环境硝化细菌荧光原位杂交检测方法的建立及其应用

摘要

湖泊富营养化已是世界各国急需解决的水环境问题，氮是引起湖泊富营养化的罪魁祸首之一。在污水氮净化技术中，生物脱氮技术因经济有效而被认为是最有前途的脱氮方法。在生物脱氮过程中硝化细菌是主要的执行者。然而由于传统硝化细菌培养技术的限制，使生物脱氮过程中硝化细菌的监测十分困难。随着分子生物学技术的发展和应用，有效提高了环境微生物的监测水平，其中荧光原位杂交技术以其快速、准确等特点成为环境微生物检测中具有应用优势的技术之一。 本研究通过构建、并优化荧光原位杂交(FISH)技术，定量检测环境样品中硝化细菌，并应用该技术观察了多种生物脱氮工艺(滴滤池、跌水接触氧化池、潜流人工湿地、水生植物滤床)以及菌-藻共生系统中总细菌、亚硝酸细菌、硝酸细菌时空分布生物量变化特点，初步探讨了在多种环境样本中应用荧光原位杂交(FISH)技术监测硝化细菌变化的可行性及应用价值。 初步研究结果如下： 1.通过正交实验优化了FISH技术检测环境总细菌、亚硝酸细菌、硝酸细菌等微生物的实验条件。FISH技术检测环境硝化细菌优化条件包括：样品预处理条件：热固定2小时，脱水3分钟；亚硝酸细菌杂交条件：杂交温度46°C，杂交时间3小时，洗脱液中NaCI浓度60mmol/L；硝酸细菌杂交条件：杂交温度46°C，杂交时间5小时，洗脱液中NaCI浓度60mmol/L。细菌总数杂交条件：温度60°C，杂交时间3小时，NaCl浓度10mmol/L。 2.应用FISH技术定量检测滴滤池生物膜硝化细菌，结果显示硝化细菌的时空分布为：滴滤池中部的硝化细菌生物量高于上部、下部；秋季总细菌、硝化细菌生物量高于夏、冬季节。滴滤池生物膜微生物与脱氮关系研究结果表明：生物膜细菌总量及硝化细菌生物量与TN去除率呈正相关。 3.对跌水接触氧化池生物膜的硝化细菌检测结果如下：第Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级池的硝酸细菌数量相对较多，尤其是第Ⅲ级池最多，该装置的主要反应区为第Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级，第Ⅲ级池起核心作用。秋季总细菌、硝化细菌生物量高于夏、冬季节。跌水接触氧化池生物膜硝酸细菌数量、亚硝酸细菌数量及生物膜细菌总数量分别与TN去除率和NH3-N去除率相关。 4.潜流人工湿地、水生植物滤床中硝化细菌的分布特点显示：潜流人工湿地的水生植物根系硝酸细菌、亚硝酸细菌、总细菌生物量沿着水流的方向逐渐减少，其中第二级人工湿地植物根系中硝酸细菌、亚硝酸细菌、总细菌生物量较高；细砂层硝酸细菌、亚硝酸细菌、总细菌生物量要明显少于碎石层。水生植物滤床植物根系硝化细菌生物量时空变化结果表明：秋季总细菌、硝化细菌的数量高，在第二、三级微生物生物量较高：人工湿地最大特点为亚硝酸细菌与硝酸细菌比值较高。 5.菌-藻固化系统中硝化细菌检测结果表明：在菌-藻固化系统中，不同藻类以及菌藻不同比值均影响固化系统中硝化细菌、藻生物量变化。小球藻和硝化细菌比值为1∶25的固化系统中，菌藻增幅量低于比值为1∶10的固化系统；而在斜生栅藻和硝化细菌比值为1∶25的固化系统中，菌藻增幅量高于比值为1∶10的固化系统。菌-藻固化系统中菌藻含量变化与其除氮效率相吻合。 综上所述，FISH技术能够快速准确地检测与定量多种环境体系中硝化细菌生物量，为生物脱氮过程中硝化细菌的实时监测提供重要手段。

目录

文摘

英文文摘

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前言

第一章硝化细菌FISH检测方法建立及条件优化

第二章应用FISH技术对生物脱氮工艺效果评价

总结

参考文献:

致谢

综述硝化作用微生物研究方法的进展

作者简介