一株芘高效降解菌的选育及降解特性、固定化研究

论文摘要

多环芳烃（PAHs）是环境中普遍存在的难降解有机污染物,具有致癌、致畸、致突变特性,其污染问题日益受到重视。本文旨在为多环芳烃污染环境的生物修复提供微生物资源和基础数据,从某焦化厂曝气池的活性污泥中分离纯化出一株降解芘的优势菌株,命名为B-1,通过形态学观察、生理生化试验及l6S rDNA序列分析对其进行了鉴定,考察了B-1对芘的降解特性和投菌量、芘初始浓度、pH和盐度等因素对芘降解效率的影响,还研究了投加葡萄糖、维生素C、水杨酸、邻苯二甲酸、萘、α-酮戊二酸等外加碳源对芘的降解效率的影响。选择合适的载体对菌株进行了固定化,利用正交实验方法确定了最佳固定化条件。比较了B-1固定化前后芘的耐受性和最适pH值范围的变化。结果表明:菌株B-1可初步被判断为芽胞杆菌属。该菌能利用芘的最高浓度为130 mg/L左右。在投菌量为15%（V/V）、芘初始浓度为20100 mg/L和温度为30℃的条件下,该菌在pH为4.011.0、盐度在1.0%以内可保持对芘良好的降解能力。当芘初始浓度为80 mg/L,投菌量为13%（V/V）,历时10 d,芘的降解效率可达92.4%。加入六种外加碳源可不同程度地促进芘的降解。当反应体系中加入葡萄糖浓度为100 mg/L,菌株对芘的降解效率达到94%,比对照样中芘的降解效率提高了17.5%。当加入的维生素C的浓度从50 mg/L提高到100 mg/L,降解效率反而有所下降,50 mg/L为最佳投加量,此时降解率为89%。投加100 mg/L邻苯二甲酸处理效果最好,可使芘的去除率达到97.8%。50 mg/L为水杨酸最适投加量,降解效率比对照样提高了21%。加入120 mg/L的α-酮戊二酸,芘的降解率明显提高,20 mg/L浓度的刺激效果最好,降解效率达到89%。多环芳烃萘的加入也促进了芘的降解,当萘50 mg/L,历时13 d,芘的最终降解率达到了92%,比对照样增加了16%。采用海藻酸钠和PVA为载体,并加入一定量的高岭土对B-1菌进行固定化,正交实验确定的固定化操作的最优化条件为:聚乙烯醇含量8%、高岭土5%、海藻酸钠含量0.2%、包埋菌体的体积15 mL。菌株被固定化后对芘的去除能力明显提高,13 d后培养基中80 mg/L的芘几乎完全去除。与游离细胞相比,固定化细胞降解芘的最适pH值范围变宽。在611的pH值范围内,芘的去除率均在84%以上。菌株B-1固定化后耐受芘的浓度更高,当芘的浓度为160 mg/L,降解率仍可达到59%。固定化微生物对芘的去除,一方面是由于菌株B-1生物降解的贡献,另一方面与固定化材料对芘的吸附作用有关。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 多环芳烃的理化性质
• 1.2 多环芳烃的来源
• 1.3 多环芳烃在环境中的迁移和转化
• 1.4 多环芳烃的危害
• 1.5 多环芳烃的微生物降解研究进展
• 1.5.1 降解多环芳烃的微生物
• 1.5.2 微生物降解多环芳烃的机理
• 1.5.3 多环芳烃（PAHs）污染的微生物修复强化方法
• 1.5.4 多环芳烃的微生物-植物的联合修复
• 1.6 固定化微生物技术在水污染控制中的应用
• 1.6.1 固定化载体选择
• 1.6.2 固定化微生物技术在难降解有机物污染控制中的应用研究进展
• 1.7 研究的意义和内容
• 1.7.1 研究的意义
• 1.7.2 研究的主要内容
• 第2章 芘降解菌的筛选与鉴定
• 2.1 材料、仪器和试剂
• 2.1.1 菌种来源
• 2.1.2 仪器
• 2.1.3 试剂
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 培养基的配制
• 2.2.2 菌种筛选与纯化
• 2.2.3 菌种的鉴定
• 2.3 结果与分析
• 2.3.1 分离菌株的形态与生理生化特性
• 2.3.2 16S rDNA 序列分析
• 2.4 小结与讨论
• 第3章 菌株B-1 对芘的降解性能研究
• 3.1 仪器与试剂
• 3.2 实验方法
• 3.2.1 主要溶液的配制
• 3.2.2 芘的测定
• 3.2.3 细菌数量测定
• 3.2.4 生长曲线和降解曲线的测定
• 3.2.5 环境因素对菌株B-1 降解芘效能的影响研究
• 3.3 结果与分析
• 3.3.1 芘的降解特性
• 3.3.2 芘初始浓度的影响
• 3.3.3 投菌量的影响
• 3.3.4 pH 值的影响
• 3.3.5 盐浓度的影响
• 3.4 小结与讨论
• 第4章 外加碳源对B-1 降解芘性能的影响
• 4.1 实验试剂与方法
• 4.1.1 试剂
• 4.1.2 实验方法
• 4.2 结果与分析
• 4.2.1 葡萄糖对菌株降解芘的影响
• 4.2.2 维生素C 对菌株降解芘的影响
• 4.2.3 邻苯二甲酸对菌株降解芘的影响
• 4.2.4 水杨酸对菌株降解芘的影响
• 4.2.5 萘对菌株降解芘的影响
• 4.2.6 α-酮戊二酸对芘降解的影响
• 4.3 小结与讨论
• 第5章 菌株B-1 的固定化及固定化菌对芘的降解
• 5.1 实验材料
• 5.2 实验方法
• 5.2.1 固定化微生物小球的制备
• 5.2.2 菌株B-1 的固定化条件研究
• 5.2.3 固定化菌株B-1对芘的降解性能实验
• 5.2.4 环境因子对固定化小球降芘能力的影响
• 5.3 结果与分析
• 5.3.1 菌株B-1 固定化的最佳条件
• 5.3.2 细胞固定化后的形态观察
• 5.3.3 固定化菌与游离细菌对芘的降解
• 5.3.4 初始芘浓度对固定化菌降芘效率的影响
• 5.3.5 pH 值对固定化细胞和游离细胞降芘效率的影响
• 5.4 小结与讨论
• 第6章 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢