好氧反硝化细菌的分离鉴定及反硝化特性的研究

摘要

我国目前正面临着严峻的水体污染形势，在城市和近郊的河流与湖泊中，氮素污染尤为严重。由此而引起的水体黑臭、富营养化等现象严重影响了工农业的发展以及居民的日常生活。本研究从环境样品中筛选出优良的好氧反硝化细菌，探究了其反硝化特性，主要研究结果如下：
　　 (1)采用富集培养和溴百里酚蓝平板法从活性污泥中分离出一株反硝化细菌ADH1。结合16S rDNA系统发育分析结果和生理生化反应，鉴定为施氏假单胞菌(Pseudomonas stutzeri)。该菌株中存在反硝化功能基因nirS和nosZ，通过这两种功能基因序列的系统发育分析，进一步证实了菌株ADH1属于Pseudomonas sp.。
　　 (2)该菌株主要以同化作用的方式利用NH4+-N，其利用率随着溶解氧含量的升高而增大。在150 r/min的振荡培养条件下，12 h内对NH4+-N的利用率达96.3%。该菌对NO3--N的利用方式则有两种：在静置缺氧条件下，16 h内对NO3--N的转化率达到96.1%，其中84.7%的NO3--N完全经反硝化作用从培养液中去除，剩余的则被菌体同化吸收；在150 r/min的振荡培养条件下，10 h内对NO3--N的转化率达97.8%，TN去除率超过40.0%，表明ADH1是一株性能优良的好氧反硝化细菌。
　　 (3)Plackett-Burman试验及响应面分析结果表明C：N、DO(通过装液量控制)及温度是影响ADH1反硝化作用的主要因素。当C：N为14.9:1、装液量为250 mL、温度为37.35℃时，该菌对TN的去除率可达94.3%。根据水体中NO2--N、NO3--N及TN的变化，考察了该菌分别在无曝气和曝气的条件下的脱氮效果：在无曝气水体DO为1.00～1.50 mg/L时，投加ADH1并不能强化水体中的反硝化作用：但当曝气后水体中DO为3.00～4.00 mg/L时，投菌组中NO2--N的积累周期较短，而且NO3--N的转化速率、TN的去除率均明显高于只投加碳源的试验组。说明曝气条件菌株ADH1可以显著强化水体中的反硝化作用。
　　 (4)基于DGGE图谱的主成分分析结果表明，向水体中投加ADH1菌体或添加碳源(乙酸钠)，均会使水体中的细菌群落结构发生变化。DGGE图谱显示菌株ADH1能在一定时间内定植于水体中，说明该菌对环境的适应性较好。

目录

文摘

英文文摘

1 前 言

1.1 研究问题的由来

1.1.1 我国水体污染现状

1.1.2 水体污染的成因

1.1.3 水体污染的危害

1.1.4 水体污染治理的意义

1.2 氮循环及水体氮素污染

1.2.1 自然界中的氮循环

1.2.2 水体氮素污染及其危害

1.3 污水脱氮技术

1.3.1 污水脱氮方法概述

1.3.2 微生物菌剂法污水脱氮技术的研究现状及进展

1.4 好氧反硝化细菌及其在污水脱氮领域中的应用

1.4.1 好氧反硝化细菌的种类

1.4.2 好氧反硝化机理

1.4.3 好氧反硝化作用的影响因素

1.4.4 好氧反硝化细菌在污水脱氮领域中的研究现状和存在的问题

1.5 课题的研究目的、意义及主要内容

1.5.1 研究目的

1.5.2 课题的意义

1.5.3 主要内容

1.6 技术路线

2 材料与方法

2.1 实验材料

2.1.1 环境样品来源

2.1.2 试剂

2.1.3 药品

2.1.4 PCR引物

2.1.5 培养基

2.1.6 测定方法

2.1.7 分析软件

2.1.8 种子液

2.1.9 实验仪器和设备

2.2 方法

2.2.1 反硝化细菌的富集和筛选

2.2.2 菌株ADH1的16S rDNA测序、系统发育分析和生理生化鉴定

2.2.3 菌株ADH1反硝化功能基因nirS、nosZ的检测及测序分析

2.2.4 菌株ADH1对NH4+-N、NO3--N的转化方式

2.2.5 菌株ADH1反硝化作用条件优化

2.2.6 污水脱氮试验

3 结果与分析

3.1 菌株ADH1的分离与鉴定

3.1.1 菌株ADH1的分离

3.1.2 菌株ADH1的鉴定

3.1.3 菌株ADH1反硝化功能基因nirS、nosZ的检测结果

3.2 菌株ADH1对NH4+-N、NO3--N的转化方式

3.2.1 菌株ADH1对NH4+-N的转化方式

3.2.2 菌株ADH1对NO3--N的转化方式

3.2.3 NH4+-N、NO3--N共存时菌株ADH1对它们的转化方式

3.3 菌株ADH1反硝化作用条件优化结果

3.3.1 最佳碳源试验

3.3.2 Plackett-Burman试验结果与分析

3.3.3 最陡爬坡试验

3.3.4 BBD试验结果及相应面分析

3.4 菌株ADH1的污水脱氮效果

3.4.1 无曝气组中各类氮素含量及细菌群落的变化

3.4.2 曝气组中各类氮素含量及细菌群落的变化

4 讨论

4.1 好氧反硝化细菌的筛选

4.2 菌株ADH1对NH4+-N、NO3--N的转化方式

4.3 影响反硝化作用的主要因素

4.4 菌株ADH1的脱氮效果及其应用前景

参考文献

致谢