聚丙烯酰胺降解菌的筛选及其与蚯蚓协同作用效果研究

摘要

聚丙烯酰胺(Polyacrylamide，PAM)作为一种重要的水溶性高分子有机聚合物，由于具有独特的优异性能，其应用范围遍及水处理、农业、石油开采等各领域，并被称为“百业助剂”。但随着其应用范围和规模的增长，会导致大量的聚丙烯酰胺排放到环境中，并在环境中积累、迁移和转化，对生态环境的危害与日俱增。此外，聚丙烯酰胺在环境中会产生丙烯酰胺单体(AM)，其具有很强的毒性，对环境造成污染的同时也会对人体产生危害。因此应加强对环境中聚丙烯酰胺处理问题的重视程度，寻求有效降解聚丙烯酰胺的方法。本研究从生物降解角度，利用平板胁迫驯化法，从哈尔滨文昌污水处理厂的污泥中筛选出两株降解聚丙烯酰胺的细菌PAM1和PAM5;对其进行鉴定;并研究菌株以聚丙烯酰胺为不同营养源的利用情况、适宜其生长降解的条件，以及复合菌协同降解的适宜条件;同时，在含有聚丙烯酰胺的土壤中接种复合菌，研究其与蚯蚓协同降解聚丙烯酰胺的效果。为降解聚丙烯酰胺提供菌源，探究微生物与蚯蚓协同修复聚丙烯酰胺污染土壤的可行性。本研究得到以下结论:
　　通过观察菌落形态、菌体形态、生理生化试验及分子生物学鉴定，PAM1初步鉴定为Comamonas kerstersii.，PAM5初步鉴定为Comamonas terrigena。
　　PAM1和PAM5两株降解菌均能以聚丙烯酰胺为唯一氮源、唯一碳源以及唯一碳氮源生长，但研究表明两株菌以聚丙烯酰胺为唯一氮源生长时的降解效果最好。通过单因素变量试验方法可以确定:适宜PAM1菌株生长及降解的聚丙烯酰胺初始浓度范围为300-1100 mg/L，温度范围为25-35℃，初始pH范围为6.0-9.0。其中，最适初始浓度为700 mg/L，温度为30℃，初始pH值为7.0，接种量为5％体积比，在此条件下，PAM1对聚丙烯酰胺降解率为36.26％。适宜PAM5菌株生长及降解的聚丙烯酰胺初始浓度范围为300-1100 mg/L，温度范围为25-40℃，初始pH范围为5.0-10.0。其中，最适初始浓度为900 mg/L，温度为30℃，初始pH值为7.0，接种量为5％体积比，在此最适条件下，PAM5对聚丙烯酰胺的降解率为40.34％。
　　复合菌对聚丙烯酰胺的降解效果优于单株菌。复合菌最适聚丙烯酰胺初始浓度为900mg/L，适宜降解的初始底物浓度范围为300-1300mg/L;最适温度为30℃，较适宜菌株生长及对聚合物的降解的温度范围为20-40℃;最适的初始pH值为7.0，适宜复合菌降解的pH值范围为5.0-10.0。在最适情况下，复合菌对聚丙烯酰胺的降解率为50.54％。
　　蚯蚓与降解菌协同作用降解土壤中聚丙烯酰胺效果的影响，共设置了四个处理，分别为:不接种的对照组(CK)、接种细菌(B)、引入蚯蚓(E)以及同时接种细菌和蚯蚓(BE)，结果表明:同一聚丙烯酰胺初始浓度，培养24天后各处理对聚丙烯酰胺的降解差异显著，降解效果依次为:BE＞B＞E＞CK，说明降解菌与蚯蚓在降解聚丙烯酰胺方面存在协同作用。不同初始聚丙烯酰胺浓度情况下，CK、BE和B处理对聚丙烯酰胺的降解随着初始污染浓度的增加而降低。E处理中，聚丙烯酰胺的降解率随污染浓度的增加仅表现出轻微的波动现象。

目录

声明

摘要

1 前言

1．1 研究目的与意义

1．2 国内外研究动态

1．2．1 聚丙烯酰胺的特性与应用

1．2．2 聚丙烯酰胺对生态环境的危害

1．2．3 聚丙烯酰胺降解技术的研究

1．2．4 蚯蚓对污染土壤的强化修复潜力

1．3 研究内容与技术路线

1．3．1 研究内容

1．3．2 技术路线

2 材料与方法

2．1 试验材料

2．1．1 菌种来源

2．1．2 供试土样

2．1．3 试验培养基

2．1．4 主要仪器设备与药品

2．2 试验设计与方法

2．2．1 聚丙烯酰胺降解菌的分离筛选

2．2．2 鉴定菌种

2．2．3 聚丙烯酰胺浓度的测定

2．2．4 聚丙烯酰胺为不同营养源对降解效果的影响

2．2．5 降解菌的降解特性

2．2．6 环境因素对复合菌生长及降解的影响

2．2．7 蚯蚓对降解菌降解土壤中聚丙烯酰胺的影响

2．2．8 土壤中聚丙烯酰胺的提取方法

3 结果与分析

3．1 聚丙烯酰胺降解菌的筛选

3．2 菌种的鉴定

3．2．1 降解菌的形态特征

3．2．2 生理生化特性

3．2．3 降解菌的DNA鉴定

3．3 聚丙烯酰胺为唯一碳源、碳氮源对降解效果的影响

3．4 降解菌的生长及降解条件优化

3．4．1 降解菌的生长曲线及降解曲线

3．4．2 环境因素对降解菌的生长及降解的影响

3．4．3 环境因素对复合菌生长及降解的影响

3．5 蚯蚓对降解菌降解土壤中聚丙烯酰胺效果的影响

3．5．1 相同聚丙烯酰胺污染浓度下蚯蚓与细菌对其降解的动态影响

3．5．2 不同聚丙烯酰胺污染浓度下蚯蚓与细菌对其降解的影响

4 讨论

4．1 聚丙烯酰胺降解菌的筛选

4．2 环境条件的变化对聚丙烯酰胺降解的影响

4．3 蚯蚓对降解菌降解土壤中聚丙烯酰胺效果的影响

5 结论

致谢

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表的学术论文