群体感应对Pseudomonas aeruginosa反硝化的调控及其潜在应用分析

摘要

硝酸盐是一种常见的、典型水体污染物之一。硝酸盐废水具有来源广、排放量大等特点，大量的硝酸盐废水排放到水体后，不仅对地表水造成严重的污染，也会对地下水造成一定的危害。长期饮用含硝酸盐超标的地下水容易诱发病变，如高铁血红蛋白症、癌变。硝酸盐废水排放到湖泊、海洋，容易引起水体富营养化(eutrophication)或水华。因此，大量研究工作致力于寻求一种高效去除硝酸盐的方法。本论文从群体感应角度出发，分析群体感应对兼性菌Pseudomonas aeruginosa在好氧、厌氧两种条件下反硝化行为的影响，得出群体感应调控P.aeruginosa好氧和厌氧反硝化的异同。此外，根据群体感应对菌株反硝化调控的结果，选取好氧活性污泥（杭州某污水处理厂，中国）作为接种源，研究群体感应在好氧条件下对P.aeruginosa生物强化的影响，并在P.aeruginosa定植成功的反应器中添加群体感应淬灭剂猪肾酰化酶（Acylase Ifrom porcine kidney），研究群体感应淬灭对P.aeruginosa好氧反硝化的作用。本文主要获得结论以下结论:
　　(1)厌氧条件下，P.aeruginosa单突变株△lasⅠ和△rhlⅠ具有更高的硝酸盐去除能力且会产生更多的终产物N2（△lasⅠ和△rhlⅠ中N2比重分别为29.6％和28.5％，野生株仅为19.9％）。添加外源信号分子后，突变菌株△lasⅠ和△rhlⅠ的反硝化能力下降，但与野生株基本无差异。酶学和分子生物学数据进一步证明，las和rhl群体感应系统对菌株厌氧反硝化具有抑制作用。此外实验发现，2μM3-oxo-C12-HSL对双突变株△lasⅠ△rhlⅠ反硝化性能有显著影响，而10μM C4-HSL对其无显著性影响。由此可见，las和rhl群体感应系统可以抑制P.aeruginosa厌氧反硝化，las群体感应系统对厌氧反硝化的调控是通过rhl群体感应系统实现的;群体感应系统对菌株厌氧反硝化的调控主要发生在转录水平。
　　(2)好氧条件下，到达对数生长期后期或稳定期前期时，P.aeruginosa野生株对硝酸盐的去除量为144mg/L，而缺失las和rhl群体感应系统的菌株对硝酸盐的去除量分别高达164mg/L、163mg/L。此外，同时缺失两种群体感应系统的突变株对硝酸盐的去除效果与缺失一种群体感应系统的菌株相似。外源添加2μM3-oxo-C12-HSL或10μM C4-HSL后，突变菌株的反硝化能力下降至与野生株同等水平。反硝化酶活性及功能基因表达量结果表明，群体感应可以抑制好氧反硝化，且该抑制作用主要是通过抑制功能基因的表达实现的。群体感应信号分子淬灭剂猪肾酰化酶（Acylase Ifrom porcine kidney）有利于提高P.aeruginosa的好氧反硝化效率，该结果表明，群体感应确实对菌株的好氧反硝化具有抑制作用。
　　(3)在经过驯化的活性污泥中分析群体感应对菌株P.aeruginosa生物强化的影响，结果表明，群体感应淬灭不利于外源菌株的定植。在生物强化成功的基础上，试验分析了群体感应在生物强化反应器脱氮中的作用。硝酸盐降解及信号分子浓度变化表明，猪肾酰化酶（Acylase Ifrom porcine kidney）的添加有利于降解信号分子3-oxo-C12-HSL和C4-HSL，从而提高菌株的好氧反硝化能力。
　　(4)群体感应对厌氧反硝化和好氧反硝化均具有抑制作用，但是las对厌氧反硝化的调控主要通过rhl群体感应系统实现，而好氧反硝化无此规律。

目录

摘要

第1章 绪论

1．1 废水中硝酸盐的来源、危害及其处理现状

1．1．1 硝酸盐的来源及危害

1．1．2 硝酸盐废水的处理现状

1．1．3 好氧反硝化技术的研究现状

1．2 群体感应现象

1．2．1 群体感应及信号分子的概述

1．2．2 群体感应在环境领域研究进展

1．3 本论文的主要研究内容

第2章 群体感应对Pseudomonas aeruginosa厌氧反硝化的调控

2．1 前言

2．2 材料与方法

2．2．1 试验材料

2．2．2 试验设计

2．2．3 分析项目及测定方法

2．2．4 数据处理

2．3 结果与讨论

2．3．1 群体感应对Pseudomonas aeruginosa厌氧反硝化的影响

2．3．2 las和rhl群体感应系统之间关系

2．3．3 群体感应淬灭对厌氧反硝化的调控

2．4 本章小结

第3章 群体感应对Pseudomonas aeruginosa好氧反硝化的调控分析

3．1 前言

3．2 材料与方法

3．2．1 试验材料

3．2．2 试验设计

3．2．3 分析项目及测定方法

3．2．4 数据处理

3．3 结果与讨论

3．3．1 群体感应对Pseudomonas aeruginosa好氧反硝化的影响

3．3．2 群体感应淬灭对Pseudomonas aeruginosa好氧反硝化的影响

3．4 本章小结

第4章 群体感应理论在Pseudomonas aeruginosa生物强化及生物脱氮中的作用及应用分析

4．1 前言

4．2 材料与方法

4．2．1 试验材料

4．2．2 试验设计

4．2．3 分析项目及测定方法

4．2．4 数据处理

4．3 结果与讨论

4．3．1 群体感应理论在菌株生物强化中的作用

4．3．2 群体感应淬灭对生物强化反应器中菌株好氧反硝化的影响

4．4 本章小结

第5章 结论与建议

5．1 主要结论

5．2 主要创新点

5．3 存在的问题和建议

参考文献

攻读硕士学位期间研究成果及个人荣誉

致谢

声明