土壤中非离子表面活性剂的微生物修复研究

论文摘要

目前，非离子表面活性剂对生态环境的影响已成为国内外学者研究的热点。由于非离子表面活性剂对水生植物、水生动物及微生物的损害比较大，影响水体自净能力并加速水体富营养化进程，因此，治理非离子表面活性剂污染具有非常重要的意义。为了探索出简便、有效的处理土壤中非离子表面活性剂的生物修复方法，本研究从湖南丽臣洗涤厂和长沙毛巾厂排污口（共用排污口）废水中筛选出能高效降解非离子表面活性剂十二烷基聚氧乙烯（4）醚（Brij-30）的菌株B30、十二烷基聚氧乙烯（23）醚（Brij-35）的菌株B35和壬基苯基聚氧乙烯醚（TX-100）的菌株T100，并对筛选出的三株菌进行了吸附行为、降解效率和影响因素、形态结构观察、分子生物学鉴定和生物修复应用等研究，其主要结果如下：1．利用KI-I2分光光度法研究了Brij-35、Brij-30和TX-100非离子型表面活性剂在天然吸附剂上的吸附行为。结果表明：Brij-35、Brij-30在土壤上的饱和吸附量分别为7600mg·kg-1与6000mg·kg-1，Brij-35的饱和吸附量大于Brij-30。同时，还探讨了不同实验条件对KI-I2分光光度法测定水体中非离子表面活性剂的影响，结果表明：以KI-I2溶液为显色剂的分光光度法操作简单，工作曲线相关系数好，检测线性范围宽，酸稳定性好，大部分盐类和土壤腐殖酸对测定的干扰小。2．筛选出了三株分别高效降解Brij-30、Brij-35和TX-100的菌株B30、B35和T100。菌株的生长规律、降解率以及降解规律试验表明：B30生长最快，B35生长相对缓慢，而T100在生长初期有一个生长延滞期，12小时后，其生长速度明显加快，这与其降解率曲线吻合。非离子表面活性剂的降解率曲线表明，B30对Brij-30的降解速度最快，12小时内已基本降解完全；B35对Brij-35的降解速度较B30对Brij-30降解速度慢，降解完全需要24小时；T100对TX-100的降解速度在降解初期最慢，12小时后其降解速度明显加快，48小时内能基本降解完全。T100对TX-100的降解速度最慢。3．温度、pH、底物浓度、氮源、金属离子等多种环境因素对三株菌生长特性及其对表面活性剂降解效率影响的研究表明：B30在30℃，pH=5～8，底物浓度在0.2g·L-1以下，蛋白胨做氮源条件下，降解效果最好；金属离子Zn2+、Ca2+、Al3+、Fe3+对B30的生长及其降解效率有较大地促进作用；B35菌株在30℃，pH=7，蛋白胨做氮源条件下，生长和降解效率较好，金属离子Ca2+、Al3+对B35生长及其降解效率有促进作用；T100在25℃，pH=6～8，蛋白胨做氮源条件下，降解能力强，当Zn2+浓度为0.2mg·L-1及Ca2+、Al3+、Fe3+浓度为30mg·L-1时，对T100的降解效率有较大的促进作用。4．运用透射电镜（TEM）和扫描电镜（SEM）分别观察了B30、B35和T100的形态结构。结果表明：三株菌的个体形态均为短杆菌和长杆菌，且大部分为长杆菌。其中B35的个体长约1.078～1.705μm，宽约0.338～0.456μm；B30的个体长约1.131～1.820μm，宽约0.385～0.560μm；T100的个体长约1.050～1.586μm，宽约0.359～0.427μm。B30的个体大部分比T100、B35略微大。B30与B35鞭毛周生，T100鞭毛极生，部分个体呈链状排列。5．应用PCR扩增和克隆测序的方法分别对三株菌进行了分子生物学鉴定，结果显示：B35属于伯克霍尔德菌菌属（Burkholderia），与Burkholderia vietnamiensis strain LMG 10929和Burkholderia cepacia strain ATCC 55792最为相似，同源性均为99％；B30属于伯克氏菌属（Pandoraea），与Pandoraea sp. LB-7最为相似，同源性为99％；T100属于苍白杆菌属（Ochrobactrum sp.），与Ochrobactrum sp. CGL-X最为相似，同源性为99％。6．研究了三株高效菌对土壤微生物区系及活度的影响及其降解土壤中非离子表面活性剂的能力。结果表明：三株高效降解菌对非离子表面活性剂均有强降解作用，可以明显地降低非离子表面活性剂对土壤的污染。土壤受非离子表面活性剂污染后立即接种比缓后接种效果要好，土壤受非离子表面活性剂污染后立即接种培养168h后与不接种的对照相比，土壤中表面活性剂的残留量明显减少，B30对Brij-30的降解率最高，达到了85％以上，B35对Brij-35的降解率以及T100对TX-100的降解率在69％～75％之间；缓后接种培养168h的降解率在60％～70％之间，与立即接种相比，表面活性剂的降解率均减少，其中B30对Brij-30的降解率减少得最多，其降解率由85％下降至68％左右。不同类型的土壤，高效降解菌对非离子表面活性剂的降解效果有较明显差异。三种非离子表面活性剂对土壤微生物的生长均有抑制作用，对土壤微生物生长的抑制作用为Brij-30＞TX-100＞Brij-35；对放线菌生长的抑制作用＞对细菌生长的抑制作用＞对真菌生长的抑制作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 第一节 非离子表面活性剂的理化性质与应用
• 1 非离子表面活性剂的类型及其特性
• 1.1 聚氧乙烯型非离子表面活性剂
• 1.2 多元醇型非离子表面活性剂
• 1.3 其它类型非离子表面活性剂
• 2 非离子表面活性剂的应用
• 2.1 在煤浮选中的应用
• 2.2 在洗毛中的应用
• 2.3 在药剂中的应用
• 2.4 在颜料表面处理中的应用
• 2.5 对沥青性能的影响及在电极生产中的应用
• 2.6 在废水处理中的应用
• 第二节 表面活性剂的环境效应
• 1 表面活性剂对土壤环境的影响
• 1.1 表面活性剂对土壤理化性质的影响
• 1.2 表面活性剂的土壤生态毒理效应
• 2 表面活性剂对水体环境的影响
• 2.1 表面活性剂对水质的影响
• 2.2 表面活性剂的水体生态毒理效应
• 2.2.1 表面活性剂对水体植物的影响
• 2.2.2 表面活性剂对水体动物的影响
• 3 表面活性剂对人类的影响
• 第三节 表面活性剂污染的修复方法
• 1 物理化学修复
• 1.1 混凝法
• 1.2 吸附法
• 1.3 泡沫分离法
• 1.4 膜分离法
• 1.5 微电解法
• 1.6 催化氧化法
• 2 生物修复
• 2.1 微生物修复机理
• 2.2 常见的微生物修复方法
• 2.2.1 原位修复
• 2.2.2 异位修复
• 3 微生物修复的优点
• 第四节 非离子表面活性剂污染修复研究进展
• 1 修复研究概况
• 2 前景与展望
• 第五节 立题依据和主要研究内容
• 1 研究目的
• 2 研究意义
• 3 主要研究内容及方法
• 3.1 高效降解菌的采样、分离、筛选与分子生物学鉴定
• 3.2 非离子表面活性剂降解菌的降解特性研究
• 3.3 非离子表面活性剂降解菌的应用
• 4 试验设计的技术路线
• 第二章 非离子表面活性剂在天然吸附剂上的吸附行为研究
• 1 材料与方法
• 1.1 土壤样品的采集及其预处理
• 1.2 细菌菌体的分离纯化
• 1.3 主要试剂及仪器
• 1.4 非离子表面活性剂的测定
• 1.5 非离子表面活性剂在土壤/土壤腐殖酸上的吸附实验
• 1.6 非离子表面活性剂在菌体上的吸附实验
• 2 结果与讨论
• 2分光光度法测定原理'>2.1 KI-I₂分光光度法测定原理
• 2.2 测定条件的选择
• 2.2.1 测定波长的选择
• 2.2.2 显色时间的选择
• 2.3 工作曲线
• 2.4 干扰实验
• 2.4.1 pH对测定的影响
• 2.4.2 无机盐及土壤腐殖酸对测定的影响
• 2.4.3 土壤浸提液对测定的影响
• 3 非离子表面活性剂在天然吸附剂上的吸附行为
• 3.1 在土壤和土壤腐殖酸上的吸附等温线
• 3.2 非离子表面活性剂在菌体上的吸附等温线
• 第三章 非离子表面活性剂降解菌株的采样、分离与筛选
• 1 材料与方法
• 1.1 仪器设备及试剂
• 1.1.1 仪器设备
• 1.1.2 试剂
• 1.2 培养基
• 1.2.1 斜面培养基
• 1.2.2 富集培养基
• 1.2.3 降解培养基
• 1.2.4 初筛平板培养基
• 1.2.5 复筛平板培养基
• 1.3 方法
• 1.3.1 菌株的分离与筛选
• 2 结果与讨论
• 2.1 菌株的筛选
• 2.2 菌株的生长曲线
• 2.3 筛选菌株降解率的测定
• 2.4 菌株的降解规律
• 3 小结
• 第四章 非离子表面活性剂降解菌株的降解特性研究
• 1 材料与方法
• 1.1 仪器设备及药品
• 1.1.1 主要仪器
• 1.1.2 主要试剂
• 2 主要环境因子对菌株降解非离子表面活性剂的影响
• 2.1 温度
• 2.2 pH
• 2.3 底物浓度
• 3 氮源
• 4 金属离子对菌株降解非离子表面活性剂的影响
• 5 小结
• 第五章 非离子表面活性剂高效降解菌株的形态结构特征
• 1 实验方法
• 1.1 扫描电镜（SEM）生物样品的制备
• 1.2 透射电镜（TEM）生物样品的制备
• 2 非离子表面活性剂高效降解菌株的形态特征与排列方式
• 2.1 菌株B30、B35、T100透射电镜形态特征
• 2.2 菌株B30、B35、T100扫描电镜大小及形状特征
• 2.3 菌株B30、B35、T100扫描电镜观察结果
• 2.3.1 菌株个体大小及形状
• 2.3.2 单生与对生态的个体
• 3 讨论
• 3.1 菌株B30、B35、T100的荚膜特征
• 3.2 菌株B30、B35、T100个体的鞭毛特征
• 3.3 菌株B30、B35、T100扫描电镜和透射电镜共同特征
• 第六章 非离子表面活性剂降解菌株的分子生物学鉴定
• 1 材料与方法
• 1.1 材料
• 1.1.1 菌株来源
• 1.1.2 主要试剂
• 1.1.3 主要仪器
• 1.2 方法
• 1.2.1 基因组提取及16S rDNA扩增
• 1.2.2 PCR扩增产物的鉴定和回收
• 1.3 16S rDNA的克隆和测序
• 1.4 系统发育分析
• 1.5 核苷酸序列登记号
• 2 结果与分析
• 2.1 16S rDNA测序序列
• 2.2 16S rDNA序列分析与系统发育
• 2.3 菌株B30、B35、T100的鉴定特征
• 2.3.1 菌株B35和B30
• 2.3.2 菌株T100
• 3 小结
• 第七章 应用筛选菌株处理土壤中非离子表面活性剂的研究
• 1 材料与方法
• 1.1 主要仪器与试剂
• 1.1.1 主要试剂
• 1.1.2 主要仪器
• 1.2 土壤样品采集与制备
• 1.3 测定项目与试验方法
• 1.3.1 培养基
• 1.3.2 微生物区系分析
• 1.3.3 微生物活度测定
• 1.3.4 土壤基本理化性质的测定
• 1.3.5 单一非离子表面活性污染土壤168h微生物区系及活度的测定
• 1.3.6 土壤中添加表面活性剂后立即接种降解菌培养（168h）后微生物数量的测定
• 1.3.7 添加表面活性剂（168h）后接种高效菌培养（168h）微生物数量的测定
• 1.3.8 土壤中非离子表面活性剂的测定
• 2 结果与分析
• 2.1 供试土壤的基本理化性状
• 2.2 土壤微生物区系及其活度的测定结果与分析
• 2.2.1 土壤微生物测定结果
• 2.2.2 土壤微生物活度
• 2.2.3 分析
• 2.3 单一非离子表面活性污染对土壤微生物区系及其活度的测定结果与分析
• 2.3.1 单一非离子表面活性污染样土168h后土壤微生物的测定结果
• 2.3.2 Brij-30、Brij-35、TX-100处理样土168h后土壤微生物活度的测定结果
• 2.3.3 分析
• 2.4 土壤中添加表面活性剂后立即接种降解菌对土壤微生物区系及其活度的测定结果与分析
• 2.4.1 土壤中添加表面活性剂后立即接种降解菌对三大类微生物数量的测定结果
• 2.4.2 土壤中添加表面活性剂后立即接种降解菌对土壤微生物活度的影响
• 2.4.3 土壤中添加表面活性剂后立即接种降解菌对表面活性剂浓度变化测定结果
• 2.4.4 分析
• 2.5 添加表面活性剂（168h）后接种高效菌培养（168h）对土壤微生物区系及其活度的测定
• 2.5.1 添加表面活性剂（168h）后接种高效菌培养（168h）土壤中三大类微生物数量的测定结果
• 2.5.2 添加单一表面活性剂（168h）后接种高效菌培养（168h）对土壤微生物活度的影响
• 3.5.3 添加表面活性剂（168h）后接种高效菌培养（168h）对土壤中表面活性剂的降解作用
• 2.5.4 分析
• 3 结果与分析
• 4 小结
• 第八章 主要结论和创新之处
• 1 主要结论
• 2 创新之处
• 3 下一步工作设想
• 参考文献
• 致谢
• 作者简历
• 附图