电致微生物群落的宏基因组分析比较不同接种猪Wastewater-Fed微生物燃料电池

文摘

实验系统,如微生物燃料电池(mfc电池)是有前途的新技术,有效去除有机化合物的工业废水,包括来自猪养殖。我们接种两对实验室mfc电池与啤酒wastewater-treating厌氧污泥颗粒(游戏)或从污泥取自猪污水罐的底部接收(SS)。SS-inoculated MFC比IGBS-inoculated MFC对鳕鱼和VFA删除和电力生产。使用宏基因组方法中,我们描述了微生物多样性的MFC浮游和阳极社区来自不同接种物。变形菌门(主要是Deltaproteobacteria)成为主要的门在MFC阳极电致属的社区与放大核废料旁边是最明显。八个主要和三个小的物种核废料旁边被发现在MFC阳极社区。的阳极社区SS-inoculated mfc电池有更高比例的梭状芽胞杆菌和拟杆菌相对于那些IGBS-inoculated mfc电池,丰富Pelobacter。古细菌种群的党卫军,IGBS-inoculated mfc电池是由甲烷八叠球菌属巴氏细菌和Methanothermobacter thermautotrophicus,分别。我们的结果显示一个长期影响的培养液类型猪wastewater-treating mfc电池性能和微生物群落组成。

1。介绍

畜牧业是许多国家的一个重要农业部门但产生大量的有机废物,需要适当的治疗和处理。快速增长的猪养殖行业生成高强度废水含有有机化合物、氨、磷酸盐,难闻的气体,悬浮物,和病原体1]。治疗猪废水是特别困难的,土地是有限的和猪的养殖设施发生在靠近人口中心,如在冲绳,日本。猪的缺乏可用土地应用废水(SW)作为肥料和潜在污染的地表水和地下水的来源凸显了需要运用SW的彻底治疗。

常见的西南的治疗方法包括有氧氧化池,泻湖,厌氧消化,人工湿地2]。实验系统,如微生物燃料电池(mfc电池)是有前途的新技术,有效的去除废水中的有机化合物。MFC的局限内厌氧室,一个财团的细菌催化氧化反应,沉淀电子在阳极通过各种各样的方式,如通过外膜蛋白或导电pili直接或间接通过分泌和回收redox-active分子(3]。

SW治疗的主要目标是一组的挥发性脂肪酸(vfa)主要负责其有毒的气味4]。vfa的MFC基质的存在可以增加阳极微生物生物膜的电致性能(5]。实验室规模单一batch-loaded mfc电池已被证明显著降低有恶臭的化合物(主要是vfa)以及其他成分出现在SW (4]。

MFC反应器性能的一个重要因素是在阳极室微生物群落的组成(6]。获取最大初始电力生产,现有的MFC的阳极生物膜已被证明作为接种体比厌氧污泥,但是我们知道没有研究,评估剂相对于污染物去除性能标准(7]。为此,我们试图确定一个微生物群落已经熟悉西南衬底将执行在一个MFC比一个独特的啤酒waste-digesting厌氧污泥,评估治疗性能和微生物群落组成。

先前的研究已经评估微生物群落组成在SW-fed MFC电池利用变性梯度凝胶电泳,而最近的研究利用高通量扩增子测序检查外部阻力和流体动力学的影响在MFC微生物(8,9]。使用宏基因组方法这里描述的MFC浮游微生物多样性和阳极社区来自不同接种物。集群基于占主导地位的细菌属的微生物群落的性质表明培养液是一个重要的影响的最终组成微生物群落和mfc电池的性能。

2。材料和方法

2.1。MFC配置和操作

内部MFC室包含两个阳极(约6×8厘米),暂停2 - 3毫米室的底部,由一层导电碳布2毫米的平均大小活性炭颗粒与导电胶来绑定提供更多的表面积。颗粒已经准备从桦树前体和与中性红催化剂进行预处理。这两种阴极石墨板(3毫米厚;孔隙度60%)liquid-facing一边喷洒水5% Fumion膜聚合物(Fumatech、Bietigheim-Bissingen、德国),而活性炭颗粒(处理铁(II)酞菁)机械压到air-facing使用网框架。阴极扩展到含电解质溶液(pH值维持在3定期添加0.1 N盐酸)。

阳极和阴极电极与多通道记录器(Graphtec Midi记录器GL820、日本)日常电压测量。相应的电流计算使用欧姆定律( )。功率密度是根据获得的 ,在那里当前,是电压,阴极的投影面积。极化和功率曲线,通过改变外部电阻(从0Ω2100Ω)开路时的值稳定在每一个电阻,表示70Ω的内部阻力在mfc电池(图S1在网上补充材料https://doi.org/10.1155/2017/7616359)。

接种的mfc电池,猪废水污泥(SS)包含悬浮差点从SW贮槽的底部收集从本地养猪场(冲绳畜牧业和草原中心、纳戈人、日本)和工业颗粒啤酒厂污泥(游戏)wastewater-treating UASB反应器(猎户座啤酒厂、纳戈人、日本)。接种物没有化学修改或稀释虽然党卫军培养液过滤通过1毫米不锈钢网。

允许微生物生物膜的形成,两个mfc电池注射SS和两个游戏,迄今为止被称为SS-MFC IGBS-MFC,允许参加3天在开路模式在室温下(24°C)。mfc电池被提供未稀释的SW馈料式模式实现24小时荷尔蒙替代疗法。正常的吃饭和监视电气性能开始13 d接种的mfc电池后,切换到闭路模式一致。

SW用作MFC饲料储存在4°C。去除大颗粒,原始SW 0.50毫米是筛分网(尼龙单丝)。SW饲料与蒸馏水稀释调整化学需氧量(COD) 3.5 - -7.4 g O₂L⁻¹和水力停留时间(HRT)设置为1或2 d的实验。废水被加入到mfc电池半连续使用蠕动泵(美国Cole-Parmer Masterflex L / S精密泵)设置为6毫升分钟⁻¹流量。操作参数的mfc电池在67天的试验进行了总结在表S1。

2.2。化学分析

抽样的MFC流入和流出进行每24 h。鳕鱼、挥发性脂肪酸(VFA)、氨氮(NH)₃- n)、总磷(- p)决定使用哈希测定TNTplus化学(哈希公司Loveland有限公司)。总进口猪废水和MFC-treated废水的COD测量没有过滤。pH值测定酸度计(Horiba D-51,日本)。

2.3。色谱法

具体VFA化合物量化使用安捷伦7890 a气相色谱仪与LECO飞马4 d TOF质谱计。VFA的分离进行了使用Stabilwax-DA(30米、0.25毫米ID和0.25μ米列,利用氦载气为1.11毫升分钟⁻¹整个运行流程。方法开发了使用Supelco WSFA-2混合获得保留指数(RI)校准和量化校准曲线。大约1毫升的样品是通过一个0.22μm过滤器玻璃autosampler瓶。1:20分液体注入(1μl体积)注射,注射端口设置为250°C, 1毫升min⁻¹隔清洗流程。温度梯度协议在100°C 2分钟后,145°C的速度20°C min⁻¹在145°C, 6分钟,其次是增加到205°C在20°C min⁻¹和这个温度为4分钟。质谱仪是35到145 Da质量扫描范围,5秒光谱⁻¹采集率,−70 V电子能量。离子源和传输线温度为250°C。数据处理(反褶积、识别和量化)使用LECO ChromaTOF 4.50.8软件版本。醋酸(纯度99.99%),丁酸(99.5%)、2-ethylbutyric酸(99%)、己酸(99.5%)、异戊酸(99%)、异丁酸(99.5%)、辛酸(99.5%)、丙酸(99.8%)、硫酸(99.9%),和戊酸(99.8%)从Sigma-Aldrich采购标准,日本。

2.4。微生物多样性分析

DNA分离猪废水,培养液烂泥,阳极生物膜(碳毡和碳颗粒)和浮游样本的MFC使用PowerMax土壤DNA隔离设备(莫生物实验室,Inc .)。DNA是安捷伦2100生物分析仪系统评估的质量。构建了鸟枪测序DNA库和150 paired-end测序反应是MiSeq平台上执行(Illumina公司、圣地亚哥、钙、美国)。

测序数据上传到MG-RAST服务器作为FASTAQ文件进行处理,主要分析和存储。野猪(猪)基因组序列标记为排除在数据提交。主要提交的数据和结果MG-RAST管道(项目mgp19536)公开可用。MG-RAST代表了生物丰度计算进行了对种子数据库在属的水平,基于一个最大值1×10的价值⁻⁵60%,最低的身份截止,最低15序列比对。丰度数据下载TSV文件进行进一步分析。代表了数据从服务器下载MG-RAST通过MGRASTer包(https://github.com/braithwaite/MGRASTer/在R 3.1环境。丰度分析在metagenome Seq包(10)和分类分析phyloseq R包(11]。克朗分类社区档案是由MG-RAST和存储为一个图像。

3所示。结果

我们应用一个集成的方法来调查两种不同的培养液对mfc电池的性能的影响治疗西南,比较源和site-dependent微生物群落的多样性的差异,电力生产和有机物的去除。

3.1。MFC性能特征

SS-MFC对表现IGBS-MFCs对关于发电(图S2)和删除的鳕鱼和VFA SW饲料(表1;图S3)操作时48 h荷尔蒙替代疗法。两个MFC对微不足道的去除磷酸盐(表显示1,图S4),而SS-MFCs表现得比IGBS-MFCs去除氨(表1,图S5)。67 d实验课程,SS-MFC COD去除率 mg阿₂L⁻¹d⁻¹略,但明显高于IGBS-MFC率 mg阿₂L⁻¹d⁻¹( ),而各自VFA的去除率 mg L⁻¹d⁻¹和 mg L⁻¹d⁻¹(没有显著差异 ;意味着±SE, )。电气输出MFC对保持相对稳定的实验的电流密度SS-MFCs ( 马米⁻²)被持续高于IGBS-MFCs ( 马米⁻²)(意味着±SD, ;图S2)。

浓度的变化直链(乙酸乙,丙,丁,戊己)和支链(异丁酸异戊)vfa(表被监控2)。其中,丙酸被发现在西南的最高浓度。通过SS-MFC删除> 90%的浓度监测,除了丙酸,消散的85.9%,超过的去除率IGBS-MFC VFA测试。优势丙或乙酸酸中vfa MFC-treated SW废水已被证明(4,12]。几位芳环化合物(酚类和吲哚)可以促进西南的气味4];然而,我们发现只有两个芳香族化合物(p-cresol和苯酚)微不足道的浓度和吲哚并没有发现(结果未显示)。

3.2。微生物群落的宏基因组分析

3.2.1之上。接种物

超过98%和91%的基因与细菌域,而只有2%和9%的基因由古生菌SS和游戏内培养液,分别为(数字1(一)和1 (b))。30% Gammaproteobacteria(主要属肠杆菌科(24%)在党卫军剂最丰富,而Gammaproteobacteria 23%,主导属Aeromonadaceae(9%)和肠杆菌科(7%),被发现在游戏内培养液(数字1(一)和1 (b))。Deltaproteobacteria是由占主导地位的家庭Desulfovibrionaceae(0.8%)在党卫军培养液和Geobacteraceae(3%)和Syntrophaceae(3%)在游戏内培养液(数字1(一)和1 (b))。

门壁厚菌门(34% (SS)和13%(游戏))是由梭状芽胞杆菌和细菌培养液(数据类1(一)和1 (b))。最丰富的成员门拟杆菌(18%)确定为Prevotellaceae(8%)和类杆菌(5%)在党卫军培养液(图1(一))。尽管在游戏内拟杆菌剂含量低(5%),细菌的多样性的家庭相似的党卫军培养液(图1 (b))。另一方面,游戏内培养液被Chloroflexi丰富(8%),与占主导地位的成员Anaerolineaceae(3%)和绿屈挠菌科(3%)(数据1(一)和1 (b))。相对丰富的放线菌(放线菌目)被发现在两种培养液(数字1(一)和1 (b))。蓝藻(Chroococcales)丰度< 0.5%是党卫军培养液中发现,2%的被确定在游戏内培养液(数字1(一)和1 (b))。

门古生菌更丰富的游戏内培养液(9%)相比,党卫军培养液(2%)(数据1(一)和1 (b))。分析两种培养液表明Euryarchaeota Methanosarcinales(1%)和Crenarchaeota (Desulfurococcales))在培养液(代表人物1(一)和1 (b))。因此,详细分析了两种类型的培养液在mfc电池研究电致微生物群落的形成有效的治疗,使下降的能力。

3.2.2。猪废水

西南的微生物群落分析表明,拟杆菌(36%)、厚壁菌门(32%)、变形菌门(25%)、细菌和放线菌(3%)和24类相对丰度> 1%(图1 (c))。变形菌门是由Gammaproteobacteria(19%)(主要是肠杆菌科(10%),Epsilonproteobacteria (2%) (Campylobacteraceae (1%), Deltaproteobacteria (1%) (Desulfovibrionaceae(0.4%),和Alphaproteobacteria (0.9%) (Rhizobiales(0.4%)(图1 (c))。门的厚壁菌门和拟杆菌门SW微生物群落的分布主要类似于SS培养液(数据成员1(一)- - - - - -1 (c))。古细菌社区代表检测细菌总数的0.5%是由类Methanomicrobia的产甲烷菌和甲烷菌(图1 (c))。

3.2.3。MFC阳极微生物群落

阳极的微生物多样性社区SS-MFCs之间的相似和IGBS-MFCs在属的水平(图2)。Deltaproteobacteria达到总数的24%和31%的阳极微生物种群SS-MFCs IGBS-MFCs,分别为(数字2 (c)和2 (d))。在Deltaproteobacteria类,核废料旁边(14%和20%)被确认为最高度丰富的属MFC阳极。

Gammaproteobacteria,常见的接种物(7%的学生和8%的游戏)和SW(30%),显著减少代表在mfc电池的阳极(数字2 (c)和2 (d))。特定的下降Moraxellaceae的肠杆菌科导致更高的相对水平(不动杆菌),假单胞菌科(假单胞菌),和Xanthomonadaceae(黄)在阳极社区Gammaproteobacteria SS-MFCs和假单胞菌科(假单胞菌)和Xanthomonadaceae(黄)在阳极社区IGBS-MFCs(数据2 (c)和2 (d))。已知电致细菌Shewanella (Shewanellaceae)mfc电池的阳极上被发现(数据吗2 (c)和2 (d))。

门壁厚菌门(梭状芽胞杆菌和细菌)只占总数的13%和9%的微生物种群在SS-MFC和IGBS-MFC阳极社区,接种物和SW(数据相比较少2 (c)和2 (d))。轻微增加拟杆菌门成员(细菌性的和Flavobacteriales)的比例(19%)观察到的SS-MFC阳极社区培养液(数据比较2 (c)和2 (d))。门成员Chloroflexi (Roseiflexus和Anaerolinea)丰富SS-MFC阳极微生物群落的人口,而IGBS-MFC Chloroflexi少(图2)。轻微的浓缩的兼性异养蓝藻菌属(蓝杆菌、聚球藻属、和念珠藻属)在阳极的mfc电池检测(数字2 (c)和2 (d))。

古生菌的数量显著增加阳极的只有SS-MFCs(6%)相比,党卫军培养液(2%)和SW(0.5%)(数据2 (c)和2 (d))。最丰富的古菌属甲烷八叠球菌属SS-MFCs和阳极Methanothermobacter在阳极IGBS-MFCs(数字2 (c)和2 (d))。

3.2.4。MFC浮游微生物群落

SS-MFC浮游社区的分析显示,门拟杆菌(30%)、厚壁菌门(25%)、变形菌门(22%),放线菌(3%),和古菌(7%)高度丰富(图2(一个))。的主要Gammaproteobacteria培养液和西南转向Deltaproteobacteria MFC浮游微生物群落(数字1(一)- - - - - -1 (c)和2(一个))。门成员古生菌在浮游种群丰富类似于MFC阳极表面(人口数据2(一个)和2 (b))。的浮游社区IGBS-MFCs类似于阳极微生物群落(数据2 (b)- - - - - -2 (d))。占主导地位的门变形菌门(49%)、厚壁菌门(12%)、拟杆菌(12%)、Chloroflexi(4%)、古菌(10%),放线菌(2%)被发现在游戏内的浮游社区——mfc电池(图2)。

3.2.5。相似,Phylogeny-Based MFC微生物群落分析

之间的关系来确定MFC阳极和浮游微生物群落,猪废水,和接种物,一个二维的祝圣礼情节基于分类创建(图3)。统计上显著的差异观察整个西南和mfc电池的阳极和浮游社区。

可以看到每个样本类型形成一个单独的集群IGBS-MFC阳极和浮游社区重叠和SS-MFC阳极和浮游社区附近。SS和游戏内培养液社区彼此分离。因此,阳极和浮游社区IGBS-MFCs SS-MFCs集群相互接近,而西南样品没有(图3)。

热图的占主导地位的细菌属基础上创建一个层次聚类分析来确认MFC阳极之间的相似性和差异和浮游微生物群落,猪废水,并接种物(图3)。浮游MFC社区培养液社区有很高的相似性。这些planktonic-inoculum集群形成第二个集群。MFC阳极社区形成自己独特的集群包含核废料旁边著名的电致细菌属spp。。西南社区不同于所有微生物群落,形成一个单独的集群(图3)。集群基于占主导地位的细菌属的微生物群落表明MFC开发的电致社区接种物。

3.2.6。MFC阳极微生物群落的优势微生物物种多样性

详细分析了五个丰富的变形菌门属丰富mfc电池的阳极。属核废料旁边是由八个主要和三个小的物种在MFC阳极社区(图4)。非常丰富的Pelobacter属(Pelobacter propionicus, Pelobacter carbinolicus)被发现在两个阳极社区mfc电池(图4)。属内的多样性脱磷孤菌属是重要的(图4)。Gammaproteobacteria是由六个主要细菌属的阳极社区SS-MFCs IGBS-MFCs。的不动杆菌属是由四个丰富的物种在mfc电池的阳极微生物群落。的多样性假单胞菌成员与mfc电池阳极是巨大的。在他们中间荧光假单胞菌和铜绿假单胞菌是最丰富的物种的生物膜阳极IGBS-MFCs SS-MFCs,分别。的固氮菌属主要是固氮菌vinelandii在mfc电池的阳极。6丰富的物种、黄属(主要黄定)被确定在mfc电池的阳极生物膜。20个不同的成员Shewanella属在mfc电池阳极生物膜和被发现Shewanella baltica是最丰富的硬币。的一个成员Methylobacter属(Methylobacter tundripaludum)丰富了阳极的mfc电池(图4)。

厚壁菌门,超过50种的属梭状芽胞杆菌从MFC阳极被确定,包括31个丰富的物种(占主导地位thermocellum梭状芽胞杆菌9)和相对丰富的物种。黄杆菌属johnsoniae和黄杆菌属psychrophilum、脆弱拟杆菌、和Parabacteroides distasonis是三个拟杆菌门中占主导地位的细菌物种mfc电池的阳极社区。Acetoclastic产甲烷菌(甲烷八叠球菌属巴氏细菌和Methanothermobacter thermautotrophicus)属于古生菌的领域被确定在MFC阳极和浮游种群(图4)。

4所示。讨论

本研究证明了SW的组成和系统发育分布,接种物,阳极,浮游微生物群落在党卫军,IGBS-inoculated mfc电池。结果显示微不足道的差异细菌微生物群落的mfc电池之间的丰富性和多样性,而西南显著不同。

4.1。mfc电池SW的治疗效率

治疗SW使用mfc电池接种两种不同培养液取得了实质性COD的去除率。先前的研究发现,工作容积的一院制MFC 28毫升只有27%的鳕鱼在西南高初始COD 8320毫克L⁻¹44小时后(Min et al ., 2005),而我们发现76.4%和65.7%去除鳕鱼从西南SS-MFCs IGBS-MFCs,分别后48 h(数据未显示)。mfc电池的平均电流密度(图1、表1)范围内的其他报道wastewater-fed MFC系统(5]。与其他报道一致(13,14),外部阻力的差异在我们测试范围(10 - 1000)没有明显改变mfc电池的性能(数据没有显示)。

猪废水的特点是高含量的浓度虽然在原始猪废水初始浓度不同农场可以大幅改变。我们的研究结果是一致的与他人证明MFC治疗SW基本上消除了vfa,这在很大程度上是负责西南气味(4]。重要的是,西南饲料在我们的实验中高出大约5倍的力量和荷尔蒙替代疗法是利用不到五倍荣格et al。4]然而,mfc电池仍然在移除vfa表现良好。

总之,使用不锈钢作为阳极剂导致治疗mfc电池的性能优越的67 d课程实验相比,游戏内培养液。这可能表明一个更一般的趋势preadapted接种物进行更好的降解底物(15]。

4.2。的微生物产生电的mfc电池的阳极生物膜和浮游种群

我们使用了宏基因组分析探索整个分类学多样性的SS和游戏内培养液,西南,阳极和浮游微生物群落的mfc电池。变形菌门(主要是Deltaproteobacteria)成为主要的门在mfc电池阳极的社区,而厚壁菌门和拟杆菌门下降。的浮游社区IGBS-MFCs显示明显的相对丰度的变化,变得更加类似于阳极社区。相比之下,浮游的社区SS-MFCs SW和阳极社区之间的中间。一项研究的酒厂wastewater-treating半工业规模MFC接种游戏内显示,占主导地位的阳极门(变形菌门,拟杆菌门和厚壁菌门)相似的游戏内培养液(16]。

之前的研究表明,西南可以作为一个合适的培养液对电力生产使用mfc电池,杰出的室和阴极类型(4,17]。阳极的微生物群落的分析SS-MFCs主要表明,优势种属于三大类群变形菌门,拟杆菌门和厚壁菌门9,12]。宏基因组分析的结果在我们的研究结果有很好的一致性在文献[9,12]。

主导阳极细菌物种的详细分析SW-treating mfc电池显示高多样性Deltaproteobacteria的成员,Gammaproteobacteria,厚壁菌门拟杆菌属,和古生菌。在所有Deltaproteobacteria核废料旁边,metallireducens,Pelobacter propionicus,脱磷孤菌属寻常的,Syntrophobacter fumaroxidans,和先天病aciditrophicus被发现是最丰富的mfc电池的阳极微生物群落。著名的电致核废料旁边sulfurreducens,主要在MFC微生物生物膜,通过膜c -型细胞色素产生电流(omcZ)和分泌的pili编码pilA基因(3,18,19]。相比之下,anoditrophilic铁(III)减少Pelobacter carbinolicus特点是nonelectrogenic共生细菌只负责将基板使用的醋酸和氢g . sulfurreducens(3,20.]。细胞色素本地化的外层细胞膜上脱磷孤菌属desulfuricans导致发电MFC中的电子转移(21]。

成员Deltaproteobacteria VFA退化。我们的数据表明相对丰富的Syntrophobacter fumaroxidans和先天病aciditrophicusMFC阳极,这可能帮助新陈代谢丙和丁酸在西南。纯培养实验核废料旁边物种从猪废物分离研究生物降解的能力个人和混合物的浓度(22]。结果表明,g . metallireducens g . humireducens和g . grbiciaevfa消费,刺激vfa氧化取决于铁(III)的可用性。

这项研究表明鲍曼不动杆菌和荧光假单胞菌属于Gammaproteobacteria是流行在mfc电池的阳极社区成员。Gammaproteobacteria拥有不同的代谢能力参与分解不同的底物和可溶性redox-active化合物的生产,导致目前在mfc电池(3,23,24]。不动杆菌微生物群落的物种支配mfc电池用可发酵基质可以发电(25]。的生产菌毛例如结构编码的csuC和csuE基因在答:baumannii影响不同的非生物表面的殖民化26]。我们发现相当数量的假单胞菌物种在mfc电池类型。的能力假单胞菌消费各种碳源。此外,分泌的可溶性电化学氧化还原介质参与电力生产在mfc电池已被观察到23,27]。因此,占主导地位的荧光假单胞菌可能是负责西南的COD去除率和氧化还原介质的排泄有助于观察mfc电池的发电。

的丰度相对较高Shewanella baltica在阳极微生物群落提供了证据的重要性鳕鱼转换成电能。先前的研究已经表明,电致Shewanella物种转移电子的阳极mfc电池通过纳米线或排泄redox-active第二代谢物(28,29日]。

我们的研究表明细菌相关类群的相对多度厚壁菌门和拟杆菌门。众所周知,梭状芽胞杆菌物种参与发酵过程和转化有机底物的浓度和氢和土著微生物群猪的胃肠道和肥料12]。拟杆菌被广泛公认为肠道微生物区系与发酵的碳水化合物利用含氮化合物、以及气味生产(30.]。我们发现剩余的占主导地位的细菌,黄杆菌属johnsoniae和脆弱拟杆菌,变得更加丰富的浮游种群mfc电池。

16 s rRNA SW-treating MFC微生物群落的序列分析表明,两个壁厚菌门的成员,一个革兰氏阳性Turicibactersp.和Sedimentibacterspp。,主要属阳极的MFC拥有一个最大功率点跟踪系统(9]。早期的研究表明减少vfa水平取决于季节性转移拟杆菌门成员在一个厌氧泻湖用于猪废物处理(12]。

在我们的研究中,两个古菌的物种m·巴氏细菌和m . thermautotrophicus增加的细菌社区SS-MFCs IGBS-MFCs,分别。Rotaru等人建立的acetoclastic产烷生物m·巴氏细菌与电致细菌g . metallireducens参与直接种间电子转移(饮食)31日]。我们发现一个潜在的DIET-type细菌之间的联系m·巴氏细菌和g . metallireducens阳极微生物群落的SS-MFCs;之间可能存在的相关性m . thermautotrophicus和g . metallireducensIGBS-MFCs阳极微生物群落中被发现。

综上所述,基于相似性分析微生物群落的多样性和系统支持一个模型,从他们的接种物mfc电池电致生物膜的发展。

5。结论

这项研究表明接种体来源的重要性在电致趋向下降的活动和终极微生物群落组成SW-treating mfc电池。MFC SW的治疗可能是一个更环保的选择积极高昂的有氧治疗或有气味的space-demanding泻湖。尤其是学生的综合分析和IGBS-MFCs SW透露,电力生产的MFC对保持相对稳定;然而,当前SS-MFCs密度( 马米⁻²169)是高。MFC对显示氨去除。在所有vfa丙和乙酸酸被发现为主导。微不足道的浓度的吲哚被检测到。芳香族化合物p-cresol和苯酚也不见了。分析微生物群落的MFC电池显示,MFC阳极社区形成自己独特的集群包含核废料旁边spp,由八个主要和三个小的物种在MFC阳极社区。集群基于占主导地位的细菌属的微生物群落表明MFC开发的电致社区接种物。光谱的细菌明显丰富属为主的社会Syntrophobacter Pelobacter,假单胞菌、Arcobacter先天病,拟杆菌属、梭状芽孢杆菌和两个acetoclastic产甲烷菌(甲烷八叠球菌属和Methanothermobacter)。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

资金是由冲绳科技研究所提供。即诉Khilyas博士是由俄罗斯政府支持项目竞争喀山联邦大学的增长和RFBR批准号16-34-60200。作者感谢Alejandro Villar-Briones博士(生物资源部分,研究支持部门冲绳科技研究所研究生院)进行GC分析vfa, OIST DNA测序部分测序支持,佐佐木博士Toshio进行SEM,冲绳县畜牧业和草原研究中心(OPLGRC) Nakijin,提供猪废水。

补充材料

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