MBR中EPS、SMP和生物多样性的研究

论文摘要

在膜生物反应器（MBR）中,污泥混合特性作为影响膜生物反应器膜污染的重要因素,很大程度上决定了最终的出水水质和膜分离性能。而胞外聚合物（EPS）、溶解性微生物产物（SMP）和生物多样性是三个表征污泥混合液特性的重要因素。本课题综合EPS、SMP和生物多样性三方面对MBR中的污泥混合液特性进行研究。研究的主要内容分为两个部分:一是对天津医科大学总医院的MBR污泥混合液进行研究。在MBR整个运行过程中,SMP没有出现大量累积;在污泥初期增长期和恢复成熟期,EPS的含量也比较稳定。但在污泥流失阶段,SMP和EPS都突然上升,变化剧烈,是微生物抵抗外界环境变化的缓冲物质。通过聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳（PCR-DGGE）图谱的直观分析,以及对总细菌的shannon多样性指数、各污泥样品的相似性分析和聚类分析,可以看到污泥中总细菌的种群结构变化能够比较好的反应MBR的运行状况,并且观察到总细菌的种群结构能够根据反应器的运行进行自身的调整。二是对天津大学游泳馆MBR中水池中的污泥混合液进行贫营养实验。在贫营养实验中,不仅观察到了EPS和SMP对外界环境变化的的缓冲作用,结合PCR-DGGE技术及多样性分析,还看到微生物在营养缺乏的条件下以降解EPS和SMP来维持自身生命活动的现象。克隆测序的结果表明,实验中的优势菌种大部分为未经培养菌种。部分菌种可能与EPS和SMP的降解及相互转化有很大关系。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.2 EPS和SMP的研究进展
• 1.2.1 EPS的研究进展
• 1.2.2 SMP的研究进展
• 1.2.3 EPS和SMP关系
• 1.3 分子生物学研究进展
• 1.3.1 分子生物学技术在环境微生物生物多样性中的应用
• 1.3.2 PCR-DGGE技术
• 1.4 主要研究内容和目的
• 第二章 研究的技术路线、方法和材料
• 2.1 研究采用的技术路线
• 2.2 常规项目分析及测定方法
• 2.3 EPS和SMP的提取方法
• 2.3.1 EPS的提取方法
• 2.3.2 SMP的提取方法
• 2.4 污泥样品的预处理和DNA提取
• 2.4.1 污泥样品的预处理
• 2.4.2 DNA的提取方法
• 2.4.3 DNA提取试剂
• 2.5 基因组DNA的PCR扩增
• 2.5.1 总细菌的PCR扩增
• 2.5.2 PCR扩增所用试剂
• 2.6 基因组DNA及PCR扩增产物检测
• 2.6.1 基因组DNA提取结果检测
• 2.6.2 PCR扩增结果检测
• 2.6.3 琼脂糖电泳所用试剂
• 2.7 PCR 产物的变性梯度凝胶电泳分析（DGGE）
• 2.7.1 DGGE过程
• 2.7.2 银染
• 2.7.3 银染所用试剂
• 2.8 DGGE凝胶片段的回收及克隆测序
• 2.9 样品的生物多样性分析
• 2.10 主要实验仪器
• 第三章 总医院MBR中EPS、SMP和生物多样性的研究
• 3.1 工艺描述和取样条件
• 3.1.1 工艺概述
• 3.1.2 运行和取样条件
• 3.2 总医院MBR中污泥浓度的变化
• 3.3 总医院MBR中EPS和SMP的变化
• 3.3.1 EPS和SMP总量的变化
• 3.3.2 EPS成分变化
• 3.3.3 SMP 成分变化
• 3.4 MBR 中总细菌多样性分析
• 3.4.1 活性污泥样品的选择
• 3.4.2 活性污泥样品基因组 DNA 提取结果
• 3.4.3 总细菌DNA的PCR扩增
• 3.4.4 PCR产物的变性梯度凝胶电泳分析
• 3.4.5 总细菌的shannon多样性指数分析
• 3.4.6 污泥样品DGGE图谱中的相似性分析和聚类分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 贫营养条件下EPS、SMP和生物多样性的研究
• 4.1 研究意义
• 4.2 研究方法和取样条件
• 4.3 贫营养下污泥浓度的变化
• 4.4 贫营养下EPS和SMP的变化
• 4.4.1 EPS和SMP总量的变化
• 4.4.2 EPS成分变化
• 4.4.3 SMP成分变化
• 4.5 贫营养下活性污泥中生物多样性的研究
• 4.5.1 活性污泥样品基因组DNA的提取结果
• 4.5.2 总细菌DNA的PCR扩增
• 4.5.3 PCR产物的变性梯度凝胶电泳分析
• 4.5.4 总细菌shannon多样性指数分析
• 4.5.5 污泥样品DGGE图谱中的相似性分析和聚类分析
• 4.5.6 回收DNA克隆测序分析
• 4.6 本章小结
• 第五章 结论与建议
• 5.1 结论
• 5.2 建议
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢