纳米铁氧化物对Pelotomaculum schinkii培养系丙酸厌氧降解产甲烷的影响

微生物能利用导电材料进行电子传递,提高种间电子传递效率。铁基纳米导电物质可以加速土壤及厌氧消化系统中微生物间的种间电子传递,促进有机废弃物的产甲烷过程。前期获得了厌氧丙酸富集培养系,互营丙酸氧化菌(Pelotomaculum schinkii)在培养系中占优势,本研究考察了10~4000 mg/L纳米铁氧化物对丙酸降解产甲烷过程的作用及微生物的影响。结果表明,低浓度的铁基纳米材料对丙酸降解有一定的促进作用,而高浓度会抑制产甲烷。10~1000 mg/L纳米Fe_(3)O_(4)对产甲烷无明显影响,1500~4000 mg/L最大产甲烷速率抑制了26%~80%,延滞期增加了174%~222%;10~200 mg/L纳米Fe_(2)O_(3)使最大产甲烷速率提高了21%~29%,1500~4000 mg/L最大产甲烷速率抑制了48%~58%,延滞期增加了29%~85%。微生物群落解析结果表明,与对照相比,10~1000 mg/L纳米Fe_(2)O_(3)使P.schinkii相对丰度略有增加,而4000 mg/L纳米Fe_(3)O_(4)/Fe_(2)O_(3)使P.schinkii的相对丰度下降了70.7%和55.9%,说明高浓度纳米铁氧化物会抑制P.schinkii的活性,导致丙酸降解及产甲烷速率降低。

复合碳源培养对酒糟厌氧消化液中丙酸互营氧化菌及群落结构的影响

丙酸累积是影响厌氧消化系统稳定性的主要因素,为了考察酒糟厌氧消化过程中间代谢产物的累积情况,以总固体含量(TS)(质量分数)5%和7%的白酒糟为发酵原料进行了批次试验。结果表明,乙酸(最高浓度33~129 mmol/L)、丙酸(39~61 mmol/L)、丁酸(5~44 mmol/L)和15种氨基酸(0.01~0.3 mmol/L)为主要中间代谢产物。为了探究其中关键的丙酸降解菌群,以酒糟原始沼液JO为植种源,10 mmol/L丙酸和0.1 mmol/L混合氨基酸为复合碳源进行富集培养,获得中温厌氧丙酸-氨基酸培养系JO-AP。高通量测序分析表明,互营丙酸降解菌与厚壁菌门(Firmicutes)的丙酸厌氧降解菌(Pelotomaculum schinkii)近缘,16S rRNA基因相似性100%,占细菌总丰度的16.7%。对比酒糟原始沼液JO、丙酸培养系JO-P及丙酸-氨基酸培养系JO-AP中的主要功能菌群,发现采用单一碳源和复合碳源获得的优势互营丙酸降解菌不同;传统培养与分子生物学技术相结合可以更全面地掌握系统中的微生物群落组成。

酒糟厌氧消化液中丙酸互营降解菌的富集培养与群落解析

为研究酒糟沼气工程中互营丙酸氧化菌群,以不同阶段酒糟沼液为接种物,丙酸为唯一碳源,经过1年富集培养获得两个中温厌氧丙酸降解培养系JO-P和JN-P.丙酸在1.5-2个月转化为乙酸和甲烷.采用16S rRNA基因高通量测序技术,对培养系中细菌及古菌的群落结构进行解析.细菌解析结果表明,两个培养系中存在不同类型的丙酸降解菌:JO-P中存在3种丙酸降解相关功能微生物,与已培养丙酸降解菌Smithella propionica(16S rRNA基因相似性,99%)、Syntrophobacter wolinii(相似性95%)及Desulfobulbus propionicus(相似性100%)序列近缘,分别占细菌的37.61%、10.40%及1.34%.JN-P中存在1种与已培养丙酸降解菌Syntrophobacter wolinii近缘微生物(相似性95%),占细菌的24.90%;古菌解析结果表明,JO-P中氢营养型产甲烷菌Methanoculleus receptaculi(相似性100%)及乙酸营养型产甲烷菌Methanosaeta concilii(相似性100%)分别占95.09%和4.85%.JN-P中只存在氢营养型产甲烷菌Methanoculleus receptaculi(相似性100%),相对丰度99.98%.本研究表明Smithella propionica、Desulfobulbus propionicus及Syntrophobacter wolinii在酒糟沼气工程中降解丙酸发挥重要作用.