污水處理過程中厭氧氨氧化工藝的微生物生態(tài)學研究

【摘要】：分子生物學技術在近年來發(fā)展非常迅速，尤其在生態(tài)環(huán)境中氮循環(huán)和氮污染防治等研究領域取得了重大發(fā)展。在氮污染防治中，特別在城市廢水生物脫氮方面，對于污水中氨氮的去除一直倍受研究人員關注。在短程硝化-厭氧氨氧化聯(lián)合脫氮工藝中，厭氧氨氧化細菌(AnAOB)對總氮的徹底去除起著至關重要的作用。在短程硝化階段，部分NH4+被硝化為NO2-，而后NH4+和NO2-一同進入厭氧氨氧化階段，NO2-為電子受體和NH4+反應，最后轉化為N2，而厭氧氨氧化細菌可以利用反應中產生的能量進行自身的新陳代謝。本文通過運用PLFA(磷脂脂肪酸)圖譜分析技術和16SrDNA序列同源性分析技術兩種分子生物學方法來分析和鑒定厭氧氨氧化系統(tǒng)中厭氧顆粒污泥的微生物群落結構，從而為整個反應系統(tǒng)運行參數(shù)、運行狀態(tài)和處理效果的調整提供理論依據。 本文通過對厭氧反應器中活性污泥的細菌總DNA樣品進行16S rDNA通用引物擴增、片段克隆和序列同源性進行分析，結果顯示，在厭氧氨氧化系統(tǒng)中微生物群落具有高度多樣性，在對160個陽性克隆子進行酶切分型后，存在31個OTUs。測序結果顯示，這些細菌分別屬于變形菌門，擬桿菌門，硝化螺旋菌門，酸桿菌門，綠彎菌門，Candidate division OP10和浮霉菌門7個類群。在對活性污泥的細菌總DNA樣品浮霉菌特有16S rDNA引物進行擴增、克隆和基因序列比對，結果顯示，在所挑取的50個克隆子中有43個克隆子的序列屬于浮霉菌門下的Candidatus Kuenenia屬。該屬為厭氧氨氧化細菌菌屬的一種，說明厭氧氨氧化細菌在浮霉菌門細菌中占到了86%。研究結果發(fā)現(xiàn)，16S通用引物無法對厭氧氨氧化細菌DNA片段進行擴增，原因是在基因庫中沒有與厭氧氨氧化細菌相匹配的16S rDNA序列。 本文又對厭氧氨氧化系統(tǒng)中攜帶聯(lián)氨氧化還原酶基因(Ana-hzo)片段的菌群進行分析。經過克隆、測序后結果顯示，所測得的厭氧氨氧化細菌序列大多屬于浮霉菌門下Candidatus Kuenenia屬Kuenenia stuttgartiensis菌種。該研究結果與浮霉菌特有16S rDNA克隆研究結果一致。 最后，本文利用磷脂脂肪酸圖譜分析方法對不同時期厭氧氨氧化系統(tǒng)中厭氧活性顆粒污泥中的微生物群落結構進行動態(tài)分析。結果顯示，在提取的所有磷脂脂肪酸中，主要分為偶數(shù)、奇數(shù)鏈飽和脂肪酸、單不飽和脂肪酸、支鏈脂肪酸、多不飽和脂肪酸和一些環(huán)丙烷脂肪酸。在不同時段內，厭氧氨氧化反應器中的厭氧活性顆粒污泥的微生物群落結構無明顯差異。在厭氧氨氧化工藝中，微生物主要以細菌為優(yōu)勢類群，而且其中以厭氧細菌為優(yōu)勢菌群，厭氧菌的PLFA的含量的在不同時期變化影響著NO2-的和NH4+的去除效果，是反應器平穩(wěn)運行的關鍵。 【關鍵詞】：微生物群落 活性污泥 厭氧氨氧化 16S rDNA AnAOB 磷脂脂肪酸
【學位授予單位】：河北科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2012
【分類號】：X172;X703
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-16
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 研究現(xiàn)狀11-14
• 1.2.1 廢水生物脫氮工藝簡介12-13
• 1.2.2 環(huán)境分子生物學技術與方法13-14
• 1.3 本課題研究的目的與意義14-15
• 1.4 本課題研究的內容15-16
• 第2章 厭氧氨氧化工藝16-19
• 2.1 厭氧氨氧化工藝的發(fā)展16-17
• 2.2 厭氧氨氧化工藝的特點及其影響因素17
• 2.2.1 厭氧氨氧化工藝的機理和特點17
• 2.2.2 影響厭氧氨氧化工藝的因素17
• 2.3 厭氧氨氧化工藝圖17-19
• 第3章 樣品采集及預處理19-24
• 3.1 厭氧顆粒污泥的采集19
• 3.2 污泥預處理及總 DNA 提取19-24
• 3.2.1 實驗儀器與試劑20-22
• 3.2.2 試驗方法22-24
• 第4章 16S rDNA法研究厭氧顆粒污泥細菌群落多樣性24-39
• 4.1 引言24-25
• 4.2 實驗材料與方法25-30
• 4.3 細菌的 16S rDNA 的多樣性分析30-31
• 4.3.1 厭氧氨氧化工藝下細菌全長 16S rDNA 多樣性分析30-31
• 4.3.2 厭氧氨氧化工藝下細菌浮霉菌特有 16S rDNA 多樣性分析31
• 4.3.3 兩個 16S rDNA 克隆文庫的關系31
• 4.4 細菌的 16S rDNA 的微生物群落多樣性31-34
• 4.4.1 厭氧氨氧化工藝下細菌全長 16S rDNA 群落分析31-33
• 4.4.2 厭氧氨氧化工藝下細菌浮霉菌特有 16S rDNA 群落分析33-34
• 4.5 細菌 16S rDNA 親緣關系34-37
• 4.6 本章小結37-39
• 第5章 污泥中厭氧氨氧化基因(Ana-hzo)的研究39-44
• 5.1 引言39-40
• 5.2 實驗材料與方法40-41
• 5.2.1 基因組的目的基因片段擴增40
• 5.2.2 擴增產物的驗證與回收40-41
• 5.2.3 擴增產物的載體連接41
• 5.2.4 連接產物的細胞轉化41
• 5.2.5 陽性克隆的培養(yǎng)41
• 5.2.6 陽性克隆子的酶切分型41
• 5.2.7 克隆子的測序41
• 5.3 厭氧氨氧化細菌的克隆文庫的多樣性分析41
• 5.4 厭氧氨氧化細菌的微生物群落多樣性41-42
• 5.5 厭氧氨氧化細菌的親緣關系42-43
• 5.6 小結43-44
• 第6章 磷脂脂肪酸法(PLFA)分析微生物多樣性44-52
• 6.1 引言44-45
• 6.2 材料與方法45-46
• 6.2.1 樣品的采集45
• 6.2.2 實驗試劑與方法45-46
• 6.3 實驗結果及數(shù)據分析46-51
• 6.3.1 樣品中磷脂脂肪酸 GC-MS 圖譜46-47
• 6.3.2 磷脂脂肪酸的組成及含量47-48
• 6.3.3 微生物群落結構及特征分布48-49
• 6.3.4 特征脂肪酸的比值分布及意義49-51
• 6.4 小結51-52
• 結論52-54
• 參考文獻54-59
• 攻讀碩士學位期間所獲得的成果59-60
• 致謝60

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