在废水生物处理系统中,污染物的去除主要是由其中的微生物群落完成的,微生物群落的结构和功能往往决定了整个装置的性能。Thauera属细菌就是一类广泛存在于各种类型的废水处理装置中并具有多种芳香族污染物降解能力的重要功能类群,深入研究其种群组成与降解功能,具有重要的理论意义和应用价值。由于分离比较困难、缺少专一性的分子检测方法,人们对于废水处理系统中Thauera属种群的结构与功能的了解还非常有限。为此,本论文建立了Thauera特异性、嵌套式PCR-DGGE (denaturing gradient gel electrophoresis)的方法用于环境样品中Thauera种群结构的研究。对一个来自废水处理系统的生物膜样品以Thauera特异性PCR扩增产物建立了克隆文库,所有测序的克隆(91个)都属于Thauera属,说明该PCR方法具有很高特异性。为了快速简便的比较不同样品中Thauera的结构,以特异性PCR扩增产物为模板进行16S rRNA基因V3区嵌套式扩增后用于DGGE分析,建立了Thauera特异性PCR-DGGE方法。13个带有不同V3序列的克隆在DGGE上形成了10条条带,说明该方法具有较高的分辨率,可以用于检测样品中的Thauera属的组成。在一个大型焦化废水处理装置由于回流泵机械故障而导致化学需氧量(COD)去除率逐渐降低时,我们使用建立的特异性PCR-DGGE方法对系统中Thauera的结构变化进行了追踪监测。对DGGE指纹图谱进行主成份分析(PCA)后,发现当系统COD的去除率从前4周的84.1±2.7%降到第5和第6周的低于75%时,Thauera种群结构呈现出相应的时间演替轨迹,表明Thauera种群结构的变化与系统COD去除功能的波动密切相关。为了分离焦化废水处理系统中常规方法难以分离的Thauera细菌,我们设计了一套以Thauera特异性16S rRNA基因为靶向的分离方法。根据已知Thauera的代谢特性及目标菌的生活环境,设计了6种培养基,并使用Thauera特异性PCR-DGGE方法对焦化废水处理装置反硝化池样品在不同培养条件下获得的Thauera多样性进行了分析。选取多样性较高的培养基1/10 NB与MMQ在好氧条件下进行分离培养。以Thauera特异性PCR方法筛选阳性菌落,并用DGGE方法检验菌落的纯度。将含有Thauera的混合菌落在不同的选择性培养基上多次划线,使用特异性PCR及DGGE方法追踪含有Thauera的菌落并分析其纯度,最终从反硝化池样品中纯化获得了3株Thauera菌株(Q4、3-35和Q20-C)。这种以特异性分子标记为靶向分离培养细菌的方法,提高了细菌筛选的灵敏度,可协助分离常规方法难以分离的细菌。随后,对这3株Thauera菌株的基因及其污染物降解能力进行了比较分析。测序结果表明这3株Thauera细菌具有相同的16S rRNA基因,但是它们的ERIC-PCR基因组指纹图谱却存在显著差异(相似性<65%)。使用气相色谱-质谱(GC/MS)联用技术对这3株菌的污染物降解能力进行了测定。好氧条件下,它们能降解焦化废水中除喹啉外的所有主要有机污染物(苯酚、甲酚、二甲酚及吲哚等),但苯酚降解速度却各不相同(Q4>3-35> Q20-C)。在已知的8个Thauera种中,只有T. phenylacetia能在好氧条件下降解其中的一种污染物(苯酚)。虽然Q20-C含有亚硝酸盐还原酶基因(nirS),但这3株菌都没有显现出反硝化能力,而已知的Thauera细菌则都是反硝化菌。以上结果表明,这3个从焦化废水处理装置中分离到的细菌可能代表了一种新的Thauera类型,具有广泛的芳香族污染物降解能力。为了了解Thauera属细菌在废水处理脱氮过程中的作用,我们研究了8个不同来源的Thauera菌株(T. aminoaromatica、T. linaloolentis、T. phenylacetica、T. terpenica、Thauera sp. DNT-1、Thauera sp. 27、Thauera sp. 28及Thauera sp. 63)的反硝化功能及基因。反硝化过程中,所有Thauera均只产生少量的NO(<50 nmol/flask;< 32.9 nM in liquid)。除T. phenylacetica外,其余Thauera菌株都可将硝态氮彻底转化为氮气。PCR分析后发现T. phenylacetica缺失了N2O还原酶(nos)基因,使它的反硝化终产物为N2O。对T. aminoaromatica在不同pH、O2及NOx条件下的反硝化过程进行分析后发现,在pH7-9范围内,随着pH的升高,积累的中间产物(NO和N2O)会减少。相比于NO3-,以NO2-作为电子受体,不仅使得积累的N2O量显著升高(6-40倍),还使其开始反硝化的O2浓度从<0.8μM提高到了>4μM。这说明NO2-能诱导T. aminoaromatica反硝化基因的表达。在反硝化进行时,只有N2O还原酶的活性会被O2立刻抑制,而其他反硝化酶的活性基本不受的影响。这进一步阐明了氧气调控反硝化过程的机制。本论文建立了废水处理系统中重要功能类群Thauera属种群结构的专一性检测方法,并在该方法的协助下从废水处理系统中分离到了常规方法难以分离的Thauera菌株;揭示了Thauera属细菌在废水处理系统的有毒有机污染物降解及脱氮过程中的作用,并阐述了不同环境条件对Thauera反硝化功能的影响,为维持及强化废水处理装置的功能提供了菌种资源和理论依据。