颗粒污泥的产甲烷细菌及结构模型初探

本文报道了颗粒污泥中不同形态的产甲烷细菌及其分布特征。电镜观察表明,颗粒表层主要是氢营养型产甲烷菌,如产甲烷短杆菌、产甲烷螺菌等。细菌的分布具有一定的“区位化”。颗粒内层则主要是乙酸营养型产甲烷菌,其中产甲烷丝菌是优势种群,并且与产氢产乙酸细菌之间存在互营共生关系。根据对产甲烷细菌的观察研究结果,作者提出了一个颗粒污泥的初步结构模型,同时对此进行了分析讨论。     

pH、温度和癸酸对厌氧颗粒污泥产甲烷毒性关系的研究

在间歇培养中研究了癸酸对UASB反应器厌氧颗粒污泥的产甲烷毒性,并考察了pH、温度和癸酸抑制的关系。结果表明,癸酸对厌氧颗粒污泥产甲烷活性有强烈的抑制,对厌氧颗粒污泥比产甲烷活性产生50％抑制的浓度为1．9mmol/L。pH影响癸酸在液相中的存在形式,pH越低,游离癸酸比例越大,对厌氧颗粒污泥的抑制越严重。高温条件下癸酸使厌氧颗粒污泥的结构变得松散,对厌氧颗粒污泥产甲烷毒性较中温和低温条件下严重。     

酸性条件下耐酸产甲烷颗粒污泥的培养及特性*

分别采用中性颗粒污泥和河底沉积物接种运行两个颗粒污泥膨胀床(EGSB)反应器,通过逐级降低pH的运行策略,驯化和培养了耐酸产甲烷颗粒污泥,两个EGSB反应器均能在pH5．8-6．2条件下稳定运行,容积负荷可达5．5-7．5kg COD,(m^3／d),COD去除率约90％;两种颗粒污泥在低pH值下均能保持较高的产甲烷活性,pH5．5时,仍能保持pH7．0时活性的51．8％和55．6％;还对耐酸颗粒污泥的粒径分布、沉降性能、金属元素含量、微观结构及细菌在颗粒表面和内部的分布等进行了研究。     

产甲烷细菌的超微结构

用透射电子显微镜和扫描电子显散镜观察了7株产甲烷细菌的形态和细胞细微结构。这7株产甲烷细菌分别是嗜热自养甲烷杆菌CB一12菌株,布氏甲烷杆菌CS菌株、史氏甲烷短杆菌H一13菌株、索氏甲烷丝菌CT菌株、甲烷八叠球菌TH菌株、嗜热甲烷八叠球菌CB-8菌株、甲烷球菌。讨论了7株产甲烷细菌细胞壁结构的差异,产甲烷杆菌的细胞质内膜结构与其产能代谢的关系。     

寺河矿煤地质产甲烷微生物菌群的保藏和产甲烷性能

【背景】煤地质产甲烷微生物菌群可以代谢煤基质产生甲烷,对于实现煤层气资源的再利用具有重要意义。【目的】检测产甲烷菌群在保藏过程中群落结构的动态变化以及在产气实验中甲烷气的生成情况,以验证保藏方法的可行性,同时为煤层气的微生物增产奠定基础。【方法】分别于不同温度条件下比较3种菌种保藏方法,即甘油/L-半胱氨酸法、富营养法和煤基-基础盐法。通过产气实验检测不同保藏条件下产甲烷菌群的活力。同时,采用454高通量测序技术测定16S r RNA基因序列,分析25°C条件下煤基-基础盐菌种保藏过程中微生物群落结构的变化。【结果】比较了9组菌种保藏方法,发现菌种最佳保藏条件为25°C的煤基-基础盐保藏。在该条件下保藏的产甲烷菌群活性最高,甲烷生成量最大。以无烟煤为碳源进行产气实验时甲烷生成量为12%-25%,而以褐煤为碳源时甲烷生成量可达24%-73%。在25°C的煤基-基础盐菌种保藏条件下,保藏初期细菌的主要优势菌为假单胞菌属(Pseudomonas),而古菌的主要优势菌为甲烷八叠球菌属(Methanosarcina)。随着保藏时间的增加,细菌的群落结构变化显著,发酵细菌及产氢产乙酸细菌成为优势细菌,古菌的群落结构则相对稳定。【结论】菌种保藏的最佳条件为25°C的煤基-基础盐,保藏的产甲烷菌群能长期维持在较高的活性状态,具有较好的产甲烷能力。     

产甲烷古菌中CRISPR簇的研究

【目的】通过对51个产甲烷古菌基因组中成簇的规律间隔短回文重复序列(Clustered regularly interspaced short palindromic repeats,CRISPR)的组成和来源进行研究,推测产甲烷古菌与环境中其他微生物的物质交换和相互作用,在基因组水平上阐述产甲烷古菌之间的遗传差异。【方法】利用CRISPRdb和CRISPRFinder,找出产甲烷古菌基因组中所有潜在的CRISPR簇。对CRISPR簇的基本组成部分进行分析:利用BLASTCLUST对重复序列(Repeat)进行分类;分别将间隔序列(Spacer)与Refseq病毒基因组、Refseq质粒基因组和Refseq产甲烷古菌基因组进行比对,从而获得间隔序列的物种来源和功能信息的注释。【结果】在51个产甲烷古菌中共找到了196个CRISPR簇,这些CRISPR簇中包含了总共4 355条间隔序列。在这些产甲烷古菌中,CRISPR簇的分布是不均匀的,且每个物种的间隔序列数量与其CRISPR簇数量是不成正比的。在对重复序列进行分类之后,发现Mclu1是分布最广且最具代表性的一类重复序列。在4 355条间隔序列中有388条具有物种注释信息,266条具有功能注释信息。从CRISPR簇间隔序列的来源来看,产甲烷古菌曾受到来自Poxiviridae、Siphoviridae以及Myoviridae属病毒的攻击,并且产甲烷古菌之间存在比较广泛的遗传物质交换。【结论】产甲烷古菌基因组中的CRISPR簇在组成和来源上存在较大的差异,这些差异与它们的生存环境有较大的关系。从CRISPR簇的角度阐述了产甲烷古菌之间基因组序列的差异。     

青藏高原三个盐碱湖的产甲烷菌群和产甲烷代谢途径分析

【目的】分析青藏高原不同类型盐碱湖中的优势产甲烷菌群和优势产甲烷代谢途径。【方法】以不同盐度和植被类型的公珠错、昆仲错和无植被的兹格塘错的沉积物为研究对象,通过高通量测序和q PCR定量古菌16S r RNA多样性分析优势古菌类群;模拟原位盐浓度及p H,比较不同产甲烷底物(甲醇、三甲胺、乙酸和H_2/CO_2)富集沉积物的产甲烷速率,分析其优势产甲烷菌代谢类型。通过添加产甲烷抑制剂(2-溴乙烷磺酸盐),检测沉积物中产甲烷底物积累,确定不同盐碱湖中主要的产甲烷途径。【结果】昆仲错的优势菌群包括甲基/乙酸型的甲烷八叠球菌科(Methanosarcinaceae,11%),乙酸型的甲烷鬃菌科(Methanosaetaceae,7.9%)和氢型甲烷菌甲烷杆菌目(Methanomicrobiales,7.4%);公珠错和兹格塘错的优势菌群为甲烷鬃菌科(Methanosaetaceae)分别占15%和15.3%,及甲烷杆菌属(Methanobacterium)和甲基型的甲烷叶菌属(Methanolobus)。公珠错和昆仲错分别以乙酸和甲醇产甲烷速率最高,而兹格塘错从不同底物产甲烷速率无差异。抑制甲烷产生后,公珠错主要积累乙酸,昆仲错主要积累甲醇;兹格塘错不仅甲烷排放低,也无产甲烷物质显著积累。【结论】昆仲错沉积物中的甲烷主要来自甲醇,公珠错中的甲烷主要来自乙酸,而兹格塘错产甲烷和底物积累不活跃。因而推测高原盐碱湖主要的产甲烷途径和菌群可能与周围植被类型的相关性更高,而与盐度的直接相关性较低。     

产甲烷细菌的极性脂质结构

古细菌的极性脂质是以植烷醇结构为特征的,它有别于真细菌和真核生物的正常脂质。构成产甲烷细菌极性脂质的基本骨架有四种:阿克醇、卡克醇、马克醇和海克醇。本文阐述了各种产甲烷细菌极性脂质成分的结构;从这些脂质成分的结构特点上看,或许极性脂质可作为系统分类和进化的标志。     

污水污泥和造纸污泥干燥特性的对比研究

采用4种不同温度(30℃、70℃、102℃、130℃)及4种不同体表比(1.62cm²·g^-1、2.16cm²·g^-1、3.24cm²·g^-1、6.48cm²·g^-1)的污泥样品,对比研究了污水污泥和造纸污泥的干燥特性。结果表明:恒温干燥的温度越高,样品的比表面积越大,干燥时间越短。污泥失水率在10%之前,处于快速干燥阶段;污泥失水率在10%～60%之间,处于恒速干燥阶段;污泥失水率在大于60%时,处于降速干燥阶段。各阶段,污水污泥的失水速率比造纸污泥小0.01%·s^-1左右。     

从豆制品废水厌氧发酵液分离的一株新的产甲烷球菌

用Hungate厌氧技术,从豆制品废水厌氧发酵液中分离到一株细胞直径为0.5--1.2μm的球形产甲烷细菌,编号8508。该菌株利用H2／CO2和甲酸盐生长产甲烷。生长要求乙酸盐、酵母膏和酪素水解物。最佳生长要求0．5--1．0％的NaCl或MgCl20生长的最适温度为35℃,最适pH 7．0--7．3。DNA的G+C含量为41mol％。菌株8508可能是甲烷球菌属(Metha-nococcus)中的一个新种,但还要通过DNA杂交、荧光抗体等测定证实。     

硬脂酸降解菌与产甲烷球菌共培养物的研究

采用Hungate厌氧技术,从处理柠檬酸生产废水的管道消化器中分离到产氢产乙酸的硬脂酸降解菌与产甲烷球菌的共培养物(LDB1-M1),LDB1菌株为专性厌氧,呈弧状,不产芽孢,革兰氏反应阴性。该共培养物能降解c4C20 直链脂肪酸,但必须加一定量的CsC12。经初步研究认为LDB1菌株可能是互营单胞菌属的一个新种。     

污水处理厂污泥膨胀和污泥发泡的比较分析

活性污泥法由于操作简单、处理效果好被广泛应用于市政污水和工业废水的处理。污泥膨胀和污泥发泡现象影响二次沉淀池的泥水分离过程和生物反应池的微生物量稳定,严重困扰着污水处理厂的正常运行,被称为污水处理厂的"癌症"。本文从污泥膨胀和污泥发泡的定义及分类出发,全面地比较了表征污泥膨胀和污泥发泡的方法、引起污泥膨胀和污泥发泡的丝状细菌种类及控制污泥膨胀和污泥发泡方法的异同,并探讨了污泥膨胀和污泥发泡问题的未来研究方向和控制策略,期望能够为今后污泥膨胀和污泥发泡问题的研究和调控提供有价值的参考。     

厌氧污泥体系脱氢酶活性表征细菌数的研究

以硫化钠作还原剂,甲苯为提取溶剂,用氯化三苯基四氮唑(TTC)法测定污泥脱氢酶活性,探讨了脱氢酶活性与细菌数对数(lgABN)的相关性,并建立了脱氢酶活性表征细菌数的数学模型。结果表明:在lgABN为7.5～12范围内,脱氢酶表征的污泥活性与细菌数对数(lgABN)呈明显线性相关,从理论上分析了其惟一线性相关性;在细菌数的对数达到7.5～12的对数期、稳定期与衰亡期,脱氢酶活性换算成对应细菌数所绘制的曲线与细菌生长曲线有明显拟合;在有重金属离子存在的污泥体系中,脱氢酶活性可用来作为评价重金属离子的毒性指标;从而脱氢酶活性可取代细菌计数表征污泥活性。     

pH值和产甲烷抑制剂对两相耦合系统污泥发酵定向产乙酸的影响

采用产氢产乙酸/同型产乙酸两相耦合工艺对剩余污泥进行了半连续式厌氧发酵,主要研究了pH值和产甲烷抑制剂2-bromoethanesulphonate(BES)对耦合系统定向产乙酸的影响.结果表明:碱性pH(pH=10.0)和添加BES都能促进A相乙酸的积累,提高乙酸的产率,同时碱性pH比添加BES更有利于污泥的水解.当...     

新型产甲烷古菌研究进展

产甲烷古菌是一类能利用简单化合物产生甲烷气体的厌氧菌。近年来,随着测序技术的不断发展,科学家结合宏基因组学和其他技术先后发现了众多之前未被报道的新型产甲烷古菌。基因组分析等研究发现这几类新型产甲烷古菌具有独特的甲烷代谢通路以及广泛的生态分布,科学家推测它们在全球生态调节以及碳循环中可能起到了不可忽视的作用。然而,这些新型产甲烷古菌大部分尚未通过传统培养方法获得纯培养菌株,其确切的生理代谢机制和生态功能还有待深入研究。为了更加系统地了解这些新型产甲烷古菌,本文从它们的分类、系统发育地位、代谢机制、生态分布以及分离培养等方面进行了综述,并对新型产甲烷古菌未来的研究方向进行了展望。     

高效降解纤维素产甲烷菌群的富集及其性质研究

以获得1组高效降解纤维素的产甲烷菌群为目的,以蔬菜厌氧消化液、糖蜜厌氧消化液和池塘沉积物底泥为菌株来源,55℃条件下,以滤纸为碳源进行继代培养,检测其甲烷含量,最终获得1组有效分解纤维素的产甲烷菌群。该菌群能够有效分解滤纸,相对分解率可达67.3%,培养7 d甲烷累积产量可达46.5%(体积分数),培养第3天羧甲基纤维素酶(CMC)活性最高值为26.3 U/mL。有机酸中乙酸产量最高,7 d累积量为2.7 g/L。基于16S rRNA基因扩增子高通量测序分析结果表明,细菌的多样性高于古菌。细菌菌群主要由Lutispora、好氧芽胞杆菌属(Aeribacillus)、解硫胺素杆菌属(Aneurinibacillus)、共生小杆菌属(Symbiobacterium)、梭菌属(Clostridium)等组成,其中Lutispora为优势菌群,占细菌总丰度的11.04%。古菌菌群主要包括甲烷嗜热杆菌属(Methanothermobacter)、甲烷丝状菌属(Methanothrix)、甲烷杆菌属(Methanobacterium)、甲烷螺菌(Methanospirillum)等,其中甲烷嗜热杆菌属为优势古菌菌群,占古菌总丰度的99.82%。这组高效降解纤维素的产甲烷菌群可通过多种微生物协同作用实现纤维素的降解和甲烷的产生。     

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。     

稻-鸭复合生态系统产甲烷细菌数量

采用厌氧培养箱技术 ,用最大或然数计数法 (MPN法 )和滚管法同时测定稻 -鸭复合系统和常规稻作系统早稻不同生育期土壤中的产甲烷细菌数量。结果表明 :(1)两系统产甲烷菌数量具有明显的季节变化规律。水稻返青期前 ,两系统的产甲烷菌数量相差不大 ,随着水稻生育期的推进 ,两处理的产甲烷菌数量逐渐增加 ,均在分蘖盛期明显增高 ,孕穗期达到最高 ,乳熟期又显著减少 ,生长后期又有所回升。(2 )稻田围栏养鸭能减少稻田中的产甲烷菌数量 ,特别是减少了稻田甲烷排放高峰期的产甲烷菌数量。在水稻分蘖盛期和孕穗期 ,MPN计数法中 ,稻 -鸭复合生态系统低于常规稻作系统 2 0 .0 %～ 96 .9% ;滚管法计数中 ,前者比后者降低 33.3%～ 98.1% ,两系统的产甲烷菌数量之间的差异均达极显著水平。 (3)产甲烷细菌对甲醇、异丙醇、CO2 / H2 、乙酸钠有嗜好表现 ,对甲胺、甲酸、甲胺 甲醇 甲酸 异丙醇 乙酸钠 (混合基质 1)、甲酸 甲醇 异丙醇 乙酸钠 (混合基质2 )、甲醇 异丙醇 乙酸钠 (混合基质 3)有不适应的表现     

产甲烷古菌铁氢酶研究进展

根据活性中心金属原子的不同,氢酶主要分为镍铁、铁铁、铁氢酶三大类。铁氢酶是发现较晚、存在物种单一且结构较为特殊的一类氢酶。目前,铁氢酶仅发现于氢营养型产甲烷古菌中。该酶直接催化氢气异裂,还原产甲烷代谢途径中一碳载体四氢蝶呤的次甲基转化为亚甲基。与其他两类氢酶相比,铁氢酶不含传递电子的铁硫簇和双金属活性中心,在结构组成上有较大的差异。此外,铁氢酶活性中心的吡啶环被高度取代,活性中心铁原子直接与酰基碳成键,这些奇特的活性分子结构预示着氢酶全新的催化机制,以及古菌细胞在合成特殊结构大分子方面的特殊功能。本文总结了从1990年发现这类新型氢酶以来的相关研究,分别从氢酶的生理功能、结构特征、催化机制、成熟过程及应用研究等方面阐述铁氢酶的研究进展。     

不同预处理方式对市政污泥/餐厨垃圾混合厌氧消化产甲烷的影响

考察了不同的预处理方式对餐厨垃圾与市政污泥混合厌氧消化产甲烷的影响。结果表明:对市政污泥进行热碱预处理效果最优,与空白组相比,热碱处理组累计单位质量的挥发性固体(VS)的甲烷产量达到了255.00 L,提高了13.03%,溶解性化学需氧量(SCOD)的降解率提高了27.05%,总固体(TS)的降解率提高了16.65%,VS的降解率提高了9.08%。在厌氧消化过程中,利用碳水化合物及蛋白质的热袍菌门(Thermotogae)的比例在所有处理中都有所上升;与产生短链脂肪酸有关的Erysipelotrichaceae菌属在预处理组中的丰度显著高于空白组,热碱处理组中Erysipelotrichaceae在末期的丰度最高,为19.21%;Petrimonas在厌氧消化体系中的作用为产氢产乙酸菌,热碱处理组的Petrimonas的丰度在产气高峰时最高,为6.84%。不同处理系统起主要产甲烷作用的古菌属为Methanosarcina,在产气高峰期热碱预处理组中Methanosarcina的丰度最高。预处理能够破环市政污泥的细胞结构,提高污泥的可生物利用性,提高混合厌氧消化产甲烷的效率。