废水处理系统中脱氮菌株的分离、筛选与鉴别研究

论文摘要

本论文利用选择性培养基结合平板分离的方法,简单高效地从实验室SBR反应器和运行良好的味精废水处理厂的活性污泥中筛选出25株好氧反硝化菌,20株硝化细菌和8株生化菌。对筛选出的菌株进行性能测试:15株好氧反硝化菌的NO3--N与TIN去除率达到60%以上,其中10株菌具有硝化能力,对NH4+-N去除率在50%以上。20株硝化细菌去除率均低于50%,8株生化细菌对CODcr去除率高于88%。15株NO3--N和TIN去除率均高于60%的高效好氧反硝化菌中13株为革兰氏阳性菌,有芽孢,3株为革兰氏阴性菌,无芽孢,且革兰氏阳性菌细胞体明显大于革兰氏阴性菌。15株菌的多项生化特征相同:具有氧化酶,能液化明胶,在有氧或无氧环境中都能分解葡萄糖,能分解蛋白质中的色氨酸而产生吲哚。碳源利用实验发现,WYLW1-2、WYLW1-3、WYLW1-4、WYLW1-6、WYLW1-9、WYLW1-10、WYLW2-4、LH2-1、LH2-3九株异养硝化-好氧反硝化菌可以较好的利用氨基酸类碳源,表明其具有利用氨基酸分子,直至完成硝化和反硝化的氮素转化全过程的能力。通过表观分类鉴定、Biolog微生物鉴定及16S rDNA序列分析,将15株高效好氧反硝化菌全部鉴定到属的水平,其中13株菌进一步鉴定到种的水平。通过同源性分析,确定了15株高效好氧反硝化菌之间的分类学地位,揭示各菌株之间的同源性程度。研究发现,尽管某些菌株属于同一属,甚至是同一种,但其生物学特征和脱氮性能仍然存在差异,说明污泥驯化条件的不同,会导致菌株的各种酶的不同。即使在同一外界条件下,由于污泥体系的复杂构成,各菌株的各种酶的活性也可能存在较大的差异。作为菌株的鉴定手段,将表观分类鉴定、Biolog微生物鉴定及16S rDNA测序分析相结合可以获得可靠的鉴定结果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 氮素对水体的危害
• 1.1.1 水体中氮素的来源
• 1.1.2 氮素在水体中的危害
• 1.2 传统生物脱氮
• 1.3 好氧反硝化研究进展
• 1.3.1 好氧反硝化菌的发现
• 1.3.2 好氧反硝化作用机制
• 1.3.3 好氧反硝化酶系统
• 1.3.3.1 硝酸盐还原酶
• 1.3.3.2 亚硝酸盐还原酶
• 1.3.3.3 一氧化氮还原酶
• 1.3.3.4 一氧化二氮还原酶
• 1.3.4 好氧反硝化的机理探讨
• 1.3.4.1 生物学角度
• 1.3.4.2 生物化学角度
• 1.3.4.3 微环境理论
• 1.4 异养硝化-好氧反硝化研究进展
• 1.4.1 异养硝化的发现
• 1.4.2 异养硝化-好氧反硝化菌的研究
• 1.4.3 异养硝化-好氧反硝化菌在废水脱氮中的应用
• 1.5 细菌分类学研究
• 1.5.1 传统表观分类鉴定
• 1.5.2 化学分类鉴定
• 1.5.3 数值分类鉴定
• 1.5.4 分子遗传学鉴定
• 1.5.4.1 细菌染色体DNA G+C mol%含量测定
• 1.5.4.2 核酸杂交技术
• 1.5.4.3 PCR 技术
• 1.5.4.4 16SrRNA 序列分析法
• 1.6 本实验室前期相关研究
• 1.7 本论文研究的目的及意义
• 1.8 本论文研究的主要内容
• 第二章 实验材料与方法
• 2.1 实验材料
• 2.1.1 实验药品
• 2.1.2 实验仪器
• 2.1.3 实验所用试剂和培养基
• 2.1.3.1 菌株筛选所用试剂和培养基
• 2.1.3.2 生理生化试验所用试剂和培养基
• 2.1.3.3 Biolog 微生物鉴定所用试剂及培养基
• 2.1.3.4 PCR 扩增所用试剂
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 菌株的分离与筛选
• 2.2.1.1 菌株的分离
• 2.2.1.2 菌株的性能测试
• 2.2.2 菌株特性研究及鉴定
• 2.2.2.1 菌株的形态观察
• 2.2.2.2 菌株的生理生化特征测定
• 2.2.2.3 Biolog 微生物鉴定
• 2.2.2.4 16SrDNA 序列测定及同源性分析
• 2.2.3 实验分析项目及方法
• 第三章 菌株的分离筛选及性能测试
• 3.1 污泥的来源
• 3.2 菌株的分离与纯化
• 3.3 菌株的性能测试
• 3.3.1 好氧反硝化菌的性能测试
• 3.3.2 好氧反硝化菌异养硝化性能测试
• 3.3.3 硝化细菌的性能测试
• 3.3.3.1 亚硝酸菌的性能测试
• 3.3.3.2 硝酸菌的性能测试
• 3.3.4 生化菌的性能测定
• 3.4 小结
• 第四章 菌株的生物学特征研究
• 4.1 形态观察实验
• 4.1.1 菌落形态观察
• 4.1.2 菌株形态观察
• 4.1.3 菌株运动性观察
• 4.2 生理特性实验
• 4.2.1 温度对生长的影响
• 4.2.2 PH 值对生长的影响
• 4.2.3 盐度对生长的影响
• 4.2.4 碳源利用实验
• 4.3 生化特征试验
• 4.4 小结
• 第五章 菌株的鉴别研究
• 5.1 菌株的表观分类鉴定
• 5.2 Biolog 微生物鉴定
• 5.2.1 Biolog 微生物鉴定结果与分析
• 5.2.2 鉴定可产生芽孢细菌的注意事项
• 5.3 16SrDNA 序列测定及同源性分析
• 5.3.1 DNA 提取及PCR 产物检测
• 5.3.2 菌株的PCR 产物分析
• 5.3.3 菌株的BLAST 检索
• 5.3.4 系统发育树的构建
• 5.4 鉴定结果分析
• 第六章 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 参考文献
• 附录
• 附录A 符号、缩略语对照表
• 附录B 菌株的DNA 序列
• 附录C 菌株的菌落特征图片
• 附录D 菌株的细胞形态图
• 附录E 菌株的Biolog 碳源指纹代谢图谱
• 附录F Biolog 鉴定板碳源分布
• 攻读硕士期间发表的论文及科研成果
• 致谢