产甲烷社区的比较分析在不同的实验室规模的厌氧消化器

文摘

产甲烷古菌成分的比较分析和动力学在11个实验室规模连续搅拌釜反应器美联储不同农业材料(鸡粪、牛粪、玉米秸秆、玉米青贮饲料,蒸馏器谷物,和麻疯树滤饼)是由甲基coenzyme-M还原酶的分析亚基(mcrA)基因。Methanomicrobiales内不同类群,Methanobacteriaceae、Methanosarcinaceae Methanosaetaceae,检测到了Methanomassiliicoccales沼气反应器在不同比例根据基质类型以及利用各种工艺参数。提高覆盖率和更高的产甲烷菌分类学决议得到相比,基于之前的16 s rRNA基因研究相同的反应堆。属的一些成员Methanoculleus与相对甲烷含量呈正相关,而相反的相关性被发现甲烷细菌属。特定的沼气生产被发现与Methanosarcinaceae显著相关。统计分析还透露,一些属的成员Methanoculleus与氨水平呈正相关,而普遍的Methanocorpusculum,甲烷细菌属,Methanosaeta是这个参数呈负相关。这些结果表明,产甲烷古菌的应用适应特定的原料可能在全面提高此类废弃物的厌氧消化沼气反应堆。

1。介绍

有机物厌氧消化(广告)广泛应用于农业和食品废物的处理以及工业和民用废水。此外,生产的沼气可再生生物质是很大部分温室gas-neutral从化石燃料转向可再生生物能源以缓解气候变化。目前,广告集中申请的产生清洁能源和优质有机肥料从各种有机基质在许多国家1- - - - - -4]。

广告的过程是由复杂的微生物的活动组成的财团不同官能团的细菌和古生菌高分子量有机化合物转化为能源丰富的甲烷在缺乏外源电子受体。有机物质转化为沼气包括四个连续的阶段:水解、acidogenesis, acetogenesis和甲烷生成。细菌社区有机化合物转化为有机酸、醇、氢和二氧化碳,而产甲烷古菌域的成员使用acetoclastic产生甲烷,hydrogenotrophic, methylotrophic通路。syntrophic关系细菌氧化有机酸和醇,产甲烷古菌对广告过程至关重要。在各种微生物参与沼气发电,产甲烷菌对不同环境因素非常敏感,如高氨、硫化物和有机酸的浓度,导致过程障碍。因此,详细了解沼气微生物财团的反应堆是重要的根本和实际开发和提高厌氧消化过程(5- - - - - -8]。

产甲烷古菌参与各种广告过程包括严格hydrogenotrophic订单Methanomicrobiales Methanobacteriales, Methanococcales(不同成员的优势Methanomicrobiales Methanobacteriales)以及acetate-utilizing订单Methanosarcinales(代表的优势两个属的成员甲烷八叠球菌属和Methanosaeta)。不像Methanosaeta物种,最甲烷八叠球菌属另外可以使用hydrogenotrophic和物种methylotrophic甲烷生成途径[9,10]。甲烷八叠球菌属物种是能够实现稳定增长速度高有机负荷(OLR)和高水平的铵和乙酸。相比之下,据报道高乙酸铵浓度和高水平抑制的增长Methanosaeta物种(6,11,12]。然而,存在一些氨宽容Methanosaetaceae-related微生物也被观察到(13,14]。此外,活动的增加Methanosaeta种虫害被发现在缩短水力停留时间(HRT)尽管高水平的有机酸,因此另外支持的稳定同位素指纹的沼气15,16]。不同hydrogenotrophic产甲烷菌可以形成密切联系syntrophic acetate-oxidizing细菌(SAOB;例如,ultunense梭状芽胞杆菌(17),Syntrophaceticus schinkii(18),而Tepidanaerobacter acetatoxydans(19)在高温或高氨的水平。然而,这种syntrophic细菌的多样性,这些细菌和古生菌之间的交互应该进一步调查。Methanomassiliicoccales,此外,另一个订单的产甲烷菌产生甲烷通过减少甲醇以氢为电子供体,被发现在各种厌氧环境中,成为近期调查的新对象20.,21]。因此,了解古细菌财团在不同厌氧反应器系统的实际利益为了全面理解和控制广告的过程,减轻过程干扰,甲烷产量最大化。

在一项研究22),我们调查的影响基质类型和不同工艺参数对细菌和古细菌群落结构在11个不同的反应堆使用16 s rRNA基因分析系统。然而,核糖体rna的方法应用在我们以前的工作不能完全反映实际的社区组成的产甲烷古菌由于其较低的系统分辨率(15,16,23]。此外,相对丰度数据获得的16 s rRNA基因分析的偏见是由于不同的副本数量的rRNA操纵子在不同产甲烷类群(例如,Methanoculleus:1份;Methanosaeta:1 - 2份;产甲烷球菌属:2 - 4份;甲烷八叠球菌属:一式三份;Methanospirillum:4根据副本https://rrndb.umms.med.umich.edu/)[24),而mcrA是一个单份基因在大多数产甲烷菌(在极少数情况下,一个额外的吗捷运基因编码一种同工酶存在于Methanobacteriales和Methanococcales)的成员。Mcr催化甲烷生成的最后一步,是所有产甲烷古菌的基因组中发现25- - - - - -27]。

更详细的知识之间的关系各种反应器参数(如温度、pH值、OLR,荷尔蒙替代疗法以及氨和有机酸含量)和产甲烷菌的生态生理学参与广告可以帮助开发新的有效的工具来稳定沼气反应器的甲烷生成和提高他们的效率。因此,本研究的主要目标,继续我们之前的调查来估算不同工艺参数对产甲烷的影响社区参与各种农业的广告材料(鸡粪、牛粪、玉米秸秆、玉米青贮饲料,蒸馏器谷物,和麻疯树滤饼)。产甲烷的组成和动态社区研究在实验室连续搅拌釜反应器(装运箱)的目标mcrA基因和比较结果和古细菌16 s rRNA基因获得的数据。非生物过程参数之间的相关性和产甲烷的结构社区另外调查。

2。材料和方法

2.1。实验室沼气反应器及其分析技术

实验开始后,在稳定条件下运行的所有反应堆已经至少三倍荷尔蒙替代疗法,以确保稳态条件。表S1(支持信息,如果网上http://dx.doi.org/10.1155/2016/3401272)展示了主要的工艺参数测量三次取样操作期间的反应堆(更多细节,请参见所为et al。22])。嗜中温条件下短暂,11个实验室规模的反应堆操作(37-40°C)除了反应堆R4.5和R4.6改为高温条件(55°C)之间的第二个和第三个采样点。第二个采样点后,R4.5和R4.6都在39°C一周,然后操作温度改为55°C在0.9 - -1.1°C /天。第三个采样点,前两个反应堆都在55°C 6天。反应堆R3.1工作容积为36.5 L是美联储与鸡粪和牛粪和特定的沼气潜力(SBP) 290 - 390毫升这取决于OLR。反应堆与强队R4.5 L工作容积成立只有牛的粪便(SBP: 250 - 590毫升根据OLR和温度),而反应堆R4.6工作容积的8 L成立与牛的粪便和蒸馏器干谷物可溶性(DDGS) (SBP: 520 - 540毫升根据OLR和温度)。反应堆R4.8 10 L工作容积(SBP: 340 - 380毫升)和反应堆R4.17工作容积为100 L (SBP: 590 - 720毫升根据OLR)与牛的粪便和玉米青贮饲料喂养。原料在反应堆R4.13和R4.14 30 L工作容积是由牛的粪便和玉米秸秆(SBP: 330 - 400毫升根据OLR);原料在反应堆R4.15和R4.16体积由牛的粪便和挤压玉米秸秆(SBP: 380 - 410毫升这取决于OLR)。反应堆R4.19和R4.20 9 L治疗的有效容积麻疯树滤饼(SBP: 450 - 490毫升这取决于OLR)。沼气,沼气含量、pH值测量每一天而酸能力、挥发性脂肪酸(VFA)的浓度和总氨氮(TAN)浓度测定每周两次(如前所述)(表S1) (22]。社区分析采集样本1天,35天,一天63反应堆操作。

2.2。DNA的提取和PCR扩增mcrA

DNA的提取和纯化进行了使用FastDNA旋转工具土壤(MP生物医学)。DNA是由琼脂糖凝胶电泳检查完整性和量化NanoDrop nd - 1000紫外可见分光光度计(热费希尔科学)。放大的mcrA进行了基因的引物mla (5′GGT GGT GTM GGD TTC ACM汽车TA-3′)和mcrA-rev (5′CGT柠檬酸TBG CGT AGT GRT TVG AGT-3′)使用先前描述的PCR协议(16]。

2.3。T-RFLP分析

末端限制性片段长度多态性(T-RFLP)分析,反向引物标记的5′端与phosphoramidite fluorochrome-5-carboxyfluorescein。荧光标记扩增子是纯化SureClean + (Bioline)和消化有三世和Msp我限制性内切酶(新英格兰生物学实验室)在不同的反应。基因检测- 500火箭(应用生物系统公司)标准被用来获取终端的分子大小限制片段(T-RFs)。荧光标记T-RFs大小在ABI棱镜3130 xl基因分析仪(应用生物系统公司)和峰值< 50个基点,> 500个基点从随后的分析。理论的T-RF值mcrA扩增子计算NEBcutter V2.0 (http://tools.neb.com/NEBcutter2/)和实验证实T-RFLP分析相应的克隆。T-RFLP分析每个限制是一式三份进行分析以确保再现性。2.12.2 R脚本(R版本;http://www.r-project.org/)截止值的六倍标准差被用来消除背景噪音(28]。多元统计分析使用R的素食包(3.0.1版)进行T-RFLP概要文件应用Bray-Curtis不同指数(29日如前所述(16,22]。不同T-RF的丰度之间的相关性,分析了各种反应器参数R Hmisc包(基于斯皮尔曼等级相关系数)。

2.4。克隆和测序

PCR产物纯化PCR试剂盒净化设备,并使用试剂盒进行克隆PCR克隆工具。对于每个选定的反应堆,约50至100年mcrA基因阳性克隆选择和筛选T-RFLP分析找到插入匹配的主要山峰社区T-RFLP模式。从每组选择克隆测序ABI棱镜3130 xl基因分析仪。数据检查与柏勒罗丰嵌合序列(http://comp-bio.anu.edu.au/bellerophon/bellerophon.pl)[30.]。序列比较公共数据库使用BLASTX和BLASTN程序(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST扣除环境克隆序列。系统发育树计算MEGA5使用基于Jukes-Cantor neighbor-joining方法的进化距离(31日]。部分mcrA这一研究获得的序列被存入数据库(加入数字KX523626-KX523674)基因库。

3所示。结果

3.1。产甲烷社区组成的基础上mcrA基因分析

产甲烷古社区动力反应堆被追踪的T-RFLP指纹分析结合克隆测序的具有成本效益的方法识别产甲烷社区(32]。BLASTX点击率最高的代表mcrA基因克隆及其T-RF值获得有三世和Msp我总结了酶在表S2(补充材料)。neighbor-joining树构造而成mcrA核苷酸序列如图1。大多数的mcrA从各种厌氧消化器序列克隆密切相关。一般来说,一个好的协议与获得mcrA和古细菌16 s rRNA分析,但核糖体rna基因方法忽略了家庭Methanobacteriaceae的代表。根据BLASTX来袭,各种操作分类单元(辣子鸡)是隶属于hydrogenotrophic秩序Methanomicrobiales (Methanoculleusspp。Methanocorpusculumsp和非保密Methanoregulaceae) hydrogenotrophic家庭Methanobacteriaceae (甲烷细菌属种虫害和Methanobrevibacterspp), acetoclastic / methylotrophic / hydrogenotrophic Methanosarcinaceae (甲烷八叠球菌属种虫害和Methanomethylovoranssp), acetoclastic Methanosaetaceae (Methanosaetasp), hydrogen-dependent methylotrophic Methanomassiliicoccales秩序。图2显示生成T-RFLP模式经过消化的mcrA扩增子与有三世。也得到了类似的结果Msp我(数据未显示)。

没有观察到显著差异的社区结构反应器R3.1喂鸡和牛的粪便,当数据mcrA和16 s rRNA基因进行了分析和比较。产甲烷社区的基础上mcrA基因R3.1概要文件是由hydrogenotrophic的成员Methanoculleus属(94 - 98%的T-RF丰度在所有样本),提出了到176年T-RF, T-RF 214, T-RF(图455/4572(一个))。MethanoculleusT-RF 176 (OTU 2克隆库)显示86 - 91%mcrA与其他基因序列相似之处Methanoculleusphylotypes在这项研究中,检测到Methanoculleus与T-RF 214 (OTU 3克隆库)显示,97 - 98%和88 - 93%mcrA基因序列的相似性与辣子鸡4和5 (Methanoculleus分别与T-RF 455/457)。Methanoculleus和Methanosaeta成员有非常相似的T-RF大小(176年和175年,分别地;消化后表S2, SI)mcrA扩增子与有三世。因此,他们在R3.1分化是另外通过使用Msp我分析在一个单独的反应,这说明缺乏严格acetoclastic产甲烷菌在这个反应堆。大部分的测序mcrA基因克隆属于Methanoculleus有很高的相似之处无教养的产甲烷菌和共享93 - 100% BLASTX身份mcrA序列Methanoculleus bourgensis(33),Methanoculleus palmolei(34),而Methanoculleus chikugoensis(35)株(表S2, SI)。MethanoculleusT-RF 455/457还发现高的比例在所有其他反应堆(图2)。214年T-RF也分配Methanoculleus属,被发现在反应堆用引人注目的丰度麻疯树滤饼、牛的粪便和DDGS(嗜中温条件)以及牲畜粪便和玉米青贮饲料在不同的操作条件下(图2)。Methanoculleusphylotypes也发现在所有反应堆当核糖体rna基因的方法是应用(22];然而,不同比例的样本。

下一个主要的分类单元是家庭Methanobacteriaceae T-RF 464/465, T-RF 468, T-RF 471。这一组的成员被发现在所有的反应堆除了R3.1在高氨的浓度水平。核糖体rna基因方法忽略了家庭Methanobacteriaceae,而分析mcrA基因可以区分属甲烷细菌属和Methanobrevibacter在家庭中Methanobacteriaceae(图2)。的mcrA序列类型T-RF 471 94 - 97% BLASTX身份mcrA的甲烷细菌属formicicum(36),甲烷细菌属kanagiense(37),Methanobrevibacter smithii(38),而Methanobrevibacter gottschalkii(39)(表S2, SI)。Methanobacteriaceae T-RF 468大多是在反应堆R4.6喂牛的粪便和DDGS整个实验期间(T-RF丰富的16 - 30%),而序列关联与T-RF Methanobacteriaceae 471人特别是在反应堆中发现喂牛的粪便和玉米青贮饲料(R4.8 R4.17;T-RF丰度)和15 - 40%麻疯树滤饼(R4.19 R4.20;7 - 23% T-RF丰度)以及与牛的粪便和玉米秸秆反应堆美联储(R4.13-R4.16),但在低比例(T-RF丰富的5 - 13%;图2)。

T-RFLP概要文件内的下一个主要集团确定的反应堆是属甲烷八叠球菌属与T-RF 125和T-RF 489/491。甲烷八叠球菌属T-RF 125显示91 - 92%mcrA基因序列的相似性与mcrA基因的甲烷八叠球菌属与T-RF 489/491。此外,这些mcrABLASTX身份与基因共享94 - 97%mcrA的甲烷八叠球菌属acetivorans(40),甲烷八叠球菌属thermophila(41),而甲烷八叠球菌属spelaei(42)株(表S2, SI)。甲烷八叠球菌属T-RF 489/491被确认为一个重要的组在反应堆R4.13和R4.14喂牛的粪便和玉米秸秆。此外,同样在反应堆R4.15 phylotype主导,R4.16喂牛的粪便和挤压玉米秸秆。然而,的相对丰度甲烷八叠球菌属在这些反应堆的操作有所下降(从51 - 56% 32 - 40% T-RF丰富R4.13 R4.14和从59 - 73% 47 - 48% T-RF丰富R4.15和R4.16)(图2 (b))。类似的趋势已经观察到相同的样品通过使用核糖体rna基因的方法(22),但在不同的比例。

T-RF 489/491 (甲烷八叠球菌属sp)也主要在反应堆R4.5美联储与牲畜粪便及其相对丰度达到77%在第二个示例(图2(一个))。第二次抽样后,反应堆的温度R4.5逐渐增加到最多55°C。这个温度变化是伴随着减少甲烷八叠球菌属sp. T-RF丰富和增加了34%Methanoculleussp。(T-RF 455/457) T-RF丰度从7%到37%。类似的趋势已经观察到从核糖体rna基因方法的相同的样品22]。在反应堆R4.6喂牛的粪便和DDGS,转变温度55°C相反导致强烈的抑制Methanoculleus与T-RF 214和T-RF 455/457的外观甲烷八叠球菌属与T-RF 489/491 (T-RF丰度从2%到46%)。此外,另一个甲烷八叠球菌属T-RF 125主要是观察在所有样本反应堆喂食了麻疯树滤饼(T-RF丰富的17 - 30%),但是甲烷八叠球菌属T-RF 489/491被发现在低T-RF丰富的在这些反应堆(图2 - 9%2 (b))。

基于mcrA基因分析,在与核糖体rna基因数据22),低的比例Methanosaeta(175年T-RF)被观察到在第一和第二反应堆R4.6样本。BLASTX OTU T-RF 175有95 - 96%的身份mcrA的Methanosaeta concilii(43]。Methanosaeta代表也在玉米中发现silage-fed反应堆(图2结果相比,比例要低得多),但使用核糖体rna基因的方法(22]。的其他古生菌属Methanocorpusculum(T-RF 493)和Methanomethylovorans(124年T-RF)被发现在一些样品,但在低比例(图2)。BLASTX OTU T-RF 493有95 - 99%的身份mcrA的Methanocorpusculum aggregans(44)(表S2, SI)。OTU T-RF 124年96% BLASTX身份mcrA的Methanomethylovorans thermophila(45)(表S2, SI)。

3.2。产甲烷社区和非生物工艺参数之间的相关性

图3说明了多元统计分析的结果显示在非度量多维标度(nmd)情节T-RFLP概要文件的计算mcrA扩增子的消化有三世。图3(一个)展示了非常不同的社区结构在大多数反应堆,反应堆和几乎所有的样本相同的集群更紧密地互相除了这两个样本R4.5和R4.6在较高温度(55°C)和R4.8样本相对分散在nmd阴谋。向量的工艺参数表明,最决定性的非生物因素塑造产甲烷群落结构在反应堆R3.1高pH值和高谭和VFA浓度(乙酸和异丁酸酸)。温度变化后的社区转变从38°C到55°C反映数据点的样本来自R4.5以及R4.6(图3(一个))。此外,图3 (b)显示了nmd情节展示向量的单一T-RF塑造社区组成。

古细菌社区成员之间的关系和各种非生物工艺参数研究了另外的相关分析(图4)。几个辣子鸡的应用分析表明,相对丰度与不同的工艺参数。因此,大量的Methanomassiliicoccales (T-RF 197), Methanobacteriaceae (T-RF 471)Methanocorpusculum(T-RF 493)是与反应堆温度负相关(、0.63−−0.56,resp。),而大量的Methanobacteriaceae (T-RF 468)是与温度呈正相关()。显著相关的SBP的丰富Methanosarcinaceae (T-RF 125)和Methanobacteriaceae (T-RF 468) (和0.50,分别地)也发现了。丰富的Methanoculleus(214年T-RF)的甲烷含量呈正相关,(),并与二氧化碳含量负相关()。相比之下,相反的相关性被发现甲烷细菌属(T-RF 464/465)与甲烷含量负相关()和与二氧化碳含量呈正相关()。丰富的甲烷细菌属(T-RF 464/465)Methanocorpusculum(T-RF 493)是负相关与pH值(−0.53,职责)。丰富的Methanocorpusculumsp.是另外负相关与酸能力和乙酸,丙酸和茶色浓度(−0.75−0.54,−0.70,职责)。此外,谭浓度被发现的一个重要因素Methanoculleus(T-RF 214和T-RFs 455/457)呈正相关的参数(和0.55,分别地),以及甲烷细菌属(T-RF 464/465;),Methanosaeta(T-RF 175),与谭水平负相关。

4所示。讨论

尽管使用这两种方法相似的结果,mcrA数据另外允许识别各种家族成员Methanobacteriaceae都错过了与应用16 s rRNA gene-specific底漆在先前的研究中设置。此外,基于相对丰度数据mcrA基因不太有偏见基于核糖体rna基因的方法相比,基因拷贝数变化的影响。

分析的基础上mcrA以及16 s rRNA基因,反应器的产甲烷社区R3.1喂鸡和牛的粪便更多样化相比其他十个核反应堆,并由属的成员Methanoculleus,表示强烈抑制甲烷生成的acetoclastic通路。密切相关的菌株是hydrogenotrophic产甲烷菌,可以利用H₂/公司₂或甲酸作为产甲烷基质。对acetoclastic产甲烷菌的抑制作用最明显的解释在R3.1 (Methanosarcinaceae成员从未超过1.5%)的频率是棕褐色的高浓度和游离氨氮(粉丝)(5.9 g L⁻¹和0.74 g L⁻¹、职责)积累在反应堆操作增加OLR (2.84L⁻¹一天⁻¹;表S1, SI)。然而,普遍的甲烷八叠球菌属在反应堆利用鸡粪为唯一底物在高谭/风扇和操作水平也报道(46,47),表明基质差异和培养液用于启动过程可能产生重要影响微生物的发展。此外,反应堆R3.1运作在高水平的VFA(主要是乙酸和丙酸的9.9 g L⁻¹和4.1 g L⁻¹,因此)。因此,醋酸代替acetoclastic产甲烷,另一个下沉通过活动syntrophic acetate-oxidizing细菌(SAOB)可能发生在R3.1她和Nordberg之前报道的48)和Fotidis et al。49在存在大量的氨(高于2.8的3 g L⁻¹铵氮)。的患病率属的成员Methanoculleus在这个反应堆表明他们主导的能力在极端条件下(Methanoculleusphylotypes T-RF 214和T-RF 455/457与棕褐色和风扇水平呈正相关)(补充信息,图S1)。属的代表Methanoculleus也被发现在所有其他反应堆用不同的农业基质表明他们的关键球员hydrogenotrophic在各种条件下甲烷生成。其他的研究也确定了属Methanoculleus作为一个广泛的各沼气产烷生物反应堆(例如,23,50- - - - - -54])。Methanoculleus bourgensis 应变与克隆共享高序列相似性的序列T-RF 455/457集团已成功应用于生物强化实验之前缓解氨的毒性效应(55]。增加了五倍的相对丰度Methanoculleus种虫害和甲烷产量增加31%的观察bioaugmented装运箱与控制相比,表明生物强化可以帮助解决毒性问题与氨过载与富氮原料沼气反应器操作。

家族成员Methanobacteriaceae被发现在高水平在所有反应堆除了反应堆R3.1喂鸡和牛的粪便,表明一些物种的敏感性高氨和VFA浓度。这个家庭的代表是严格hydrogenotrophic产甲烷菌,生长和形成甲烷从H₂/公司₂或甲酸36,39]。核糖体rna基因方法忽略了家庭Methanobacteriaceae,而分析mcrA基因可以区分属甲烷细菌属和MethanobrevibacterMethanobacteriaceae之内。有趣的是,甲烷细菌属与T-RF 464/465与棕褐色水平负相关,pH值和CH₄内容(),而Methanobacteriaceae T-RF 471只与温度负相关()。家族成员Methanobacteriaceae检测在不同厌氧消化器(例如,23,46])以及其他环境(56与Methanomicrobiales代表)和并行(例如,Methanoculleus)据报道,他们参与圣过程在高氨的水平(> 2.8 g TAN L⁻¹)[49]。因此,巴西也可以假定在反应堆R4.19和R4.20美联储麻疯树生物质在高位的棕褐色(3.2 - -3.8 g L⁻¹;表S1, SI)。

下一组的成员,被发现在所有沼气反应器系统的高水平,但在不同的比例,是属甲烷八叠球菌属。相关的菌株acetoclastic methylotrophic产甲烷菌和一些还可以利用H₂/公司₂产甲烷基质。产甲烷菌属的甲烷八叠球菌属(T-RF 489/491)也发现T-RF概要文件中主要微生物在大多数样品反应堆R4.5美联储与牛的粪便以及反应堆R4.13 R4.14, R4.15, R4.16喂牛的粪便和玉米秸秆。甲烷八叠球菌属T-RF 489/491开始主导反应堆R4.6喂牛的粪便和DDGS逐渐从嗜中温温度变化后高温条件。所有这些反应堆在中等水平的氨(范围1.2 - -2.0 g L⁻¹和0.05 - -0.14 g L⁻¹谭和风扇,分别地。表S1, SI)。此外,另一个甲烷八叠球菌属T-RF 125主要是观察在所有样本反应堆R4.19和R4.20美联储麻疯树滤饼。反应堆R4.19 R4.20操作在高谭和风扇水平(3.8 g L⁻¹和0.29 g L⁻¹、职责)相比,所有其他反应堆(除了R3.1;表S1, SI)。这表明不同的产甲烷物种甚至同一属内可以对氨浓度的反应不同。甲烷八叠球菌属物种可以执行acetoclastic甲烷生成,建议作为hydrogen-consuming微生物在圣反应堆操作在高氨的水平(12,57]。甲烷八叠球菌属种虫害被发现在各种环境中(56),据报道,实现稳定的增长在沼气高OLR和高水平的铵反应堆,来显示他们的宽容不同的流程缺陷(12),因此他们经常发现在各种沼气反应器(例如,8,14,47,55,58])。

其他产甲烷古菌只进行acetoclastic甲烷生成,Methanosaetaspp。43,59),也在本研究中发现一些反应堆。谭浓度被发现的一个重要因素Methanosaeta,负相关的大量广告的关键参数。此外,降低醋酸值被发现在反应堆R4.6和R4.8嗜中温条件下比其他实验。之前表明反应堆低浓度的氨和VFA是由Methanosaetaceae的代表,而反应堆水平较高的氨和VFA由Methanosarcinaceae成员(6,11]。

5。结论

本研究调查了基质类型和各种工艺参数对合成的影响,基于动力学的产甲烷社区mcrA基因在11个实验室规模与不同的农业废弃物沼气反应器操作材料。一个好的协议被发现16 s rRNA先前获得的数据,但核糖体rna基因的方法家庭Methanobacteriaceae而错过了mcrA基因的方法允许更详细的产甲烷类群的分化。此外,相对丰度数据获得的mcrA基因提供了更好的结果,因为16 s rRNA基因数据更偏向由于不同的副本数量的rRNA各古细菌类群的操纵子。多元统计显示,决定性的工艺参数影响反应器的产甲烷群落结构与鸡粪喂高谭,pH值、VFA浓度。目前的研究表明,应用沼气反应器的产甲烷社区适应特定的原料可能全面提高此类废弃物的厌氧消化沼气反应堆。

缩写

广告:	厌氧消化
装运箱:	连续搅拌釜反应器
粉丝:	游离氨氮
荷尔蒙替代疗法:	水力停留时间
nmd:	非度量多维标度
OLR:	有机加载速率
OTU:	操作分类单位
圣:	Syntrophic醋酸氧化
SAOB:	Syntrophic acetate-oxidizing细菌
SBP:	特定的沼气生产
谭:	总氨氮
T-RF:	终端限制片段
T-RFLP:	末端限制性片段长度多态性
VBP:	体积沼气生产
浓度:	挥发性脂肪酸
与:	挥发性固体。

相互竞争的利益

作者宣称没有利益冲突有关出版的手稿。

确认

提供的金融支持俄罗斯基础研究基金会(批准号16-34-60093 mol_а_dk)。作者还要感谢Ute Lohse的环境微生物学(UFZ)技术援助。

补充材料

引用

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