微生物在铁氧化物促进短链脂肪酸产甲烷过程中的关系——基于SPSS的统计学分析

摘要

有机质的厌氧降解是厌氧生物处理技术的关键。有机质厌氧降解过程的中间产物必须通过互营氧化过程才能最终产生CH4和CO2，其中短链脂肪酸（乙酸、丙酸、丁酸等）互营氧化是最关键环节之一。课题组前期研究结果表明，在有机质厌氧消化过程中添加铁氧化物可以促进甲烷的生成，但是有关铁氧化物促进短链脂肪酸互营氧化产甲烷的影响机制尚不明晰。因此，本文以添加铁氧化物矿物的短链脂肪酸产甲烷体系的微生物群落和处理采矿废水的人工湿地中环境微生物群落为研究对象，利用spss统计分析学软件，采用多元线性回归模型，研究体系中微生物之间是否存在线性相关关系，旨在理清上述产甲烷过程中厌氧微生物之间的竞争或互营作用关系，以提高有机质厌氧消化产甲烷过程中的产甲烷速率与效率。
　　本文主要对铁氧化物作用下的短链脂肪酸产甲烷体系中细菌和古菌的丰度及其相关性进行分析。其中细菌按其功能分主要包括Enterococcus等发酵产酸菌(62％)、具有Mn、Fe还原功能和硝化功能的Pseudomonas(15％)、反硝化细菌Bacillus(15％)和Clostridium(8％)、硫还原菌Petrimonas(8％)和Mesotoga(10％)、硫酸盐还原菌Desulfovibrio(14％)、脂肪酸氧化菌Treponema(5％)、同型产乙酸菌Acetobacterium(10％)古菌主要为乙酸型产甲烷菌Methanothrix和Methanosarcina等氢型产甲烷菌。统计分析结果表明，Pseudomonas对氢型差产甲烷菌和乙酸型产甲烷菌存在电子和底物竞争，均为负相关;Bacillus、Petrimonas、Mesotoga、Desulfovibrio、Treponema对乙酸型产甲烷菌呈负相关，其中Pseudomonas、Bacillus、Mesotoga、Desulfovibrio、Petrimonas与产甲烷菌存在底物和电子的竞争;与氢型产甲烷菌呈正相关，其中Bacillus、Treponema产生脂肪酸，脂肪酸氧化为氢型甲烷菌利用的H2和CO2，Petrimonas、Mesotoga、Desulfovibrio可以产生CO2。Clostridium和Acetobacterium对Methanothrix呈正相关，Clostridium与产甲烷菌有电子和底物的竞争但同时发酵产乙酸给Methanothrix利用，Acetobacterium可以氧化H2还原CO2产乙酸，消耗氢型产甲烷菌底物生成乙酸型产甲烷菌的底物，因此对氢型产甲烷菌是负相关，与乙酸型产甲烷菌正相关。
　　马鞍山人工湿地样品理化指标表明，湿地的pH偏低为6.32～6.67，TOC相较菜地和芦苇地较少为0.06～0.17g/g，湿地靠近AMD废水流入口段硫酸盐和总Fe均高于中段和下段，硫酸盐浓度为79.213～219.438g/kg，总铁浓度为0.53～0.78mg/g。微生物群落分析表明，人工湿地中的主要菌种为Pseudomonas(7％～10％)、Lactococcus等发酵产酸菌(80％)、Bacillus(10％)，产甲烷古菌都为氢型产甲烷菌。回归分析结果表明，理化指标中TOC、总铁浓度对产甲烷菌丰度是促进作用，呈正相关;而硫酸盐浓度、pH对产甲烷菌丰度是抑制作用，呈负相关。细菌中Bacillus和Pseudomonas对氢型产甲烷菌分别呈正相关和负相关。

目录

声明

致谢

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 厌氧产甲烷的过程

1．2．2 参与厌氧产甲烷过程的微生物

1．2．3 铁氧化物影响产甲烷

第2章 实验材料分析方法

2．1 材料与方法

2．2 实验设计

2．3 样品处理

2．4 DNA的提取

2．5 PCR-DGGE

2．6 数据分析方法

第3章 铁矿产甲烷序批实验微生物群落分析

3．1．1 甲烷最大产气速率

3．1．2 微生物群落分析

3．1．3 统计学分析微生物之间关系

3．2 针铁矿和赤铁矿对丙酸钠厌氧产甲烷微生物的影响

3．2．1 甲烷最大产气速率

3．2．2 微生物群落分析

3．2．3 统计学分析微生物之间关系

3．3 针铁矿和赤铁矿对丁酸钠厌氧产甲烷微生物的影响

3．3．1 甲烷最大产气速率

3．3．2 微生物群落分析

3．3．3 统计学分析微生物之间关系

3．4 本章小结

第4章 马鞍山人工湿地微生物群落分析

4．1 研究区域状况

4．2 实验方法和材料

4．2．1 土壤样品的采集

4．2．2 样品预处理

4．2．3 样品理化指标测试方法

4．2．3 微生物群落分析方法

4．3 人工湿地样品理化指标

4．4 人工湿地微生物群落分析

4．5 数据分析

4．6 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况