厭氧顆粒污泥產甲烷菌群功能基因克隆及分析研究.pdf

1、產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基因對厭氧顆粒污泥中的產甲烷菌群組成和結構進行研究,獲取產甲烷菌群的多樣性、系統(tǒng)發(fā)育關系等信息。此外,還對構建出的功能基因工程菌對厭氧顆粒污泥產甲烷活性的影響進行初

2、步研究。研究獲得以下結果:
　　 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)境中產甲烷菌群結構有所不同,產甲烷菌群中優(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。
　　 采用構建基因克隆文庫的方法基于mcrA基因對兩種污泥樣品進行研究,結果顯示:處理維生素B12廢

4、水的厭氧顆粒污泥中的產甲烷菌有產甲烷八疊球菌目、產甲烷微菌目和產甲烷桿菌目,其中,產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甲烷菌多樣性相對較低,只檢測出產甲烷八疊球菌目和產甲烷桿菌目,其中,產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對厭氧顆粒污泥產甲烷菌群的分析結果存在一定差異。就VBl2厭氧顆粒污泥而言,兩種方法均檢測出產甲烷八疊球菌目為優(yōu)勢種群,而少量的產甲烷微菌目僅被克

5、隆文庫檢測到,表明構建基因克隆文庫能更全面的獲取菌群組成信息。
　　 在構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甲烷活性的影響,結果發(fā)現(xiàn):投加基因工程菌降低了厭氧顆粒污泥的累積產甲烷量,但提高了厭氧顆粒污泥的最大產甲烷速率。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,可能有利于產酸過程,進而提高產甲烷速率;同時,乙酸加速積累導致pH值快速降低,抑制了產甲烷