固定化甲烷八叠球菌研究—─甲烷八叠球菌富集分离和固定化

用亨盖特（Hungate）厌氧技术,以甲醇为唯一碳源获得了甲烷八叠球菌的富集培养物,以甲醇或乙酸钠（或两者各50％）为碳源滚管培养,获得了以甲烷八叠球菌的分离培养物。用聚乙烯醇（PVA）为包埋剂对甲烷八叠球菌sp固定化,并对其特性进行了研究。结果表明：固定化甲烷八叠球菌与非固定化甲烷八叠球菌的总产气量相似,但两者的产气特性有明显不同。固定化甲烷八叠球菌产气迟于非固定化甲烷八叠球菌,固定化甲烷八叠球菌的产气集中,在产气的6天中,平均日产气量30.88mL甲烷,最高产气量可达2.80mL甲烷/h,在产气高峰两天中的产气量占总产气量的66.0％。非固定化甲烷八叠球菌产气平稳,平均日产气量为8.91mL甲烷。固定化甲烷八叠球菌的电子显微镜观察结果表明,细胞在固定介质中多呈较大包囊存在,包囊直径30～50μm。     

长江口沉积物甲烷产生潜力与产甲烷菌群落特征

采用室内培养与高通量测序技术,研究了长江口沉积物产甲烷潜力及其产甲烷菌群落组成特征.结果表明,研究区沉积物甲烷排放速率为4.15～7.12 nmol·g~(-1)·d~(-1),且表现出厌氧区高、丰氧区低的特点.甲烷产生潜力为丰氧区大于厌氧区,说明甲烷在水体中氧化是减少甲烷排放的重要环境过程.研究区沉积物中产甲烷菌群落组成具有明显的差异.厌氧区沉积物产甲烷菌的优势群落为Methanococcoides(拟甲烷球菌属)、Methanosarcina(甲烷八叠球菌属)和Methanosaeta(甲烷鬃菌属),丰氧区沉积物为Methanosarcina(甲烷八叠球菌属)、Methanosaeta(甲烷鬃菌属)和Methanocella(甲烷胞菌属),因而缺氧过程会对产甲烷菌群落产生重要的影响.通过估算发现,研究区甲烷的排放量为2487～6819 t·a~(-1),表明长江口是甲烷排放的净产生源.因此,由缺氧过程导致的河口环境因子变化会影响甲烷的代谢循环过程及其微生物群落组成,进而对河口生态系统甲烷排放产生重要的影响.     

固定化甲烷八叠球菌及处理高浓度有机废水研究

为了克服PVA包埋固定化甲烷八叠球菌存在的缺点 ,采用吸附和包埋结合法对甲烷八叠球菌进行了固定化 ,并用UASB反应器以高浓度人工废水和豆制品废水为底物对固定化甲烷八叠球菌特性进行研究 .用人工废水运转的结果表明 ,最高容积负荷为 14 7kg(COD) (m3·d) ,最高COD去除率为 94 3 % ,最低水力停留时间 (HRT)为 16 4h ,甲烷含量为 65 %～73 % .用豆制品废水运转的结果表明 ,最高COD负荷 17 6kg (m3·d) ,平均容积负荷 8 2kg(COD) (m3·d) ,最低为 13 7h ,最高产气率 7L (d·L) ,平均产气率固定化为非固定化的 15 2倍 ,最高COD去除率达到了 87% .     

活性炭在中高温条件下对玉米秸秆厌氧发酵的影响

为提高玉米秸秆厌氧发酵的产气效果,本文研究活性炭在中温(38℃)和高温(50℃)条件下对玉米秸秆厌氧发酵产甲烷的效果及微生物学机制.结果表明,添加活性炭能显著促进秸秆厌氧发酵产甲烷,中、高温试验组(添加活性炭)的累积产甲烷量分别比对照提高了63%和96%;DGGE的结果显示,高温试验组(添加活性炭)和对照组(未添加活性炭)的发酵液中的优势细菌菌群分别是Clostridiale bacterium和Bacillus,中温对照组发酵液和中温试验组发酵液未发现明显优势菌种.添加活性炭分别有利于氢营养型的甲烷鬃毛菌(Methanosaeta concilii strain)和乙酸营养型的醋酸甲烷八叠球菌(Methanosarcina acetivorans strain),在中温、高温试验组的发酵液中形成优势古菌菌群.中温试验组活性炭载体上的优势古菌菌群为甲烷鬃毛菌(Methanosaeta concilii strain),而高温试验组活性炭载体上的优势古菌菌群主要为甲烷八叠球菌嗜高温菌属(Methanosarcina thermophila strain).     

不同原料厌氧发酵及其微生物种群的研究

使用PCR-DGGE技术,对以鸡粪、猪粪、牛粪、秸秆为发酵原料的发酵体系的微生物群落多样性进行了研究.在发酵不同时间取样,进行了日产甲烷量、日产甲烷浓度的变化分析和DGGE分析.结果表明,日产甲烷量整体趋势为猪粪>鸡粪>秸秆>牛粪,日平均产甲烷量分别为2.67、2.24、0.99、0.49L;猪粪、鸡粪、秸秆的日产甲烷浓度在整个发酵周期大多可维持在50%以上,牛粪的日产甲烷浓度大部分时间低于30%;细菌的优势菌群有拟杆菌属(Bacteroidetes)、密螺旋体属(Treponema)、厌氧绳菌科(Anaerolineaceae)等,新增优势菌群有梭菌属(Clostridium)、脱硫叶菌属(Desulfobulbus)、毛螺旋菌科(Lachnospiraceae)、醋弧菌属(Acetivibrio);古菌的优势菌群有甲烷鬃菌属(Methanosaeta)、甲烷八叠球菌属(Methanosarcina)、甲烷八叠球菌目(Methanosarcinales),新增优势菌群有斯氏甲烷球菌属(Methanosphaera stadtmanae).     

浑河底泥产甲烷古菌多样性空间分布特征

为了深入探究影响河流甲烷排放的关键因素,采用PCR-RFLP(限制性片段长度多态性聚合酶链反应)技术及测序分析对浑河底泥产甲烷古菌的多样性及空间分布进行了研究.结果表明,浑河底泥产甲烷古菌划分为4大类群:甲烷杆菌目(Methanobacteriales)、甲烷微菌目(Methanomirobiales)、甲烷胞菌目(Methanocellales)和甲烷八叠球菌目(Methanosarcinales).从河流上游到下游,产甲烷古菌的群落结构呈现出空间变异的特征.河流上游占优势的产甲烷古菌菌属为Methanosarcina和Methanospirillum,分别约占46.2%和20.8%;中游主要菌属为Methanosarcina、Methanobacterium和Methanomethylovorans,分别约占40.9%、20.7%和15.2%;下游主要菌属为Methanosarcina和Methanobacterium,分别约占46.7%和22.1%.浑河底泥中Methanosarcina为优势菌属.Shannon指数(H')和Simpson多样性指数(D)计算结果表明,河流上游(H'=1.56,D=0.33)和中游(H'=1.79,D=0.26)产甲烷古菌的多样性与下游(H'=1.65,D=0.32)均较为接近.     

Ⅰ Ⅱ-ASBR中厌氧颗粒污泥的微生物组成及特性

在35℃下以奶粉人工合成废水为底物连续运行了两段厌氧反应器(ⅠⅡ-ASBR),且于ⅠⅡ两柱中形成了两种不同的厌氧颗粒污泥,为了解厌氧颗粒污泥的微生态结构及生物学特性,对ⅠⅡ两柱中厌氧颗粒污泥的形态及微生物组成进行扫描电镜观察,并测定了其不同基质中的比产甲烷活性、辅酶F420和胞外多聚物的含量。结果表明:ⅠⅡ-ASBR反应器ⅠⅡ两柱中厌氧颗粒污泥形态及微生物组成差异明显,Ⅰ柱的厌氧颗粒污泥大而密实,Ⅱ柱的较小,呈多孔的网状结构,Ⅰ柱中厌氧颗粒污泥以甲烷八叠球菌、球菌及短杆菌为主,丝状菌较少,Ⅱ柱则以丝状菌、短杆菌为主,球菌较少;Ⅰ柱颗粒污泥利用葡萄糖、甲酸、丙酸的产甲烷活性较高,利用乙酸的活性相对较低,Ⅱ柱颗粒污泥利用葡萄糖、乙酸的产甲烷活性较高,而利用甲酸、丙酸的产甲烷活性较低;辅酶F420的含量Ⅱ柱比Ⅰ柱明显要高,而胞外多聚物含量Ⅰ柱比Ⅱ柱的高。     

互花米草沼泽湿地产甲烷古菌的多样性及垂向分布

为了深入探究影响河口沼泽湿地甲烷排放空间变异的关键因素,采用PCR-RFLP技术及测序分析对闽江河口互花米草沼泽湿地产甲烷古菌的多样性及垂向分布进行了研究.系统发育分析表明,闽江河口互花米草沼泽湿地产甲烷古菌的多样性划分为3大类群:甲烷杆菌目(Methanobacteriales)、甲烷微菌目(Methanomirobiales)和甲烷八叠球菌目(Methanosarcinales).在不同的土壤深度,产甲烷古菌的群落结构呈现出空间变异的特征.0~10 cm土层占优势的产甲烷古菌菌属为Methanoregula和Methanobacterium,分别约占46%和43%;10~20 cm土层主要菌属为Methanoregula、Methanobacterium和Methanolobus,分别约占66%、13%和12%,Methanoregula为优势菌属;20~30 cm土层主要菌属为Methanoregula、Methanobacterium和Methanogenium,分别约占65%、11%和12%,Methanoregula为优势菌属.Shannon指数(H')和Simpson多样性指数(D)计算结果表明,10~20 cm土层(H'=2.69,D=0.073)和20~30 cm土层(H'=2.47,D=0.093)产甲烷古菌的多样性明显高于0~10 cm土层(H'=1.60,D=0.292).     

IC反应器处理啤酒废水的效能及其微生物群落动态分析

在35℃下连续运行内循环厌氧反应器(IC),通过不断提高进水容积负荷,研究不同运行负荷下反应器处理模拟啤酒废水的运行情况,并探讨微生物的种群结构与其活性变化之间的相互关系.IC反应器效能分析表明其最大进水容积负荷(以COD计)可达20 kg.(m3.d)-1,COD去除率为85%以上,最大比产甲烷活性(以VSS计)可达210 mL.(g.d)-1;污泥脱氢酶活性与细菌DGGE图谱表明反应器中脱氢酶活性的变化趋势与细菌DGGE条带总光强度的变化趋势一致,DGGE图谱中细菌条带的总光密度值可作为厌氧体系中生物量的一个参考指标;辅酶F420与古细菌DGGE分析表明,污泥中辅酶F420含量与甲烷鬃菌属(Methanosaeta sp.)的相对丰度有一定的相互联系,在低负荷条件下甲烷八叠球菌属(Methanosarcina mazei)优势地位比较显著,随着负荷的提高,甲烷鬃菌属(Methanosaeta sp.)优势地位逐渐显著,且辅酶F420含量随之升高,当最大负荷为20kg.(m3.d)-1时,辅酶F420的含量(以VSS计)达到0.16μmol.g-1,而此时甲烷鬃菌属(Methanosaeta sp.)占据尤为明显的优势地位;聚类分析(UPGAMA)和Shannon指数也表明在不同反应负荷下,微生物的群落结构变化明显.     

城市污水管网中产甲烷菌的分布特性规律

实验通过一套1 200 m的PVC管式反应器来模拟城市污水管网,利用气相色谱法、液相色谱法和454高通量测序等手段,研究了城市污水管网中产甲烷过程中的物质变化和产甲烷菌分布特性规律.结果表明,管网中甲烷含量沿程升高,说明管网中存在产甲烷菌;产甲烷菌主要包含甲烷八叠球菌属(Methanosarcina)、广古菌门中的菌属(Euryarchaeota_unclassified)和甲烷杆菌科中的菌属(Methanobacteriaceae_unclassified)这3种优势菌属,且在管网800~1 000 m处有广古菌门中的菌属(Euryarchaeota_unclassified)取代甲烷八叠球菌属(Methanosarcina)成为第一优势菌属的演替现象;管网中产甲烷可利用基质有甲酸、甲醇、甲胺、乙酸,其中乙酸为主要基质,这些基质在管网中先增加后降低的变化趋势导致了管网中产甲烷菌演替现象的发生.