[优秀论文]给水生物预处理系统中微生物的群落结构分析.pdf

上海交通大学
博士学位论文
给水生物预处理系统中微生物的群落结构分析
姓名:钦颖英
申请学位级别:博士
专业:微生物学
指导教师:李道棠;杨虹
20080501
给水生物预处理系统中微生物的群落结构分析摘要微污染原水中的溶解性有机物与氨氮问题难以用传统的净水工艺解决,在常规净水工艺之前增设生物预处理工艺,对给水水质的改善有十分重要的作用。在生物预处理系统中,生物膜内的原核微生物是微污染原水中碳元素和其他营养物质去除的主要承担者。原水中氨氮和亚硝氮的去除由化能自养的氨氧化细菌脱窍跛嵫窝趸妇嗉掏瓿桑其中由瓿傻慕ò弊;Q窍跛嵫蔚墓淌窍趸从Φ南匏俨街琛给水生物预处理反应器提供了特殊的贫营养生物膜环境,对反应器中微生物群落及生态功能的全面认识有助于了解影响污染物降解效率和稳定性的因素,并将为环境微生物生态学研究提供有意义的信息。本论文综合使用多种分子生物学手段,包括核酸提取、分子克隆文库构建、序列同源性分析、反转录⒈湫蕴荻饶旱缬和实时荧光定量际醯龋治鲇糜诟ご淼纳锝触氧化反应器系统中的微生物群落组成,并重点对反应器内的氨氧化细菌群落进行研究,结合相关参数,探讨氨氧化细菌种群动态变化、环境因子变化以及反应器氨氮去除效率间的相互关系,探索以分子手段对反应器运行进行动态实时监测的可行性。
对细菌片段克隆文库的克隆子序列同源性分析结果表明,生物接触氧化反应器中细菌群落多样性丰富,至少包含了细菌域的个细菌类群,其中属于仍、伊、产变形菌纲的克隆子是克隆文库中的优势细菌类群。反应器内富集了各种贫营养细菌,属于∞变形菌纲的紫色非硫细菌赡苁欠从ζ髦薪杏谢锓纸獾闹匾O妇秩海属细菌是反应器中亚***盐氧化反应的承担者。经由纯培养方法得到的细菌群落结构与克隆文库方法相比存在很大的差异。对上海惠南水厂和航头水厂生物接触氧化反应器中生物膜样品的郝渫ü煌哪勘昶片段和编码氨单加氧酶活性部位的片段岷喜煌氖笛榧际趼废呓蟹治觥=峁砻髟诮行氨氧化细菌生态学研究时选择合适的目标片段、引物对、以及合理的分析手段和实验流程的重要性。给水生物接触氧化反应器中的辽由种秩鹤槌桑菏粲贜腁种群、属于⒂肫渲械腘性较高的秩骸⒁约耙恢稚形吹玫酱颗嘌锏奈粗狝种群。结合丛春蚏来源的和片段扩增产物进行的分析结果表明在两个水厂的生物接触氧化反应器中的示了相同的种群结构和季节变迁特征,说明秩涸诟镌ご反应器中遵循特定的环境变化适应机制。对基于睦┰銎谓指纹图谱分析能够更敏感地反映生物膜样品中闹秩航峁歹厣支鱼蝌博士学位论文Ⅱ
变化。研究结果还表明同源于Ⅳ腁对环境温度的改变较敏感,在温度较高时显示了较高的生理活性和功能活性。运用实时荧光定量际醵陨锬ぱ分凶芟妇妥馨毖趸妇的片段进行定量分析,结果表明在生物接触氧化反应器内总细菌和总南赴吭谝荒昴诘牟ǘ叽个数量级。,且生物膜内总氨氧化细菌的细胞数量与反应器的氨氮去除效率呈正相关。对生物接触氧化反应器内諥种群的基因片段进行实时荧光定量治觯峁砻鳎荒昴谏锬ぶ械腁种群结构变化很大,类Ⅳ屠啖鬾氨氧化细菌在一年中交替成为反应器的优势秩骸M臣蒲Х治霰砻魍从贛腁种群和未知秩旱南赴勘浠敕从ζ鞯陌钡Hコ什ǘ收关,且后者更加显著相关,表明未知秩汉芸赡芫褪欠从ζ髂谟跋氨氮去除效率的关键种群。且该种群细胞数量变化与温度变化不相关,在月至碌牡退禄肪持懈弥秩壕哂薪细叩木赫攀疲庖谎芯拷果对给水生物预处理反应器在低温环境的运行优化有重要的意义。本文还证明了实时荧光定量且恢挚焖儆行У姆肿蛹嗖馐侄危诜从ζ的运行过程中,加强对细菌群落和关键氨氧化细菌种群的监测,将帮助预测反应器运行效果,并有根据地对反应器进行干预和调控。摘要
关键词:给水生物预处理系统,细菌群落,氨氧化细菌,分子生物学技术,基因,氨单加氧酶基因岁厣支鱼天挚盟±堂鱼迨銮
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