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典型锑污染土壤微生物群落结构分析与厌氧锑氧化菌选育

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典型锑污染土壤微生物群落结构分析与厌氧锑氧化菌选育

作者：王威浓中南大学

学位级别：硕士

锑(Sb)具有慢性毒性和潜在致癌性,对锑污染的环境修复已是当务之急。锑的价态在非生物条件下变化缓慢,而在微生物的影响下这一过程会显著加速。锑氧化细菌可以将毒性较大的Sb(Ⅲ)氧化成毒性较小的锑Sb(V)。然而目前大部分关于锑的微生... 详细信息

锑(Sb)具有慢性毒性和潜在致癌性,对锑污染的环境修复已是当务之急。锑的价态在非生物条件下变化缓慢,而在微生物的影响下这一过程会显著加速。锑氧化细菌可以将毒性较大的Sb(Ⅲ)氧化成毒性较小的锑Sb(V)。然而目前大部分关于锑的微生物氧化的研究都是在有氧条件下进行的,厌氧锑氧化菌的筛选和其基因组信息比较少,锑氧化细菌抗锑机制的认识也非常有限,典型锑污染场地不同深度的微生物群落结构也亟待探明。本文首先对湖南益阳大福锑矿区域的土壤微生物群落进行了调查。比较了不同土壤(采矿废料堆、浮选尾矿和冶炼矿渣)和深度(0-20 cm、40-60 cm和80-100 cm)的物理和化学特性。结果显示锑(Sb)和砷(As)是该区域主要污染物,其浓度分别可达到5524.7 mg/kg和3433.7 mg/kg。在浮选尾矿和冶炼矿渣中还发现了黄原酸盐,最高浓度为585.1 mg/kg。对微生物群落进行了分析,结果表明Proteobacteria、Acidobacteria、Chlorobacterium、Bacteroides和Actinomycetes是门水平的优势类群。不同地点的微生物群落结构存在明显差异。在不同的土壤理化性质中MC对微生物群落结构的影响最大,As、Sb和黄原酸盐是影响浮选尾矿和冶炼矿渣区细菌多样性和组成的主要因素。从浮选尾矿筛选的菌株X4具有最好的氧化速率。研究了Sb(Ⅲ)胁迫和电子受体NO对X4的生长状况及厌氧氧化速率的影响。结果表明在10 m M Sb(Ⅲ)条件下X4可以在110 h内厌氧氧化61.7%的Sb(Ⅲ),氧化速率为56.09μM/h,且最适的NO浓度为5 m M。16S r RNA分析表明该菌株进化关系最近的菌株为Phytobacter diazotrophicus strain LS8。最后对X4进行全基因组完成图测序。经过组装发现X4的基因组由一条环状染色体和两个质粒组成。通过全基因组物种鉴定分析及ANI分析表明X4是一株植物杆菌,这是首次发现的具有锑抗性和锑厌氧氧化能力的植物杆菌。功能基因注释发现X4具有多种与氮循环相关的基因,有助于其利用硝酸盐作为电子受体。Phytobacter sp.X4具有许多和重金属抗性相关的基因,其中包括介导砷/锑氧化的ars H、isc R基因以及其他砷/锑抗性基因:ars B、ars C、ars H。Phytobacter sp.X4可能利用特异性酶反应和利用HO的非酶反应进行厌氧氧化。图32幅、表11个、参考文献146个

关键词：锑氧化细菌微生物群落 Phytobacter sp.X4 厌氧氧化基因组学

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硝酸盐和硫酸盐厌氧氧化甲烷途径及氧化菌群

微生物学通报 2012年第5期39卷 702-710页

作者：张梦竹李琳刘俊新中国科学院生态环境研究中心

甲烷属于温室气体,厌氧氧化甲烷有效地减少了大气环境中甲烷的含量。依据吉布斯自由能变,以SO42、Mn4+、Fe3+、NO3等作为电子受体,厌氧条件下甲烷可以转化为CO2。重点阐述以SO42和NO3为电子受体时甲烷厌氧氧化的机理、反应发生的环境条... 详细信息

甲烷属于温室气体,厌氧氧化甲烷有效地减少了大气环境中甲烷的含量。依据吉布斯自由能变,以SO42、Mn4+、Fe3+、NO3等作为电子受体,厌氧条件下甲烷可以转化为CO2。重点阐述以SO42和NO3为电子受体时甲烷厌氧氧化的机理、反应发生的环境条件以及甲烷厌氧氧化菌的特点。针对目前研究存在的主要问题,提出了今后的发展方向。SO42为电子受体时,甲烷厌氧氧化的可能途径包括:逆甲烷生成途径、乙酰生成途径以及甲基生成途径。甲烷的好氧或厌氧氧化协同反硝化是以NO3为电子受体的甲烷氧化的可能途径。环境中的甲烷、硫酸盐或硝酸盐的浓度,有机质的数量,以及环境条件对甲烷的厌氧氧化有显著影响。

关键词：甲烷硝酸盐硫酸盐厌氧氧化环境条件甲烷氧化菌

海洋沉积物甲烷厌氧氧化及其影响因子研究进展

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海洋环境科学 2011年第5期30卷 747-751页

作者：王维奇王宝霞张文娟王天鹅福建师范大学地理研究所福建省亚热带资源与环境重点实验室福建福州350007

海洋沉积物CH4厌氧氧化是当前生物地球化学循环研究的热点和焦点,为了进一步加深学者们对CH4厌氧氧化的理解,本文以海洋沉积环境为例,综述了CH4厌氧氧化过程及其影响因子的最新研究进展,在系统介绍CH4厌氧氧化过程的基础上,重点对CH4厌... 详细信息

海洋沉积物CH4厌氧氧化是当前生物地球化学循环研究的热点和焦点,为了进一步加深学者们对CH4厌氧氧化的理解,本文以海洋沉积环境为例,综述了CH4厌氧氧化过程及其影响因子的最新研究进展,在系统介绍CH4厌氧氧化过程的基础上,重点对CH4厌氧氧化的机制以及微生物、底物和温度等对CH4厌氧氧化的调控作用进行了阐述,并展望了CH4厌氧氧化领域未来研究的发展方向。通过本文的介绍,期望得到国内学者对该领域研究的重视,并为更广泛地开展相关研究提供参考。

关键词：甲烷厌氧氧化硫酸盐甲烷古菌海洋沉积物

云南腾冲热泉短链气态烷烃的厌氧氧化及微生物群落的变化研究

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云南腾冲热泉短链气态烷烃的厌氧氧化及微生物群落的变化研究

作者：海万明中国地质大学(北京)

学位级别：硕士

云南腾冲热泉是一种火山型陆地热泉,据前人研究每年都会向大气中排放大量的二氧化碳和甲烷等温室气体,是研究地球深部碳循环和碳排放的良好场所。热泉的高温、缺氧含硫环境塑造了该环境下独特的微生物类群,对于研究极端环境下微生物碳... 详细信息

云南腾冲热泉是一种火山型陆地热泉,据前人研究每年都会向大气中排放大量的二氧化碳和甲烷等温室气体,是研究地球深部碳循环和碳排放的良好场所。热泉的高温、缺氧含硫环境塑造了该环境下独特的微生物类群,对于研究极端环境下微生物碳循环具有重要的意义。本论文通过厌氧培养的方式和16S r RNA高通量测序分析对云南腾冲热泉短链气态烷烃的厌氧氧化及微生物对短链气态烷和电子受体的响应进行了研究,对于揭示热泉环境下微生物的群落结构及短链烷烃的代谢机制具有重要的价值和意义。本论文所取得的主要认识与结果如下:1)腾冲蛤蟆嘴和文光亭热泉,在厌氧条件下均对甲烷、乙烷、丙烷及丁烷有不同程度的降解,当以NO和Fe作为电子受体时,短链气态烷烃都有明显的降解;不同的电子受体条件下,同一热泉短链气态烷烃的降解趋势一致,蛤蟆嘴热泉丁烷降解最多,丙烷次之,然后是乙烷,甲烷降解最少;文光亭热泉短链气态烷烃的降解趋势不同;当以SO作为电子受体时,不同热泉对不同短链气态烷烃降解不同。伴随着烷烃的降解,相对应地,电子受体也出现明显的消耗。2)两个热泉样品中加入不同短链气态烷烃和不同电子受体后,会不同程度地影响微生物的物种丰度及Alpha多样性和Beta多样性,而且其微生物群落结构与相对丰度会发生相应变化;尤其是单独加入不同短链气态烷烃后,蛤蟆嘴热泉中的Parcubacteria类群和文光亭热泉中的Thermoplasmatels类群的相对丰度明显提高,这两个类群的微生物可能分别是蛤蟆嘴热泉和文光亭热泉中厌氧氧化短链烷烃的主导微生物。3)基于16S rRNA基因测序结果,对菌群代谢功能进行了预测与注释,加入短链气态烷烃和不同电子受体后,与此相对应的有关烃类代谢和利用电子受体进行氧化的功能与原始对照相比得到明显加强。

关键词：热泉微生物短链气态烷烃厌氧氧化群落变化

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甲烷厌氧氧化作用和白云石形成的关系

海洋地质 2005年第2期21卷 46-57页

作者： T．S．Moore 陆红锋廖志良美国不详

我们研究了有机质降解、甲烷厌氧氧化(AMO)与硫酸盐亏损之间的关系，并探讨了这些过程影响和控制白云石化作用的机理。利用ODP175航次在西非大陆边缘若干个富集有机质的站位中的研究数据，我们确定了AMO发生的深度和反应速率与白云石形... 详细信息

我们研究了有机质降解、甲烷厌氧氧化(AMO)与硫酸盐亏损之间的关系，并探讨了这些过程影响和控制白云石化作用的机理。利用ODP175航次在西非大陆边缘若干个富集有机质的站位中的研究数据，我们确定了AMO发生的深度和反应速率与白云石形成之间的联系。本研究根据CH4和SO4^2-的在沉积物中的扩散通量计算了AMO的反应速率以及根据Mg离子的扩散通量计算了白云石形成速率。研究表明，白云石的形成速率相对比较稳定，不随其形成的深度而变化，这显示了Mg、Ca离子扩散通量不会受到深度的限制。根据计算的logIAP值，我们得出白云石的logKsp值在-16．1～-16．4这样一个狭窄的范围。白云石的形成部分受甲烷厌氧氧化作用(AMO)和甲烷生成作用相互竞争的控制，这两个作用控制着流体中溶解a32的种类。通过硫酸盐的还原作用，沉积物中AMO过程增加了环境中CO3^2-的浓度，有利于白云石的形成，而甲烷生成作用增加沉积物中孔隙水的CO2的活度，抑制了白云石的沉淀。甲烷生成作用和AMO作用一起控制着沉积环境中CO2和碱度，从而决定了富含有机质的海洋沉积物中白云石的形成。此外，我们建立了在AMO作用和白云石形成机理之间存在的关系模式，运用这种模式，可以计算现代海洋沉积物中白云石的稳定常数，并且可以预计白云石形成区域和深度。

关键词：氧化作用甲烷石形海洋沉积物白云石化作用 SO4^2- CO3^2- 反应速率形成速率通量计算有机质降解 AMO 厌氧氧化大陆边缘扩散通量还原作用过硫酸盐沉积环境关系模式形成机理稳定常数形成区域 CO2 控制 CH4

废水生物脱氮新技术──氨的厌氧氧化(ANAMMOX )

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苏州城建环保学院学报 2002年第1期15卷 19-24页

作者：沈耀良赵丹黄勇苏州科技学院环保系江苏苏州215011

介绍了废水单级脱氮技术—ＡＮＡＭＭＯＸ工艺的原理、特点，并就该工艺研究和应用的最新进展—ＳＨＡＲＯＮ工艺、ＳＨＡＲＯＮ－ＡＮＡＭＭＯＸ联用工艺、ＳＢＲ作为ＡＮＡＭＭＯＸ反应器的处理效能进行了分析，指出了今后的研究方向。

关键词：厌氧氧化生物脱氮废水处理氨

絮凝沉淀-内电解-厌氧生物氧化预处理DDNP废水

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环境科技 2014年第4期27卷 44-46,64页

作者：王恒鹏中煤科工集团沈阳设计研究院有限公司辽宁沈阳110015

二硝基重氮酚(DDNP)废水是一种严重污染环境和危害人体健康的难降解工业废水。采用絮凝沉淀-内电解-厌氧生物氧化组合工艺预处理DDNP废水,主要考察了内电解反应的进水pH值、反应时间、铁屑与焦炭的质量比和厌氧池停留时间对DDNP废水CODC... 详细信息

二硝基重氮酚(DDNP)废水是一种严重污染环境和危害人体健康的难降解工业废水。采用絮凝沉淀-内电解-厌氧生物氧化组合工艺预处理DDNP废水,主要考察了内电解反应的进水pH值、反应时间、铁屑与焦炭的质量比和厌氧池停留时间对DDNP废水CODCr去除效果的影响。小试结果表明:以内电解的进水pH值为3,反应时间为120 min,铁屑与焦炭的质量比为12及厌氧池的停留时间为40 h为最佳工艺条件,在此条件下DDNP废水的CODCr去除率可达82.5%,并显著改善其可生化性。

关键词：絮凝内电解厌氧氧化

生活垃圾填埋场甲烷自然减排的新途径——厌氧与好氧的共氧化作用

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环境卫生工程 2011年第2期19卷 59-62页

作者：周海燕韩丹上海老港废弃物处置有限公司上海201302 同济大学上海200092

通过证实生活垃圾填埋场中甲烷厌氧氧化与好氧氧化的共存,提出了甲烷自然减排的新途径。分别选取暴雨过后垃圾填埋表层30～60 cm的覆土、1.5 m以下的垃圾以及底层矿化垃圾做硫酸盐还原菌阳性反应实验,结果表明:生活垃圾填埋体不同填埋... 详细信息

通过证实生活垃圾填埋场中甲烷厌氧氧化与好氧氧化的共存,提出了甲烷自然减排的新途径。分别选取暴雨过后垃圾填埋表层30～60 cm的覆土、1.5 m以下的垃圾以及底层矿化垃圾做硫酸盐还原菌阳性反应实验,结果表明:生活垃圾填埋体不同填埋层都存在不同数量级的硫酸盐还原菌,且底层矿化垃圾中的硫酸盐还原菌的数量最多,表层覆土中最少。颗粒大小比例为50%∶50%的垃圾样品表现出最佳的甲烷好氧与厌氧氧化效果,且厌氧氧化在共氧化作用中的比例达到20%以上。含水率为25%时,矿化垃圾中微生物活性最大,好氧与厌氧氧化甲烷速率均达到最大;当含水率接近70%时,甲烷厌氧氧化的贡献率可达30%以上。外源甲烷的补充可以驯化甲烷氧化微生物,其中甲烷好氧氧化时间最大可缩短50%;而甲烷通入量超过2 mL后,甲烷好氧与厌氧氧化均受到抑制。

关键词：生活垃圾填埋场甲烷好氧氧化厌氧氧化硫酸盐还原菌

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甲烷氧化耦合污水脱氮研究进展

环境科学学报 2023年第3期43卷 1-15页

作者：郝晓地孙思辈李季吴远远北京建筑大学城市雨水系统与水环境省部共建教育部重点实验室中-荷污水处理技术研发中心北京100044

污水处理厂厌氧池或污泥厌氧消化系统存在着溶解态甲烷(DCH_(4))外溢风险,不仅会造成直接碳排放,也形成资源/能源的浪费.另一方面,污水处理厂常常需要外加碳源来满足脱氮需要,导致运行成本增加和间接碳排.若转换思路,利用CH_(4)作为脱... 详细信息

污水处理厂厌氧池或污泥厌氧消化系统存在着溶解态甲烷(DCH_(4))外溢风险,不仅会造成直接碳排放,也形成资源/能源的浪费.另一方面,污水处理厂常常需要外加碳源来满足脱氮需要,导致运行成本增加和间接碳排.若转换思路,利用CH_(4)作为脱氮碳源,则有可能一箭双雕地解决问题.基于此,首先综述了好氧与厌氧甲烷氧化形式、发现/发展路径,并剖析它们的代谢途径及相关微生物.以此为基础,重点总结以NO_(3)^(-)、NO_(2)^(-)、甚至强温室气体N_(2)O作为电子受体的厌氧甲烷氧化途径,并从经济性和碳减排等方面论述甲烷厌氧氧化耦合反硝化(DAMO)工艺的潜在应用前景.最后,从接种微生物、培养环境等方面剖析DAMO工程应用的技术限制与瓶颈.综述表明,好氧甲烷脱氮技术功能微生物所需生存环境相左,致使工艺在实践中难以应用;相形之下,厌氧甲烷反硝化技术则较具应用潜力,但仍需深入研究,以提高功能微生物的鲁棒性.

关键词：甲烷好氧氧化厌氧氧化耦合脱氮氧化亚氮(N_(2)O) 甲烷厌氧氧化耦合反硝化(DAMO)