厌氧生物系统不同功能群落组装过程与代谢通路研究
厌氧生物技术是自然生物矿化的强化，不仅能将有机物转化为CH4，还可实现物质还原或脱毒，符合绿色低碳发展理念，应用前景广阔。随着厌氧生物功能的进一步开发，新的机理和技术也应运而生。其中，微生物是功能的核心，种群建构机制是关键机理问题，对这些问题的揭示一直是环境微生物生态学的目标和挑战，微生物组学的飞速发展为相关研究的开展提供了新的机遇。 本研究通过精心选择的环境变量，驯化获得甲烷氧化、产甲烷和脱氯体系，利用多组学和现代仪器分析技术，对各体系的效能、种群格局及代谢通路进行研究，为未来厌氧生物功能的开发提供理论依据和技术支持，主要结论如下： （1）研究中驯化获得甲烷氧化（MA）、产甲烷（MB）体系，解析和比较了富集培养物的功能、核心物种及格局，并分析了微生物的互生关系。甲烷氧化体系（MA）驯化时间长（200d），最终硝酸盐降解率为55.12mgN/（L·d）；产甲烷体系（MB）驯化时间短（50d），最终获得TOC降解率为141.02mg/（L·d），达到富集目标。MA中，甲烷氧化菌Methanoperedens、Methylobacter等与硝酸盐还原菌Luteimonas、Thermomonas等形成典型的反硝化型甲烷氧化共生体系；MB中的发酵菌Peptoclostridium、Proteiniclasticum、Proteocatella等丰度高，为Methanosarcina等产甲烷菌提供底物，互惠共生。 （2）考察了2种条件（H，35℃；L，30℃）下三氯酚（TCP）厌氧降解体系的菌群建构过程和效能。TCP＜50μM时，2个体系TCP降解效能基本相当，L略优于H，L出水CP浓度为0.4~8.1μM，H为6.2~18μM。当TCP＞50μM时，L逐渐失稳，TCP＞70μM时系统逐渐崩溃，出水中含有大量苯酚和4-CP积累；而H表现出了强鲁棒性，TCP＞50μM时仍可稳定运行。主要脱氯菌为unclassifiedAnaerolineae、Thermanaerothrix和Desulfovibrio；unclassifiedδ-Proteobacteria、Methanosarcina、Methanoperedens和Rubrobacter具有开环基因；H开环和水解功能基因丰度高于L，促进了H的效能。 （3）解析了甲烷氧化、产甲烷与氯酚降解体系的代谢机制。Methanoperedens等甲基营养菌与反硝化菌在MA体系中共生，MB则是典型的乙酸型厌氧消化产甲烷体系；Anaerolineae是重要的脱氯者；KEGG代谢通路显示，还原脱氯和水解脱氯共存；芳环打开是氯酚降解的重要步骤；Methanoperedens和Methanosarcina不仅参与在甲烷氧化和产甲烷过程中，还在脱氯菌群中占据一定生态位，起催化开环作用，与脱氯菌协作共生实现氯酚降解。
厌氧生物系统;产甲烷;甲烷氧化;微生物组;群落组装;反硝化
上海师范大学
硕士
环境科学与工程
宋佳秀
2023
中文
X172
2023-08-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）