烷烃厌氧降解产甲烷体系菌群结构与功能的研究

【摘要】：石油烃厌氧微生物降解是目前研究的一个重要方向,对油藏残余油生物气化开采和石油污染生物修复具有重要的理论意义和应用价值。本文针对石油烃厌氧降解,以典型油藏产出液样品和地表含油污泥为对象,利用分子生物学方法系统研究了微生物群落结构、不同还原条件下菌群结构演化的特点,在此基础上,构建了烷烃厌氧降解产甲烷菌系,分析了体系运转过程中的菌群变化及石油烃厌氧降解机制。 环境样品16S rRNA克隆文库分析表明,油藏样品细菌中y-Proteobacteria出现频率最高,在7个细菌克隆文库中均检测到,且低温油藏中所占比例高于高温油藏,其克隆数占文库克隆总数的百分比的平均值约为37%；Firmiucutes次之,在7个细菌克隆文库中有6个检测到,高温油藏中都有发育,其克隆数占文库克隆总数的百分比的平均值约为20%；典型对应分析(CCA)表明环境因素(温度、矿化度和Cl-浓度)分别影响不同的细菌类型。对6个不同油藏古菌的克隆文库分析表明,大部分属于产甲烷菌,氢营养型的产甲烷菌类型最丰富：典型对应分析(CCA)表明温度是油藏中古菌类型分布的主要影响因素,Cl-浓度及矿化度次之。含油污泥样品细菌中β-Proteobacteria和Chloroflexi为优势菌,分别占克隆总数的47%和28%；含油污泥古菌中,嗜甲基的产甲烷菌Methanomethylovorans和氢营养型产甲烷菌Methanolinea同时存在。上述研究结果与文献中已报道的结果一致。在检测的3个油藏样品中,从1个样品中检测到苯基琥珀酸盐合成酶基因(bssA),3个样品中检测到烷基琥珀酸合成酶基因(assA),表明油藏中可能存在以富马酸加成反应为活化方式的厌氧芳烃和烷烃的生物降解。 以油井产出液为对象,分别在硫酸盐还原、硝酸盐还原及产甲烷三种条件下构建了厌氧混合烷烃降解体系。经过356天厌氧培养,三种体系中混合烷烃(C15-C20)都发生不同程度的降解。在产甲烷体系中,甲烷产量达到77μmol; 16S rRNA克隆文库分析表明,硝酸盐还原体系细菌组成为y-Proteobacteria,β-Proteobacteria, a-Proteobacteria和Bacteroidetes;产甲烷体系细菌组成为Actinobacteria和Nitrospira,以Actinobacteria为主；硫酸盐还原体系细菌组成与产甲烷体系相同,但Nitrospira丰度最大。利用assA和mcrA功能基因分析推测产甲烷体系中可能存在以富马酸加成反应为活化方式的厌氧降解烷烃产甲烷过程的生物降解。 利用油井产出液中微生物,以混合烃(C15-C20)为碳源,构建了厌氧降解烷烃产甲烷体系。在37℃下培养274天,混合烷烃发生了明显降解,体系产出甲烷538μmol,烷烃到甲烷的转化率5.7%; 16S rRNA克隆文库分析鉴定体系中的细菌包括Firmicutes, Proteobacteria, Deferribacteres和Bacteroidales;古菌包括Methanosarcinales和Methanobacteriales。 以含油污泥中微生物为菌源构建了厌氧烷烃(C15-C20)降解产甲烷菌系。添加混合烷烃的一次转接体系,在37℃下培养500天,约10%的混合烷烃发生了降解,共产生了甲烷18μmol,烷烃到甲烷的转化率19.7%；对照分析了原始含油污泥样品、未添加烷烃培养475天的初级培养体系,以及利用初级培养体系进行一次转接并添加混合烷烃培养500天的体系中微生物群落结构及苯基琥珀酸盐合成酶基因(bssA)和烷基琥珀酸合成酶基因(assA),研究表明从初级培养体系到烷烃培养体系,碳源类型变化引起了菌群结构从厌氧降解芳烃产甲烷菌群向厌氧降解烷烃产甲烷菌群的转变。 本研究对象为不同温度下的含烃环境样品,菌群结构及其演变以及烃降解机制分析等研究成果丰富了微生物厌氧烷烃降解规律的认识,在利用厌氧烃降解进行油藏残余油生物气化开采和石油污染生物修复的基础理论和实际应用方面具有重要的价值。 【关键词】：石油烃 厌氧降解 甲烷产生 富集培养 菌群结构
【学位授予单位】：华东理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：X703;X172
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 第1章 石油烃厌氧生物降解的研究进展13-35
• 1.1 厌氧降解烷烃的微生物13-20
• 1.1.1 厌氧降解烷烃的硫酸盐还原菌13-16
• 1.1.2 厌氧降解烷烃的硝酸盐还原菌16-18
• 1.1.3 厌氧降解烷烃的产甲烷菌群18-20
• 1.1.4 其它厌氧降解烷烃的菌群20
• 1.2 石油烃厌氧降解过程的热力学20-23
• 1.3 石油烃厌氧降解过程的反应动力学23-24
• 1.4 微生物厌氧降解烷烃的机制24-27
• 1.4.1 富马酸加成反应24-26
• 1.4.2 羧化反应26
• 1.4.3 未知的途径26-27
• 1.5 含烃环境生物气化开采的物质基础及潜力27-32
• 1.5.1 烃的形成、分布及组成27-28
• 1.5.2 地表环境石油烃的厌氧生物降解28-29
• 1.5.3 油藏环境石油烃的厌氧生物降解29-30
• 1.5.4 含烃环境的微生物群落结构30-31
• 1.5.5 充分利用烃降解产甲烷菌群31
• 1.5.6 油藏原油气化开采的潜力31-32
• 1.6 微生物群落结构的分子分析方法32-33
• 1.7 研究思路33-34
• 1.8 技术路线34-35
• 第2章 含烃环境微生物群落结构及厌氧烃降解机制35-61
• 2.1 材料与方法35-40
• 2.1.1 实验样品35-36
• 2.1.2 实验材料36-37
• 2.1.3 实验方法37-40
• 2.2 结果与讨论40-60
• 2.2.1 油藏环境细菌组成及系统发育学分析40-49
• 2.2.2 油藏环境古菌组成及系统发育学分析49-55
• 2.2.3 油藏环境的厌氧烃降解催化酶的功能基因(assA/bssA)多态性分析55
• 2.2.4 地表含烃环境的细菌组成及系统发育学分析55-58
• 2.2.5 地表含烃环境的古菌组成及系统发育学分析58-59
• 2.2.6 地表含烃环境的厌氧烃降解催化酶的功能基因(assA/bssA)多态性分析59-60
• 2.3 本章小结60-61
• 第3章 不同还原条件下厌氧烷烃降解群落结构61-73
• 3.1 材料与方法62-64
• 3.1.1 实验样品62
• 3.1.2 厌氧烃降解菌群的富集培养62-63
• 3.1.3 化学分析63-64
• 3.1.4 DNA分析64
• 3.2 结果与分析64-70
• 3.2.1 三种还原条件培养过程中甲烷的生成64-65
• 3.2.2 三种还原条件培养过程中烷烃的降解65-66
• 3.2.3 三种还原条件富集培养过程中的微生物组成及功能基因多态性66
• 3.2.4 产甲烷还原条件下细菌16S rRNA基因序列分析66
• 3.2.5 硫酸盐还原条件下细菌16S rRNA基因序列分析66-69
• 3.2.6 硝酸盐还原条件下细菌16S rRNA基因序列分析69
• 3.2.7 富集培养过程中功能基因序列分析69-70
• 3.3 讨论70-72
• 3.3.1 不同还原条件下菌群结构的演变70-72
• 3.3.2 不同还原条件富集培养过程厌氧烷烃的降解途径72
• 3.4 本章小结72-73
• 第4章 油藏环境厌氧烃降解产甲烷体系的构建73-86
• 4.1 材料与方法74-78
• 4.1.1 实验样品74
• 4.1.2 厌氧烃降解产甲烷菌群的富集培养74-75
• 4.1.3 化学分析75
• 4.1.4 DNA分析75-78
• 4.2 结果与分析78-83
• 4.2.1 富集培养过程中甲烷的产生78-79
• 4.2.2 富集培养过程中烷烃的降解79-80
• 4.2.3 富集培养过程中的微生物组成80-82
• 4.2.4 细菌16S rRNA基因序列分析82-83
• 4.2.5 古菌16S rRNA基因序列分析83
• 4.3 讨论83-85
• 4.3.1 烷烃降解产甲烷体系中微生物多样性83-84
• 4.3.2 厌氧烷烃降解途径及甲烷转化率的影响因素84-85
• 4.4 本章小结85-86
• 第5章 地表含烃环境厌氧烃降解产甲烷体系的构建86-102
• 5.1 材料与方法87-88
• 5.1.1 实验样品87
• 5.1.2 产甲烷菌群的富集培养87-88
• 5.1.3 化学分析88
• 5.1.4 DNA分析88
• 5.2 结果与分析88-97
• 5.2.1 富集培养过程中甲烷的产生88-90
• 5.2.2 产甲烷富集培养过程中烷烃的降解90-91
• 5.2.3 产甲烷富集培养过程中的微生物组成及assA/bssA基因多态性91-95
• 5.2.4 细菌16S rRNA基因序列分析95-96
• 5.2.5 古菌16S rRNA基因序列分析96-97
• 5.2.6 assA/bssA基因多态性分析97
• 5.3 讨论97-101
• 5.3.1 产甲烷富集培养过程中细菌的菌群结构变化98-99
• 5.3.2 产甲烷富集培养过程中古菌的菌群结构变化99-100
• 5.3.3 产甲烷富集培养过程中厌氧烷烃降解功能基因的变化100-101
• 5.3.4 石油烃厌氧降解产甲烷菌群的多样性101
• 5.4 本章小结101-102
• 第6章 结论与展望102-105
• 6.1 研究总结102-104
• 6.2 研究展望104-105
• 参考文献105-122
• 致谢122-123
• 攻读博士学位期间发表的论文情况123

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

Community structure of b-Proteobacterial ammonia-oxidizing bacteria in prawn farm sediment    

丝状石油降解真菌的筛选及其降解特性研究    胡长庆;鲍玉婷;徐伟;郑春艳;

土壤反硝化微生物研究进展    周志峰;王明霞;

微生物对冻土生境的适应以及对全球变化和寒区工程扰动的响应:进展与展望    杨思忠;金会军;魏智;吉延峻;何瑞霞;

油田产出液中产甲烷菌的分离与特性初步研究    游敏;佘跃惠;孔淑琼;王正良;

济阳拗陷特殊生物降解油的初步研究    卢鸿,彭平安,徐兴友,张林晔

大庆油田低渗透油藏微生物群落结构解析    黄永红;袁红梅;伍晓林;宋考平;

大庆油田油藏微生物基因组DNA的提取与分析    任国领;袁红梅;侯兆伟;卞立红;黄永红;

大庆萨南开发区高台子油层细菌群落结构    任国领;曲丽娜;乐建君;由春梅;黄永红;

油气藏埋存二氧化碳生物转化甲烷的机理和应用研究进展    魏小芳;罗一菁;刘可禹;帅燕华;

应用FISH法分析模拟油藏条件下甲烷菌变化规律    张君;侯煜斌;李建兵;张磊;牟英华;范维玉;

Mineralogical and geochemical evidence for coupled bacterial uranium mineralization and hydrocarbon oxidation in the Shashagetai deposit,NW China    

绿针假单胞菌株SY-02的分离鉴定、激光诱变及石油烃降解特性    张子间

油藏产气微生物代谢机理研究    王俊

石油烃厌氧降解菌的筛选及其降解特性研究    吴伟林

高含盐采油污水处理与回用技术研究    王素芳

油藏原位与实验室模拟系统中的微生物分子生态学研究    任红燕

超嗜热古菌Thermococcus siculi HJ21高温酸性α-淀粉酶及其基因克隆的研究    王淑军

高温油藏微生物群落结构及石油烃厌氧降解产甲烷体系构建研究    Mbadinga Serge Maurice

多环芳烃在根际界面的环境行为及微生物响应    马斌

厌氧烃降解产甲烷菌系的组成及其代谢产物的特征    周蕾

石油降解细菌的表型特性和系统发育分析    韩如旸

东平湖沉积物细菌多样性分析    宋洪宁

模拟油藏条件下激活剂运移与微生物生长调控实验研究    刘涛

油藏环境微生物组成及功能特征的研究    高彩霞

环渤海湾苹果产区再植障碍园与丰产园土壤细菌遗传多样性分析    张一

油藏内源微生物高效激活剂筛选与评价    高配科

长期施肥对黄土高原农田土壤中氨氧化细菌群落结构的影响    何军霞

烃类厌氧降解过程中互营细菌的分布特征和系统发育研究    张文静

硝酸盐还原菌与硫酸盐还原菌的相互作用    冯雯雯

南美白对虾养殖底泥氨氧化细菌与氨氧化古菌多态性分析    高利海

模拟油藏条件下内源微生物菌群变化与驱油效能研究    袁书文

海水养殖场底泥中转化硫和磷化合物的微生物及其多样性    王亚南,王保军,戴欣,焦念志,彭志英,刘双江

产氢产乙酸菌与产甲烷菌互养培养物的分离    刘聿太;王大耜;

有机废物沼气发酵的综述    杨秀山

序批式生物反应器填埋场特性的研究    杨茂;程水源;

产甲烷菌的生理生化特性    祖波;祖建;周富春;汪林;

对高浓度硫酸盐废水厌氧处理条件控制的研究    罗丹;

甲烷菌在浓香型白酒生产中的作用(简报)    颜昌轩;

天然湿地土壤产甲烷菌及其影响因子研究进展    刘德燕;丁维新;

一株耐酸碱嗜热产甲烷菌的分离与系统发育分析    胡亚东;袁月祥;闫志英;廖银章;刘晓风;贺蓉娜;张洪森;官家发;朱联碧;

沼气两步发酵工艺微生物生态学的研究    张录;徐洁泉;吴衍庸;

FACE环境下不同秸秆与氮肥管理对稻田土壤产甲烷菌的影响    韩琳;史奕;李建东;岳进;谢宝华;朱建国;王鸽;

低温产甲烷菌的研究现状    宋素琴;张志东;顾美英;房世杰;

淹水和旱作稻田土壤中产甲烷菌的多样性分异    崔中利;王英;滕齐辉;张斌;曹慧;

瘤胃甲烷调控方法评述    刘开朗;王加启;卜登攀;李旦;赵圣国;于萍;

牛粪沼气发酵过程中产甲烷菌群落结构的RFLP分析    何健;汪婷;梅琴;李顺鹏;

PCR-DGGE技术在水牛瘤胃产甲烷古菌多样性探索中的应用    刘园园;王士长;

牛粪沼气发酵过程中物质转化、微生物生理群变化及产甲烷菌多样性研究    汪婷;何健;赵子如;李顺鹏;

稻鸭复合生态种养对产甲烷菌种群数量的影响    邓晓;李勤奋;

高原湿地甲烷产生的生物学机制及其分子生态学研究    田建卿;田建卿;王艳芬;东秀珠;吴宁;陈槐;

利用分子生物技术对厌氧颗粒污泥中微生物种群结构的研究    左剑恶;邢薇;孙寓姣;

沼气池快速启动方法探讨    王存良;

日本期待收获巨量天然气    况叶

以开发出有机废料处理技术    记者 郑晓春

生物工程能治造纸黑液    记者 邵丽华

畜禽粪便处理方法    杨泽霖 方炎

沼气发酵的起动    省农村能源办

人工制取沼气的条件    大荔县农技中心 韩薇 薛亚萍

我纸浆黑液处理获重大突破    记者 崔志坚

利用生物治理造纸黑液技术取得突破    程岩

为草浆造纸业提供可持续发展之路    记者 吴梅兰

小小沼气“点”亮群众新生活    科宣

瘤胃产甲烷菌定量检测与微生物菌群调控研究    郭嫣秋

晋南牛和山羊瘤胃产甲烷菌多样性研究    裴彩霞

基于代谢网络的产甲烷菌的耐热性研究    陈璟

厌氧真菌与产甲烷菌共培养系统的建立及其代谢与菌群变化的研究    成艳芬

绞股蓝皂甙对山羊瘤胃菌群及微生物发酵特性和甲烷产量的影响    王新峰

水和乳化液对煤层产甲烷菌群活性影响研究    肖栋

厌氧烃降解产甲烷菌系的组成及其代谢产物的特征    周蕾

高温油藏微生物群落结构及石油烃厌氧降解产甲烷体系构建研究    Mbadinga Serge Maurice

甲烷胞菌对低氢和互营生长在转录水平的响应    刘鹏飞

污泥厌氧消化过程中乙酸累积的微生态机理研究    许科伟

猪后肠产甲烷菌群多样性及其与乙酸生成关系的研究    杨翠凤

低温沼气菌粉制备工艺的研究    牛爱华

耐冷产甲烷菌的筛选及其低温下促进秸秆发酵的试验研究    张雅南

造纸白泥强化生物质废物产甲烷研究    王钦庆

提高产甲烷菌活性的应用研究    吕映辉

乙酸和硫酸盐对石油烃降解产甲烷过程影响的研究    麻婷婷

引种江南桤木对崇西湿地芦苇群落土壤中产甲烷菌及甲烷氧化菌群落的影响    刘佳苗

厌氧产甲烷反应器出水的分子光谱表征    朱琼琼

不同铁源强化蓝藻产甲烷过程的研究    薛竣

铁氧化物强化纤维素类生物质产甲烷研究    时昌波