长链烷烃厌氧降解产甲烷体系的菌群组成及变化

论文摘要

烷烃厌氧降解产甲烷过程对于油藏残余油气化开采及石油污染生物修复具有重要的理论意义和应用价值。本文采集油藏产出液和地表含油污泥,分别构建了烷烃厌氧降解产甲烷体系,利用分子生物学方法分析了体系富集过程中的菌群变化,从分子水平上初步揭示烷烃厌氧降解产甲烷机制,为深入研究油藏残余油气化过程中复杂微生物生理生态过程奠定基础。以高温油藏产出液为接种物、C15-C20混合烷烃为碳源,55℃条件下构建烷烃厌氧降解产甲烷体系。代谢产物分析结果显示,经过5个月的延滞期后,加烃培养体系甲烷含量持续增加,749天时甲烷含量达到141μmol。应用16S rRNA基因克隆文库方法对培养体系中的菌群结构分析结果表明,该体系微生物多数属于嗜热菌。154天加烃培养样品细菌主要含有79%的Moorella sp,749天主要含有44%的Moorella sp.和53%的Gelriasp.。154天培养体系古菌主要是甲基营养产甲烷菌Methanomethylovorans sp以及未分类的Euryarchaeota,749天古菌主要是CO2还原产甲烷菌Methanothermobacter sp.、Thermoprotei。烷基琥珀酸合成酶α-亚基编码基因（assA）作为一种烷烃厌氧降解生物标记物,在样品中都有检测到,749天样品含有最相似于Desulfatibacillum alkenivoransAK-01 assA1的assA同源基因。研究结果表明,烷烃可能在Firmicutes和Crenarchaeote的作用下发生了延胡索酸加成反应,并连续转化为乙酸等小分子物质,乙酸接着共生氧化为氢气和二氧化碳后被还原产生甲烷。用含油污泥作为接种物、添加C15-C20混合烷烃为碳源,37℃条件下构建烷烃厌氧降解产甲烷体系。代谢产物分析结果显示,短时间内体系中甲烷含量急剧增加,152天后维持在300μmol左右。菌群分析结果显示,体系菌群多样性极其丰富,大多数为中温厌氧菌。细菌主要有Actinobacteria、Bacteroidetes、Chloroflexi、Firmicutes、Proteobacteria及Synergistetes,其中大多数属于发酵菌和共生菌。850天培养体系含有Acidaminobacter sp.、Syntrophomonas sp.、Veillonellaceae、Desulfomicrobium sp及Anaerobaculum sp等厌氧菌,而152天样品中未检测到上述类型的细菌。对于古菌,152天培养样品主要包含73%的严格乙酸营养型产甲烷菌Methanosaeta sp及部分超嗜热硫酸盐还原古菌Archaeoglobus sp.,850天样品含有90%的Methanosaeta sp和部分氢营养型产甲烷菌Methanospirillum sp.。850天样品检测到类似于D. alkenivorans AK-01 assA1的assA同源基因,其他样品中的assA基因与油污环境样品中的assA处于同一进化枝。研究结果表明,该体系甲烷的生成主要是由发酵菌、共生菌和乙酸营养型产甲烷菌相互作用来完成。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 烷烃厌氧降解产甲烷的研究意义
• 1.2 烷烃厌氧降解产甲烷的微生物群落结构
• 1.3 烷烃厌氧降解产甲烷的途径及代谢产物
• 1.4 烷烃厌氧降解功能基因
• 1.5 课题研究目的与内容
• 第2章 长链烷烃高温厌氧降解产甲烷体系的富集培养及菌群变化
• 2.1 材料与方法
• 2.1.1 仪器
• 2.1.2 试剂
• 2.1.3 富集培养
• 2.1.4 代谢产物分析
• 2.1.5 菌群分析
• 2.2 结果及讨论
• 2.2.1 产气量变化
• 2.2.2 DGGE分析
• 2.2.3 细菌群落结构变化
• 2.2.4 古菌群落结构变化
• 2.2.5 烷基琥珀酸合成酶编码基因（assA）
• 2.3 本章小结
• 第3章 长链烷烃中温厌氧降解产甲烷体系的富集培养及菌群变化
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 仪器和试剂
• 3.1.2 富集培养
• 3.1.3 克隆建库
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 产气量变化
• 3.2.2 细菌群落结构变化
• 3.2.3 古菌群落结构变化
• 3.2.4 烷基琥珀酸合成酶编码基因（assA）
• 3.3 本章小结
• 第4章 结论与展望
• 4.1 结论
• 4.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文情况