定性分析微生物动力学在Microalgal生物质厌氧消化对UASB反应器

文摘

厌氧消化(广告)是微生物细菌玩家之间动态关系的协调过程。当前的理解动态广告过程中细菌组成的变化是不完整的。本研究的目的是评估与厌氧细菌群落组成的变化的坐标codigestion microalgal生物质种植在城市污水。上流式厌氧污泥层反应堆是用于实现高微藻分解和沼气生产。污泥收集样本在广告和使用产烷生物中提取DNA受到下一代测序mcrA基因特定的和普遍的细菌引物。分析数据显示,样本在广告的不同阶段有不同细菌组成。一群组成的细菌性的,Pseudomonadales Enterobacteriales被确定推定地负责microalgal生物质水解。由产甲烷阶段甲烷八叠球菌属mazei。结果观察到的变化在微生物群落的组成广告可以用作路线图来刺激关键细菌物种识别广告的每个阶段增加沼气产量和底物分解率。这项研究展示了一个成功的开发的甲烷生产微藻生物质预处理。

1。介绍

厌氧消化(广告),是一个动态变化的微生物过程,一直操作只在反应堆设计和物理化学维护的水平。操纵系统中微生物的水平是最近越来越多的研究证明了调查关键细菌球员在广告1- - - - - -5]。因为广告由生化阶段紧密相连,包括水解、acetogenesis / acidogenesis和甲烷生成,每一个阶段是一个可能的目标目标微生物财团操纵。有针对性的操作在一定阶段的广告可以删除一个瓶颈与病原相关水解过程,积累的有毒的挥发性脂肪酸产甲烷细菌,甚至低的沼气生产(6]。为了方便有针对性的操作和监控工作生物反应器中的微生物多样性,最近的研究强调了利用分子技术,如鱼(荧光原位杂交),dna杂交芯片,qPCR和流式细胞术7,8]。这样的管理将是有益的,以预测可能失败的广告由于微生物群落的变化,同时也是为了维护适当的有机基质加载速率和评估消化器的总体健康状况。

底物的光谱用于广告大大扩大了在过去5年中,与利用先前认为难以消化的生物质,如如草生物量与纤维素含量高和青贮饲料(9- - - - - -13]。一个衬底仍然抵制广告是microalgal生物量。微藻,广泛出现在富营养湖泊和污水处理池,可以作为生物质生产生物燃料的来源。Microalgal生物质历史上被用于生物柴油生产,由于其脂质含量高(14- - - - - -16),只有在过去的5 - 7年微藻收到增加注意力作为广告的衬底。阻力microalgal生物量的广告主要是由复杂的多糖的存在microalgal细胞壁的结构,这使得的水解生物质甲烷生产过程中的病原反应步骤。这种限制可以解决初始microalgal预处理生物质通过热、化学、超声波、臭氧化过程,甚至应用恒定磁场(17- - - - - -26]。除了初始水解藻,困难自然低碳氮比的衬底不足以维持广告,并克服这个限制,一个通常的策略是混合microalgal生物质碳源丰富消化之前,如纸和玉米青贮饲料(24,27,28]。Codigestion与传统广告基质,如猪的粪便和垃圾活性污泥,也很受欢迎,但在某些情况下甲烷的产量下降,收益率,然而,高总沼气产量(29日,30.]。

在我们的研究中,我们研究了广告的完整microalgal生物量、收获从污水处理池(犹他州洛根Logan污水处理池)。洛根湖市政污水处理厂利用兼性并行泻湖和系列的系统安排总废水停留时间60 - 90天,占地面积640亩(2.56公里),和治疗10 - 15 MGD。Microalgal生物量生长表面的空气界面整个泻湖体系。收获microalgal生物实验与醋酸钠混合增加碳氮比。进行厌氧消化的上流式厌氧污泥层反应器(UASB)(见附加图在网上补充材料https://doi.org/10.1155/2017/5291283)。在UASB过程中,影响是分布在整个系统在上升气流模式中,底,流经一个污泥厌氧微生物的毯子。一个常数影响与微生物接触的污泥床导致消化有机物的影响和生产沼气。生成的沼气气泡的形式提高反应器的上部,它捕获在一个气体收集圆顶。的混合消化入渗和污泥一直上升到气体收集圆顶由于分离挡板,安装在反应堆的周长。液体没有污泥和重粒子被允许进入污水收集系统,位于挡板之上。

在这项研究中污泥床微生物分析了随着时间的推移来评估微生物动力学和识别潜在的细菌metagenome alga-lytic细菌通过分析。了解微生物协调广告microalgal生物量将有助于在未来的广告和保持生物系统的稳定性可以被纳入广告日益增长的微生物学上的知识数据库。这些信息可以进一步用来创建一个有效的系统来监控广告与分子技术(鱼、qPCR等)和设计有效的微生物增加沼气产量的财团。

2。材料和方法

2.1。反应器设计和操作

重复的UASB反应器在犹他州的有机玻璃水研究实验室(UWRL)和每个工作容积的32.4 L。反应堆有导向板,防止冲刷污泥床固体和三相分离器直接沼气(补充图的集合)。有三个样本收集端口以及反应器的高度和基质分布系统5厘米以上反应堆底部。恒温器控制反应堆周围的橡胶加热磁带,热电偶,绝缘使温度制度的维护 °C。与双通道蠕动泵头是用来喂养两个反应堆。生成沼气通过冰的冷却系统,确保干燥的监测沼气流量通过流量计的工作范围0到500 sccm /分钟。流量计的校准用混合的甲烷和二氧化碳的80%和20%,分别是连接到一个坎贝尔科学数据记录器类型CR800测量毫伏的流量计的输出形式。甲烷成分测量每隔5到6天使用气相色谱仪(GC)和热导检测器(TCD),一个填充柱(Alltec CTR1) 1.83米×6.35毫米,Valco喷射阀500μL样品环。

每个反应堆被播种11 L厌氧从洛根湖沉积物,犹他州,导致9.7 g VSS(干重)/ L反应器体积。来自洛根湖沉积物被选择作为一个可靠来源的厌氧剂使用在以前的广告研究[32]。反应堆的混合喂养microalgal生物量和醋酸钠,以达到最终的C / N比21:1。Microalgal生物质连续离心得到的水从洛根湖每10 - 15天。微藻属等组成栅藻,小球藻,Chlorococcum,衣藻,Synedra,舟状窝,Schroederia,眼虫,Coelastrum和一些nonheterocystous蓝藻的成员。的平均鳕鱼microalgal生物量为72 g / L, C / N比的5/1。提高C / N比21的厌氧消化的优惠值:1,醋酸钠被选为丰富,容易获得碳源。原料有6 - 7的最后pH值和用盐酸溶液pH值的波动调整。来适应微藻培养液和醋酸钠原料,有机负荷低利率(OLR)最初被应用,0.9 gCOD / L·d,逐渐增加在反应堆基于反应堆的运行性能和COD去除效率。最后OLR 5.4 gCOD / L·d。水力停留时间对衬底逐渐减少从7天到5天。反应堆运行81天。

2.2。抽样、DNA提取和测序

污泥床的样品中微生物群落被厌氧消化的时间进程(57天19日,75)。重复的污泥床从底部和上获得样本抽样的港口对UASB反应器,并存储在集合后立即−80°C。使用PowerSoil DNA提取的DNA进行隔离设备(该款,卡尔斯巴德)制造商的指示。产生的DNA用于PCR扩增mcrA基因特定的引物组和普遍的细菌16 s rDNA特定引物组(补充表)[33- - - - - -35]。每个引物序列前有一个适配器(正向或反向)特定的Illumina公司MiSeq平台。PCR反应进行使用KAPA HiFi HotStart ReadyMix (KAPA生物系统公司,威明顿)在下列条件:初始变性在95°C 3分钟,其次是25个循环组成的30秒95°C,在引物退火温度30秒,30秒72°C。最终在72°C扩展持续了5分钟。引物退火温度是50°C对引物对338 f r和56和785°C毫升底漆。PCR产品提交给分子研究核心设施爱达荷州立大学(美国波卡特洛,ID)进一步净化,图书馆准备(Nextera工具包),和测序Illumina公司MiSeq平台(制造商的指令后36])。

2.3。计算分析

分析16 s rRNA基因数据是使用MiSeq SOP执行管道,所述Kozich et al。37和MOTHUR软件上实现38]。分析包括(1)的质量减少读取,(2)嵌合体检查UCHIME算法,(3)提取独特的读取和对齐的分类数据库,实际使用贝叶斯分类器分类,(4)和(5)OTU识别。序列生成的与这两种类型的PCR引物,普遍的细菌338 f - 785 r和methanogen-specific MLr-MLf,处理类似的管道,唯一的区别对于数据库用于序列对齐和分类。序列生成的338 f - 785 r底漆,席尔瓦V4数据库(http://www.arb-silva.de/)是用于分类和定位。为序列生成mcrA基因特定的引物组,一个数据库的分类和排列是手动创建的池mcrA序列从FunGene数据库(http://fungene.cme.msu.edu/)。分析的算法mcrA序列在MOTHUR软件以前描述(39]。构建系统发育树的分类mcrA序列,大型6.06包使用,将Tamura-Nei模型和最大似然法分析和1000。

内部unifrac MOTHUR命令。加权是用来计算单独的集群的意义的序列样本在不同时间点的厌氧消化。HOMOVA MOTHUR统计工具,是用来计算样本之间的差异的程度取决于厌氧消化的时间。详细、算法评估OTU组合的变化在不同的时间点在广告,比较级变化的一双样品一次变化(例如,不同OTU成分之间最初的培养液和样本的广告)。Beta-diversity为每个样品放大和普遍的细菌测序引物对估计比较热图,虽然看着每个OTU的相对丰度在所有样本。细菌感兴趣的辣子鸡救出分类表和定制的Python脚本。最后,进行深度测序的努力(稀疏曲线)计算使用总结。简单的命令好估计的报道。

2.4。数据的可访问性

所有metagenome序列(包括普遍的细菌和mcrA基因特定)可通过NCBI序列读取存档(SRP058350)。

3所示。结果

3.1。厌氧消化Microalgal生物量和醋酸钠

结果利用UASB反应器(补充图)消化微藻混合原料,乙酸钠在最近发表的一篇论文中描述了本文的两个作者(40),本研究专门针对结果分析微生物群落,导致厌氧消化的过程。简单,原料厌氧消化结合最终的C / N比21/1和沼气产量37 L /天在上周的反应堆操作(天74 - 81,图1)。以有机加载速度对应于初始入渗6.25 g / L的鳕鱼增加到27.2 g / L,演示的UASB反应器平均COD去除率为79% (40]。利用microalgal生物量和乙酸钠为原料在UASB产生了广告,平均而言,产生的沼气(甲烷85%40]。甲烷气体,产生明确的分数microalgal生物量计算入渗鳕鱼转换包括生产质量平衡的细胞群(41]。方法和计算的论文中详细描述了Soboh et al。40),它演示了一个估计11 - 26%的甲烷产生明确microalgal生物质分解。满意的性能的两个核反应堆,污泥床的样本期间拍摄广告的操作(57天19日,75)和加工材料与方法中描述。

3.2。从污泥样品DNA的测序

7433629读期间生成的所有样本的测序16 s rRNA, methanogen-specific的放大mcrA基因。测序的PCR产物扩增与16 s rRNA普遍细菌引物导致5721724年读取,同时测序与引物扩增后的具体设置mcrA基因产生了171190年。975677年16 s rRNA,读取被确定为唯一的。稀疏曲线的深度测序工作16 s rRNA数据显示在图2。为mcrA基因集,修剪和嵌合体检查质量后,64.7%的新序列被确定是独一无二的(其他读取一组独特的副本),用于进一步分类。

3.3。在细菌分类鉴定辣子鸡16 s rRNA样本

与普遍的细菌引物扩增和测序(338 f - 785 r)导致了640种不同的细菌辣子鸡的识别。理解动态变化在污泥床的微生物组成的广告microalgal生物量和醋酸钠,它是必要的,以确定关键共享辣子鸡在所有样本。一个命令。使用sharedseqs MOTHUR包中。之间共享的所有样本61核心分类单元,和一个额外的10个分类单元组被指定为“未分类”(补充表)。核心61类群分布在11个主要类群,厚壁菌门,拟杆菌,变形菌门,螺旋体属,Synergistetes, Armatimonadetes, Tenericutes,放线菌,OD1 Verrucomicrobia, Thermotogae。微生物组成的动态过程中可以观察到图广告3。

变形菌门的门有最大的减少分配序列的数量相比,初始接种体组成。在一号反应堆(图3(一个)),Proteobacteria-assigned序列初始接种体从48%下降至23% 19天;在2号反应堆从51%减少意味着26%污泥床。相反的是真的序列分配到拟杆菌门,那里有一个定义从11%增加为2号反应堆(10%)42%(32%的反应堆2)总分类序列的19天的反应堆操作microalgal生物量和醋酸钠。

定义主要贡献者细菌微生物组合在微藻的消化和醋酸钠,辣子鸡是核心机密级别(图4)。这两个反应堆在广告展示类似的微生物动力学模式。这个模式包括增加序列的数量分为细菌性的,Pseudomonadales, Enterobacteriales,和启动期间Synergistales反应堆(19-day时期)和Syntrophobacterales相关序列的数量减少,Rhodocyclales,放线菌目,在同一19-day Lactobacillales初创时期。周期启动后,取样天57和75年的特点是一个特定数量的增加梭菌的反应堆和反应堆2中增加Pseudomonadales。百分比涨幅,一号反应堆Pseudomonadales达到最高17%的微生物种群在19天(下来上分数的总和),而在2号反应堆,Pseudomonadales人口是75天,最高60%。梭菌属的,一个完整的相反的模式是观察:一号反应堆的最高人口是75天,当梭菌的组成80.7%的微生物种群,而对于2号反应堆的梭菌的序列在57天不高于54.4%。

3.4。比较定性和细菌数量的统计分析资料在整个课程的广告

评估变化的统计相关性细菌之间的团体组成的16 s rRNA样本在不同时间点的广告,unifrac。使用加权命令MOTHUR。这个命令将成对所有抽样组和上、下样本的总和。评估的结果展示在表分离的意义1。自团体有一个值应该是< 0.05 (42),结果在表1展示一个重要(团体< 0.001和Sig < 0.05)分离OTU团体在不同阶段的广告。

额外的统计进行了评估,以确保密切相关的样本在同一时间点的广告,但从不同的核反应堆。这是必要的,从复制的角度来看实验设计在两个反应堆。从热图(补充图),计算jclassMOTHUR算法,一个可以看到beta-diversity(内部成分异质性)样本在同一时间点的两个反应堆密切相关(鲜红的颜色,在一个金字塔的对角线),而样本在OTU成分相比明显不同样本在不同时间点(第57天19天,例如)。

3.5。在产烷生物的分类识别辣子鸡mcrA基因测序数据

读取来自放大mcrA基因特定的引物组在MOTHUR修剪质量和分析软件包。分类一致FunGene数据库中读取识别了14种不同的产甲烷细菌和2无教养的/不保密的热点。所有识别物种的系统发育树(广告相结合的所有时间点)在图中进行了描述5。

集群总数的读取识别产甲烷物种相关的演示了一个单一的顺序控制系统(表1)。通用动力公司的总数量产甲烷读取测序期间广告描绘在图6。结果呈现在图6表明methanogen-related读取的数量的增加在广告的时间进程。大量的产甲烷读取识别的第57天反应堆操作一致指数增加的这个时间点(图后产生沼气1)。评估物种分布的确定主要Methanosarcinales顺序显示单一物种主要产甲烷系统(图7),甲烷八叠球菌属mazei导致微藻的消化和醋酸钠的最后阶段厌氧消化产甲烷。

4所示。讨论

在这项研究中,微生物动态管理microalgal生物质厌氧消化和乙酸钠进行了分析。使用metagenome测序揭示细菌群落结构动态变化的时间进程。初始细菌培养液对UASB反应器启动的广告过程中从厌氧沉积物在洛根湖(位于犹他州洛根的一个污水处理设施)。这些沉积物被认为有助于洛根湖污水处理设施的特殊性能超过40年(43]。测试这个非凡的生产力的沉积物的广告microalgal生物质(泻湖和积累是一个重要的微生物碳源)导致识别的关键微生物导致的水解microalgal生物量和随后的甲烷生产在这个研究。因为microalgal生物质在洛根湖自然低C / N比(5/1)是不够的,成功的厌氧消化(批处理初步实验44]),微藻与醋酸钠混合C / N比率增加到21/1。

更好地评估微生物群落的组成在广告microalgal生物量和醋酸钠,复制了UASB反应器,每个轴承两个抽样的港口位于底部和上部部分污泥床。这种抽样允许检查的影响直接接触的微生物反应器的底部的底物,与微生物的接触的上部污泥床已经简化衬底(通过底部的微生物污泥床的一部分)。

结果相当紧密地演示了一个分布的微生物污泥床(补充图),唯一例外的数量分配读取梭菌的的顺序在反应堆的启动操作(19天)和秩序Pseudomonadales反应堆操作(图的第75天4)。虽然污泥床的底部和上采样端口位于20厘米,这个距离确实可以区分两个不同的阶段厌氧消化:最初的水解和acidogenesis / acetogenesis。主导系统包括梭菌的天57和75第二主导秩序Pseudomonadales从图可以观察到7。梭菌属的也占主导地位的19天(底部),和Pseudomonadales可以没有特殊作用。比较动态变化的数量分配读取显示,这两个订单的梭菌的数量维持在相对相同的反应堆启动(19天)后,虽然数量Pseudomonadales底部增加了370%的一部分污泥床和1727%的污泥床的上部。

这样一个数量的动态变化给的顺序读取Pseudomonadales UASB反应器的启动期间表明为广告提供衬底(microalgal生物量和乙酸钠)是一个触发的细菌生长Pseudomonadales秩序的成员。先前的研究还报告增加广告中的Pseudomonadales microalgal生物质(45]。

除了Pseudomonadales-assigned读取次数的变化,创业时期Enterobacteriales和细菌性的(图提振增长4)。细菌性的患病率的19天广告与建议,这是一个水解阶段,和细菌性的一般组成属的细菌有明显saccharolytic活动,等拟杆菌生产醋酸作为最终产品(46]。这些细菌通常是发现在初始阶段厌氧消化的47,48]。

另外两个订单,Pseudomonadales拥有大部分nonfermenting新陈代谢,而Enterobacteriales发酵会产生脂肪酸和乳酸。属的假单胞菌和肠杆菌属已发现大量的富营养湖泊与microalgal花朵(49- - - - - -51]。的成员假单胞菌种虫害最近被归因于不同microalgal细胞降解能力(52)和降解能力microalgal毒素,毒素(53- - - - - -56]。结合alga-lytic活动Pseudomonadales和Enterobacteriales订单的两个成员,铜绿假单胞菌和枸橼酸杆菌属freundii,已经报道了蓝藻收集来自城市污水湖(57]。虽然alga-lytic活动假单胞菌种虫害主要针对蓝藻,alga-lytic活动的肠杆菌属种虫害的扩张也绿藻(58- - - - - -60]。因为蓝藻和绿藻出现在这里描述的原料广告对UASB反应器(见材料与方法),我们可以建议Pseudomonadales和Enterobacteriales订单对microalgal alga-lytic活动从洛根污水处理池生物量。

Alga-lytic活动不仅可以为特征假单胞菌和肠杆菌属但也观察到细菌社区的其他成员对UASB反应器。读取Thermotogales秩序被确定在大概acidogenic-methanogenic阶段的广告(第57天图4),由于连续流microalgal生物量和醋酸钠、水解仍然发生。Thermotogales以前报道alga-lytic活动向绿色微藻(61年,62年]。这种溶解性行为可能由Thermotogales的胞外酶,淀粉酶,这使细菌发酵碳水化合物的聚合物microalgal生物质氢(63年,64年]。然而,为了实现这一过程,micoralgal生物量应该最初中断释放碳水化合物。因此,如果考虑到初始microalgal生物质中断发生在广告在反应堆启动的初始水解阶段(样本在19天)和细菌从变形菌门门已经成功启动退化过程,我们希望二次水解剂,如Thermotogales,活跃在一些延迟从最初的水解阶段。也,因为Thermotogales microalgal碳水化合物转化为氢,氢可以提供产甲烷细菌被发现在丰富的第57天广告(图6)。

细菌检测的另一个订单在初始阶段的广告Synergistales(19天)。存在的这些细菌水解阶段,广告可以将这些细菌的代谢偏好消费和复杂的蛋白质的氨基酸化合物(65年]。Synergistales也之前报道出现在类似的环境中对UASB反应器,污水处理池,厌氧污泥3,66年]。检测Synergistales的厌氧消化与以前公布的数据一致通过该et al。67年),但这些细菌的确切作用尚不得而知。

具体alga-lytic细菌的存在订单在我们的反应堆是归因于这样一个事实:初始接种体广告来自洛根污水处理池中的沉积物。microalgal生物量的观测高度的分解(平均COD去除率为79%,观察到Soboh et al。40)可以解释长期适应的兼性好氧微生物的藻类残留出席泻湖池塘的底部(洛根污水处理池运行48年)和选择的物种能够有效地降低microalgal生物量维持泻湖体系稳定。以前的研究已经指出的具体顽抗microalgal细胞广告,通常与酸或温度进行预处理microalgal生物质(19,21,28,29日,68年- - - - - -72年]。这些研究还演示了一个高达60%的甲烷成分从发酵产生沼气codigestion microalgal生物量和73%的猪的粪便。在我们的例子中,产生沼气甲烷成分(平均85%40),这可能是因为更强烈分解microalgal alga-lytic细菌生物量的识别在公元19天的UASB反应器。

深入移动广告的过程中,微生物群落在57天,梭菌的占据了最多的关注。增加数量的梭菌的采样时间(图4)可能是由于高含量的多糖水解microalgal生物量。一般来说,厚壁菌门普遍存在在乙酸/引起酸化的厌氧消化阶段由于他们的能力将糖和氨基酸发酵转化为乙酸和乳酸3,73年,74年]。梭菌属的秩序的成员中也发现了大量其他微藻的消化实验(45]。先前的研究在洛根泻湖微生物已经确定了高的多样性梭状芽胞杆菌种虫害和梭菌的秩序的主导地位32]。梭菌属的所扮演的角色的广告microalgal生物量和醋酸钠水解和乙酸阶段能有什么联系,从最初的高百分比的梭菌的培养液(图4)是洛根湖的沉积物作为微生物的培养环境。艾利斯等人测试saccharoperbutylacetonicum梭状芽胞杆菌在消化microalgal生物量从洛根泻湖和没有观察到任何成功,尽管这种细菌淀粉分解的活动对淀粉基聚合物存在于microalgal细胞壁(75年]。saccharoperbutylacetonicum梭状芽胞杆菌acidic-basic之后才能够发酵microalgal生物质预处理微藻硫酸和氢氧化钠(76年]。这导致一个想法梭状芽胞杆菌种虫害识别确实在我们的研究中可能参与广告的第二步microalgal生物量和一个预处理步骤(由其他细菌财团)是至关重要的最后microalgal生物质转化为醇类的集合,如乙醇、丙酮和丁醇。

引起酸化的/乙酸阶段的广告在我们的研究揭示了另一个的存在细菌类群,除了梭菌的秩序。硫酸盐还原细菌,Desulfovibrionales秩序,被发现在第57天(图4)。对产甲烷细菌种群的动态广告,如图3,存在Desulfovibrionales在同一时间点,竞争互动的衬底之间可能发生两种类型的厌氧微生物(77年,78年]。

这一观点可能沟通方式是:更高的硫酸盐还原上采样点天19与更高的热力学醋酸钠同化通过硫酸盐还原的可能性,而不是通过甲烷生成(表3)。减少硫酸盐还原后的相对丰度在广告(图4)可能是由于硫酸盐生物反应器和硫酸的疲惫是电子受体在衬底同化Desulfovibrionales(初始硫酸可能与培养液来自湖沉积物,并不是出现在广告期间提供的microalgal生物质)(79年]。同时我们观察到从低数量的产甲烷序列后来大量的广告(第57天,图6)。Ozuolmez和他的同事观察到类似的转变,从大量的硫酸盐还原在共培养的更高的产甲烷菌的数量Methanosaeta concilii和脱磷孤菌属寻常的乙酸(80年]。

对硫酸盐还原的甲烷生成及其完胜,我们的结果表明,广告microalgal生物量与醋酸钠选择性对单一物种主要产甲烷系统。甲烷八叠球菌属mazei是显著的增殖的第57天广告(表吗2,图3)。的存在甲烷八叠球菌属种虫害在厌氧反应器是常见的由于他们的高增长率,快速消费的广泛的底物(醋酸、甲醇和氢)和高压力阻力波动在厌氧消化池,如pH值和OLR (78年,81年- - - - - -84年]。一个特定的主导地位甲烷八叠球菌属mazei在美联储对UASB反应器microalgal生物量和醋酸钠尚未报道。

可能的解释为什么m . mazei主要可以归因于几个因素是基于提供的底物的性质(microalgal生物质和乙酸钠):(1)醋酸钠作为原料添加为高架的反应堆创造条件只能被物种的乙酸乙酸产烷生物的高增长率和高周转率,如甲烷八叠球菌属mazei(85年];(2)观察微小波动的pH值在广告(40),甲烷八叠球菌属mazei曾被报导过能够承受更高的pH值为短时间内波动,而不是这样的种甲烷八叠球菌属作为甲烷八叠球菌属巴氏细菌(86年]。

总结分析metagenome microalgal生物质厌氧消化期间,醋酸钠,提出了微生物动力学的一般流程如图8。

5。结论

证明了分析的细菌在厌氧消化metagenome microalgal生物量和醋酸钠复杂的微生物的相互作用提供了有价值的见解,可用于进一步的研究导致培养兴趣的关键微生物。microalgal生物质消化,metagenome分析尤为宝贵的识别潜在alga-lytic细菌(订单细菌性的成员,Pseudomonadales Enterobacteriales),和进一步的研究将包括隔离的不良研究的微生物群体。识别新的细菌影响厌氧消化先前认为的顽固的microalgal生物量增加沼气的产量的实际应用从这样一个丰富的和可持续的类型的衬底。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

作者要感谢犹他州科学技术和研究(USTAR合成Bioproducts中心(SBC)和可持续Waste-to-Bioproducts犹他州州立大学工程中心(SWBEC)的支持。

补充材料

引用

1. 圣皮埃尔和A.-D。g·赖特,“宏基因组分析比较三全面嗜中温厌氧细菌种群的化粪池,”应用微生物学和生物技术,卷98,不。6,2709 - 2717年,2014页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
2. f·a·沙问:马哈茂德,m·m·沙a·佩尔韦兹·s . a .阿萨德,“厌氧消化器的微生物生态学:乏氧生活的关键球员,”科学世界日报ID 183752条,卷。2014年,21页,2014。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
3. d .河诉Desvignes,大肠Pelletier et al .,“对核心的定义所涉及的微生物厌氧消化污泥,”ISME杂志,3卷,不。6,700 - 714年,2009页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
4. a . Schluter t . Bekel n n·迪亚兹et al .,”的metagenome biogas-producing微生物群落的植物生产规模的沼气发酵罐454焦磷酸测序技术分析,“生物技术杂志,卷136,不。1 - 2、77 - 90年,2008页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
5. s s·帕蒂尔、m . s . Kumar和a . s .球,“厌氧生物反应器中微生物群落动态和藻坦克治疗猪舍污水,“应用微生物学和生物技术,卷87,不。1,第363 - 353页,2010。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
6. y, y,和孟l . j . Wang“挥发性脂肪酸的浓度对甲烷产量和产甲烷细菌,”生物质和生物能源,33卷,不。5,848 - 853年,2009页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
7. Vanwonterghem, p·d·詹森·d·p·Ho·d·j .巴斯滕和g·w·泰森”链接微生物群落结构、交互和功能使用新的分子技术在厌氧消化器,”当前生物技术的观点卷。27日,55 - 64、2014页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
8. c·科赫,穆勒,h .危害和f . Harnisch“微生物在生物能源生产:从分析管理,“当前生物技术的观点27卷,第72 - 65页,2014年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
9. r·钱德拉v . k . Vijay p . m . v .苏巴拉奥和t . k . Khura”生产的甲烷厌氧消化的麻疯树和pongamia油蛋糕,”应用能源卷,93年,第159 - 148页,2012年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
10. t·施密特,“厌氧消化麻风树iron-additive l .滤饼和效果,”废物管理和研究卷,29号11日,第1176 - 1171页,2011年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
11. t . Hidaka, Arai s, s . Okamoto和t .田”的污水污泥厌氧co-digestion碎草从公共绿色空间,”生物资源技术卷,130年,第672 - 667页,2013年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
12. 谢,p . g . Lawlor j.p.霜,z,詹x,“猪粪草青贮饲料比的影响在批处理厌氧甲烷生产co-digestion集中猪粪和草青贮饲料,“生物资源技术,卷102,不。10日,5728 - 5733年,2011页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
13. k . Golkowska和m·格雷格的玉米和纤维素在高温下和嗜中温厌氧消化情况比较研究,“生物质和生物能源,56个卷,第554 - 545页,2013年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
14. Microalga Mandal和n Mallick。栅藻obliquus作为生物柴油生产的潜在来源。”应用微生物学和生物技术,卷84,不。2、281 - 291年,2009页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
15. a . Sathish r·c·西姆斯,“生物柴油混合文化的藻类通过湿脂质提取过程中,“生物资源技术卷,118年,第647 - 643页,2012年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
16. a . Demirbas和m f•德米尔巴什”海藻油作为生物柴油的来源的重要性,”能量转换和管理,52卷,不。1,第170 - 163页,2011。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
17. f·斯·帕索斯,美国Astals,费雷尔,“microalgal生物质超声波预处理后厌氧消化”,废物管理,34卷,不。11日,第2103 - 2098页,2014年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
18. m . Dębowski m . Zieliński a Grala, m·杜德克“藻类生物质沼气生产中作为替代基质technologies-review,”可再生能源和可持续能源的评论27卷,第604 - 596页,2013年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
19. j·l·Ramos-Suarez和n卡雷拉斯”,使用微藻残留沼气的产量,”化学工程杂志卷,242年,第95 - 86页,2014年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
20. j . h . Mussgnug诉克拉森,a . Schluter o·克鲁斯,“微藻作为发酵基质组合规模生物沼气生产的概念,“生物技术杂志,卷150,不。1,51-56,2010页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
21. a·j·沃德·d·m·刘易斯,f . b .绿色,“藻类生物质厌氧消化:审查。”藻的研究,5卷,不。1,第214 - 204页,2014。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
22. m . Sole-Bundo h .对于m . Garfi,费雷尔,“增强的微藻厌氧消化thermo-alkaline预处理与石灰(曹)”藻的研究,24卷,第206 - 199页,2017年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
23. m . Dȩbowski m . Zieliński m . Kisielewska, a . Hajduk“恒定磁场对厌氧消化的影响藻类的生物量、”环境技术,37卷,不。13日,1656 - 1663年,2016页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
24. e . Uggetti f·斯•m .唯一m . Garfi和费雷尔,“最近的成就从微藻生产沼气,”浪费和生物量稳定物价,8卷,不。1,第139 - 129页,2017。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
25. r . Cardena g·莫雷诺,p . Bakonyi因g . Buitron”增强的甲烷从各种微藻生产文化通过新颖的臭氧化预处理,”化学工程杂志卷,307年,第954 - 948页,2017年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
26. 李m . Wang, m . p . Dilbeck m . Liebelt问:张先生,和s . j . Ergas”热预处理的微藻生物甲烷生产:实验研究、动力学和能量分析,“化学技术和生物技术杂志》上,卷92,不。2、399 - 407年,2017页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
27. H.-W。日元和d·e·布伦,“厌氧co-digestion藻污泥和废纸产生甲烷,”生物资源技术,卷98,不。1,第134 - 130页,2007。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
28. r -沃斯·g·库恩,g . Maroti et al .,“利用菌藻关系在两级生物制沼气Philippe Soucaille生成过程”对生物燃料的生物技术,8卷,不。1,货号。59,2015年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
29. m .王,李、张问:和美国j . Ergas“厌氧co-digestion猪粪肥和微藻小球藻sp:实验研究和能量分析,“生物能源研究,9卷,不。4、1204 - 1215年,2016页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
30. c .——d . Jeison f . g . Fermoso r·博尔哈,“批废物厌氧co-digestion活性污泥和微藻(小球藻sorokiniana)嗜中温温度,“环境科学和健康杂志》上的一个部分,51卷,不。10日,847 - 850年,2016页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
31. m·霍尔默和大肠Kristensen”共存的硫酸盐还原和甲烷生产富含有机物沉淀,“《海洋生态发展系列,卷107,不。1 - 2、177 - 184年,1994页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
32. j·t·埃利斯,“利用市政和工业废弃物生产bioproducts:从宏基因组到bioproducts,”生物工程犹他州州立大学:所有毕业论文和学位论文,2013。视图:谷歌学术搜索
33. j·t·埃利斯流浪汉,r·c·西姆斯和c·d·米勒,”表征的产甲烷社区藻美联储厌氧消化池内,“ISRN微生物学文章ID 753892卷,2012年,12页,2012。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
34. D.-P。毛问:周,彭译葶。陈,Z.-X。全”,报道的评价普遍使用宏基因组数据集细菌引物,”BMC微生物学第66条,卷。12日,2012年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
35. j . r . De Lipthay周宏儒k·约翰森。Albrechtsen、p·罗森博格和j . Aamand”细菌多样性和群落结构的地下含水层接触到现实的除草剂浓度低,“《微生物生态学卷,49号1,59 - 69年,2004页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
36. Illumina公司,”Nextera XT DNA库准备装备,”2017年,https://support.illumina.com/content/dam/illumina - support/documents/documentation/chemistry_documentation/samplepreps_nextera/nextera xt/nextera - xt -图书馆-预科-引用-指导- 15031942 - 02. - pdf。视图:谷歌学术搜索
37. j . j . Kozich s·l·威斯克:t·巴克斯特,s . k .汉兰达和p·d·城堡”dual-index测序的发展战略和管理管道分析扩增子序列数据MiSeq Illumina公司测序平台,“应用与环境微生物学,卷79,不。17日,第5120 - 5112页,2013年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
38. p·d·城堡,s l·威斯克t Ryabin et al .,”引入mothur:开源,独立于平台的,支持的软件描述和微生物群落相比,“应用与环境微生物学,卷75,不。23日,第7541 - 7537页,2009年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
39. s, s . Liebner m·阿拉维o . Ebenhoh d·瓦格纳,“分类数据库和截止值由MOTHUR处理mcrA基因454焦磷酸测序数据,”《微生物方法卷,103年,页3 - 5,2014。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
40. y . m . Soboh d·l·索伦森,r·c·西姆斯“上流式厌氧污泥层反应器codigestion藻类和醋酸生产甲烷,”水环境研究,卷88,不。11日,第2103 - 2094页,2016年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
41. 麦特卡尔夫和涡流,废水工程处理和重用美国麦格劳希尔、波士顿、质量,第四版,2003年版。
42. c . Lozupone和r .骑士,“UniFrac:微生物群落相比,新系统方法”应用与环境微生物学,卷71,不。12日,第8235 - 8228页,2005年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
43. l·克里斯坦和r·西姆斯”,为污水处理、微藻生物燃料的生产和收获,bioproducts,”生物技术的进步卷,29号6,686 - 702年,2011页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
44. y Soboh,“厌氧co-digestion藻生物量和补充碳源材料产生甲烷,”生物工程犹他州州立大学:所有毕业论文和学位论文,2015。视图:谷歌学术搜索
45. j·l·Sanz·罗哈斯a·莫拉托l·门德斯m . Ballesteros和c . Gonzalez-Fernandez“微生物群落美联储biomethanization消化器的原始和热预处理的微藻生物量中,“光化层卷,168年,第1021 - 1013页,2017年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
46. d . f . Toerien和w·h·j . Hattingh“厌氧消化的微生物厌氧消化,“水的研究,3卷,不。6,385 - 416年,1969页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
47. Vanwonterghem, p·d·延森p·g·丹尼斯,p . Hugenholtz k . Rabaey g·w·泰森,“确定性过程指导长期种群动态同步复制厌氧消化器,”ISME杂志,8卷,不。10日,2015 - 2028年,2014页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
48. l·利文湖a·r·b·埃里克森和a .她”过程中温度对细菌和古细菌群落的影响在两个产甲烷生物反应器处理有机生活垃圾,”《微生物生态学卷,59号3、683 - 693年,2007页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
49. 山本y, s Niizuma:黑田,m . Sakamoto”发生的异养细菌导致蓝藻在湖泊富营养化消散,“日本藻类学札幌杂志》上第41卷。。3、215 - 220年,1993页。视图:谷歌学术搜索
50. r . p .霁x w·卢x n . Li和y . p .聚氨酯“藻类和藻毒素的生物降解微生物富集人工媒体,”生态工程,35卷,不。11日,第1588 - 1584页,2009年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
51. c .廖和刘x”,通过培养和algicidal活动分析小说algicidal细菌控制赤潮造成水的富营养化,”水、空气和土壤的污染,卷225,不。11日,货号。2120年,2014年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
52. e . m . Lenneman p . Wang和b·m·巴尼”的潜在应用algicidal细菌改善脂质与特定藻类复苏,”《微生物学字母,卷354,不。2、102 - 110年,2014页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
53. c·p·赵y . p . Pu、l . h .阴et al .,“隔离和algicidal效应从太湖裂解微胞藻属的细菌,”东南大学学报,35卷,不。4、602 - 605年,2005页。视图:谷歌学术搜索
54. f·杨,h . y, x问:李et al .,“隔离和表征algicidal细菌土著的太湖湖红绿脓色素能够溶解微胞藻属,”生物医学与环境科学,26卷,不。2、148 - 154年,2013页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
55. s . Kodani a并且绕着圆圈圈打转,a . Mitsutani和m .村上antialgal化合物的分离和鉴定,harmane(1号-β咔啉)、algicidal细菌产生的假单胞菌sp, K44-1。”应用藻类学杂志,14卷,不。2、109 - 114年,2002页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
56. j。金,金,和C.-G。李,“Alga-lytic活动对赤潮造成海洋藻类荧光假Heterosigma akashiwo (Raphidophyceae)”生物防治第41卷。。3、296 - 303年,2007页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
57. s . Sakine h . m .阿米尔,a·马哈茂德·r·m·阿里n .白木和d·雷扎,“绩效评估从水库蓝藻清除生物方法,”非洲微生物学杂志》上的研究,7卷,不。17日,第1734 - 1729页,2013年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
58. b p•诺维拉波斯f, b·e·巴拉et al .,“生物炼制从Nannochloropsis sp. microalga-extraction油和颜料。从剩下的生物质生产生物。”生物资源技术卷,135年,第136 - 128页,2013年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
59. a·p·巴蒂斯塔·莫拉·a . s . s .品牌j . Ortigueira l·阿尔维斯和l .戈维亚“栅藻obliquus由肠杆菌作为生物原料生产aerogenes butyricum梭状芽胞杆菌,”燃料卷,117年,第543 - 537页,2014年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
60. 刘辽,x, r·刘,l .山”的特征和影响两种小球藻pyrenoidosa algicidal隔离antioxidase活动,“环境进步和可持续能源,34卷,不。6,1647 - 1651年,2015页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
61. T.-A。d .阮K.-R。金,M.-T。阮,m . s .金、d . Kim和s . j . Sim”增强绿色藻类生物量的发酵制氢Thermotoga neapolitana各种预处理方法,”国际期刊的氢能源,35卷,不。23日,第13040 - 13035页,2010年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
62. l .素质g D 'Ippolito, c·盖洛et al .,“制氢的高温真细菌Thermotoga neapolitana CO2-fixing存储多糖的硅藻这种weissflogii,”国际期刊的氢能源,37卷,不。17日,第12257 - 12250页,2012年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
63. z, l·卡布罗尔·g·Ruiz-Filippi, p . Pullammanappallil“微生物生态学在厌氧消化激动和non-agitated条件,”《公共科学图书馆•综合》,9卷,不。10篇文章ID e109769 2014。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
64. b . t .丸,a . a . m . Bielen s w·m·吉m . Constantini f·梅迪纳,“生物生产使用Thermotoga spp从甘油,”能源Procedia,29卷,第307 - 300页,2012年。视图:谷歌学术搜索
65. l·m·l·劳伦斯·t·a .法官h·d·t·琼斯et al .,“藻类生物质成分分析:调查方法的不确定性和潜在的测量化学反应,“分析化学,卷84,不。4、1879 - 1887年,2012页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
66. s . r . Vartoukian r·m·帕尔默和w·g·韦德,“部门”增效剂”、“厌氧生物,13卷,不。3 - 4、99 - 106年,2007页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
67. c .该r . Moletta和j j。Godon”细菌和古细菌16 s rDNA和16 s rRNA动力学在醋酸危机在厌氧的生态系统,”《微生物生态学,35卷,不。1,19-26,2001页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
68. c . Gonzalez-Fernandez b Sialve:贝内,j .史迪雅”比较超声波和热预处理的栅藻生物质甲烷产量,”生物资源技术卷,110年,第616 - 610页,2012年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
69. f . Passos和费雷尔,“微藻转化为沼气:热预处理对净能量生产的贡献,”环境科学与技术,48卷,不。12日,第7178 - 7171页,2014年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
70. r -沃斯·g·库恩,t . Bojti et al .,“Metagenome嗜中温的变化biogas-producing社区在发酵过程中绿藻的栅藻obliquus,”生物技术杂志卷。215年,52 - 61年,2015页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
71. 赫曼c, n . Kalita d墙,a .夏和j·d·墨菲”优化沼气生产从微藻共基质,通过与富碳co-digestion”生物资源技术卷,214年,第337 - 328页,2016年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
72. 大肠Doğan-Subaşı和g . n . Demirer“厌氧消化的microalgal(小球藻寻常的)生物质沼气和生物肥料的来源,”环境进步和可持续能源,35卷,不。4、936 - 941年,2016页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
73. m . Klocke p . Mahnert k . Mundt k . Souidi b的左翼,“biogas-producing完全搅拌釜反应器的微生物群落分析美联储不断与mono-substrate饲料甜菜青贮饲料,“系统和应用微生物学,30卷,不。2、139 - 151年,2007页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
74. r . Chouari d·勒Paslier p . Daegelen p . Ginestet j . Weissenbach和a . Sghir”小说主要古细菌和细菌组显示的分子分析厌氧污泥消化池,“环境微生物学,7卷,不。8,1104 - 1115年,2005页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
75. 诉h . Thang k .神田,g .小林“生产Acetone-Butanol-Ethanol (ABE)直接发酵木薯的梭状芽胞杆菌saccharoperbutylacetonicum N1-4,”应用生物化学与生物技术,卷161,不。1 - 8,157 - 170年,2010页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
76. j·t·埃利斯n . n . Hengge r·c·西姆斯和c·d·米勒,“丙酮、丁醇、乙醇生产废水藻类,”生物资源技术卷,111年,第495 - 491页,2012年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
77. Bitton和b·米切尔废水微生物学。生态和应用微生物学美国佛罗里达州,威利梅特兰,1994年。
78. b·w·s·g·Shin周,李,w . Kim和黄,“人口结构变化产甲烷的重载下pre-acidified高强度有机废水,”生物化学过程,46卷,不。4、1035 - 1038年,2011页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
79. b . k . ahrBiomethanation我,卷1,施普林格科学与商业媒体,2003年。
80. d . Ozuolmez h . Na m·a .杠杆k Kjeldsen,比比Jørgensen,和c m . Plugge”产甲烷古菌和硫酸盐还原菌培养乙酸:团队合作或共存?”微生物学前沿》第六卷,第492条,2015年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
81. l . Raskin l·k·保尔森·d·r·格拉b . e . Rittmann d·a·斯塔尔,“量化生物反应器厌氧产甲烷团体的寡核苷酸探针杂交,”应用与环境微生物学,60卷,不。4、1241 - 1248年,1994页。视图:谷歌学术搜索
82. j . De Vrieze t Hennebel:恩,w•韦斯特拉特,“甲烷八叠球菌属:重型biomethanation重新发现了产烷生物的”生物资源技术卷,112 - 2012页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
83. k·d·麦克马洪,郑d, a·j·m·斯塔姆r . i Mackie l·拉斯金,“在启动和过载条件下微生物种群动态的厌氧消化器处理城市固体垃圾和污水污泥,”生物技术和生物工程,卷87,不。7,823 - 834年,2004页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
84. g . s . g . Shin汉,j . Lim c·李,和黄,“一个全面的微生物洞察两级厌氧消化食品环保废水,”水的研究,44卷,不。17日,第4849 - 4838页,2010年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
85. a·康克林h·d·斯腾塞尔和j·弗格森“生长动力学和甲烷八叠球菌属之间的竞争和Methanosaeta嗜中温厌氧消化,“水环境研究,卷78,不。5,486 - 496年,2006页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
86. r·c·范李尔当f·a·m·德·博克m . Bonilla-Salinas et al .,“甲硫醇在厌氧生物反应器降解pH值升高(≥8):反应器性能和微生物群落分析,“生物资源技术,卷99,不。18日,第8973 - 8967页,2008年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索

版权

版权©2017年安娜Doloman et al。这是一个开放的分布式下文章知识共享归属许可,它允许无限制的使用、分配和复制在任何媒介,提供最初的工作是正确引用。