功能生物電化學系統的微生物群落研究.pdf

1、隨著生物電化學技術的興起，其環境功能的拓展也越來越多。微生物作為生物電化學系統的主角，其與生物電化學系統的環境學功能有著緊密聯系。本論文通過二代高通量測序平臺，結合生物信息挖掘，研究功能生物電化學系統的生物膜微生物群落系統。探討了硫酸鹽去除、硝酸鹽去除、銨態氮去除生物電化學系統的微生物群落。為解釋功能生物電化學系統中生物學過程提供了理論基礎，為進一步強化生物電化學系統的環境功能提供了理論支持。本論文主要結論如下：
　　1.通過45

2、4焦磷酸測序平臺，全面探索了硫酸鹽去除生物電化學系統在不同pH條件下生物膜的群落特征。在α-多樣性方面，群落豐度和多樣性指數隨pH增加呈正相關。在分類操作單元（OTU）分析中，與D.butyrativorans，Desulfovibrio marrakechensis和Desulfomicrobium sp.匹配的OTU可能在去除硫酸鹽過程中起作用?；趯偎降姆治?，在堿性條件生物電化學系統中的Desulfomicrobium促進硫酸鹽

3、去除，而Sulfuricurvum則不利于硫酸鹽的去除。在中性和酸性條件下，Desulfovibrio促進硫酸鹽去除，而Thiomonas削弱了硫酸鹽的去除效果。以上結果討論了pH條件是如何通過改變微生物群落，從而影響生物電化學系統的硫酸鹽去除效果。
　　2.研究結果顯示，小外阻的微生物燃料電池提高了硝酸鹽去除效率和產電能力?；?6S rRNA基因擴增子的焦磷酸測序表明反硝化生物陰極能維持一定量的Proteobacteria，B

4、acteroidetes，Chloroflexi和Planctomycetes。Alphaproteobacteria，Anaerolineae和Phycisphaerae的微生物可能有利于電流的產生和硝酸鹽去除。29個主要的OTUs主導了反硝化生物膜微生物群落，并且自養反硝化菌和異養反硝化菌在生物陰極的硝酸鹽去除過程中起到了重要作用，當微生物殘體被異養反硝化菌利用時，其兩者協同促進了反硝化過程。
　　3.通過探索不同外阻下生物電

5、化學系統非生物和生物去除銨態氮，研究結果顯示銨態氮的非生物度電遷移與系統中電流大小正相關，電阻越小，電流越大，電遷移作用越強。陽極生物膜去除銨態氮與系統外阻成反比，高通量群落分析解析了陽極銨態氮去除生物協作群落。硝化細菌將廢水中銨態氮轉化為硝態氮；反硝化細菌接收電化學活性菌的電子或異養利用底物作電子供體，利用硝酸鹽作電子受體，將硝酸鹽轉化為游離態氮；固氮微生物能將空氣中游離態氮轉化為含氮化合物，這將不利于生物膜群落對銨態氮的去除。電化學