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研究速递| 污水管网中硫化氢与甲烷的微生态系统复合代谢机制
发布者: 金鹏康 | 2022-12-09 | 808

近日,团队在污水管网污染物转化与调控研究方面取得新进展,相关成果“Metagenomics analysis of ecosystem integrating methane and sulfide generation in urban sewer systems”发表于环境领域著名期刊Journal of Cleaner Production(IF= 11.072)。博士后石烜为论文第一作者,金鹏康教授为论文通讯作者。

“污水管网污染物转化与调控”是污水处理与资源化创新团队、水循环与碳中和技术研究院的重点研究方向之一。在中共中央、国务院发布的《关于深入打好污染防治攻坚战的意见》中,明确提出了加快补齐城镇污水收集和处理设施短板,以期尽快实现强化污水管网污染物溯源整治的要求。在此背景下,探究污水管网中多元污染物的转移转化机制,为污染物的科学调控提供理论依据,也具有了更鲜明的时代意义。

污水管网中硫化氢与甲烷的微生态系统复合代谢机制

题目:Metagenomics analysis of ecosystem integrating methane and sulfide generation in urban sewer systems

期刊:Journal of Cleaner Production

IF:11.072

发表时间:2022年11月

第一作者:石烜 博士后

通讯作者:金鹏康 教授

  • 创新点

探明了污水管网中硫化氢与甲烷交替生成的代谢规律;

揭示了硫化氢与甲烷代谢循环间潜在的复合代谢生物种群特性;

发现了硫化氢与甲烷生物代谢的共生与多重并联作用机制;

提出了污水管网硫化氢与甲烷生成的两种微生态复合代谢模式。

  • 图文摘要

 

  • 文章简介

在管网污水输送过程中,由于硫酸盐还原菌(Sulfate-Reducing Bacteria,SRB)与产甲烷菌(Methanogenic Archaea,MA)的旺盛增殖,导致了硫化氢(H2S)与甲烷(CH4)在管网系统中大量滋生,其带来的腐蚀性、接触毒性及易爆风险是影响管网安全稳定运行的重要隐患。针对上述问题,金鹏康教授团队对污水管网中硫化氢与甲烷的生成代谢机制进行了长期深入的研究,以期为调控上述有毒有害气体的生成,从而保障污水管网安全稳定运行提供充足的科学依据与理论支撑。

围绕污水管网中硫化氢与甲烷的微生物代谢活动,本研究利用宏基因组分箱技术(Metagenomics binning),获取了管道生物膜中18组高质量草图基因组(Draft genomes),探明了污水管网生物系统中硫化氢与甲烷生成的内在代谢机制。其中5组Bins携带有丰度显著的ackA、mcrA、mtsA、mtsB和serA基因,不同Bins分别具有甲烷生成、甲烷循环促进硫化物代谢以及硫循环生成甲烷前体物质的功能(上述代谢功能报道于课题组前期Environment International文章"Symbiosis of sulfate-reducing bacteria and methanogenic archaea in sewer systems")。虽然这5组Bins各自仅具有上述某种单一功能,但其复合形成的生物共生微系统,可显著促进管网内甲烷和硫化物的生成。此外,还有4组Bins同时具备上述三种功能,在单一Bin存在的情况下即可实现硫酸盐还原菌与产甲烷菌的多重并联代谢作用,形成了另一种甲烷和硫化物生成的微生态复合代谢模式。在共生与多重并联两种作用下,污水管网中的硫化氢与甲烷得以大量产生并释放。

图1 各代谢功能组群的基因分布规律

图2  18种Bins内部功能基因分布特性

图3 特征Bins的系统发育规律与相似度解析

原文信息

原文链接:https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2022.135372