温度、pH对非光合微生物菌群固碳效率的影响及其成因分析

CO2是主要的温室气体,也是地球上最丰富的碳源和可再生资源,本实验通过研究温度和pH对非光合固碳微生物固碳效率的影响,以期获得非光合固碳微生物适宜的固碳条件,并通过16SrDNA序列分析,研究了不同条件对固碳微生物群落结构的影响及其与固碳效率的相关性。结果表明,好氧／厌氧固碳微生物菌群生长的最适pH均在7左右。好氧固碳微生物菌群可在较大的温度范围（10℃-40℃）内良好生长,但其固碳速率在10℃左右时最高,之后微生物固碳速率随温度上升而下降,在40℃时,微生物固碳速率开始回升。厌氧时微生物的固碳效率随温度的变化情况与好氧时相似,但总体效果要比其在好氧时低20％～25％。由DGGE图谱及戴斯系数分析可得培养温度和pH对群落结构有显著影响,不同pH和温度条件下优势菌差异显著,这可能是固碳效率变化的重要原因之一。     

非光合固碳微生物菌群最佳组合氮源的正交实验分析

与光合微生物相比,非光合微生物固定CO2具有不用光照,可昼夜持续的优点.氮源是影响微生物固碳效率的重要因素.本研究围绕非光合固碳微生物培养中的氮源进行单因素实验,并在此基础上设计正交交互实验以确定最优的氮源组合.结果表明,实验中采用的三种无机氮对微生物固碳效率均有提升,其中( NH4)2SO4约在浓度为8g/L时达到最大值,NaNO3约在浓度为5 g/L时达到最大值而NaNO2约在浓度为5 g/L时达到最大值.根据单因素实验的结果设计L27(313)的正交交互实验表,得到不同氮源组合影响固碳效率的主次顺序:NaNO3和(NH4)2SO4是影响微生物固定CO2的主要因素,其余依次为NaNO3和(NH4)2SO4的交互作用,(NH4)2SO4和NaNO2的交互作用以及NaNO2等.同时三种氮源的最优组合为(NH4)2SO4浓度9 g/L,NaNO3浓度5 g/L和NaNO2浓度8 g/L,并得到三种因素影响的直观图.     

非光合微生物菌群好氧固定CO2的研究

微生物固定CO2在环境、资源方面具有重要意义.然而,通常具有较高固碳能力的光合细菌和氢-氧化细菌由于需要光照/严格厌氧和供氢,限制了其在反应器或土壤中的应用.本研究通过生物技术手段从海水及其沉积物中选育到在普通好氧条件下具有固碳能力的非光合微生物菌群,并通过电子供体和无机碳源结构的优化,显著提高了其对无机碳的同化能力,好氧条件下固碳菌液的最高无机碳同化效率可达110 mgCO2 / L·d,为实现普通环境条件下的微生物固碳奠定了基础.同时,通过分子生物学手段研究了不同环境条件下固碳微生物菌群的群落结构,以期为进一步优化固碳微生物群落结构,提升固碳效率提供理论依据.结果发现在不同培养条件下,菌群的群落结构发生了很大改变,表明不同条件下的固碳优势菌属于不同的种属,但通过测序、序列比对及构建系统发育树后发现,在已测序的16个显著条带中,11个是不可培养微生物,即其只能以共生方式存在,混合培养时,固定CO2的效果可能是多种菌共同作用的结果.这意味着单一纯种微生物的固碳效率可能较低,研究与优化固碳微生物菌群的结构和配比将有利于固碳效率的提升.     

非光合固碳微生物菌群的耐盐特性及其影响因素

从海洋中分离驯化得到的非光合固碳微生物菌群(NPMC)是无需光照和供氢的化能自养微生物,若能用于贫瘠盐碱地改良,实现其在盐碱土壤中的二次固碳,对于盐碱土壤的低碳化改良具有重要的意义.本实验初步验证了NPMC的耐盐特性,以及微量元素和磷酸盐缓冲液两单因素在次高盐条件下对NPMC固碳效率的影响.并通过响应面法研究了微量元素与盐浓度对NPMC固碳效率的交互作用.结果表明,非光合固碳微生物拥有耐受高盐浓度的特性,可耐受高达100g/L以上的总盐度,因此可用于重盐碱土壤的改良.微量元素和磷酸盐缓冲液浓度的增加,都可增强NPMC的固碳效率,微量元素的促进效应高于磷酸盐缓冲液.微量元素和盐度对NPMC固碳效率的影响存在交互作用.