不同成熟度煤样产甲烷潜力

摘要:【目的】评估不同类型煤炭生物降解转化为甲烷的潜力,研究原位煤层的微生物群落结构特征。【方法】分别在原位模拟、补加烃降解产甲烷菌系和补加碳源下厌氧培养煤样,利用气相色谱监测甲烷产生趋势,及高通量测序技术研究原位煤层的细菌和古菌群落。【结果】10个样品中有3个高成熟度煤样可以被厌氧降解转化为甲烷。通过生物强化和添加外源底物可以促进HF煤样的产甲烷潜力。其中SL 煤样中的古菌类群主要是氢营养型产甲烷菌Methanoculleus和乙酸营养型产甲烷菌Methanosaeta为主,细菌类群主要 属于Firmicutes(54.4%)、Proteobacteria(30.9%)、未培养微生物(10.8%)、Caldiserica(1.5%)及Thermotogae(1.3%)。【结论】不同成熟度煤样降解产气潜力不同,在部分原位煤层中可能存在参与烃降解与甲烷产生的功能菌。     

铁还原菌降解石油烃的研究进展

铁还原菌是指能够利用细胞外Fe(III)作为末端电子受体,通过氧化有机物将Fe(III)还原为Fe(II)微生物的总称。铁还原作用广泛存在于土壤、河流、海洋、地表含水层以及高温高压的地下深部油藏。在厌氧或兼性厌氧条件下,Fe(III)还原耦合有机物的降解,对铁、碳元素的生物地球化学循环具有重要意义。本文介绍了铁还原菌的多样性和铁还原作用机理,综述了铁还原菌在石油烃降解方面的研究进展。此外,还总结了铁还原菌在生物修复中的潜在作用,并对未来的研究方向进行了展望。     

典型煤层水微生物产甲烷潜力及其群落结构研究

内蒙古自治区二连盆地、海拉尔盆地是我国重要的煤层气产区,其中生物成因煤层气是煤层气的重要来源,但复杂物质转化产甲烷相关微生物群落结构及功能尚不清楚。【目的】研究煤层水中的微生物代谢挥发性脂肪酸产甲烷的生理特征及群落特征。【方法】以内蒙古自治区二连盆地和海拉尔盆地的四口煤层气井水作为接种物,分别添加乙酸钠、丙酸钠和丁酸钠厌氧培养;定期监测挥发性脂肪酸降解过程中甲烷和底物的变化趋势,应用高通量测序技术,分析原始煤层气井水及稳定期产甲烷菌液的微生物群落结构。【结果】除海拉尔盆地H303煤层气井微生物不能代谢丙酸外,其他样品均具备代谢乙酸、丙酸和丁酸产生甲烷的能力,其生理生态参数存在显著差异,产甲烷延滞期依次是乙酸丁酸丙酸;最大比产甲烷速率和底物转化效率依次是丙酸乙酸丁酸。富集培养后,古菌群落结构与煤层气井水的来源显著相关,二连盆地优势古菌为氢营养型产甲烷古菌Methanocalculus (相对丰度13.5%–63.4%)和复合营养型产甲烷古菌Methanosarcina (7.9%–51.3%),海拉尔盆地的优势古菌为氢营养型产甲烷古菌Methanobacterium(24.3%–57.4%)和复合营养型产甲烷古菌Methanosarcina(29.6%–66.5%);细菌群落则与底物类型显著相关,硫酸盐还原菌Desulfovibrio(12.0%–41.0%)、互营丙酸氧化菌Syntrophobacter(39.6%–75.5%)和互营丁酸菌Syntrophomonas(8.5%–21.9%)分别在乙酸钠、丙酸钠和丁酸钠处理组显著富集。【结论】煤层气井水微生物可降解挥发性脂肪酸(乙酸、丙酸和丁酸)并具有产甲烷潜力;乙酸可能被古菌直接代谢产甲烷,而丙酸和丁酸通过互营细菌和产甲烷古菌代谢产甲烷。Desulfovibrio、Syntrophobacter和Syntrophomonas分别在乙酸、丙酸和丁酸代谢过程中发挥了重要作用。这些结果为煤层气生物强化开采提供了一定的微生物资源基础。     

不同pH缓冲液对由乙酸产甲烷菌群结构的影响

【目的】研究不同p H缓冲液对乙酸产甲烷过程及对细菌和古菌群落结构的影响。【方法】分别添加磷酸盐(PB)、4-羟乙基哌嗪乙磺酸(HEPES)、哌嗪-1,4-二乙磺酸(PIPES)和Na HCO3/CO2缓冲液到乙酸产甲烷菌系中,定期监测甲烷产生趋势,到稳定期后收集菌体,进行16S rRNA基因的末端限制性片段多态性分析(T-RFLP)。【结果】发现PB组的乙酸产甲烷菌系延滞期约为40d,显著高于其他组的20-24 d(P0.05);Na HCO3/CO2组乙酸转化为甲烷的比例为(88.3±0.5)%,显著高于其他组的77%-81%(P0.05);不同缓冲液组的最大甲烷比生长速率为0.46-0.57 d-1(P0.05);Na HCO3/CO2组的细菌群落变化最明显,主要是未培养细菌(unclassified bacteria)、螺旋菌科细菌(Spirochaetaceae)和未培养WWE1类群的丰度较其他组分别增加到(15.5±9.4)%、(7.3±4.6)%和(17.6±6.3)%,而互养菌科(Synergistaceae)的细菌丰度降低到(8.9±8.1)%。AC+PB组中的古菌类群发生了明显变化,以竹节状甲烷鬃毛菌(Methanosaeta harundinacea)相关的产甲烷古菌占主导(97±2%),而在HEPES、PIPES和Na HCO3/CO2组和不加缓冲液组中同时存在两类乙酸营养型产甲烷古菌M.harundinacea和联合鬃毛甲烷菌(Methanosaeta concilii),以及属于甲烷杆菌目(Methanobacteriales)的氢营养型产甲烷古菌。【结论】在乙酸产甲烷菌系中加入PB增加了甲烷产生的延滞期,加入Na HCO3/CO2增加了甲烷产量,但是添加p H缓冲液不会影响到菌系的最大甲烷比生长速率。加入PB和Na HCO3/CO2都会显著改变微生物的菌群结构。这些研究为设计适宜的产甲烷菌系生长条件提供了参考。     

佛斯特拉古菌门（Verstraetearchaeota）研究进展

产甲烷古菌广泛分布在缺氧环境中,是有机质厌氧降解产甲烷过程中的关键功能微生物。它们在全球碳元素循环、气候变化等方面发挥着十分重要的作用。传统观念认为产甲烷古菌仅分布在广古菌门（Euryarchaeota）中,最新研究发现一系列新的非广古菌门（non-Euryarchaeota）产甲烷古菌,推测其不仅具有产甲烷能力,可能还具有发酵复杂有机物的代谢潜力。本文围绕佛斯特拉古菌门（Verstraetearchaeota）产甲烷古菌,系统阐述了它的系统分类、碳代谢机制和生态学分布等方面的研究进展,并展望了未来发展趋势。     

厌氧微生物培养分离：过去、现在和未来

厌氧菌是地球上数量最多、物种最丰富的微生物,也是分类上报道最少的微生物。它们对氧气敏感、生长条件苛刻,不容易培养分离。本文简要总结了厌氧微生物的研究历史,分析了限制厌氧微生物培养分离的主要因素,讨论了厌氧微生物培养分离的策略和方法,回顾了国内外厌氧微生物的系统分类学现状,并展望了厌氧微生物培养分离的发展趋势。     

获取有机物厌氧降解产甲烷过程中关键功能类群——互营细菌培养物

互营代谢是微生物之间的重要种间互作关系之一,参与互营代谢的微生物广泛存在于土壤、淡水和海水沉积物、厌氧消化反应器、动物肠道和极端环境中(如地下油藏),在有机物厌氧降解转化为二氧化碳和甲烷的过程中发挥着关键性的作用。研究互营细菌的物质代谢和能量传递的分子机制,对认识缺氧环境中的元素生物地球化学循环具有重要意义,也为解决全球能源危机、缓解气候变暖提供理论指导。但是,互营细菌生长缓慢、对氧气敏感,其分离培养的难度大。本文主要回顾了互营细菌的分离策略及其生理生化特征,展望了互营细菌分离培养的发展趋势,并指出以高通量筛选与定向分离相结合的方法,获得具有特定生理生态学功能的互营细菌,是互营微生物资源和分类学研究的发展方向。     

产甲烷古菌研究进展

产甲烷古菌是一类严格厌氧的古菌,只能利用简单的化合物进行产甲烷生长。产甲烷古菌在地球生命起源和进化、全球气候变化、碳生物地球化学循环和农业废弃物资源化利用等领域,都起着至关重要的作用。系统了解产甲烷古菌的生物学特征,将有助于在这些基础和应用领域的研究工作。本文主要从生理生化特征、代谢途径、能量储存和系统分类等方面介绍产甲烷古菌的研究进展。     

我国产甲烷古菌研究进展与展望

产甲烷古菌广泛分布在湿地、水稻田、动物瘤胃、油藏、海洋和热液等缺氧环境,在全球碳素循环、气候变化和清洁能源生产等领域发挥着重要作用,一直是国内外的研究热点。本文简要回顾了我国产甲烷古菌的研究进展,重点阐述了产甲烷古菌的资源与分类、生理生化、分子生物学、生态学功能和应用等方面的研究进展,并展望了产甲烷古菌的未来研究趋势。     

一株油藏嗜热厌氧杆菌的分离、鉴定及代谢产物特征

[目的]了解油藏环境中细菌的生理生化特性及代谢产物.[方法]采用Hungate厌氧操作技术从胜利油田罗801区块油层采出水中分离到一株厌氧杆菌SC-2.采用生理生化鉴定结合16S rDNA序列的系统发育学分析确定该菌株的系统发育地位,用气相色谱分析其代谢产物.[结果]菌株SC-2为严格厌氧的革兰氏阴性杆菌,菌体大小为0.38 um×1.7um-3.9um,单生、成对或成串生长,产端生芽孢.温度生长范围40℃-75℃(最适温度70℃);pH范围5.5-9.5(最适pH 6.5);NaCl浓度范围0%～5%(最适NaCl浓度0%).能够利用葡萄糖、麦芽糖、甘露糖、木糖等多种碳水化合物,发酵葡萄糖的产物是乙醇、乙酸、丙酸、H2、CO2及少量的乳酸.菌株SC-2的(G C)mol%含量为30.8%,与Thermoanaerobacter mathranii subsp.mathranii的16S rDNA序列相似性为99.85%.菌株利用葡萄糖产乙酸、乙醇的最佳初始pH为8.0;酵母粉能刺激生长并显著提高发酵葡萄糖的产酸、产醇率;培养基中添加4%(V/V)的乙醇能明显抑制菌体生长.[结论]菌株SC-2是从特殊生境(油层采出水)中分离到的一株嗜热、耐盐的厌氧菌,其发酵葡萄糖产生的代谢产物有利于改善油藏中的微环境.菌株SC-2与T.mathranii subsp.mathranii 11426T的最适pH和最大耐受NaCl浓度有所不同,且二者的(G C)mol%含量差异较大.