高效微生物絮凝剂产生菌XNJA的筛选与絮凝条件优化

论文摘要

絮凝剂广泛应用于各种不同的工业领域中,例如废水处理、食品发酵工业、饮用水纯化和工业下游处理。絮凝剂一般分为化学合成絮凝剂（有机和无机絮凝剂）和天然絮凝剂（壳聚糖、海草素和微生物絮凝剂）。传统的絮凝剂有毒性,对人类健康和生态环境带来不利影响,因此对新型絮凝剂的研究越来越受到国内外的关注。自20世纪80年代以来生物技术迅速发展,一类新型的水处理剂—微生物絮凝剂应运而生。微生物絮凝剂是由微生物分泌的特殊大分子,可以引起液体中悬浮的固体颗粒、细菌、细胞和胶体离子絮凝沉淀,具有沉降效率高、可生物降解、不产生二次污染等优点,是一种高效安全的“第三代”絮凝剂。本文从江苏苏州某污水处理厂的活性污泥中初筛分离出12株产絮凝剂的微生物菌株,复筛得到1株具有较高絮凝活性的絮凝剂产生菌株,将其命名为XNJA,通过16SrRNA基因序列同源性分析并结合生理生化特征分析,将菌株XNJA鉴定为沙雷氏菌属。菌株XNJA在pH6.0～10.0范围内生长良好,最适生长pH为7.0,最适生长温度为30℃,葡萄糖为其最适生长碳源,蛋白胨为其最适生长氮源。菌株XNNJA对高岭土悬浮液的最佳絮凝生长条件为：碳源为葡萄糖、氮源为脲素、pH为7.0～8.0、温度为30℃左右、培养时间为96h。在最佳絮凝条件下,2%絮凝剂投加量对4%的高岭土悬浊液的絮凝率达到80.5%。Ca2+对絮凝活性起促进作用,Al3+对菌株XNJA的絮凝活性无明显影响,而Ni+、Hg+、Fe3+、Mg2+会抑制菌株XNJA的絮凝活性。菌株XNJA的絮凝活性成分主要分布在其发酵液的无细胞上清中,因此,菌株XNJA产生的生物絮凝剂为胞外多聚体。参照Bar-or Y and Shilo M.和Salehizadeh et al.法,提取并纯化了由菌株XNJA产生的微生物絮凝剂,提纯后的微生物絮凝剂为白色粉末状物质,产量为1.46g/L,且纯化后的絮凝剂的絮凝率仍可达到79.6%。同时,对该絮凝剂进行了脱色效果的测定,试验数据表明这种絮凝剂对生物染料的脱色率可达71.6%,具有良好的脱色性能。对纯化的生物絮凝剂进行了化学分析,该生物絮凝剂是由多糖和蛋白质组成的蛋白聚糖。通过红外线光谱测定进一步推测它含有羧基、羟基和氨基基团,是一种典型的杂多糖。有效的絮凝能力和脱色性能说明该生物絮凝剂在工业方面具有潜在的应用价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号与缩略语说明
• 前言
• 文献综述
• 1 絮凝剂的种类
• 1.1 传统絮凝剂
• 1.1.1 无机絮凝剂
• 1.1.2 有机絮凝剂
• 1.2 微生物絮凝剂
• 1.2.1 微生物絮凝剂的定义
• 1.2.2 微生物絮凝剂的分类
• 1.2.3 微生物絮凝剂的特点
• 2 微生物絮凝剂的研究现状
• 2.1 微生物絮凝剂的国内外研究进展
• 2.2 微生物絮凝剂的絮凝机理
• 2.2.1 吸附架桥理论
• 2.2.2 电性中和作用
• 2.2.3 卷扫作用
• 2.2.4 化学反应机理
• 2.3 产微生物絮凝剂的菌株
• 2.4 微生物絮凝剂的分子结构
• 2.5 影响微生物产絮凝剂的培养条件
• 2.5.1 培养基的组分、配比
• 2.5.2 培养条件
• 3 微生物絮凝剂的发展和应用前景
• 3.1 微生物絮凝剂的应用
• 3.1.1 废水处理
• 3.1.2 活性污泥的性能改善
• 3.1.3 畜产废水的处理
• 3.1.4 浮化液的油水分离
• 3.2 微生物絮凝剂存在的问题和发展前景
• 参考文献
• 实验部分
• 第一章 高效微生物絮凝剂产生菌株XNJA的分离、鉴定及培养条件优化
• 第一节 高效微生物絮凝剂产生菌株XNJA的分离和鉴定
• 1 材料与方法
• 1.1 供试土样、培养基及仪器
• 1.1.1 供试土样
• 1.1.2 培养基
• 1.1.3 仪器
• 1.2 絮凝菌株的分离和筛选
• 1.3 絮凝活性的检测方法
• 1.3.1 初筛
• 1.3.2 复筛
• 1.4 菌株的培养特性及生理生化鉴定
• 1.5 微生物絮凝剂产生菌株16S rRNA基因序列的PCR扩增及测序
• 1.5.1 菌株基因组总DNA的提取
• 1.5.2 菌株16S rRNA基因的PCR扩增
• 1.5.3 普通感受态细胞的制备和转化
• 1.5.4 质粒DNA的小量提取
• 1.5.5 PCR产物的回收及T/A克隆
• 1.5.6 16S rRNA基因的序列测定
• 1.5.7 菌株的系统发育分析
• 2 结果与分析
• 2.1 微生物絮凝剂产生菌的分离
• 2.2 微生物絮凝剂产生菌株XNJA的菌落形态和生理生化特征
• 2.3 菌株XNJA的基因组DNA的提取
• 2.4 16S rRNA基因的扩增
• 2.5 菌株XNJA的系统发育分析
• 2.6 菌株的生长曲线
• 2.7 环境条件对微生物絮凝剂产生菌株XNJA生长的影响
• 2.7.1 温度对菌株XNJA生长的影响
• 2.7.2 初始pH对菌株XNJA生长的影响
• 2.7.3 通气量对菌株XNJA生长的影响
• 2.7.4 NaCl浓度对菌株XNJA生长的影响
• 2.7.5 不同碳源对菌株XNJA生长的影响
• 2.7.6 不同氮源对菌株XNJA生长的影响
• 3 小结
• 第二节 微生物絮凝剂产生菌株XN,JA的培养条件优化
• 1 材料与方法
• 1.1 菌株、试剂与培养基
• 1.1.1 菌株
• 1.1.2 培养基
• 1.1.3 试剂
• 1.2 菌种制备及菌体生长量的测定方法
• 1.2.1 菌种制备
• 1.2.2 菌体生长量的测定方法
• 1.2.3 生长曲线的绘制
• 1.3 絮凝活性的检测方法
• 1.3.1 初筛
• 1.3.2 复筛
• 1.4 菌株最佳产生絮凝剂条件的研究
• 1.4.1 培养基成分对菌株XNJA絮凝活性的影响
• 1.4.2 温度对菌株XNJA絮凝活性的影响
• 1.4.3 时间对菌株XNJA絮凝活性的影响
• 1.4.4 培养基初始pH对菌株XNJA絮凝活性的影响
• 1.4.5 通气量对菌株XNJA絮凝活性的影响
• 2 结果与分析
• 2.1 培养基成分对菌株XNJA絮凝活性的影响
• 2.1.1 不同碳源对菌株XNJA絮凝活性的影响
• 2.1.2 不同氮源对菌株XNJA絮凝活性的影响
• 2.1.3 不同碳氮比对菌株XNJA絮凝活性的影响
• 2.2 温度对菌株XNJA絮凝活性的影响
• 2.3 培养时间对菌体生长及絮凝活性的影响
• 2.4 培养基初始pH对菌株XNJA絮凝活性的影响
• 2.5 通气量对菌株XNJA絮凝活性的影响
• 3 小节
• 4 本章小结
• 参考文献
• 第二章 微生物絮凝剂的絮凝特性研究
• 1 材料与方法
• 1.1 供试菌株、培养基
• 1.1.1 菌株
• 1.1.2 培养基
• 1.2 菌株XNJA产絮凝剂的特性曲线
• 1.3 菌株XNJA絮凝活性的分布
• 1.4 不同金属离子对絮凝活性的影响
• 2+投加量对絮凝活性的影响'>1.5 Ca²⁺投加量对絮凝活性的影响
• 1.6 絮凝反应体系pH对絮凝活性的影响
• 1.7 絮凝剂投加量对絮凝活性的影响
• 1.8 絮凝剂的热稳定性试验
• 1.9 絮凝剂的脱色试验
• 2 结果与分析
• 2.1 菌株XNJA产絮凝剂的特性曲线
• 2.2 菌株XNJA絮凝活性的分布
• 2.3 不同金属离子对絮凝活性的影响
• 2+投加量对絮凝活性的影响'>2.4 Ca²⁺投加量对絮凝活性的影响
• 2.5 絮凝反应体系pH对絮凝活性的影响
• 2.6 絮凝剂投加量对絮凝活性的影响
• 2.7 絮凝剂的热稳定性试验
• 2.8 絮凝剂的脱色反应
• 3 本章小结
• 参考文献
• 第三章 微生物絮凝剂的分离提纯和成分分析
• 1 材料与方法
• 1.1 材料与设备
• 1.1.1 菌株
• 1.1.2 培养基
• 1.2 微生物絮凝剂的提取、纯化
• 1.3 微生物絮凝剂成分的物理化学分析
• 1.3.1 微生物絮凝剂成分的物理性质分析
• 1.3.2 微生物絮凝剂成分化学性质的定性实验
• 1.3.3 微生物絮凝剂成分化学性质的定量实验
• 1.3.4 微生物絮凝剂的紫外光谱分析
• 1.3.5 微生物絮凝剂的红外光谱分析
• 2 结果与分析
• 2.1 微生物絮凝剂成分的物理性质分析
• 2.2 微生物絮凝剂成分的化学定性分析
• 2.3 微生物絮凝剂成分的化学定量分析
• 2.3.1 苯酚-硫酸法测定总糖含量
• 2.3.2 考马斯亮蓝G-250法测定总蛋白质含量
• 2.4 微生物絮凝剂成分的紫外光谱分析
• 2.5 微生物絮凝剂成分的红外光谱分析
• 3 本章小结
• 参考文献
• 全文总结
• 本论文的创新点及不足之处
• 附录一 文中所用培养基及试剂配方
• 附录二 相关DNA序列
• 攻读硕士学位期间发表或已接受的学术论文
• 致谢