以階層寡核甘酸引子延伸(HOPE)技術揭露自營除氮系統中關鍵菌群動態

Abstract

具有低成本與低能耗優勢的自營除氮程序被認為是符合永續發展的廢水除氮技術之一。自營除氮程序需要數種微生物彼此合作執行除氮的生態?能，氨氧化菌、厭氧氨氧化菌以及亞硝氧化菌三類自營除氮菌群豐富度決定反應系統除氮?能的表現，因此維持這三類自營除氮菌群在穩定且適當比例是長期操作自營除氮系統很重要的關鍵。本研究建立一套針對自營除氮菌群的階層寡核?酸引子延伸法(ANR-HOPE)，共能偵測20個不同分類階層的自營除氮菌群；並以ANR-HOPE探討長期操作在低溶氧狀態下(DO <0 3 mg/L)，自營除氮生物反應槽中關鍵菌群動態變化。ANR-HOPE分析結果顯示優勢的氨氧化菌為Nitrosomonas CB子群。優勢的亞硝氧化菌為Nitrospira屬，有三類Nitrospira子群動態變化著。在氨氮負荷提升過程，優勢的厭氧氨氧化菌由Ca Jettenia轉變為Ca Brocadia。以Redundancy analysis探討各菌群變動與環境因子的關聯，發現溶氧與氮負荷是最重要的環境因子，氨氧化菌與厭氧氨氧化菌的生長互為正相關，但是與亞硝氧化菌呈現負相關。進一步探討不同菌種組成與水質的關係發現，當Nitrospria子群I為優勢時比硝酸生產速率(14 3 μg NO3--N/Nitrospira 16S copies/day)高於Nitrospira 子群II優勢時(2 4 μg NO3--N/Nitrospira 16S copies/day)。此結果顯示當Nitrospria以II為主時，能夠以產生較少亞硝酸的方式生長。本研究成果展示ANR-HOPE可以有效的監測自營除氮反應槽關鍵菌群在不同分類階層的動態變化，顯示ANR-HOPE是一項可以應用於研究自營除氮菌群生態的分析技術。另一方面，耗時短、分析通量高的ANR-HOPE法也很適合於監測生物反應槽系統中關鍵菌群，增進自營除氮系統的管理效率。

Date of Award	2018 Aug 29
Original language	Chinese
Supervisor	Jer-Horng Wu (Supervisor)