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生活垃圾填埋场厌氧环境下甲烷氧化微生物富集培养和种群特征研究

2020-12-02阅读(898)

生活垃圾填埋场厌氧环境下甲烷氧化微生物富集培养和种群特征研究

论文摘要

甲烷生物氧化对减少填埋场环境温室气体的排放有着重要意义。本研究利用模拟垃圾填埋场填埋柱渗滤液与实际垃圾填埋场渗滤液为菌种来源,富集培养甲烷氧化微生物,并对其种群特征进行研究。旨在揭示厌氧环境下甲烷氧化微生物种群结构与变化,丰富对垃圾填埋场厌氧环境下甲烷氧化现象的认识与理解,并为垃圾填埋场的有效甲烷排放控制提供指导。本文主要得到以下结论:（1）利用模拟垃圾填埋柱渗滤液直接厌氧培养的富集产物的日均甲烷氧化率分别为0.5%-2%。利用NMS为基质可以显著提高富集产物的甲烷氧化率,不同条件下日均氧化率可提高至2.5%2.7%。化学计量分析发现,用现有的ANME机理难以解释富集样品的甲烷氧化量。根据现有ANME机理得到该实验厌氧条件下累计甲烷氧化率的理论值为39.5%。然而,实测到研究条件下仅14日的累计甲烷氧化率可达36.28%,39.40%。（2）以渗滤液为菌种来源,利用NMS分别在好氧和厌氧条件下富集培养甲烷氧化菌的研究发现,甲烷好氧氧化菌Methylocystis为好氧培养样品的优势种群,其在MO1,MO2的相对丰度分别为35.96%和78.37%。Moheibacter以及Cupriavidus菌属为厌氧样品的优势种群,其在MA1,MA2中的相对丰度分别为41.38%和43.08%,已有研究未发现其与甲烷氧化的关系。在厌氧样品中,发现存在少量甲烷好氧氧化菌（MOB）,Methylocaldum在MA1中的相对丰度为29.68%,Methylocystis在MA2中的相对丰度仅为6.36%。（3）利用生活垃圾填埋场处于厌氧环境下的调节池中渗滤液富集甲烷好氧氧化菌（MOB）,富集培养的MOB能在厌氧条件下存活并氧化甲烷。MOB在好氧和厌氧条件下的培养周期分别为15,55天。厌氧培养,好氧培养结束时累积CH4消耗量分别为630.9±48.74ml,98.37±11.74ml。外加SO42-为电子受体与外加NO3-为电子受体相比,可以显著提高甲烷累计氧化率（p=0.042,t183.537=3.144）,然而电子受体的加入量并不能解释甲烷的氧化量。（4）通过16S r RNA以及pmo A功能基因分析,发现MOB从好氧环境转入厌氧环境下后,种群结构发生了演替。好氧样品O1的优势种群为I型MOB Methylomonas,其相对丰度为81%。在厌氧样本中,随着富集时间的增加,I型MOB Methylomonas的相对丰度逐渐减少（A1中为48%,A2中为8%）,X型甲烷氧化菌Methylococcus（A1中为19%in,A2中为36%）与II甲烷氧化菌Methylocystis（A1中为30%,A2中为54%）的相对丰度逐渐增加。最终在55天的培养周期内,Methylococcus最终成为优势种群（A3中相对丰度为68%）。专性乙酸营养古菌Methanosaeta也在厌氧条件下得到富集。富集培养的Methylococcus以及Methylocystis菌属能否像M.Oxyfera细菌一样,通过一种全新的机制以及未知的歧化酶,将电子受体转化为O2从而氧化甲烷仍需进一步研究。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 绪论
  •   1.1 研究背景及研究意义
  •     1.1.1 研究背景
  •     1.1.2 研究意义
  •   1.2 甲烷厌氧氧化机理
  •     1.2.1 SAMO反应机理
  •     1.2.2 DAMO反应机理
  •     1.2.3 Metal-AOM反应机理
  •   1.3 甲烷厌氧氧化相关微生物
  •     1.3.1 参与SAMO微生物
  •     1.3.2 参与DAMO微生物
  •     1.3.3 参与Metal-AOM的微生物
  •   1.4 甲烷厌氧氧化的实际应用
  •     1.4.1 SAMO过程的实际应用
  •     1.4.2 DAMO过程的实际应用
  •     1.4.3 Metal-AOM过程的实际应用
  •   1.5 厌氧环境下甲烷好氧氧化细菌（MOB）的研究进展
  •   1.6 研究目的与内容
  •     1.6.1 研究目的
  •     1.6.2 研究内容
  • 第二章 模拟垃圾填埋场厌氧环境下甲烷氧化过程研究
  •   2.1 引言
  •   2.2 材料与方法
  •     2.2.1 实验装置
  •     2.2.2 研究过程
  •     2.2.3 实验方法
  •   2.3 结果与讨论
  • 42-浓度的变化'>    2.3.1 不同时间段渗滤液pH,ORP值及SO42-浓度的变化
  •     2.3.2 反应柱渗滤液甲烷氧化率
  •   2.4 本章小结
  • 第三章 填埋场厌氧环境中甲烷氧化菌的富集培养和种群构成
  •   3.1 引言
  •   3.2 材料与方法
  •     3.2.1 实验菌种来源
  •     3.2.2 NMS溶液的配置
  •     3.2.3 研究过程
  •     3.2.4 分析方法
  •   3.3 结果与讨论
  •     3.3.1 渗滤液的物化性质
  •     3.3.2 不同培养条件下的甲烷氧化率
  •     3.3.3 AOM的化学计量式分析
  •     3.3.4 富集培养的甲烷氧化菌种群结构
  •   3.4 本章小结
  • 第四章 厌氧条件下好氧甲烷氧化菌的生长特征和种群演替
  •   4.1 引言
  •   4.2 材料与方法
  •     4.2.1 实验菌种来源
  •     4.2.2 研究过程
  •     4.2.3 分析方法
  •   4.3 结果讨论
  •     4.3.1 渗滤液的理化参数
  •     4.3.2 厌氧条件下MOB的培养
  •     4.3.3 MOB在厌氧条件下的生长规律
  •     4.3.4 MOB在厌氧条件下生长的影响因素
  •     4.3.5 填埋场渗滤液的微生物群落结构
  •     4.3.6 MOB在厌氧培养过程中的种群结构演替
  •   4.4 本章小结
  • 五 结论
  •   5.1 结论
  •   5.2 建议
  • 参考文献
  • 图表目录
  • 致谢
  • 作者简历
  • 研究生期间发表论文

    • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 吴忆宁

    导师: 沈耀良,梅娟

    关键词: 甲烷氧化菌,垃圾填埋场,渗滤液,电子受体,厌氧环境

    来源: 苏州科技大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

    专业: 生物学,环境科学与资源利用,环境科学与资源利用

    单位: 苏州科技大学

    分类号: X799.3;X172

    总页数: 73

    文件大小: 3137K

    下载量: 203

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