膜生物反应器中微生物种群结构多样性研究

摘要

本研究针对膜生物反应器(MBR)污水处理工艺的特点，利用PCR-DGGE等分子生物学方法，研究了小试膜生物反应器中微生物种群结构。在此基础上，对比了处理不同水质的MBR中微生物种群结构的区别。 通过细胞裂解直接提取其中的基因组DNA，以细菌16S rRNA引物进行V3高变异区域PCR扩增，再将PCR产物进行变性梯度凝胶电泳分离，获得表征污泥中微生物群落特征的DNA指纹图谱。 研究结果表明，采用化学裂解--酚\氯仿\异戊醇抽提--试剂盒纯化的方法可以得到较为完整和纯度较高的基因组DNA。 污泥中群落结构在接种后4-5天内就会发生很大的改变。在试验过程中，有些种群一直保持着较为稳定的优势地位，也有原始种群的消亡和次级种群的强化和演变。UPGMA聚类分析将DGGE图谱自动区分为三个不同的时期，从而说明污泥内种群结构变化随着处理工艺运行在不同的时期而呈现出一定的规律性。 针对氨氧化菌采用Nested PCR-DGGE技术，氨氧化菌中的某些种属作为顶级优势种属存在于反应器运行的各个时期，与总细菌区相比，氨氧化菌群结构的调整过程较为缓慢。 不同的膜生物反应器中既存在着共同的微生物种属也有各自特异的种属。相同的微生物种群在不同的反应器中的优势地位不同，各自特有的微生物群落则是由于水质的不同经过长期演替而来。 不同的MBR中，顶级优势地位的氨氧化菌有着相同的种属。说明在MBR中对氨氮降解起主要作用的细菌群落属性是相同的。进水水质对于氨氧化菌的生长有着较大的影响。

目录

文摘

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声明

第一章绪论

1.1课题研究的背景、意义

1.2国内外研究现状与发展动态

1.2.1分子生物学技术在环境微生物中的应用

1.2.2研究中用到的主要分子生物学技术

1.3生物遗传多样性研究的原理与方法简述

1.3.1生物多样性的概念

1.3.2研究遗传多样性的基本原理和方法

1.4主要研究内容和技术路线

1.4.1研究内容

1.4.2技术路线

第二章试验方法与材料

2.1实验装置描述

2.2污泥样品的预处理与总DNA的提取纯化

2.2.1样品预处理

2.2.2 DNA的提取方法

2.2.3 DNA提取试剂

2.3基因组DNA的PCR扩增

2.3.1总细菌的PCR扩增

2.3.2氨氧化菌的巢式PCR(nested PCR)扩增

2.3.3 PCR扩增所用试剂

2.4基因组DNA提取及PCR扩增结果检测

2.4.1基因组DNA提取结果检测

2.4.2 PCR扩增结果检测

2.5 PCR产物的纯化浓缩

2.6 PCR产物的双梯度-变性梯度凝胶电泳分析(DG-DGGE)

2.7生物多样性的信息度量--Shannon-Weaver指数

2.8 DGGE图谱中的相似性分析

2.9主要试验仪器

第三章MBR小试试验中微生物种群结构分析

3.1工艺描述与取样条件

3.2活性污泥样品基因组DNA提取结果

3.3总细菌种群的多样性分析

3.3.1总细菌DNA的PCR扩增

3.3.2 PCR产物的变性梯度凝胶电泳分析

3.3.3总细菌Shannon多样性指数分析

3.3.4污泥样品DGGE图谱中的相似性分析

3.4氨氧化菌群结构分析

3.4.1氨氧化菌的套式PCR扩增

3.4.2 PCR产物的变性梯度凝胶电泳分析

3.4.3氨氧化菌Shannon多样性指数分析

3.4.4 DGGE图谱中的相似性分析

3.5本章小结

第四章处理不同水质MBR中微生物群落结构的比较

4.1工艺描述与取样条件

4.1.1浴池、游泳馆污水处理系统

4.1.2人工配水实验室小试处理装置

4.1.3学生公寓废水处理系统

4.1.4医院废水处理系统

4.2活性污泥样品基因组DNA提取结果

4.3总细菌种群的多样性分析

4.3.1总细菌DNA的PCR扩增

4.3.2 PCR产物的变性梯度凝胶电泳分析

4.3.3总细菌Shannon多样性指数分析

4.4氨氧化菌群结构分析

4.4.1氨氧化菌的套式PCR扩增

4.4.2氨氧化菌第二轮PCR产物的变性梯度凝胶电泳分析

4.4.3氨氧化菌Shannon多样性指数分析

4.5本章小结

第五章结论与讨论

5.1结论

5.2讨论与建议

5.3与本研究课题相关的几个生物多样性研究的热点问题的讨论

5.3.1生物多样性与生态系统功能

5.3.2影响生物多样性的生态因素和演化因素

参考文献

发表论文和科研情况说明

致 谢