（环境工程专业论文）反硝化型甲烷厌氧氧化微生物的富集培养研究.pdf

论文作者签名：垒握 指导教师签名：塑! 鱼兰 论文评阅人1 ：闺航数援浙江太堂生金型堂堂院 评阅人2 ：董武塾援级直工逝江省壅些生态皇篚沤壶公室 评阅人3 ：搂麴注副数援逝迢太堂丕境皇盗速堂瞳 答辩委员会主席： 委员1 ： 委员2 ： 委员3 ： 委员4 ： 答辩日期：2 q 1 31 q 3 1 q 8 a u t h o r ，ss i g n a t u r e ：丕! ! 垄丝 d o b u p e r v l s o r 7 ss i g n a t u r e ： hl fb 细锄 e x t e r n a lr e v i e w e r s ：里! q 鱼墨墨q ! 巡旦堑g p r o f e s s o r a t es e n i o re n g i n e e rh u a n gw u 墨墨q 殳i 煎曼p ! q 鱼璺墨q l q 堕l i p i 塾g e x a m i n i n gc o m m i t t e ec h a i r p e r s o n ： p r o f e s s o rz h e n g p i n g e x a m i n i n g c o m m i t t e em e m b e r s ： p r o f e s s o rz h a n gc h u n l o n g p r o f e s s o rt i a ng u a n g m i n g 墨墨q 殳i 塾曼p ! q 鱼墨墨q ! 至丛q i 世! 堑 a s s o c i a t ep r o f e s s o rh ub a o l a n d a t eo f o r a ld e f e n c e ： 丛墼业墨，2 q ! 兰 浙江大学研究生学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得逝江盘堂或其他教育机构的学位或 证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文 中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：乐鹑存签字日期：加，弓年芗月，弓日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解澎江盘堂 有权保留并向国家有关部门或机 构送交本论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权逝婆盘鲎 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，可以采用影 印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名： 豢琢 导师签名：悯每誓 签字日期：加乃年弓月一 日 签字日期：钿；年弓月b 日 浙江大学硕士学位论文 致谢 致谢 就像所有有结局的故事一样，在我书写的浙大往事中，也该写到结束这一页 了。此刻我是理性的，仅为自己在这里走过的两年半历程划上一个休止符。 这本硕士毕业论文记录了我初入科研大门历经的种种，从孕育到诞生，过程 虽然艰辛，结果却让人释然。它的完成得到了许多人的帮助。 走入2 8 6 室，感谢我的导师胡宝兰副教授。您是我科研起步阶段的领路人， 从课题设计、实验开展、结果分析、论文写作等各个方面，都得到了您的悉心指 导，在此道一声感谢。您对学生成绩的认可，错误的纠正，迷途的引导以及失败 的宽容，都体现了身为人师的责任与担当。与导师两年多的相处，让我从一个被 动求学的学生变成一个有所悟的科研参与者，这细微的成长将会成为我求学路上 的宝贵财富。 走入2 8 4 室，感谢环境生物技术实验室的郑平教授，您是一位谦和与敬业的 学者与老师。您在学习室、实验室、办公室、食堂甚至路边与学生交流、攀谈的 场景，让人看到了您的随和，而您长明的办公室灯光、深夜的电子邮件以及恒温 室汗流浃背的身影，又让人看到了您孜孜不倦的敬业心。耳濡日染，言传身教， 您的言行给了我积极的影响。 来到2 7 5 室，环境生物技术实验室的兄弟姐妹，今天来跟你们道别。陈婷婷、 季军远、楼菊青、沈李东、张吉强、丁爽、张萌、陆慧峰、刘帅、谢作甫、邢雅 娟、王兰、张红陶、何崭飞、厉巍、陈慧、王茹、耿莎、a b b a s ，不管相处的时 间长短，感谢大家一路的相伴，有你们，一路走来并不孤单。感谢已毕业的蔡靖、 陈小光、唐崇俭、陈建伟、胡安辉等师兄师姐，你们让我看到了选择不同的道路 也可以有同样的精彩。 最后是我踏出校门的时刻了，感谢父母的无微不至，兄、嫂的体贴入微以及 女友的支持鼓励，成长虽然会带点疲惫与遗憾，你们的包容却让我倍感安宁。 合上书本，我告诉自己要脚踏实地，理想弥足珍贵，要让自己去搏一回；离 别浙大，轻轻地对所有的相识道一声，珍重! 再见! 蔡琛 2 0 1 3 初春于紫金港启真湖畔 t i i 序言 序言 本论文的完成得到了 国家自然科学基金( n o 5 1 1 0 8 4 0 8 ) 浙江省大学生科技创新活动计划暨新苗人才计划 ( n o 2 0 1 1 r 4 0 1 1 7 4 ) 资助 谨此致谢! i l l i v 浙江大学硕士学位论文 摘要 摘要 反硝化型甲烷厌氧氧化( d e n i t r i f y i n ga n a e r o b i cm e t h a n eo x i d a t i o n ，d a m o ) 是 一种新发现的微生物反应，催化该过程的微生物一一n c l o 门细菌，能够耦联甲 烷的厌氧氧化和n 0 3 n 0 2 的还原。d a m o 过程连接了碳素循环和氮素循环，丰 富了生物地球化学循环途径；n c l 0 门细菌形态特殊，并且具有独特的代谢途径， 扩充了微生物学内容；d a m o 作用能同时去除甲烷与n 0 3 n 0 2 。两种污染物，是 环境工程领域新型除碳脱氮工艺开发的理想选择。然而，n c l 0 门细菌生长极其 缓慢，要获得d a m o 富集培养物十分困难。接种物、培养基和反应器构型是微 生物富集培养的三个关键因素，本论文分别从这三个方面入手，对d a m o 微生 物的富集培养进行了优化研究，主要结论如下： 1 ) 比较了不同接种物富集培养d a m o 微生物的差异，明确了d a m o 微生物 富集培养的最优接种物。 测试了厌氧产甲烷颗粒污泥、农田水稻土壤和淡水河道沉积物作为接种物 的可行性，比较了富集培养过程中n c l 0 门细菌数量的变化和d a m o 活性的差 异，其中富集结束时n c l 0 门细菌的数量分别较接种物增加了6 3 倍、2 9 0 9 倍和 1 9 8 倍，获得的富集培养物的d a m o 活性分别为0 0 6m g n g - 1 v s s h 1 、0 1 5 m g n g - 1 v s s h 1 和o 1 1 m g n g - 1 v s s h ，表明了三种接种物经富集均可获得 d a m o 富集培养物，均适宜作为d a m o 微生物富集培养的接种物，扩大了 d a m o 接种物的来源，为d a m o 富集培养物的获得提供了新的选择。 首次利用农田水稻土壤作为接种物成功获得了d a m o 富集培养物，活性 实验及分子生物学分析结果均表明农田水稻土壤是三者中最优接种物。 2 ) 比较了天然培养基与人工培养基在d a m o 微生物富集培养效果上的差异， 得出了d a m o 微生物富集培养的最优培养基。 比较了天然培养基与人工培养基富集培养d a m o 微生物的差异，获得的 富集培养物的d a m o 活性分别为0 0 2m g n g v s s h 1 和o 11m g n g v s s h - 1 ，人 工培养基是天然培养基的5 5 倍；n c l 0 门细菌的数量分别为1 0 1 1 0 8c o p i e s 9 1 ( d r ys o i l ) 和2 0 1 1 0 8c o p i e s g j ( d r ys o i l ) ，后者是前者的两倍，从而表明了以农田 水稻土壤作为接种物，人工培养基较天然培养基的富集培养效果更好。 v 浙江大学硕士学位论文摘要 采用农田水稻土壤作为接种物，以人工培养基培养成功富集到了以g r o u p b 的n c l 0 细菌为主导的d a m o 富集培养物，首次证明了归属于g r o u pb 的n c l 0 细菌同样具有d a m o 活性。 3 ) 比较了不同构型反应器富集培养d a m o 微生物的能力，得出了d a m o 微 生物富集培养的最优反应器构型。 比较了三种不同构型的反应器，即磁搅气升式反应器( m a g n e t i cs t i r r e da i r l i f tr e a c t o r , m s a l r ) 、生物膜反应器( b i o f i l mr e a c t o r , b r ) 和序批式反应器 ( s e q u e n c i n gb a t c hr e a c t o r , s b r ) 富集培养d a m o 微生物的差异。经过近一个月的 富集培养，三者的容积氮去除速率分别提高了8 2 7 1 0 、3 0 2 9 2 和1 5 4 0 9 ， d a m o 活性分别为0 5 2m g n g - 1 v s s h - 1 ，0 2 3m g n 9 1 v s s h j 和0 2 6m g n g v s s h 1 ，表明了三种构型装置均具有提高d a m o 活性的功能，均能够作为 d a m o 微生物的富集培养装置。 m s a l r 具有最高的容积氮去除速率和最大的d a m o 活性，因此是三者 中最优的富集培养d a m o 微生物的反应装置。 从甲烷传质和微生物持留能力两种因素考虑，前者是d a m o 微生物富集 培养过程中更为关键的限制因素。 关键词：反硝化型甲烷厌氧氧化( d a m o ) ；富集培养；接种物；培养基；反应器 构型 v i a b s t r a c t d e n i t r i f y i n ga n a e r o b i cm e t h a n eo x i d a t i o n ( d a m o ) i san e w l yd i s c o v e r e dm i c r o b i a l r e a c t i o nw h i c hc a t a l y z e db yn c 10b a c t e r i a s e v e r a la s p e c t sm a k e st h er e s e a r c ho nt h e d a m 0p r o c e s sa n dr e l e v a n tm i c r o o r g a n i s m sm e a n i n g f u l f i r s t ，t h ed a m op r o c e s si s an e w p a t h w a yo fb i o g e o c h e m i s t r yf o ri t sl i n ko fc a r b o na n dn i t r o g e nc y c l e s s e c o n d ， t h ef i n d i n go fn c10b a c t e r i ae x p a n d st h ek n o w l e d g eo fm i c r o b i o l o g yf o ri t su n i q u e p h y s i o l o g i c a la n db i o c h e m i c a lp r o p e r t i e s t h i r d ，t h ed a m op r o c e s so f f e r so p t i o nt o d e v e l o pn e ww a s t e w a t e r t r e a t m e n tt e c h n o l o g yf o ri t ss i m u l t a n e o u sr e m o v a lo f m e t h a n ea n dn i t r a t e n i t r i t e h o w e v e r , t h ee x t r e m e l ys l o wg r o w t hr a t eo fd a m o m i c r o o r g a n i s m ss e r i o u s l yl i m i t e dt og e tt h ee n r i c h m e n tc u l t u r e i nc o n s i d e r a t i o no f t h i sb o t t l e n e c k ，w ei n v e s t i g a t e dt h ei n f l u e n c eo ft h r e ek e yf a c t o r s ，i n o c u l u m ，m e d i u m a n dr e a c t o rc o n f i g u r a t i o n ，o nt h ee n r i c h m e n to fd a m om i c r o o r g a n i s m s t h em a j o r c o n c l u s i o n sa l ea sf o l l o w s ： 1 ) t h ed i f f e r e n c e st oe n r i c hd a m om i c r o o r g a n i s m su s i n gt h r e ed i s t i n c ti n o c u l aw e r e c o m p a r e da n dt h eo p t i m a li n o c u l u mw a so b t a i n e d t h ef e a s i b i l i t yo ft h et h r e ei n o c u l a ，m e t h a n o g e n i cg r a n u l a rs l u d g e ，p a d d ys o i la n d f r e s h w a t e rr i v e rs e d i m e n t ，t oe n r i c hn ciob a c t e r i aw a sv e r i f i e d ，a n dt h ed i f f e r e n c e s o fn c10b a c t e r i an u m b e r sa n ds p e c i f i cd a m oa c t i v i t i e sa m o n gt h ec u l t u r e sw e r e c o m p a r e d t h en c 10b a c t e r i an u m b e r si nt h e s et h r e ec u l t u r e sw e r e6 3 ，2 9 0 9a n d19 8 t i m e sh i g h e rt h a nt h a ti nt h ei n o c u l a , r e s p e c t i v e l y s p e c i f i cd a m oa c t i v i t i e so ft h e t h r e ec u l t u r e sw e r e0 0 6 m g n g v s s h 1 0 1 5m g n g v s s h 1 a n d0 11 m g n g - 1v s s h ，r e s p e c t i v e l y t h e s er e s u l t sr e v e a l e dt h a tt h et h r e ei n o c u l aw e r ea l l s u i t a b l ef o rt h ee n r i c h m e n to fd a m om i c r o o r g a n i s m s ，w h i c hp r o v i d e dm o r ec h o i c e s t os e l e c td a m oi n o c u l a i tw a sf i r s tp r o v e dt h ef e a s i b i l i t yo fp a d d ys o i lf o rt h ee n r i c h m e n to fd a m o c u l t u r e ，a n dt h ep a d d ys o i lw a sp r o v e dt h eb e s ti n o c u l u mi nt h e s et h r e ei n o c u l a 2 ) t h ec u l t i v a t i o ne f f e c t so ft h ec u l t u r e se n r i c h e du s i n gn a t u r a lm e d i u ma n d a r t i f i c i a l m e d i u mw e r ec o m p a r e da n dt h eo p t i m a lm e d i u mw a so b t a i n e d v 浙江大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h ed i f f e r e n c e so fd a m om i c r o o r g a n i s m se n r i c h m e n tu s i n gn a t u r a lm e d i u ma n d a r t i f i c i a lm e d i u mw e r et e s t e d s p e c i f i cd a m oa c t i v i t i e so ft h e s et w oc u l t u r e sw e r e 0 0 2m g n g v s s h 1a n do 11 m g n g - 1 v s s h ，r e s p e c t i v e l y t h en c l 0b a c t e r i a n u m b e r sw e r e1 01 10 8c o p i e s g 。1 ( d r yw e i g h t ) a n d2 01x10 8c o p i e s g - 1 ( d r yw e i g h t ) t h e s er e s u l t si n d i c a t e dt h a tb e t t e re n r i c h m e n te f f e c tc o u l db ea c h i e v e dw i t ha r t i f i c i a l m e d i u m n c10b a c t e r i ab e l o n g i n gt og r o u pbw e r es u c c e s s f u l l ye n r i c h e du s i n gp a d d ys o i l a si n o c u l u mw i t ha r t i f i c i a lm e d i u m t h i si st h ef i r s te v i d e n c et oc o n f i r mn c 10 b a c t e r i ab e l o n g i n gt og r o u pba r ec a p a b l eo fc a t a l y z i n gt h ed a m o p r o c e s s 3 ) t h ea b i l i t yo ft h er e a c t o r sw i t hd i f f e r e n tc o n f i g u r a t i o n st oe n r i c hd a m o m i c r o o r g a n i s m sw e r ec o m p a r e d a n dt h er e a c t o r 、析t ho p t i m a lc o n f i g u r a t i o nw a s o b t a i n e d t h ed i f f e r e n c e so f e n r i c h m e n tp r o c e s sa n dt h ed a m oc u l t u r e su s i n gr e a c t o r sw i t h d i f f e r e n tc o n f i g u r a t i o n sw e r ec o m p a r e d t h ev o l u m en i t r o g e nr e m o v a lr a t eo ft h e t h r e er e a c t o r s ( m a g n e t i cs t i r r e da i rl i f t r e a c t o r , m s a l r ；b i o f i l mr e a c t o r , b r ； s e q u e n c i n gb a t c hr e a c t o r , s b r ) a tl a s to b t a i n e da ni n c r e a s eo f8 2 7 10 ，3 0 2 9 2 a n d 15 4 0 9 c o m p a r e dt ot h a ti nt h ei n i t i a l p e r i o d ，r e s p e c t i v e l y s p e c i f i c d a m o a c t i v i t i e so f t h ee n r i c h m e mc u l t u r e sw e r e0 5 2m g n g v s s h 1 0 2 3m g n g v s s h 1 a n d0 2 6m g n g - 1 v s s h 1 r e s p e c t i v e l y t h e s er e s u l t ss h o w e dt h a tt h et h r e er e a c t o r s 、椭t hd i f f e r e n tc o n f i g u r a t i o n sw e r ea l lp r o p e rt oe n r i c hd a m om i c r o o r g a n i s m s t h ec u l t u r ei nm s a l rc o n t a i n st h eh i g h e s tv o l u m en i t r o g e nr e m o v a lr a t ea n d s p e c i f cd a m o a c t i v i t i e sa m o n gt h et h r e ec u l t u r e s ，w h i c hd e m o n s t r a t e dt h a tm s a l r i st h eb e s tr e a c t o rt oe n r i c hd a m o m i c r o o r g a n i s m s t h et r a n s f e ro fm e t h a n ei sm o r ei m p o r t a n tt h a nt h er e t e n t i o no fb i o m a s sd u r i n g t h ee n r i c h m e n tp e r i o d k e y w o r d s ：d e n i t r i f y i n g a n a e r o b i cm e t h a n e o x i d a t i o n ( d a m o ) ；e n r i c h m e n t ； i n o c u l u m ；m e d i u m ；r e a c t o rc o n f i g u r a t i o n 浙江大学硕士毕业论文 目录 目录 j 谢i 摘要v a b s t r a c t 。i 第一章文献综述1 弓l 言1 1 1s a m o 研究进展2 1 1 1s a m o 过程的研究历史2 1 1 2s a m o 发生机理3 1 1 3 参与s a m o 过程的微生物7 1 1 4 目前存在的问题9 1 2d a m o 研究进展9 1 2 1d a m o 过程的研究历史9 1 2 2d a m o 发生机理l 0 1 2 3d a m o 参与微生物1 2 1 2 4d a m o 富集培养物1 3 1 3 本课题研究的意义与内容1 4 1 3 1 研究意义14 1 3 2 研究内容1 6 1 3 3 技术路线1 第二章不同接种物富集培养d a m o 微生物的比较研究1 9 弓i 言19 2 1 材料与方法1 9 2 1 1 接种物19 2 。1 2 培养基2 0 2 1 3 富集培养2 0 2 1 4 活性测试2 1 浙江大学硕士毕业论文目录 2 1 5d n a 抽提与p c r 扩增2 l 2 1 6 克隆与测序。2 2 2 1 71 6 sr r n a 基因与p m o a 基因系统发育分析2 2 2 1 8 实时荧光定量p c r ( q p c r ) 。2 3 2 1 9 荧光原位杂交( f i s h ) 2 3 2 1 1 0 分析方法2 4 2 2 结果2 4 2 2 1n c l 0 门细菌的富集2 4 2 2 2 富集培养物d a m o 活性测试_ 2 6 2 2 31 6 sr r n a 基因与p m o a 基因系统发育分析2 6 2 2 4 定量分析2 8 2 2 5f i s h 2 9 2 3 讨论：2 9 2 4 结论3 2 第三章不同培养基对d a m o 微生物富集培养的比较研究3 3 引言3 3 3 1 材料与方法3 3 3 1 1 接种物3 3 3 1 2 培养基3 4 3 1 3 富集培养3 4 3 1 4 活性测试3 4 3 1 5d n a 抽提与p c r 扩增一3 4 3 1 6 克隆与测序3 5 3 1 71 6 sr r n a 基因与p m o a 基因系统发育分析3 5 ：；1 8 q p c r 3 5 ：；1 9f i s h 3 5 3 1 1 0 分析方法3 5 3 2 结果。3 5 3 2 1 富集培养3 5 浙江大学硕士毕业论文目录 3 2 2 活性测试3 6 3 2 31 6 sr r n a 基因和p m o a 基因系统发育分析3 7 3 2 4q p c r 3 9 ：；2 5f i s h 3 9 3 3 讨j 沧4 0 3 4 结论。4 2 第四章不同构型反应器富集培养d a m o 微生物的比较研究4 3 引言4 3 4 1 材料与方法4 3 4 1 1 接种物一4 3 4 1 2 实验装置4 4 4 1 3 培养基4 5 4 1 4d a m o 活性测试4 5 4 1 5d n a 抽提与p c r 扩增4 5 4 1 6 克隆与测序4 5 4 1 7n c l 0 门细菌数量分析4 6 4 1 81 6 sr r n a 基因和p m o a 基因系统发育分析4 6 4 1 9f i s h 4 6 4 1 1 0 分析方法4 6 4 2 结果一4 6 4 2 1 反应器容积氮去除情况4 6 4 2 2d a m o 活性4 7 4 2 3n c l 0 门细菌数量4 9 4 2 41 6 sr r n a 基因与p m o a 基因系统发育分析4 9 4 2 ! ；f i s h ! ；1 4 3 讨论51 4 4 结j 仓一5 3 第五章结论与展望：j 5 5 浙江大学硕士毕业论文 目录 5 1 主要结论5 5 5 2 创新点5 6 5 3 建议和展望5 6 参考文献5 7 个人简历6 7 硕士阶段取得的科研成果6 8 浙江大学硕士学位论文第一章文献综述 引言 第一章文献综述 甲烷是无色无味最简单的碳氢化合物，它是人类生活中不可或缺的燃料( 天 然气中甲烷的含量占8 7 ) 。但同时，甲烷还是一种强效的温室气体，它所造成 的温室效应在最近2 0 多年内达到了二氧化碳的1 0 0 倍( s h i n d e l le ta 1 ，2 0 0 9 ) ，其 产生的辐射效应占地球人为辐射效应总量的3 0 ( i p c c ，2 0 0 8 ) 。工业社会发展以 来，地球大气中的甲烷含量逐渐增加，从最初的7 1 5p p b v 增加到目前的1 7 7 0 p p b v ( c o n r a d ，2 0 0 9 ) ，以致甲烷对于地球温室效应的贡献日益明显。因此，了解 地球上甲烷的源与汇，完善甲烷循环的途径，对于理解甲烷在地球上的形成与转 化，提出控制甲烷排放的对策，缓解日趋严重的温室效应具有十分重要的意义。 微生物在地球甲烷循环中扮演着重要的角色。据统计，全球每年甲烷产生总 量的8 5 及消耗总量的6 0 来自于微生物的参与( k n i t t d ，2 0 0 9 ) 。产甲烷作用由 产甲烷古菌完成，而甲烷氧化根据是否有氧气的参与而分为甲烷好氧氧化作用与 甲烷厌氧氧化作用( a n a e r o b i co x i d a t i o no f m e t h a n e ，a o m ) ，前者由甲烷好氧氧化 细菌完成，后者由a o m 微生物( 包括古菌与细菌) 完成。 a o m 作用是缓解甲烷排放的重要一环。理论上来说，a o m 作用可以耦联 多种电子受体( 图1 1 ) 。已报道微生物可以利用a o m 作用产生的电子还原如 s 0 4 小( n a u h a u se ta 1 ，2 0 0 2 ) 、n 0 3 n 0 2 ( r a g h o e b a r s i n ge ta 1 ，2 0 0 6 ) 、f e ”和 m n 4 + ( b e a le ta 1 ，2 0 0 9 ) 等多种电子受体。目前对于微生物a o m 作用的研究多集 中于s 0 4 2 型a o m ( s u l f a t e d e p e n d e n ta n a e r o b i cm e t h a n eo x i d a t i o n ，s a m o ) 。据悉， 海洋中每年产生的甲烷超过9 0 通过s a m o 作用消耗( h i n r i c h se ta 1 ，2 0 0 2 ； r e e b u r g h ，2 0 0 7 ) ，可见a o m 对控制甲烷排放的重要性。反硝化型 a o m ( d e n i t r i f y i n ga n a e r o b i cm e t h a n eo x i d a t i o n ，d a m o ) 是耦联n 0 3 - n 0 2 。还原的 a o m 作用，目前对于该过程的研究尚处于初级阶段。 下面就s a m o 作用和d a m o 作用的研究历史，作用机理及参与微生物等内 容做一综述。 渐江大学硬士学位论文第一章文献综述 e l e c t r o nd o n o r s h 2 h s c h _ f e 2 + n h 4 +m n “ c 0 2 s o , 2 f e 3 + m n 。 嬲 n o ； 0 2 图1i 微生物参与的生物地球化学循耳 ( 绿色代表目前己知的微生物主导的元素循环过程，灰色代表冒前未知但热力学上可行的过 程，红色代表d a m o 过程。有修政) ( p a g h o e b a r s i n g ，2 0 0 6 ) f i g u r e1 1m i c r o b i a lb i o g e o c h e m i c a lc y c l e s ( g r e e nr e p r e s e n t s t h e c l e m e n tc y c l e s t h a ta r ek n o w na n dg r e yr e p r e s e n t s t h ec l e m e n t c y c l e s t h a t a r cs t i l lb i 岫o w nt h ed a m o p r o c e s si si n d i c a t e dmr e d ) 1 1s a m o 研究进展 1 1 1s a m o 过程的研究历史 上世纪7 0 年代，人们通过对海洋环境的地球化学研究发现，海洋深层沉积 物中的甲烷在厌氧条件下扩散至s 0 4 。丰富的区域印消失( m m e n s b c r n e r , 1 9 7 4 b a r n e s g o l d b e r g ，1 9 7 6 ；r e e b u r g h ，1 9 7 6 ) ，拉开了a o m 研究的序幕。随后， z e h n d e r 和b r o c k 通过实验室研究提出了一种“合作理论”，印一种微生物催化了 甲烷的氧化，而产生的电子则通过另一种微生物消纳( z e h n d e r b r o c k ，1 9 7 9 ) 。 i v e r s e n 和j o r g e n s e n 利用放射性同位素示踪实验观察到了甲烷氧化与s 0 4 2 还原同 时发生的现象( i v e r s e n j o r g e n s e n ，1 9 8 5 ) 。至2 0 世纪9 0 年代中期，h o e h l e r 等通 过野外考察与实验室培养提出了a o m 过程可能由甲烷厌氧氧化古( a n a e r o b i c m e t h a n o t r o p h i ca r c h a e a ，a n m e ；g r o u p sa n m e - 1 ，一2 ，一3 ) 和s 0 4 2 还原细菌 ( s u l f a t e - r e d u c i n gb a c t e r i a , s r 8 ) 共同完成( h o e h l e re ta l ，1 9 9 4 ) 。之后的研究发现， 竹lo_uu叮col_u一 浙江大学硕士学位论文 第一章文献综述 在一些海洋环境以及一些实验室获得的富集培养物中，均存在a n m e 与s r b 共 存的现象，进一步验证了该假设( b o c t i u se ta 1 ，2 0 0 0 ；o r p h a nc ta 1 ，2 0 0 1 ；m i c h a c l i s e ta 1 ，2 0 0 2 ) 。 然而，另一些研究人员对s r b 在s a m o 过程中的作用提出了质疑。首先， s a m o 过程产生的能量非常少( 等式1 1 ) ，原位a o m 作用释放的吉布斯自由能 ( g ) 仅为1 0 至_ 4 0k jm o l ( k r u g e rc ta 1 ，2 0 0 3 ) 。因此，许多微生物学家认为如此 低的能量供给难以维持a n m e 和s r b 共同生存( k n i t t c lc ta 1 ，2 0 0 9 ) 。其次，有研 究发现在一些特殊海洋环境中，a n m e 可以不依赖s r b 单独存在( o r p h a ne ta 1 ， 2 0 0 2 ；o r c u t tc ta 1 ，2 0 0 5 ；t r c u d ce ta 1 ，2 0 0 5 ；w a n k c lc ta 1 ，2 0 1 2 ) 。截至目前，与 s a m o 相关的微生物还未能分离，与之相关的争论仍在继续。 c i - h + s 0 4 厶_ h s 。+ h c 0 3 + h e oa g = 3 4k jm o l c i - h 1 1 除海洋环境外，其他生态系统中s a m o 过程的研究寥寥无几，目前已发现 s a m o 现象的其他生境仅包括水稻( m u r a s ce ta 1 ，1 9 9 4 ) ，垃圾填埋场( g