高效降解湖滨湿地有机物兼性厌氧菌群的筛选鉴定及其降解效果研究

论文摘要

湖滨湿地沉积物有机物污染是我国富营养化湖泊普遍存在的问题,通过厌氧分解对富含有机物的沉积物进行生物修复成本低,但未受到足够重视。而由于湖滨湿地氧环境复杂,既能存活于无氧条件,又能存活于有氧条件下的兼性厌氧菌是最佳的选择。本研究拟筛选分离出能高效降解湖滨湿地有机物的兼性厌氧菌群,为其应用于湖滨湿地有机物的去除提供了必要的理论依据。在太湖重有机物污染区,进行湿地表层沉积物取样（上覆水以下0-10 cm）。采集到的沉积物特性如下:中性、厌氧、TOM（总有机物）和TN（总氮）含量高、TP（总磷）含量低、沉积物中菌群以兼性厌氧菌为主、沉积物中的菌群有较高的代谢活性。利用一种梯度间歇曝氧新技术从沉积物中筛选兼性厌氧菌群的过程中,共设了四个周期,研究了筛选过程中每个周期菌群数的变化（好氧菌、厌氧菌、兼性厌氧菌、硝化菌和反硝化菌）、以及每个周期初始和结束时菌活性ETS（电子传递体系）值、TOM、TN和TP的变化,并分离和鉴定了菌群中的优势菌。结果表明,经过四个周期的梯度间歇曝氧筛选,得到的兼性厌氧菌群中基本上没有严格好氧菌和严格厌氧菌混杂;筛选出的兼性厌氧菌群能高效的降解沉积物中的TOM,并有效降解沉积物中的TN,但对TP的作用不明显;从筛选出的兼性厌氧菌群中分离纯化出了9株菌,通过菌落形态,革兰氏染色和16S rDNA鉴定结果表明,它们分别属于Pseudomonas sp.,Thauera sp.,Flavobacteriaceae bacterium和Rhodobacter sp.。分别研究了初始曝氧时间为0.5 h,1 h,2 h,4 h,8 h,12 h和24 h对梯度曝氧法筛选兼性厌氧菌过程中菌群数（严格好氧菌、严格厌氧菌和兼性厌氧菌）和菌活性ETS的变化。研究结果表明,不同初始曝氧时间对严格好氧菌和严格厌氧菌菌群数并未产生显著影响,但对兼性厌氧菌菌群数产生了显著影响,对不同初始曝氧时间筛选出的兼性厌氧菌群数进行单因素方差分析,并结合梯度间歇曝氧法的高效性（周期短）得出,初始曝氧时间为8 h最佳。将分离出的优势菌FA4、FA10和FA14以及筛选出的兼性厌氧菌群（FAG）接种至湖滨湿地沉积物中,研究其接种对湖滨湿地微生物群落结构及降解效果的影响。研究结果表明,分别接种优势菌及混合菌群后的湖滨湿地沉积物中兼性厌氧菌群数和菌活性ETS值比对照组的显著增高,说明筛选出的兼性厌氧菌及菌群能很好的适应环境,有效地降解有机物。7 d内将湖滨湿地沉积物中的BOD（55天生化需氧量）降低了90%以上,而未接种的对照组仅减少了56%。其TOM降解百分比是对照组的2-2.6倍。3 d内,对照组TOM降低了5%,而试验组TOM降低了10-13%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 湖滨湿地有机物
• 1.1.1 湖滨湿地
• 1.1.2 湖滨湿地生态恢复
• 1.1.3 湖滨湿地有机物
• 1.2 湿地环境中有机物的迁移转化
• 1.2.1 有机物在湿地水环境中的迁移转化
• 1.2.2 有机物在湿地土壤中的迁移转化
• 1.3 湿地环境中的微生物与功能
• 1.3.1 湿地氧环境
• 1.3.2 湿地微生物数量及其分布
• 1.3.3 微生物对有机物的降解作用
• 1.4 微生物降解有机物过程对湿地环境的影响
• 1.4.1 氧化-还原特性的改变
• 1.4.2 TOC、TN、TP 的转化途径
• 1.4.3 有机物结构的影响
• 1.4.4 菌群结构的调节
• 1.5 本课题研究目的、意义和内容
• 1.5.1 研究目的与意义
• 1.5.2 研究内容
• 第二章 高效降解有机物兼性厌氧菌群的筛选
• 2.1 材料与方法
• 2.1.1 主要仪器与设备
• 2.1.2 主要试剂
• 2.1.3 沉积物的采集及分析
• 2.1.4 含水率、TOM、TN 和TP
• 2.1.5 菌群数量
• 2.1.6 菌活性ETS 值
• 2.1.7 电子受体
• 2.1.8 兼性厌氧菌群的筛选
• 2.1.9 优势菌的分离、保存
• 2.1.10 优势菌的16S rDNA 鉴定
• 2.1.11 菌株的形态学特征
• 2.1.12 系统发育树
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 沉积物分析结果
• 2.2.2 菌群数量的变化
• 2.2.3 TOM、TN 和TP 的变化
• 2.2.4 优势菌的形态学特征
• 2.2.5 优势菌的系统发育树
• 2.3 本章小结
• 第三章 初始曝氧时间对梯度间歇曝氧法的影响
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 初始曝氧时间对菌活性ETS 值和菌群数的影响
• 3.1.2 菌活性ETS 值和菌群数
• 3.1.3 统计分析
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 初始曝氧时间对菌活性ETS 值的影响
• 3.2.1.1 菌活性ETS 初始值
• 3.2.1.2 试验结束时的菌活性ETS 值
• 3.2.2 初始曝氧时间对菌群数的影响
• 3.2.2.1 试验的初始菌群数
• 3.2.2.2 试验结束时的菌群数
• 3.3 本章小结
• 第四章 接种兼性厌氧菌对湖滨湿地微生物群落结构及降解效果的影响
• 4.1 材料与方法
• 4.1.1 兼性厌氧菌降解效果试验
• 5'>4.1.2 菌群数、菌活性ETS 值、TOM 和BOD₅
• 4.1.3 统计分析
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 兼性厌氧菌对湿地沉积物微生物群落结构的影响
• 4.2.2 接种兼性厌氧菌对菌活性ETS 值的影响
• 4.2.3 筛选的兼性厌氧菌对湖滨湿地有机物降解效果
• 4.3 本章小结
• 结论与展望
• 一、结论
• 二、展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究果
• 致谢
• 附件