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《同济大学》 2008年
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氯酚/硝基苯厌氧降解体系中微生物种群结构研究

黄爱群  
【摘要】: 有毒有机物的厌氧降解具有能耗低、效率高、无二次污染等优点,本课题针对两类常见的有毒有机污染物氯酚((2-monochlorophenol,简称2-氯酚;4-monochlorophenol,简称4-氯酚;2,4-dichlorophenol,简称2,4-二氯酚)/硝基苯进行厌氧降解,并对这些厌氧体系中微生物种群结构进行研究。通过颗粒污泥样品DNA提取、特异性引物的PCR扩增、DGGE分析,自制感受态细胞进行连接转化、阳性克隆子测序、序列分析归纳,特异性荧光探针结合、流式细胞计数等方法,分别对2-氯酚、4-氯酚、2,4-二氯酚/硝基苯厌氧降解体系中的细菌、古菌、硫酸还原菌、各种产甲烷菌等微生物种群分布进行分析。结果证实,通过以上方法可以有效的对有毒有机物厌氧降解体系中特定的微生物群落组成进行分析。 厌氧颗粒污泥经过2-CP驯化后,检出的古细菌类型由驯化前的17种增加到23种;经过4-CP驯化后,检出的古细菌类型由驯化前的17种增加到19种。有9种古细菌只在降解2-CP的厌氧污泥中被检出,在接种污泥和降解4-CP厌氧污泥中均未被检出,说明这些古细菌更易于适应2-CP的驯化,而不适应4-CP的降解。7种古细菌在接种污泥、2-CP驯化污泥、4-CP驯化污泥中均被检出,它们很有可能是降解氯酚类物质的主要古细菌。2-CP驯化前后的厌氧颗粒污泥中存在4种共有的酸杆菌,经2-CP驯化后,接种污泥中8种酸杆菌菌种发生消亡,并出现了7种新的菌种。 考察了降解2,4-二氯酚的ASBR的顶部、中部及底部污泥中微生物种群结构,底部污泥的古细菌有15种,顶部有14种古菌,而反应器中部的菌种结构最为简单,有10种古菌;反应器各部位的污泥中有10种共有的古菌。接种污泥在经过2,4-DCP驯化后,ASBR各层污泥中古菌多样性明显减少,底部污泥古菌种群丰度变化最为明显。 在接种污泥以及降解氯酚类物质的各厌氧系统中,甲烷杆菌的含量都远远高于甲烷鬓菌和产甲烷菌属,说明甲烷杆菌是降解氯酚类物质厌氧系统的优势甲烷菌。 用铜、铬、镍等重金属离子对降解2-氯酚的厌氧系统进行冲击后发现,重金属离子的冲击会改变细菌和古细菌的种群结构。与对照样品中检出的23种古细菌相比,Cu~(2+)冲击后系统中古菌类型降到18种,在恢复期继续降低到9种,导致Cu~(2+)冲击对系统抑制作用最强,需要的恢复期也最长。Cd~(2+)冲击3d后污泥中检出了30种古菌,而恢复10d后,只检出了14种古菌,导致了Cd~(2+)冲击后系统的恢复缓慢。与Cd~(2+)、Cu~(2+)系统中古菌种类数减少相反,Ni~(2+)冲击后系统的古菌类型增加到30种,在恢复10d后继续增到39种,远高于同期的Cd~(2+)、Cu~(2+)系统中古菌的种类数。虽然Ni~(2+)冲击后系统受到抑制,但是恢复的周期相对较短。 分别考察了中性、碱性、加入FeCl_2(100mg/L,pH中性)条件下的硝基苯厌氧降解体系中微生物的种群分布状况。经硝基苯驯化后的厌氧污泥中,古菌种群分布最为丰富,为93种;中性和碱性条件下的硝基苯厌氧降解污泥中均有89种古菌类型;FeCl_2(100mg/L,pH中性)存在条件下的硝基苯厌氧降解污泥中古菌类型为87种。硝基苯厌氧降解体系中检出的古菌种类数量及各样品共有的古菌种类数量都远远高于氯酚类(2-CP,4-CP,2,4-DCP)厌氧降解系统中检出的古菌种类。除了在氯酚厌氧降解系统中的主要菌种和优势菌种Unculturedarchaeon(TA05、TA04、TA01)、Methanothrix soehngenii(索式甲烷发菌)、Methanosaeta concilii(甲烷鬓毛菌)外,在硝基苯厌氧降解体系中,古菌类型丰富多样且分布均匀,主要菌种的地位表现不明显,古菌类型主要集中在甲烷杆菌纲、甲烷球菌纲及甲烷微菌纲中的甲烷杆菌属(Methanobacterium)、甲烷球菌属(Methanococcus)、甲烷螺菌属(Methanospirillum)、甲烷囊菌属(Methanoculleus)。 对常温下处理城市生活污水的厌氧颗粒污泥进行分析,在反应器底部、中部和顶部污泥中,有14种共有的古菌。反应器中部污泥的古菌结构最为丰富,有45种古菌;反应器顶部检出的古菌有21种;而反应器底部的菌种结构最为简单,有18种古菌。反应器各层污泥样品中,甲烷杆菌的含量都低于甲烷鬓菌和甲烷微菌;在底部及顶部污泥中,甲烷鬓菌的检出频率最高,含量最高,是优势菌种;在中部污泥中,甲烷微菌含量高于甲烷鬓菌与甲烷杆菌,是优势菌种。各层污泥中,SRB的含量均低于甲烷鬓菌,均大于甲烷杆菌。
【学位授予单位】:同济大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:X172

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