芽孢杆菌激发作用下的烟煤生物甲烷生成潜力
郑春山1
赵呈才1
柳炳俊2
薛生2
杨洋3
周天尧3
张迅2
王俊煜2
1.安徽理工大学煤矿安全高效开采省部共建教育部重点实验室,安徽 淮南 232001;深部煤炭安全开采与环境保护全国重点实验室,安徽 淮南 2320012.安徽理工大学安全科学与工程学院,安徽 淮南 2320013.深部煤炭安全开采与环境保护全国重点实验室,安徽 淮南 232001
摘要：在煤层中添加营养物质(有机氮源为主)通常能够激发原有微生物产甲烷潜力,然而向 4种不同挥发分的烟煤(PS(潘集三矿)37.50%;ZJ(张集矿)33.02%;QN(祁南矿)25.19%;ZZ(朱庄矿)14.01%)中添加营养物质未见明显甲烷生成,故在第 30天向所有样本中各添加 1mL产气荚膜梭菌和枯草芽孢杆菌,分析了各烟煤产甲烷潜力变化规律,探究了产甲烷过程中古菌、细菌等微生物组成结构演变过程,并通过非靶向代谢组学分析,揭示了芽孢杆菌菌群作用下煤中含碳化合物降解的显著性差异代谢物变化规律.结果表明,芽孢杆菌激发作用下甲烷产量显著增加,在第 54天甲烷产量峰值为PS(145.222 μmol/g)、ZJ(127.556 μmol/g)、QN(116.314 μmol/g)、ZZ(84.105 μmol/g).自T1至T2时期(T1为仅添加营养物质培养30 d,T2为添加降解菌后培养30 d),各培养组古菌 Shannon多样性指数显著减小,产甲烷菌属 Methanosarcina(39.74%～87.48%)、Methanoculleus(0.84%～18.72%)和Methanomassiliicoccus(2.44%～12.49%)成为古菌优势菌种,含量占比大幅增加.而细菌的Shannon多样性指数显著增加(PS:由(4.17±0.19)到(7.35±0.11);ZJ:由(4.72±0.17)到(7.35±0.07);QN:由(4.48±0.21)到(6.29±0.10);ZZ:由(5.58±0.07)到(6.57±0.07).基于KEGG代谢通路及非靶向代谢组学分析,4组样本中产甲烷代谢功能基因相对丰度大幅度增加(PS:由 8.79%到 35.61%;ZJ:由 5.56%到 31.67%;QN:由 7.54%到 31.35%;ZZ:由 8.45%到 27.23%),其中氢营养型(E23.1.101、E1.2.7.12)与甲胺营养型(E2.1.1.248)相对丰度较高.差异代谢物主要包括苯环、杂环和脂肪族 3类化合物,功能菌的添加加速了这 3类化合物的降解,为产甲烷古菌类群提供可利用底物,强化了微生物对烟煤的产气能力.
关键词：降解功能菌产甲烷代谢代谢通路非靶向代谢组产甲烷潜力
分类号：X936(安全工程)
资助基金：国家重点研发计划(2023YFC3009002)国家自然科学基金(52274171)安徽省重点研究与开发计划资助项目(2022l07020020)
论文发表日期：2025-07-31
在线出版日期：2025-08-22（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：14( 3293-3306 )
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