浮霉状菌在污水处理系统中的分子生态及厌氧氨氧化活性研究.pdf

中文摘要零疆究剥麓{ 6 s ￡瓣A 竞羧秘穿歹1 分摄兹分子生物学方法鬟点分掇了淫耱，一污东处理系统好氧池和厌氧池污泥中P f 麒n c 幻，，1 w 口胁} 甜的分子多态性，并通过厌飘氨氧化活性的测定讨论了其中分支较深静营群——厌氧氨氧纯蘸在城市污零楚鬻系统和潇耪生产凌东鲶毽系统中存在的可能性嗣浮霉状菌目特舜性弓} 物扩增酒精厂污永处理系统厌氧滟污泥和荮氧池污泥的藻因组1 6 s 国N A ，碍到嬲个克隆文库，共6 3 克隆嚣个克隆文库靛组成麓异较大，只有4 个重复出现序列尽管大部分克隆( 除了6 个克隆以外) 均聚在浮霉状菌醪中，假所有的序列只与寒培莠熬浮霉状蘩藏来鉴定豹缨薅援关，显大多数序列与之豹楣姒牲不越过9 7 ％透过系统进化树的构建和分析表明，5 1 ％的序列在浮霉状菌的进化树中聚为两簇，分支较深，并矗与嚣蘸已缝描述熬浮霉狄菠中豹瓣令可篷养豹j 嚣( 魏翻黝嬲y s g s ，尹妇菇妇，抽蹬融# 豫和G e 肌朋d m ) 关系较遁1 5 ．9 ％的序列聚集在与已知的四个属较近的分支中值得注意的是，脊1 7 ．5 ％的序列与融知的获氧氨氧亿菌聚谯一起，褶截往为8 2 ．9 0 ％，其中绝大多数来源于厌氧池污淀。

在髓后的厌氧氨氧化活性测试中证明，酒精生产废水厌氧池污泥确实具有很低的厌氧氮氧化活性( O ．8m gl ‘N H 4 十- N ·一·g ‘干生物质) ，与城市污水处理系统厌氧池污溅豹厌氧氮氧化滤性( o ．8 8 翔唔i N H 4 + 一N ·d ～一一于生物矮) 楣当关键谰：浮霉状蘧，分子多态性，厌戴羹e 氧纯蘧，厌袋氨氧化终髑A b s l l - a e tI n 血i ss t u d y ，t w o16 Sr D N Ac l o r I el i b r a r i e sw e r ec o n s t r u c t e d 矗O mt h ea e r o b i ca n da n a e r o b i cb a s i n s 娥e fP c Ra m p l i | 量c a t i o n 懈氇8f o 删a 翻p l a n c 锄n y c g t e ss p e e { 蠡ca n da1 6 Sf R N A 奄r g 畦e du n i V e r s a lf e v e r s ep r 主m e n6 3c 王觳es c q 凇躺e sw e r eo b t a i n e da n dg r o u p c di n t 。

5 2o p e f a t i o n a lt a x o n o m i cu n i t s ( O T U s ) ．A 1 1s e q u e n c e se x h i b i t e dn om o r et h a n9 7 ％s i m i I a r i t yt ot h ec u l t u r e dp l a l l e t o m y c e t e s ．{ 氇em 鑫j 礤t yo fs e q u e n c e s ( 5 1 ％) c l u s t e f c dt 、釉s e p 雒a t e dm ∞o p 毋l e t i cg r o 娃p sd i s t a l 】t l y Ⅵd 也i nt h ep l 娃n 咖m y c e t et r e e ．1 5 ．9 ％s e q u e n c e sw e r er e l a t e d 量os o m eu n c u l t u r e dp I a l l t o m y c e t e sa n dc l u s t e r e dam o n o p h y l e t i c 掣o u pb r a n 姐i n g 丘D m 也ed e s c r i b e df o u rg e n e r a汗j d 魏c f 。

} n y c e s ，p { r e | l 鞋i 娃，蠢s p 勃娃e r nt 娃l 建G e 麟} 建娃t 哟o iP { a 髓{ o 撇y e e t 醴e s Ⅵ} t 甑蛙￡l 赫a r 迄了Q f8 l _ 8 9 ％t o 也ec u l m r c dP 坛聍e 幻挣咎心窖J ，M o r ei n l e r e s t i n g l y ，17 ．5 ％s e q u e n c e s ( m o s tr 娃r i e v e d ＆o mt h ea 1 1 a e r o b i cb a s i n ) f o r m e das e p a r a t e dg r o u pc l o s et ot h ea 1 1 a r n m o xc l u s t e rw i t hs i m i l a r i t vo f8 2 - 9 0 ％t ot 圭l ed e s 礤b 砖a 珏a e r o b 王c 黼n 珏o x i d i z i n gs p e e i e s d e s p { t eo ft h eu n s u i t a b l ee n v i r o 嬲e n t Sf o r 妞s eb a c t e f i a 血t h ew a s t e 黼t e r 弧a 蛐e n ts y s 把m ，T h ef o l l o w i i 毽b a t c he x p e r i m e n tr e s u l t sc o n f i r m e d1 0 w1 e V e lo fA n a m m o xa c t i V i t y ( 0 ．8m g1 ’1N H 4 + —N ·d ‘1 ·g ’1d r yb i o m a s s ) o fa n a e r o b i cs l u d g ei n 雒c o h o lm a n u f a c t t t r i n g 、v a s t e w a t e rt r e a t m e n ts y s t e mw h i c hi s∞擞p 斛驰l ew i 搬也。

8 n 馥e r o b i cs 艇g e 激m 强i 碡斌w 黼绝w 越e fl f e a 妇锚￡p l 瑟t ( O 零s 撤gl - lN H 4 + - N ·d 1 ·g 1d q b i o m a s s ) ，薹( 帮w 燃s ：P l 黥e 幻m y c 穗s ，M o l e 踊l a fd i v e f s i 量y ，A n a e 妫b i 珏i 鼬雠i d i z i 端b a e t e f i 鑫，A n 锄m o xa c t i V i t yl l第一章文献综述1 ．1 浮霉状菌概述第一章文献综述浮霉状菌在进化、分子生态和细胞生物学领域的重要意义同渐引起人们的关注分子生态研究表明浮霉状菌在自然界中的分布异常广泛，在海洋沉积物，淡水水体，污水处理系统以及土壤中都发现了浮霉状菌的存在【1 ，2 ，3 1 迄今为止仅有四个可培养的属得到了描述，全部是好氧化能异养微生物，分别为P 肠n c f 柳脚且P 妇舰觑G 硎m 口以和厶印^ 船阳根据1 6 sr D N A 序列分析，浮霉状菌目( P ^ 铆c 幻阳，c 口m 如J ) 代表了细菌域的一个主要遗传谱系，可能是细菌域中分支最深的谱系，并且发现这个目中不仅包含大量未培养微生物类群，而且其生理类群也扩展到专性厌氧、自养和光能自养细菌【4 】，包括备受关注的厌氧氨氧化自养细菌。

1 ．1 ．1 浮霉状菌目的主要特点P 肠“ c 向∞圮P m 把s 中的细菌与其他分类单元的细菌相比主要有以下几个不同的特点：( 1 ) 直接从球状，椭圆状或者梨形母细胞表面出芽繁殖；( 2 ) 细胞壁的稳定结构依赖于蛋白层而不是普通细菌常有的肽聚糖层；( 3 ) 细胞表面分散着“漏斗状结构”，此结构除了尸肠船m ，砂c e m ，P s 的细菌外只在尸印矗y 阳6 口c 把，n e 沁，o n P n s 打中发现；( 4 ) 5 Sr D N A 仅含有1 0 9 —1 1 1 个碱基，并且在基因组水平有独特的性质尸肠H c f 0 J 缈c P s 属细胞直径O ．3 ．1 ．7 啪，在成熟阶段具有长和纤细的柄，柄宽0 ，3 一O ．9 啪，长可达1 1 u m ，可能是分泌而形成的他们常常附着到共同的固着器上，于是形成多达5 0个细胞的玫瑰花丛状物柄的较老部分可以有铁沉淀，沉淀使柄的基部变粗成熟的细胞或偶尔较小的未成熟细胞以末端或侧部发芽繁殖该浮游细菌主要出现在湖的充氧表面层垆J 目前对G P m 坍啪和矗D # 砷口8 ，盯属的描述仅仅基于各自对一个可培养种的了解，G P 聊聊口胁D 6 5 f “r 蜘6 淞和厶D 印^ 日P ，口p 口，，砌。

尸姚舰肠属细菌直接从生殖极的相反极分泌固着物，子细胞不能运动，拥有单一鞭毛，而G P 卅小n 埘0 6 J c “r 辔如6 “J 的细胞群有成束的鞭毛由D 印^ 日F 阳彤f f f 幽细胞呈球形，形成滑动鞭毛，在细胞链内形成子细胞在原核生物中，浮霉状菌具有独特的细胞组织和间隔结构( 图1 ．1 ) 所有的浮霉状菌细胞都有一个被称为“p a 唧h o p l a s m ”的外周自由核糖体区域，围绕着细胞的长轴；并且第一章文献综述有一个被单层内膜( I c M ) 包裹着的内部区域，包含拟核区域以及核糖体样颗粒，在J P 讹f f “胁中称为“p i r c l l u l o s o m e ”浮霉状菌细胞的所有D N A 被I c M 包裹，p a r y p h 叩1 a s m 中不含D N A ，但含有一些R N A 印^ 础M p 口f f f 妇和P 肠n c 向，丝弦P J 川口r 抽中，p 哪，p h o p l a s m 形成细胞内部的主要区域，但在其他浮霉状菌中，p a r y p h o p l a s m 为一外周区域在厌氧氨氧化菌“c h “ 讲出船B r o c a d i aa n 砌o x i d a n s ”中，I c M 包裹着又一个单层内膜，即厌氧氨氧化小体，详见1 ．2 4 部分。

在＆埘埘砌撕f Ⅳ，劬6 驸中，I c M 包裹着一个具有双层膜系统的核体，其中包含细胞的拟核，全基因组D N A 以及一些I ⅢA 【“图1 ．1 浮霉状菌的细胞组织结构C 胪细胞壁，c “ 质膜，圯堋电质内膜吲1 ．1 ．2 浮霉状菌的系统发育地位和生态作用浮霉状菌的系统发育位置不是十分确定，他随分析方法的不同而不同在一种解释中，2第一章文献综述基子1 6 sr D N A 绺列的分析，浮霉状麓缀鞠显是一个吉老的谱系健在共阐裰先趋异出细菌域后迅速分支【“ 浮霉状菌被认为赔快速进化的，根据这种观点，快速的进化速率是导致浮霉状菌在系统进化树中有很深分支的原因一魃基于1 6 sr D N A 序列的分析认为c A 如蹦穰掰与浮熬状菌的亲缘关系最：i 琏，蠢其他的分折却不如此认为【8 】一然鉴于基因组分 耩的结莱支持浮鬈状蓥与颤珐蝴# 黪亲缘关系f 9 ，潮浮霉获蓥系统发鸯鲍磷突豫了1 6 sr D N A 外很少用剁基因基于A T P 酶6 溉基氨基酸序列的分析支持浮霉状麓中的P 妇ⅣH 缸聊口r f ”d 处于很深的分支地位然而，錾于2 3 sr D N A 和5 sr D N A 序列分析的结果却相互矛盾。

环境样品中构建的1 6 sr D N A 克隆文库显示，这种微生物存在于多种多样的生态位中，毽摆污隶，污承处理反应爨，海嚣浚裁褥，有枫物聚集体，窝磐氧、茨氧藏遮叟境浮霉状菌在许多撇生秘群落中大量存在，说瞒他们在无祝和有橇物质循环遥程中起重要作用【“】浮霉状菌催化全球碳素和氮素循环中的重要反应他们通过对海洋雪。