不同生物脱氮系统内微生物群落特性研究

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生物脱氮系统中微生物菌群特性的研究,对于系统的稳定运行、过程控制、污染物降解机理和功能开发具有重要的意义。本课题主要从三个方面对厌氧氨氧化耦合异养反硝化反应器和连续流A/O流离反应器内的微生物群落特性进行研究:(1)采用厌氧氨氧化菌特有16S rDNA克隆文库方法研究厌氧氨氧化耦合异养反硝化反应器和连续流A/O流离反应器内的厌氧氨氧化菌。(2)采用反硝化细菌特有nirS基因克隆文库方法研究反应器内的反硝化细菌。(3)采用细菌全长16S rDNA克隆文库方法全面分析反应器内的微生物群落特性。得到的主要研究成果如下:  对厌氧氨氧化耦合异养反硝化反应器的底部和出口出污泥样品,以及连续流A/O流离反应器缺氧区污泥样品基因序列分别构建厌氧氨氧化菌特有16S rDNA克隆文库,来研究反应器内的厌氧氨氧化菌的种类及构成。结果表明,厌氧氨氧化耦合异养反硝化反应器底部污泥样品中的厌氧氨氧化菌有三种,分别为Candidatus Brocadia fulgida、Candidatus Brocadia sp.和 Candidatus Kueneniastuttgartiensis,其中Candidatus Brocadia fulgida占主导地位。厌氧氨氧化耦合异养反硝化反应器出口处污泥样品中的厌氧氨氧化菌全部归属于CandidatusBrocadia fulgida。可以认为厌氧氨氧化耦合异养反硝化反应器内存在的厌氧氨氧化菌基本属于浮霉状菌门的Candidatus Brocadia fulgida。连续流A/O流离反应器缺氧区污泥样品中的厌氧氨氧化菌则全部被划分为浮霉状菌门(Planctomycetes)的Candidatus Brocadia fulgida。  通过构建nirS反硝化功能基因克隆文库,来研究厌氧氨氧化耦合异养反硝化反应器底部和出口处污泥样品,以及连续流A/O流离反应器好氧区污泥样品中的反硝化细菌。结果表明,厌氧氨氧化耦合异养反硝化反应器底部污泥样品中的反硝化细菌主要为变形菌门细菌和未培养细菌。变形杆菌主要为β-proteobacteria和γ-proteobacteria。而厌氧氨氧化耦合异养反硝化反应器出口处污泥样品中的细菌则全部归属为变形杆菌纲,主要为a-proteobacteria、β-proteobacteria和γ-proteobacteria。很明显,厌氧氨氧化耦合异养反硝化反应器中的反硝化细菌主要为变形杆菌,占主导地位的是γ-proteobacteria和β-proteobacteria。连续流A/O流离反应器好氧区的污泥样品中的反硝化细菌全部归属于变形杆菌,包括β-proteobacteria和γ-proteobacteria,其中β-proteobacteria占据绝大多数,说明连续流A/O流离反应器内的反硝化细菌基本由变形杆菌构成,其中β-proteobacteria为反应器内的优势反硝化细菌。另外,两个反应器内都有部分阳性克隆子不与目前已知的反硝化细菌相似,可能属于未知菌属,说明厌氧氨氧化耦合异养反硝化反应器和连续流A/O流离反应器中的反硝化细菌群需要进一步的研究。  构建细菌全长16S rDNA克隆文库,来全面分析厌氧氨氧化耦合异养反硝化反应器和连续流A/O流离反应器中的微生物群落特性。厌氧氨氧化耦合异养反硝化反应器底部污泥样品中的微生物可以分为六类:变形菌门、厚壁菌门、厌氧氨氧化菌、浮霉状菌门、酸杆菌门和未培养细菌。其中,变形杆菌占据主导地位。厌氧氨氧化耦合异养反硝化反应器出口处污泥样品中的微生物可以分为变形菌门、拟杆菌门和绿菌门三类。其中,绝大多数阳性克隆子经比对后的菌属均归属于变形杆菌。连续流A/O流离反应器缺氧区污泥样品中的微生物可以分为六类:变形杆菌门、绿屈挠菌门、厚壁菌门、拟杆菌门、放线菌门和绿菌门,其中,绝大多数阳性克隆子经比对后的菌属均与变形杆菌相似。连续流A/O流离反应器好氧区污泥样品中的菌属主要分为三类:变形杆菌门、拟杆菌门和浮霉状菌门,其中该克隆文库中绝大多数的阳性克隆子经比对后也主要与变形杆菌相似。结果表明,厌氧氨氧化耦合异养反硝化反应器和连续流A/O流离反应器内的菌群中,变形杆菌占据主导地位,是两种反应器内的优势菌群。同时,两个反应器污泥样品中也分别检测到拟杆菌门、绿屈挠菌门、厚壁茵门、放线菌门、绿菌门和浮霉状菌门细菌,表明反应器内的微生物类群非常丰富。但两个反应器污泥样品中均有部分阳性克隆子不与目前已知的细菌基因序列相似,可能属于未知菌属,说明这两个反应器内的微生物种群都需要进一步的研究。  对厌氧氨氧化耦合异养反硝化反应器和连续流A/O流离反应器中的污泥样品,分别构建厌氧氨氧化菌特有的16S rDNA克隆文库、反硝化细菌特有的nirS基因克隆文库和细菌全长16S rDNA克隆文库,来分别分析反应器内的厌氧氨氧化菌、反硝化细菌和其他微生物。结果表明,厌氧氨氧化菌及反硝化细菌特有的克隆文库中所得阳性克隆子经比对分别得到了相应的厌氧氨氧化菌和反硝化细菌序列,但与细菌全长16S rDNA克隆文库所比对得到的结果基本没有相匹配的序列,说明细菌全长16S rDNA通用引物对厌氧氨氧化菌和反硝化细菌不具有通用性,但细菌全长16S rDNA克隆文库中能检测出除厌氧氨氧化菌和反硝化细菌以外的其他菌属,如拟杆菌门、厚壁菌门、酸杆菌门、绿菌门细菌,能更全面分析反应器中的微生物群落特性。
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