为了进一步探究不同电子受体的厌氧氨氧化反应器的机理,本论文利用变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)、16S rDNA宏测序和荧光实时定量PCR(qPCR)等生物学手段,对亚硝酸盐、铁盐和碳酸氢盐为电子受体的Anammox反应器的功能微生物进行了对比研究,得到了以下结论:(1)采用GC-F341/R518通用引物对PCR-DGGE的主要参数进行了一系列优化,结果说明Anammox污泥PCR-DGGE分析的最佳退火温度是64℃;最佳变性剂浓度为45%至65%;最佳上样量为5μL至7μL;聚丙烯酰胺凝胶最佳浓度为8%;DGGE分析最佳电压/时间为80V/16h。PCR-DGGE的指纹图谱及切胶测序结果表明,Amx(亚硝酸盐型Anammox)和Fmx(铁盐型Feammox)反应器中微生物物种含量丰富,多样性差异显著。(2)采用illumina miseq测序平台进行16S rDNA宏测序结果分析表明,三种电子受体反应器中最优势菌种都是绿弯菌门(Chloroflexi)的unclassified_Chloroflexi属细菌。Amx、Fmx和Hmx(碳酸氢盐型Anammox)反应器内Planctomycetes的含量分别是21.31%、16.22%和1.65%。检测到的Anammox菌有Candidatus Brocadia和Candidatus Kuenenia两个属。检测到的NOB(亚硝酸盐氧化菌)只在Fmx反应器中得到较好富集,含量达3.38%,AOB(氨氧化细菌)和DB(反硝化细菌)在三个反应器中的含量都不高。由此推测Amx反应器中主要发生的反应是Anammox反应,Fmx反应器中主要发生的反应是Anammox和氧化亚硝酸盐反应,Hmx反应器中未能发生Anammox反应。(3)利用qPCR分析结果表明,三个反应器中Anammox菌含量最高的是Amx反应器,并且Amx反应器中的Anammox菌是该反应器中含量最高的功能细菌。Fmx反应器中含量较高的功能细菌是Anammox和NOB细菌。Hmx反应器与Amx相比,Anammox菌含量降低,硝化和反硝化细菌含量升高。由此可以推测Amx反应器中发生的主要反应是Anammox反应;Fmx反应器中发生的主要反应是亚硝酸盐氧化反应和Anammox反应;Hmx反应器内发生的主要反应不是Anammox反应,而是硝化反应和反硝化反应。(4)根据上述不同电子受体Anammox反应器微生物丰度的分析可以推测,铁盐可以作为铁盐型Anammox反应的电子受体,并发生Feammox反应;碳酸氢盐未能作为碳酸氢盐型Anammox反应的电子受体,可能发生的是硝化反应和反硝化反应。本研究对不同电子受体的厌氧氨氧化反应器中的微生物多样性和群落结构有了一定的认识。在不同的培养基质条件下,功能微生物的种群特征为进一步研究不同电子受体的厌氧氨氧化的机理、相关工艺优化提供了一定的参考。
【学位授予单位】：苏州科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：X703;X172

【参考文献】

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本文编号：1266379