化能自养硫氰酸盐降解菌群的富集及其机理研究

来源 :华南理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zliang_1981
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硫氰酸盐是一种在多种工业生产过程中被广泛使用的硫化物,处理不当会产生很多环境问题。微生物修复是目前处理环境污染以及生态危机的最可靠高效的方法之一,且不会产生二次污染。微生物修复方法是利用可以氧化硫氰酸盐的微生物将硫氰酸盐降解为硫酸根、二氧化碳以及铵根,硫氰酸盐可作为这些微生物的能量来源。本文从珠江采集的土样以及水样中,通过富集培养获得了一种可以降解硫氰酸盐的化能自养的好氧微生物菌群,可将硫氰酸盐完全降解为铵根、硫酸根以及二氧化碳。将环境样品接种于含硫氰酸盐的无机培养基进行富集培养,通过16S r RNA基因高通量测序可以发现通过富集后Thiobacillus丰度显著增加,由环境中的0.67%提高到富集物中的43.3%。除Thiobacillus,富集物中还主要包括Terrimonas(9.2%),Pseudomonas(5.9%),Thermomonas(5.7%),uncultured Betaproteobacteria(19.4%)。从富集物中分离得到7株细菌,鉴定后分别为Thiobacillus,Dokdonella,Hydrogenophaga,Hyphomicrobium,Pseudomonas,Sphingopyxis,Thermomonas属的细菌,其中只有Thiobacillus具有降解硫氰酸盐的能力。将分离的7株细菌分别纯培养以及混合培养,发现纯培养和混合培养对硫氰酸盐的降解速率都远小于富集物对硫氰酸盐的降解速率。然而Hydrogenophaga与Thiobacillus混合培养降解硫氰酸盐的速率大于Thiobacillus纯培养降解硫氰酸盐的速率。研究表明该富集物最高可以耐受70 m M的硫氰酸盐。该富集物对聚醚型聚氨酯海绵具有很强的依附性,可以在聚醚型聚氨酯海绵的表面形成生物膜。利用富集物设计连续反应器,在连续生物膜反应器运行期间HRT从48 h逐渐降至10h,与此同时vvm从0.125 L·L·min-1增大至0.375 L·L·min-1。硫氰酸盐的进样浓度从3.5 mmol·L-1提高到34.5 mmol·L-1,富集物在连续反应器中对硫氰酸盐的最大去除率为1.4 mmol L-1 h-1。通过扫描电镜观察到富集物菌群主要是由杆状微生物组成。对富集物进行了宏基因组测序,通过binning分析获得了10个高质量的bins(SCN1-2,SCNH1-8),其中SCN1和SCN2的基因组属于Thiobacillus,SCNH1~SCNH8的基因组分别属于Dokdonella,Hydrogenophaga,Novosphingobium,Pelomonas,Pseudoxanthomonas,uncultured Chitinophagaceae属的细菌。基因组分析表明,Thiobacillus SCN1和Thiobacillus SCN2的基因组含有scn ABC基因,说明Thiobacillus参与了硫氰酸盐的降解;这些基因组里还存在很多硫氧化相关基因,如SQR存在于除SCNH1外其他bins的基因组,fcc B存在于SCNH2、SCNH6、SCN1和SCN2基因组中,Sox酶复合体存在SCNH2、SCNH6、SCN1、SCN2基因组中;由于SCN1-2中存在的Sox体系缺少Sox CD,周质内的硫化物不可通过Sox途径被SCN1-2氧化为SO42-,这两种细菌不完全硫氧化积累的单质硫需要其他细菌(Hydrogenophaga SCNH2,Pelomonas SCNH6)才能将其继续氧化为SO42-。Dsr AB和Sdo编码基因也被检测到存在于SCN1-2的基因组中。此外,Apr AB编码基因存在于SCN1、SCN2基因组里,Soe ABC编码基因存在于SCNH2,SCNH1,SCN1-2的基因组。通过宏基因组分析,我们提出了自养硫氰酸盐降解细菌(产生硫化物以及胞外多糖)与异养硫氧化细菌(将硫化物氧化为硫酸根)之间的“互养模式”。该“互养模式”使富集物在降解硫氰酸盐的过程中不需要消耗多余的能量,高效降解硫氰酸盐。
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