同位体ラベル化法によるメタン生成菌と競合する微生物の環境応答評価

同位素标记法评价产甲烷菌和竞争微生物的环境响应

基本信息

批准号：
18860019
负责人：
伊藤司
金额：
$ 1.73万
依托单位：
Gunma University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (Start-up)
财政年份：
2006
资助国家：
日本
起止时间：
2006 至 2007
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では嫌気性消化汚泥内の酢酸分解反応と水素、二酸化炭素資化反応に関与する細菌について同位体ラベル化法であるRNA-SIP法とMAR-FISH法,さらに安定同位体炭素で標識された酢酸を用いた反応生成物(CH4,CO2)のGC-MS測定により,酢酸が古細菌と細菌のどちらにどの程度利用されたのか,酢酸濃度がその分解に関与する微生物の群集構造や活性にどのように影響するかについて評価した。酢酸濃度0.5mMでは酢酸を利用したMethanosaetaはSynergistes group4の約2倍存在したのに対し,2.5mM以上では酢酸を利用したSynergistes group4はMethanosaetaを上回る結果となった。これより,特に酢酸濃度2.5mM以上ではSynergistes group4はMethanosaetaと基質を競合することによりメタン生成効率に影響を与える可能性が示唆された。別の実験系でプロピオン酸を基質とした場合においても,基質濃度により活性を示した微生物の構成種が変化する結果が得られている。これらの現象は各微生物の基質親和性が異なることから生じたと考えられ,基質濃度は微生物の群集構造および活性に影響を与えると推察された。CH_4とCO_2の同位体比の測定から共生酢酸分解メタン生成反応が全メタン生成に占める割合を調査したところ,酢酸濃度が高濃度側では共生によるメタン生成の割合が増加する傾向が認められ,上記のMAR-FISHの結果を支持した。反応槽内の酢酸、プロピオン酸濃度は0〜20mMの範囲で変動していたため,このことが嫌気性消化汚泥内に基質親和性の異なる酢酸、プロピオン酸分解微生物を共存させることに繋がったと思われた。基質分解に基質親和性の異なる複数種の微生物が関与することは,基質濃度の変化への対応を容易にし,処理の安定性に繋がる可能性があると推察された。

本研究使用同位素标记方法 RNA-SIP 和 MAR-FISH 方法对厌氧消化污泥中参与乙酸分解反应以及氢气和二氧化碳同化反应的细菌进行了分析，并且还用稳定同位素碳进行了标记。使用乙酸对反应产物（CH4、CO2）进行的 MS 测量揭示了古细菌或细菌利用了多少乙酸，乙酸的浓度揭示了参与其分解的微生物的群落结构和活性，我们评估了它将如何影响。这在乙酸浓度为0.5mM时，使用乙酸的Methanosaeta的丰度大约是Synergistes组4的两倍，而在浓度高于2.5mM时，使用乙酸的Synergistes组4的数量超过Methanosaeta。这些结果表明，Synergistes group 4 可能通过与 Methanosaeta 竞争底物来影响产甲烷效率，特别是在乙酸浓度为 2.5mM 或更高时。在另一个实验系统中，当使用丙酸作为底物时，获得了显示活性的微生物的构成种类根据底物浓度而变化的结果。这些现象被认为是由每种微生物的不同底物亲和力引起的，并推断底物浓度影响微生物的群落结构和活性。通过测定CH_4和CO_2的同位素比来考察共生乙酸分解产甲烷反应占总产甲烷量的比例时发现,随着乙酸浓度的增加,共生产甲烷反应所占的比例呈增加趋势,且随着上述结果支持了 MAR-FISH 结果。由于反应池中乙酸和丙酸浓度在0～20mM范围内变化，这可能导致厌氧消化污泥中具有不同底物亲和力的乙酸和丙酸降解微生物共存。据推测，具有不同底物亲和力的多种微生物参与底物分解可能有助于对底物浓度变化的响应并导致处理稳定性。

项目成果

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专利数量（0）

Functional bacterial and archaeal community structures of major trophic groups in a full-scale anaerobic sludge digester

DOI：
10.1016/j.watres.2006.12.036
发表时间：
2007-04-01
期刊：
WATER RESEARCH
影响因子：
12.8
作者：
Ariesyady, Herto Dwi;Ito, Tsukasa;Okabe, Satoshi
通讯作者：
Okabe, Satoshi

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通讯作者：
Tsukasa ITO et al.