湖泊底泥和污水厂中电化学活性细菌的丰度分析和定量检测

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电化学活性细菌(Electrochemically active bacteria,EAB)是一类能够通过特定的代谢方式将代谢过程中产生的电子转移至胞外电子受体的细菌,其在多种元素的生物地球化学循环、环境修复、废水微生物处理以及微生物燃料电池等领域具有重要意义。目前关于EAB的生态学研究工作主要集中在海洋环境中,而淡水湿地和人工环境中的EAB的生态学调研工作相对较少。并且由于EAB的种类、代谢途径的多样性,其中起作用的相关基因和酶的种类也各不相同,因此目前没有一种广谱的分子生物学方法对其进行鉴定和定量检测。本课题以巢湖底泥样品作为研究对象,对两类典型的EAB Shewanella.spp和Geobacter.spp进行生态学调研。同时利用WO3纳米团簇探针结合最大或然数理论(Most Probable Number,MPN)建立了一种广谱的定量环境中EAB的方法。论文的主要研究内容如下:  1.以巢湖底泥为调研对象,分析了不同采样点的不同季节条件下两种模式EAB Shewanella和Geobacter的时空生态分布。研究结果表明,巢湖底泥中的Shewanella和Geobacter菌属丰度水平较高,每克干底泥中特异性基因拷贝数为103-108。其中以南淝河及巢湖靠近南淝河的岸边两个采样点的两种细菌丰度最高。进一步通过皮尔森相关系数分析发现,巢湖底泥中氨氮和磷酸根的含量是影响Shewanella和Geobacter菌属丰度的主要环境因子,由于氮磷是造成巢湖富营养化的主要因素,因此我们推测Shewanella和Geobacter菌属的丰度可能受到湖泊富营养化的影响。  2.以WO3纳米团簇探针作为定性检测手段,结合MPN,建立了一种快速简便广谱的定量环境中EAB的方法。通过分析模式EAB Shewanella oneidensisMR-1和Geobacter sulfurreducens DL-1在OD600分别为0.56和0.13时两株细菌的菌液浓度,并将得到的结果与CFU直接计数及DAPI染色后计数结果进行比较,得到相似的定量结果。以此证明我们所建立的WO3-MPN方法用于定量纯种EAB时的有效性。并且该方法在48小时内即可得到细菌定量计数结果,而传统的MPN方法用于计数EAB时,需要数周时间才能得出结果,相比之下该方法所需时间极短。我们进一步利用该方法对巢湖底泥和合肥望塘污水处理厂中EAB进行定量,定量结果表明巢湖底泥中EAB的丰度为104-106个细菌每克干底泥,合肥望塘污水处理厂中EAB的丰度为103-106个细菌每毫升样品。最后通过皮尔森相关性分析发现,氨氮和磷酸盐浓度是影响巢湖底泥和望塘污水处理厂中EAB丰度的主要环境因子。
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