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作为一种简单而有效的生物处理过程,土地填埋已经被大规模应用,以减少有机废物所造成的环境污染。然而,到目前为止国际上对垃圾堆填区中起重要作用的关键微生物类群的了解仍然十分有限。本论文应用16S rRNA基因作为分子标记,对两种不同类型的垃圾填埋场(回灌式和传统型)渗滤液中真细菌群落的组成及多样性进行了深入研究。进一步,分别以amoA和nosZ两个基因作为氨氧化细菌和反硝化细菌的分子标记,分析比较了三种不同类型垃圾堆填区中参与氮素转化过程的微生物群落的结构及多样性。具体内容如下:
(1)李坑回灌式垃圾填埋场渗滤液中真细菌群落结构及多样性。通过16SrRNA基因的克隆,文库构建,序列测定和分子系统发育分析表明:李坑真细菌文库中的许多细菌序列和公共数据库中序列的相似性处于一个相对低的水平。在有效分析的195个克隆子中,总共有103个序列型。大约90﹪的序列型归到Low-G+C gram-posirive bacteria,the Chlamydiae/Verrucomicrobia group和Cytophaga-Flexibacter-Bacteroides(CFB)group这3个类群,相应克隆子所占的比例是53﹪,21﹪和19﹪。另外占全部克隆子7﹪的10个序列型则分布在已知的真细菌类群:Planctomycetes,Spirochaetes,Proteobacteria以及Actinobacteria,和最近提出的两个候选类群:OP9和OP11。其中丰度最高的序列型占不到文库全部克隆子的10﹪,而且丰度最高的15个序列型至少占了全部克隆子的47﹪。一些已经能被清楚归类到种属或分类单元的序列被鉴定是属于厌氧消化系统。
(2)狗仔坑传统型垃圾填埋场渗滤液中真细菌群落结构及多样性。通过构建16S rRNA基因文库,随机挑取克隆子进行一端序列测定并进行分类,在138个随机挑取的克隆子中分成了76个序列型。序列型代表进一步的全序列测定和分子系统发育分析表明:超过90﹪的克隆子归到Low-G+C gram-positive bacteria(38.4﹪),Proteobacteria(35.5﹪),Cytophaga-Flexibacter-Bacteroides(CFB)group(11.6﹪)和Spirochaetes(5.1﹪)这四个类群。小部分归到Verrucomicrobia group(2.9﹪),candidate divisions OP11(2.2﹪),而green nonsulfur bacteria,Cyanobacteria和Denitromonas Thermus group的比例都小于1.0﹪。尽管有一些序列和已知厌氧系统中的种属或已知功能的类群聚类,但是大部分的序列都和已经公布在公共数据库里面的数据仅有较低的相似性,并且是属于未知的分类单元。这样的结果就说明,在狗仔坑传统型垃圾填埋场渗滤液中真细菌群落的遗传多样性比先前预想的要复杂得多,大部分仍然未知。
(3)不同类型垃圾堆填区中氨氧化细菌和反硝化细菌群落的结构及其多样性。虽然最近的一些研究表明在垃圾填埋场环境检测到高水平的N<,2>O排放,然而,在其中参与有关氮素转化过程的微生物群落的结构及多样性目前仍然是未知的。本研究首次揭示,类似的未知微生物类群参与了这些厌氧系统内部氮素转化的过程。所获得的amoA基因序列均可归入β-变形细菌亚门的欧洲亚硝化单胞菌簇,虽然与先前报道的来自污水处理厂的环境克隆子具有较高的序列相似性,但这些amoA基因序列和已知的氨氧化真细菌仅具有较远的分子系统发育关系。而所有的,mosZ基因序列仅与γ-变形细菌亚门的反硝化细菌具有较低的相似性,故不能归入到任何一个迄今已知的反硝化细菌类群。此外,在所分析的三种具有不同理化性质的垃圾渗滤液中,反硝化细菌群落有着显著的重叠。因此,我们的研究结果表明,这些独特的垃圾堆填区生境选择出了特殊的新的氮素循环微生物功能群。