活性污泥菌群结构变化的分子生物学解析

论文摘要

随着环境科学的发展,由于传统的纯培养分析方法存在着一定的缺陷,不能满足环境分析的要求。随着分子生物学技术的迅猛发展,许多分子生物学技术被应用于环境中微生物群落的分类、鉴定和微生物种群结构的动态分析中。本文通过以PCR（polymerase chain reaction）-DGGE （Denaturing Gradient Gel Electrophoresis）、FISH（Florescence In-Situ Hybridization）技术为主的一些分子生物学技术,对浸没式板式金属膜生物反应器的活性污泥中微生物种群结构的时空分布特性进行了初步探索,旨在从分子生物学的水平上对膜生物反应器中活性污泥样品的微生物种群结构的变化情况进行研究。浸没式板式金属膜生物处理技术是一项正在逐步完善中且极具应用前景的处理中、高浓度生活污水的新技术。在实验室水平,本研究对单独运行硝化槽和同时运行硝化槽和脱氮槽（A/O）金属膜生物反应器的启动和运行进行了研究。系统稳定运行114天,COD去除率保持在85%,总氮去除率从30%上升到90%,氨氮去除率为90%左右；出水水质指标COD为10 mg/L左右,TN从20 mg/L降至4mg/L左右,NH4+-N为1 mg/L以下,NO3--N为25 mg/L降至3mg/L以下,NO2--N从0.3 mg/L降至0.05mg/L以下,均达到国家排放标准。为了排除中试装置的杂质干扰问题,简化实验方案,进行了膜生物反应器小试实验装置的运行研究,采用的原水为人工配制的模拟生活废水,排除了不必要的干扰因素。在膜生物反应器小试实验装置的运行过程中,观察梯度凝胶电泳图谱,可知菌群结构产生变化,且污泥培养一周左右后,优势菌种数目稳定,系统稳定运行,处理水质效果良好。采用PCR、DGGE、FISH等分子生物学技术对金属膜生物处理系统中菌群的变化驯化和生长、硝化菌群结构、组成进行了研究,并探讨了脱氮槽内硝化菌群与氮素组成变化之间的内在联系。PCR-DGGE结合FISH检测结果表明：随着运行时间的增长,系统中可检出微生物种群数量逐渐增加并最后趋于稳定,不同菌种的相对丰度也发生了变化。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 英文缩写表
• 第1章 绪论
• 1.1 水资源及水环境现状
• 1.2 水处理技术概述
• 1.3 膜技术概述
• 1.3.1 膜技术处理污水的原理
• 1.3.2 膜的分类
• 1.4 膜反应器技术概述
• 1.4.1 膜絮凝反应器
• 1.4.2 膜生物反应器概述
• 1.4.3 膜生物反应器的特点
• 1.4.4 膜生物反应器的应用现状
• 1.4.5 膜生物反应器的研究现状
• 1.4.6 金属膜生物反应器
• 1.5 课题的提出和意义
• 第2章 实验中应用的分子生物学技术
• 2.1 概述
• 2.2 总DNA提取
• 2.3 聚合酶链式反应（Polymerase Chain Reaction,PCR）
• 2.3.1 PCR技术的原理
• 2.3.2 PCR反应体系
• 2.4 变性梯度凝胶电泳（Denaturing Gradient Gel Electrophoresis,DGGE）
• 2.4.1 DGGE技术的原理
• 2.4.2 PCR-DGGE流程
• 2.4.3 PCR扩增
• 2.4.4 DGGE技术在环境分析中的应用
• 2.5 荧光原位杂交（Florescence in situ Hybridization,FISH）
• 2.5.1 FISH技术的发展概况
• 2.5.2 FISH技术的原理
• 2.5.3 FISH技术的应用
• 第3章 金属膜生物反应器的启动与运行
• 3.1 实验材料与方法
• 3.1.1 实验装置
• 3.1.2 实验材料
• 3.1.3 实验主要仪器
• 3.2 分析方法
• 3.3 浸没式板式金属膜生物反应器的启动
• 3.4 浸没式板式金属膜生物反应器的稳定运行
• 3.4.1 有机物的去除
• 3.4.2 N元素的去除
• 第4章 微生物群落的分子检测与分析
• 4.1 实验原料与设备
• 4.1.1 实验原料及采集
• 4.1.2 实验设备
• 4.2 活性污泥中DNA的粗提与纯化
• 4.2.1 试剂及其配法
• 4.2.2 实验方法
• 4.3 PCR扩增
• 4.3.1 PCR实验所需试剂
• 4.3.2 PCR实验方法
• 4.4 变性梯度凝胶电泳（DGGE）
• 4.4.1 DGGE所需试剂及其配方
• 4.4.2 DGGE实验方法
• 4.5 荧光原位杂交（FISH）
• 4.5.1 FISH所用试剂及其配方
• 4.5.2 实验方法
• 4.6 结果与讨论
• 4.6.1 总DNA的提取与纯化
• 4.6.2 PCR的扩增结果
• 4.6.3 变性梯度凝胶电泳分析
• 4.6.4 硝化菌的FISH分析
• 4.7 实验结果分析
• 4.8 小结
• 第5章 结论和建议
• 5.1 结论
• 5.2 建议
• 参考文献
• 致谢