喹啉与吲哚驯化的反硝化反应器的微生物群落结构分析比较

    摘要：【目的】本研究旨在比较分析分别以喹啉和吲哚为底物,在相同条件下驯化的两个反硝化生物反应器的微生物群落结构。

    【方法】采用相同的种子污泥和相同的驯化条件,经过大约6周的驯化后,两个反应器均达到稳定而高效的污染物去除能力,通过16SrDNA克隆文库技术对两个反应器的微生物群落结构进行研究。

    【结果】研究发现,微生物群落结构表现出很大的差异。喹啉驯化的群落中所有的OTU都属于Betaproteobacteria,而吲哚驯化的群落中Betaproteobacteria占56.3%,吲哚驯化的群落具有更高的多样性。两个群落的优势OTU也不同,喹啉驯化群落中Thauera及其它Rhodocyclaceae科的微生物占整个群落的73%,而吲哚驯化群落中优势OTU为Comamonadaceae科、Alcaligenaceae科和Rhodocyclaceae科等类型的微生物,其中Comamonadaceae科的一个OTU占整个群落的28.7%。

    【结论】不同的驯化底物对微生物群落的组成具有较强的选择作用。首次报道并比较了可高效降解喹啉和吲哚的反硝化生物反应器的微生物群落结构。

    关键词：喹啉;吲哚;反硝化;细菌群落;16SrDNA

    中图分类号：Q938文献标识码：A文章编号：0001-6209(2008)04-0503-05

    喹啉和吲哚是煤炭化工产生的工业废水中常见的氮杂环类污染物,都属于难降解化合物,且具有较强的毒性,喹啉还对人类具有潜在的致癌作用。由于对工业废水中含量相对较小的氮杂环类难分解芳香族污染物的去除效率关注不够,喹啉、吲哚等成为土壤、地下水和其它水体中较常见的污染物[1,2]。目前对喹啉和吲哚的研究大多集中在对其代谢途径以及降解相关菌的研究,如Wang等分离并研究了Burkholderiapickettii对喹啉的降解[3],在废水处理反应器中添加该菌可以明显促进反应器对喹啉的降解效率[4]。而对于喹啉与吲哚废水的反应器群落结构的研究非常有限,尤其是缺乏对能稳定高效地降解喹啉或吲哚的反应器的微生物群落结构的报道。微生物的群落结构与其功能具有复杂的对应关系,特定的群落结构决定了其特定的功能。在工业废水处理反应器的设计中,由于工艺的不同会形成具有相似功能但结构完全不同的微生物群落。如Manefield等在对两个处理含酚废水工业装置的研究中发现,其微生物群落中最重要的苯酚降解菌分别属于Thauera属和Acidovorax属[5,6]。因此,不同的工艺和反应器的设计对于微生物的群落和结构都有着深远的影响。在处理复杂工业废水的微生物群落中,各种不同的功能菌负责对不同的化合物进行降解。群落结构的差异虽然不一定会导致COD去除能力的变化,但由于某些降解特定类型污染物的微生物种群存在很大差异,导致废水中一些低含量的难降解污染物的去除能力下降。因此,研究这些难降解化合物相关的功能菌群及其群落功能间的关系,不仅有利504XuanHongetal./ActaMicrobiologicaSinica(2008)48(4)于了解复杂工业废水中各种污染化合物的降解功能菌,而且对于进一步选择适当的工艺和设计合理的反应器,进行群落结构优化,从而提高处理功能具有重要意义[7]。

    本研究以从某焦化废水处理工业装置采集的活性污泥为种子污泥,采用相同的工艺条件,分别以喹啉和吲哚为主要碳源,驯化了两个生物反应器,比较这两个反应器的微生物群落结构的异同,指出两个群落中主要的功能菌群,并且揭示了底物的差异会对微生物群落具有不同的筛选作用。

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    基金项目:国家自然科学基金(20677041);上海市国际合作项目(05SR07107)

    洪璇,刘彬彬,张晓君*,赵立平

    (上海交通大学生命科学技术学院,教育部微生物代谢重点实验室,上海200240)

    *通讯作者。Tel:+86-21-34204878;E-mail:xjzhang68@sjtu.edu.cn

    作者简介:洪璇(1983.),女,福建人,硕士研究生,从事微生物分子生态学研究。E-mail:amoy.hong@gmail.com