烷烴的厭氧生物降解對于石油工業(yè)的研究具有重要意義。該過程的研究對于理解深層地下油藏中石油的生物降解,以及油污染環(huán)境的生物修復(fù)具有重要價值。在過去的二十年間,烷烴厭氧降解微生物以及生化途徑的研究已有一定進展。在厭氧條件下,烷烴可用作唯一的碳源和能源被不同類型的微生物利用。 本文以高溫油藏產(chǎn)出液為接種物采用富集培養(yǎng)的方法構(gòu)建石油烴厭氧降解產(chǎn)甲烷體系。經(jīng)過528天的馴化,體系中產(chǎn)出400μmol甲烷,占預(yù)測總產(chǎn)量的19.8%；16S rRNA基因克隆文庫分析表明,體系中細菌主要屬于厚壁菌門(Fimicutes)中的Coprothermobacter類型,同時還存在Thermotoga, Thermodesulfovibrio (Nitrospira), Actinobacteria, Candidate Division OP8以及具有共生產(chǎn)乙酸能力的Moorella thermoacetica類型的細菌；體系中的古菌主要是CO2還原型的產(chǎn)甲烷菌以及具有硫酸鹽還原能力的Archaeoglobus sp類型的古細菌：對體系中的中間代謝產(chǎn)物分析表明,氣體中偶爾檢測到低濃度的氫氣,揮發(fā)性脂肪酸中檢測到甲酸和乙酸；此外,編碼烷基琥珀酸鹽合成酶的功能基因(assA)首次在高溫條件下烷烴厭氧降解產(chǎn)甲烷樣品中檢測到。未添加烷烴的平行樣品在經(jīng)過528天的培養(yǎng)之后作為接種物,以原油為唯一碳源和能源,構(gòu)建石油烴厭氧降解產(chǎn)甲烷體系,經(jīng)過45天的延滯期后,轉(zhuǎn)接添加原油的體系中開始產(chǎn)生甲烷,550天后甲烷的產(chǎn)量達到135.30μmol,是消耗石油烴(C9-C33)理論甲烷產(chǎn)量的14.6%,相反,在未添加原油的背景對照體系中未見有甲烷產(chǎn)生,表明在經(jīng)過前一階段528天的厭氧培養(yǎng)后,體系中不存在可被微生物厭氧轉(zhuǎn)化為甲烷的碳源；此外在體系中還檢測到低濃度的氫氣、甲酸、乙酸和丁酸等類型的中間代謝產(chǎn)物,16S rRNA基因克隆文庫分析表明,體系中的細菌主要是Chloroflexi, Thermotoga, Actinobacteria, Nitrospira和Firmicutes;古菌主要是嗜熱的氫營養(yǎng)型的產(chǎn)甲烷菌Methanothermobacter spp和硫酸鹽還原古細菌Archaeoglobus,以上結(jié)果表明石油烴可能被降解成乙酸,乙酸進一步共生氧化成氫氣和二氧化碳后被轉(zhuǎn)化成甲烷。 本研究對象為高溫油藏產(chǎn)出液及高溫石油烴降解產(chǎn)甲烷體系,為認識高溫油藏中的石油烴厭氧轉(zhuǎn)化提供了理論基礎(chǔ),此外功能基因的研究結(jié)果豐富了厭氧烴降解功能基因的數(shù)據(jù)庫,進一步拓展了分子標(biāo)記物在油藏及油污染環(huán)境的應(yīng)用。
【學(xué)位單位】：華東理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2012
【中圖分類】：X741
【文章目錄】：
Abstract
摘要
Chapter 1 General Introduction
    1.1 Fundamental reasons for studying oil hydrocarbon-associated microbial communities
    1.2 Anaerobic Degradation of Petroleum Hydrocarbons
        1.2.1 Aromatic Hydrocarbons
        1.2.2 Saturated hydrocarbons
        1.2.3 Microbial communities involved in anaerobic degradation of alkanes
        1.2.4 Biochemical activation strategies for anaerobic degradation of alkanes
    1.3 Summary
    1.4 Summary of experimental approach
Chapter 2 Limited diversity of anaerobes in production water from a hightemperature petroleum reservoir
    2.1 Site and sampling
    2.2 Materials and Methods
        2.2.1 Equipments
        2.2.2 Reagents and culture media used for molecular cloning
        2.2.3 Chemical analyses
        2.2.4 Nucleic acid extraction
        2.2.5 PCR amplifications 16S rRNA genes
        2.2.6 PCR amplification of bssA and bamA gene fragments
        2.2.7 Construction of clones libraries
        2.2.8 Sequencing and phylogenetic analysis
    2.3 Results and Discussion
        2.3.1 Physicochemical characteristics of the production water from Well 3-18-35
        2.3.2 Phylogenetic analyses of microbial assemblage in the production water
    2.4 Summary
Chapter 3 Methanogenic alkane-dependent microbial community derived fromproduction water of high temperature petroleum reservoir
    3.1 Site and sampling
    3.2 Materials and Methods
        3.2.1 Preparation of enrichment cultures
        3.2.2 Chemical analyses
        3.2.3 Nucleic acid extraction
        3.2.4 PCR amplifications 16S rRNA genes
        3.2.5 PCR amplification of alkylsuccinate synthase α-subunit （assA） and methyl-coenzymeM reductase subunit A （mcrA） genes fragments
        3.2.6 Construction of clones libraries
        3.2.7 Sequencing and phylogenetic analysis
    3.3 Results and Discussion
        3.3.1 Physicochemical characteristics of the production water from SL34
        3.3.2 Alkane-dependent methanogenesis in thermophilic enrichment cultures
        3.3.3 Microbial community composition of the thermophilic n-alkane-dependentmethanogenic cultures
    3.4 Summary
Chapter 4 Anaerobic degradation of crude oil by a thermophilic methanogenicconsortium
    4.1 Materials and methods
        4.1.1 Transfer of primary enrichment and preparation of methanogenic oil-degradingcultures
        4.1.2 Crude oil and metabolites analyses
        4.1.3 Nucleic acid extraction
        4.1.4 PCR amplifications of bacterial and archaeal 16S rRNA genes
        4.1.5 Construction of clones' libraries
        4.1.6 Sequencing and phylogenetic analysis
    4.2 Results and Discussion
        4.2.1 Crude oil degradation and methane formation in thermophilic enrichment cultures
        4.2.2 Analysis of volatile fatty acids （VFA） in the methanogenic enrichment cultures
        4.2.3 Microbial community composition of the oil-degrading methanogenic cultures
    4.3 Summary
Chapter 5 Bacterial diversity in methanogenic alkane-degrading enrichmentestablished from oily sludge characterized by catabolic functional genes
    5.1 Materials and Methods
        5.1.1 Sampling site of oily sludge
        5.1.2 Preparation of enrichment cultures
        5.1.3 Nucleic acid extraction
        5.1.4 PCR amplification of functional gene fragments
        5.1.5 Sequencing and phylogenetic analysis
        5.1.6 Construction of catabolic functional genes clones libraries
    5.2 Results and Discussion
    5.3 Summary
Chapter 6 General Conclusions and Future Work
References
Acknowledgements
Publications List
Appendix

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本文編號：2875249