厭氧顆粒污泥產(chǎn)甲烷菌群功能基因克隆及分析研究.pdf

1、產(chǎn)甲烷菌群是厭氧顆粒污泥中的重要功能菌群。甲基輔酶M還原酶(MCR)是產(chǎn)甲烷菌所特有的酶,mcrA基因編碼MCR的α亞基。本論文以取自工業(yè)化UASB反應器中處理維生素B12和阿維菌素廢水的厭氧顆粒污泥為研究對象,采用PCR-DGGE、基因克隆文庫等分子生物學手段,基于mcrA基因?qū)捬躅w粒污泥中的產(chǎn)甲烷菌群組成和結(jié)構(gòu)進行研究,獲取產(chǎn)甲烷菌群的多樣性、系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系等信息。此外,還對構(gòu)建出的功能基因工程菌對厭氧顆粒污泥產(chǎn)甲烷活性的影響進行初

2、步研究。研究獲得以下結(jié)果:
　　 對不同污泥樣品基于mcrA基因所得的DGGE圖譜條帶模式存在差異,表明在不同環(huán)境中產(chǎn)甲烷菌群結(jié)構(gòu)有所不同,產(chǎn)甲烷菌群中優(yōu)勢種群易受環(huán)境影響而發(fā)生變化。根據(jù)DGGE圖譜計算不同污泥樣品的產(chǎn)甲烷菌群多樣性指數(shù)、豐富度指數(shù)和優(yōu)勢度指數(shù),結(jié)果顯示,由于兩種工業(yè)廢水的特性不同造成環(huán)境壓力的差異,導致相應厭氧顆粒污泥中產(chǎn)甲烷菌群的多樣性不同,處理維生素B12廢水的污泥樣品的產(chǎn)甲烷菌群顯示出更高的多樣性和豐富

3、度。
　　 將兩種污泥樣品DGGE圖譜條帶進行測序分析比對,確定了污泥中產(chǎn)甲烷菌的優(yōu)勢種屬,并對其進行系統(tǒng)發(fā)育分析。其中,維生素B12厭氧顆粒污泥中,產(chǎn)甲烷八疊球菌目甲烷鬃菌屬為優(yōu)勢種屬,此外,還有少量甲烷桿菌目;阿維菌素厭氧顆粒污泥中,產(chǎn)甲烷八疊球菌目甲烷鬃菌屬為優(yōu)勢種屬,此外,還有一部分為甲烷八疊球菌屬和甲烷桿菌目。
　　 采用構(gòu)建基因克隆文庫的方法基于mcrA基因?qū)煞N污泥樣品進行研究,結(jié)果顯示:處理維生素B12廢

4、水的厭氧顆粒污泥中的產(chǎn)甲烷菌有產(chǎn)甲烷八疊球菌目、產(chǎn)甲烷微菌目和產(chǎn)甲烷桿菌目,其中,產(chǎn)甲烷八疊球菌目為優(yōu)勢種群:處理阿維菌素廢水的厭氧顆粒污泥中的產(chǎn)甲烷菌多樣性相對較低,只檢測出產(chǎn)甲烷八疊球菌目和產(chǎn)甲烷桿菌目,其中,產(chǎn)甲烷八疊球菌目甲烷鬃菌屬為優(yōu)勢種屬。
　　 克隆文庫與PCR-DGGE對厭氧顆粒污泥產(chǎn)甲烷菌群的分析結(jié)果存在一定差異。就VBl2厭氧顆粒污泥而言,兩種方法均檢測出產(chǎn)甲烷八疊球菌目為優(yōu)勢種群,而少量的產(chǎn)甲烷微菌目僅被克

5、隆文庫檢測到,表明構(gòu)建基因克隆文庫能更全面的獲取菌群組成信息。
　　 在構(gòu)建基因克隆文庫的過程中,得到功能基因工程菌,考察其對厭氧顆粒污泥產(chǎn)甲烷活性的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn):投加基因工程菌降低了厭氧顆粒污泥的累積產(chǎn)甲烷量,但提高了厭氧顆粒污泥的最大產(chǎn)甲烷速率。同時,投加基因工程菌后,系統(tǒng)pH值降低的速度和程度均有所增大。由此推測,基因工程菌的投加,可能有利于產(chǎn)酸過程,進而提高產(chǎn)甲烷速率;同時,乙酸加速積累導致pH值快速降低,抑制了產(chǎn)甲烷