16SrRNA蛍光遺伝子プローグと微小電極を用いた生物膜の構造と機能の解析

使用 16SrRNA 荧光基因序言和微电极分析生物膜结构和功能

基本信息

批准号：
09750627
负责人：
岡部聡
金额：
$ 1.6万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1997
资助国家：
日本
起止时间：
1997 至 1998
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究の目的は、安定した生物学的窒素除去を行うために、(1)混合系生物膜内in situでの硝化細菌の空間的分布及びその動態を微生物種レベルで明らかにすること、(2)硝化細菌分布と硝化活性との関係を明らかにすることである。更にこれら生物膜内のマイクロスケールの情報と生物膜全体の処理能力(メソスケール)との関係を明らかにすることである。本研究の結果は以下のようである。(1) アンモニア酸化細菌と亜硝酸酸化細菌に特異的な16S rRNA標的蛍光DNAプローブを用いたFluorescent in situ hybridization(FISH)法により、都市下水生物膜内における両硝化細菌の時間的・空間的分布の解析を行った。その結果、アンモニア酸化細菌は主に直径5-10μmの球状の密な集塊(クラスター)を形成して、生物膜中層及び底層部に多く存在することが明らかとなった。また亜硝酸酸化細菌に関しては、Nitrobacter属ではなくNitrospira属が優占種であり、これらの細菌はアンモニア酸化細菌クラスターの周辺に、比較的小さな集塊を形成して存在していた。このことは、アンモニア酸化細菌と亜硝酸酸化細菌の間で、効率の良いNO_2^-の授受が行われていることを示唆するものである。(2) 生物膜内in situにおける硝化活性を測定するために、先端径が5-10μmのDO,NH_4^+,NO_3^-,NO_2^-及びpH測定用の微小電極を開発した。これら微小電極を用いて生物膜内のアンモニア及び亜硝酸酸化活性分布を測定することが可能となった。生物膜内の硝化細菌分布と硝化活性分布を対応させることにより、生物学的硝化反応のより詳細なメカニズムが明らかとなった。

本研究的目的是（1）在微生物物种水平上阐明混合生物膜内硝化细菌原位的空间分布和动态，以进行稳定的生物脱氮；2）阐明硝化细菌分布与硝化细菌之间的关系。硝化活性。此外，我们的目标是阐明生物膜内的这些微观信息与整个生物膜的处理能力（中尺度）之间的关系。本研究的结果如下。 (1) 采用荧光原位杂交 (FISH) 方法，使用针对氨氧化细菌和亚硝酸盐氧化细菌的 16S rRNA 靶向荧光 DNA 探针，研究城市污水生物膜中氨氧化细菌和亚硝酸盐氧化细菌的时空分布进行了细菌分析。结果表明，氨氧化菌主要形成直径5~10μm的致密球形簇，大量存在于生物膜的中层和底层。就亚硝酸盐氧化细菌而言，硝化螺菌属而不是硝化杆菌属是优势种，并且这些细菌以相对较小的簇存在于氨氧化细菌簇周围。这表明NO_2^-在氨氧化细菌和亚硝酸盐氧化细菌之间有效地交换。 (2)为了测量生物膜内的原位硝化活性，我们开发了尖端直径为5-10μm的微电极，用于测量DO、NH_4^+、NO_3^-、NO_2^-和pH。使用这些微电极，可以测量生物膜内氨和亚硝酸盐氧化活性的分布。通过将生物膜内硝化细菌的分布与硝化活性的分布相关联，阐明了生物硝化反应的更详细的机制。