功能生物電化學(xué)系統(tǒng)的微生物群落研究.pdf

1、隨著生物電化學(xué)技術(shù)的興起，其環(huán)境功能的拓展也越來越多。微生物作為生物電化學(xué)系統(tǒng)的主角，其與生物電化學(xué)系統(tǒng)的環(huán)境學(xué)功能有著緊密聯(lián)系。本論文通過二代高通量測(cè)序平臺(tái)，結(jié)合生物信息挖掘，研究功能生物電化學(xué)系統(tǒng)的生物膜微生物群落系統(tǒng)。探討了硫酸鹽去除、硝酸鹽去除、銨態(tài)氮去除生物電化學(xué)系統(tǒng)的微生物群落。為解釋功能生物電化學(xué)系統(tǒng)中生物學(xué)過程提供了理論基礎(chǔ)，為進(jìn)一步強(qiáng)化生物電化學(xué)系統(tǒng)的環(huán)境功能提供了理論支持。本論文主要結(jié)論如下：
　　1.通過45

2、4焦磷酸測(cè)序平臺(tái)，全面探索了硫酸鹽去除生物電化學(xué)系統(tǒng)在不同pH條件下生物膜的群落特征。在α-多樣性方面，群落豐度和多樣性指數(shù)隨pH增加呈正相關(guān)。在分類操作單元（OTU）分析中，與D.butyrativorans，Desulfovibrio marrakechensis和Desulfomicrobium sp.匹配的OTU可能在去除硫酸鹽過程中起作用?；趯偎降姆治觯趬A性條件生物電化學(xué)系統(tǒng)中的Desulfomicrobium促進(jìn)硫酸鹽

3、去除，而Sulfuricurvum則不利于硫酸鹽的去除。在中性和酸性條件下，Desulfovibrio促進(jìn)硫酸鹽去除，而Thiomonas削弱了硫酸鹽的去除效果。以上結(jié)果討論了pH條件是如何通過改變微生物群落，從而影響生物電化學(xué)系統(tǒng)的硫酸鹽去除效果。
　　2.研究結(jié)果顯示，小外阻的微生物燃料電池提高了硝酸鹽去除效率和產(chǎn)電能力。基于16S rRNA基因擴(kuò)增子的焦磷酸測(cè)序表明反硝化生物陰極能維持一定量的Proteobacteria，B

4、acteroidetes，Chloroflexi和Planctomycetes。Alphaproteobacteria，Anaerolineae和Phycisphaerae的微生物可能有利于電流的產(chǎn)生和硝酸鹽去除。29個(gè)主要的OTUs主導(dǎo)了反硝化生物膜微生物群落，并且自養(yǎng)反硝化菌和異養(yǎng)反硝化菌在生物陰極的硝酸鹽去除過程中起到了重要作用，當(dāng)微生物殘?bào)w被異養(yǎng)反硝化菌利用時(shí)，其兩者協(xié)同促進(jìn)了反硝化過程。
　　3.通過探索不同外阻下生物電

5、化學(xué)系統(tǒng)非生物和生物去除銨態(tài)氮，研究結(jié)果顯示銨態(tài)氮的非生物度電遷移與系統(tǒng)中電流大小正相關(guān)，電阻越小，電流越大，電遷移作用越強(qiáng)。陽(yáng)極生物膜去除銨態(tài)氮與系統(tǒng)外阻成反比，高通量群落分析解析了陽(yáng)極銨態(tài)氮去除生物協(xié)作群落。硝化細(xì)菌將廢水中銨態(tài)氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮；反硝化細(xì)菌接收電化學(xué)活性菌的電子或異養(yǎng)利用底物作電子供體，利用硝酸鹽作電子受體，將硝酸鹽轉(zhuǎn)化為游離態(tài)氮；固氮微生物能將空氣中游離態(tài)氮轉(zhuǎn)化為含氮化合物，這將不利于生物膜群落對(duì)銨態(tài)氮的去除。電化學(xué)