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Crab shell amendments enhance the abundance and diversity of key microbial groups in sulfate-reducing columns treating acid mine drainage.
Applied Microbiology and Biotechnology ( IF 5 ) Pub Date : 2020-08-21 , DOI: 10.1007/s00253-020-10833-3
Yishan Lin 1, 2 , Caroline E Newcombe 1, 3 , Rachel A Brennan 1
Affiliation  

Substrate amendments composed of crab shell (CS) waste materials have been shown to significantly improve the longevity and performance of acid mine drainage (AMD) treatment systems containing spent mushroom compost (SMC), yet the development of key microbial populations within these systems has not been investigated. To better understand the effects of CS on microbial dynamics in these systems, clone libraries and real-time quantitative PCR (qPCR) were performed on materials from a laboratory-scale AMD treatment system containing SMC and 0 to 100% CS substrate after receiving a continuous flow of AMD for 148 days (428 pore volumes). The proportion of CS in the substrate positively correlated with the diversity of sulfate-reducing bacteria (SRB) and archaeal clones, but negatively correlated with fungal diversity. CS also impacted microbial community structure, as revealed in Unifrac significance and principal coordinate analysis tests. The column containing 100% CS substrate supported 7 different genera of SRB—the most ever observed in an AMD treatment system. Moreover, the copy numbers of functional genes representing fermenters, sulfate reducers, and chitin degraders increased with increasing proportions of CS. These observations agree well with the chemical performance data, further validating that by supporting more abundant key microbial groups, chitinous substrates may provide benefits for improving both the longevity and performance of AMD treatment systems, and may provide similar benefits for the treatment of other environmental contaminants that are amenable to anaerobic bioremediation.

Key points

• Crab shell improves the longevity and performance of acid mine drainage treatment.

• The diversity of sulfate-reducing bacteria is enhanced with crab shell amendments.

• Crab shell supports more abundant key microbial groups than spent mushroom compost.



中文翻译:

蟹壳改良剂可增强处理酸性矿山排水的硫酸盐还原柱中关键微生物基团的丰度和多样性。

研究表明,由蟹壳(CS)废料组成的底物改良剂可以显着提高含废蘑菇堆肥(SMC)的酸性矿山排水(AMD)处理系统的寿命和性能,但是这些系统中关键微生物种群的发展尚未实现被调查。为了更好地了解CS对这些系统中微生物动力学的影响,在连续接收连续样品后,对实验室规模的AMD处理系统中包含SMC和0至100%CS底物的材料进行了克隆文库和实时定量PCR(qPCR) AMD持续148天(428孔体积)。底物中CS的比例与硫酸盐还原细菌(SRB)和古细菌克隆的多样性正相关,而与真菌多样性负相关。如Unifrac意义和主坐标分析测试所示,CS还影响了微生物群落结构。包含100%CS底物的色谱柱支持7种不同的SRB属-这是AMD处理系统中观察到的最多的一类。此外,代表发酵罐,硫酸盐还原剂和几丁质降解剂的功能基因的拷贝数随CS比例的增加而增加。这些观察结果与化学性能数据非常吻合,进一步验证了通过支持更丰富的关键微生物基团,几丁质底物可以为改善AMD处理系统的寿命和性能提供好处,并且可以为处理其他环境污染物提供类似的好处。适于厌氧生物修复。如Unifrac意义和主坐标分析测试中所揭示。包含100%CS底物的色谱柱支持7种不同类型的SRB,这是AMD处理系统中观察到最多的一种。此外,代表发酵罐,硫酸盐还原剂和几丁质降解剂的功能基因的拷贝数随着CS比例的增加而增加。这些观察结果与化学性能数据非常吻合,进一步验证了通过支持更丰富的关键微生物基团,几丁质底物可以为改善AMD处理系统的寿命和性能提供好处,并且可以为处理其他环境污染物提供类似的好处。适于厌氧生物修复。如Unifrac意义和主坐标分析测试中所揭示。包含100%CS底物的色谱柱支持7种不同的SRB属-这是AMD处理系统中观察到的最多的一类。此外,代表发酵罐,硫酸盐还原剂和几丁质降解剂的功能基因的拷贝数随CS比例的增加而增加。这些观察结果与化学性能数据非常吻合,进一步验证了通过支持更丰富的关键微生物基团,几丁质底物可以为改善AMD处理系统的寿命和性能提供好处,并且可以为处理其他环境污染物提供类似的好处。适于厌氧生物修复。包含100%CS底物的色谱柱支持7种不同类型的SRB,这是AMD处理系统中观察到最多的一种。此外,代表发酵罐,硫酸盐还原剂和几丁质降解剂的功能基因的拷贝数随CS比例的增加而增加。这些观察结果与化学性能数据非常吻合,进一步验证了通过支持更丰富的关键微生物基团,几丁质底物可以为改善AMD处理系统的寿命和性能提供好处,并且可以为处理其他环境污染物提供类似的好处。适于厌氧生物修复。包含100%CS底物的色谱柱支持7种不同的SRB属-这是AMD处理系统中观察到的最多的一类。此外,代表发酵罐,硫酸盐还原剂和几丁质降解剂的功能基因的拷贝数随CS比例的增加而增加。这些观察结果与化学性能数据非常吻合,进一步验证了通过支持更丰富的关键微生物基团,几丁质底物可以为改善AMD处理系统的寿命和性能提供好处,并且可以为处理其他环境污染物提供类似的好处。适于厌氧生物修复。几丁质降解剂随CS含量的增加而增加。这些观察结果与化学性能数据非常吻合,进一步验证了通过支持更丰富的关键微生物基团,几丁质底物可以为改善AMD处理系统的寿命和性能提供好处,并且可以为处理其他环境污染物提供类似的好处。适于厌氧生物修复。几丁质降解剂随CS含量的增加而增加。这些观察结果与化学性能数据非常吻合,进一步验证了通过支持更丰富的关键微生物基团,几丁质底物可以为改善AMD处理系统的寿命和性能提供好处,并且可以为处理其他环境污染物提供类似的好处。适于厌氧生物修复。

关键点

•蟹壳提高了酸性矿山排水处理的寿命和性能。

•蟹壳改良剂可增强减少硫酸盐细菌的多样性。

•与用过的蘑菇堆肥相比,蟹壳支持更多的关键微生物群。

更新日期:2020-09-05
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