碳氮比對(duì)高氨氮耐受菌降氮的效果及其作用機(jī)制.pdf

1、為了分離得到高效降解無(wú)機(jī)氮化合物的高氨氮耐受菌，并研究環(huán)境因子對(duì)高氨氮耐受菌降氮特性的影響，以及碳氮比對(duì)高氨氮耐受菌降氮影響的分子機(jī)制。本論文模擬配制氨氮濃度梯度分別為65 mg·L-1、261.7 mg·L-1、523.4 mg·L-1、1046.8 mg·L-1的養(yǎng)殖污水，對(duì)從湖南省華容縣田家湖漁場(chǎng)富營(yíng)養(yǎng)化的養(yǎng)殖池底泥分離得到的7株菌株Dy、Td、Fu、NBQ、FM、Hf和Hj進(jìn)行氨氮耐受試驗(yàn)，以篩選高氨氮耐受菌。比較OD600值和

2、對(duì)無(wú)機(jī)氮化合物的去除率的比較，本論文從7株菌中篩出3株高氨氮耐受菌Dy、Hf和Hj。經(jīng)16S rDNA鑒定，確定3株菌分別為地衣芽孢桿菌Dy（Bacillus licheniformisficans Dy）、脫氮副球菌Hf（Paracoccus denitrificans Hf）、解淀粉芽孢桿菌Hj（Bacillus amyloliquefaciens Hj）。
　　本論文研究了碳源種類（葡萄糖、蔗糖、乙醇和碳酸氫鈉）、碳氮比（1

3、、4、8、12、16和20）、pH（4、5、6、7、8、9、10和11）、溫度（15℃、20℃、25℃、30℃和35℃）和轉(zhuǎn)速（20 r·min-1、60 r·min-1、100 r·min-1、120 r·min-1）等環(huán)境因子對(duì)Dy、Hf和Hj降解氨氮、亞硝態(tài)氮和硝態(tài)氮的影響。結(jié)果表明，3株菌對(duì)碳源的利用能力順序均為：葡萄糖、蔗糖、乙醇和碳酸氫鈉。添加葡萄糖作為污水碳源時(shí)，3株菌的菌體生長(zhǎng)量最大，OD600值達(dá)到峰值，降氮效果最佳均

4、達(dá)100％；乙醇和蔗糖次之；對(duì)照組（無(wú)碳源）無(wú)機(jī)氮化合物的去除率幾乎為零。添加葡萄糖為額外碳源，碳氮比為8時(shí)，硝態(tài)氮被Dy和Hj全部去除；當(dāng)碳氮比為16時(shí)，3株菌對(duì)氨氮和亞硝態(tài)氮降解率均達(dá)100%，OD600值達(dá)到峰值。分別向還原性有機(jī)碳源充足的261.7 mg·L-1氨氮污水、120 mg·L-1亞硝態(tài)氮污水和120 mg·L-1硝態(tài)氮污水添加Dy、Hf和Hj菌液，當(dāng)培養(yǎng)搖床轉(zhuǎn)速為20 r·min-1時(shí)，培養(yǎng)基溶解氧濃度低，3株菌繁殖

5、代謝緩慢；當(dāng)轉(zhuǎn)速為20~100 r·min-1時(shí)，3株菌的菌體生長(zhǎng)量和氮素降解率隨著搖床轉(zhuǎn)速的增加而增加；當(dāng)轉(zhuǎn)速為100 r·min-1時(shí)，無(wú)機(jī)氮化合物均可被3株菌完全去除，并且OD6oo均達(dá)到峰值；但轉(zhuǎn)速為100~140 r·min-1時(shí)，3株菌對(duì)無(wú)機(jī)氮化合物的去除率隨著搖床轉(zhuǎn)速的增加而降低，與此相對(duì)應(yīng)的OD6oo下降。當(dāng)培養(yǎng)溫度為15~25℃時(shí)，本論文分離得到的3株菌的菌體生長(zhǎng)和氮代謝能力隨著溫度的升高逐漸增加；當(dāng)溫度為25℃時(shí)，氨

6、氮、亞硝態(tài)氮和硝態(tài)氮均可被3株菌完全降解，菌株的OD6oo達(dá)到峰值；當(dāng)溫度為25~35℃時(shí)，3株菌的菌體生長(zhǎng)量和氨氮去除速率隨著溫度的升高而降低。當(dāng)培養(yǎng)液用0.1 mol·L-1的HCl和NaOH將pH調(diào)至5至10時(shí)，3株菌對(duì)氨氮去除率均高于73%；當(dāng)pH為4或pH為11時(shí)，3株菌對(duì)無(wú)機(jī)氮化合物的降解率顯著下降，同時(shí)，3株菌的OD6oo值表現(xiàn)出相同的規(guī)律。當(dāng)pH為6至9時(shí)，Dy和Hj菌對(duì)亞硝態(tài)氮和硝態(tài)氮有較高的降解率，均高于76%。Hf

7、菌有效降解硝態(tài)氮的pH范圍比較窄，在7至8之間。3株菌降解不同無(wú)機(jī)氮化合物時(shí)對(duì)PH適應(yīng)范圍不同，但pH為7至8時(shí)，3株菌均有較強(qiáng)的無(wú)機(jī)氮化合物降解能力。而且，當(dāng)pH=7時(shí)，3株菌對(duì)氨氮、亞硝態(tài)氮和硝態(tài)氮的去除率均達(dá)到100%。
　　挑選對(duì)環(huán)境因子耐受水平相對(duì)較廣的Hj菌，分別添加至碳氮比為4和16的氨氮污水中，并對(duì)其進(jìn)行轉(zhuǎn)錄分析。不同碳氮比處理Hj后，菌株的轉(zhuǎn)錄組測(cè)序獲得的差異基因，通過(guò)GOseq分析表明，有1931個(gè)顯著表達(dá)的差

8、異基因富集在321個(gè)GO Subterms中這些顯著差異基因主要分布在分子功能、生物過(guò)程和細(xì)胞組成3個(gè)GO terms。例如生物過(guò)程、細(xì)胞過(guò)程、代謝過(guò)程、生物氮合成、細(xì)胞成分、細(xì)胞部分、膜、細(xì)胞周邊、細(xì)胞內(nèi)、胞外區(qū)、細(xì)胞器、分子功能、催化活性、結(jié)合、水解酶活性等等。將獲得的Hj基因富集至KEGG數(shù)據(jù)庫(kù)，有523個(gè)差異基因分布在93個(gè)代謝通路中。例如代謝途徑、雙組分系統(tǒng)、ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白、碳代謝、氮代謝等等。
　　由此可見，不同的環(huán)境