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好氧反硝化菌的紫外诱变育种研究

作　者: 钟君伟
导　师: 纪荣兴
学　校: 集美大学
专　业: 水生生物学
关键词: 好氧反硝化紫外诱变脱氮特性养殖水体
分类号: X172
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

氮素是导致水体富营养化的一类重要污染物,在养殖水体富营养化中表现尤为突出。过量氮素化合物的积累已成为水产养殖中鱼、虾等致病的重要因素,特别是亚硝酸盐与胺类物质结合可形成具有强烈致癌作用的亚硝胺。近年来,国内外的不少研究和报道已充分证明好氧反硝化菌的存在,为好氧条件下进行生物脱氮提供了崭新的思路。本文通过紫外线诱变提高好氧反硝化菌株的反硝化效率,进而研究其反硝化特性,最后将诱变的高效反硝化菌株用于养殖水体的脱氮处理,以期为富营养化养殖水体的净化提供有应用价值的菌株。本文采用紫外诱变法对好氧反硝化菌A762进行诱变处理,根据显色圈大小(G)与菌落直径(C)之比初筛得到8株突变菌,再根据脱氮效果从中筛选出一株TN去除率最高的突变株B25,并对其好氧反硝化性能进行了研究。结果显示:96h后,在好氧条件下相对于原菌株A762,菌株B25具有更好的生长优势,对NO3--N去除率达到90%以上,远高于原菌的22.201%,且能短时间内去除积累的亚硝态氮,TN去除率提高到84.627%,比原菌株A762提高了60.071%。在反硝化过程中,培养液pH值逐渐上升,而氧化还原电位(ORP)逐渐降低。进一步研究了菌株A762及B25在不同浓度亚硝态氮条件下的反硝化能力。结果表明:不同亚硝酸盐浓度条件下B25的生长优势较为明显且具有更强的反硝化能力。当亚硝酸盐浓度为0.069g/L时,5d后A762和B25的亚硝态氮去除率都达到100%,没有显著差别。而当亚硝酸盐浓度为0.138g/L和0.207g/L时,5d后B25的亚硝态氮去除率接近100%,而A762的亚硝态氮去除率分别只有72.811%和33.333%。同时,通过单因素试验及正交试验考察了理化因子对A762和B25生长及反硝化能力的影响。结果表明:不同理化因子对A762和B25的生长及反硝化能力的影响存在一定差异,但B25的生长及反硝化能力普遍优于A762,此外盐度对A762和B25的生长及反硝化能力有非常显著的影响。这可能与此菌来源于海水环境有关,其生长及反硝化能力需要一定的盐度。正交试验结果表明,A762及B25在9组正交试验中有6组实验都会产生一定的亚硝态氮积累,但是B25得亚硝态氮积累量显著低于A762。将A762及B25接种养殖废水中,检验其在实际养殖水体中的脱氮效果。发现A762及B25对胰蛋白胨具有较强的依赖性;在加入0.25g/L胰蛋白胨的情况下,菌株A762和B25都能显著降低养殖水体中硝态氮及亚硝态氮的含量,其中B25的降解效果更为明显,4d后其硝态氮及亚硝态氮去除率分别达到21.790%和48.741%。综上所述,本文运用紫外诱变的方法有效地提高了好氧反硝化菌株中硝酸盐还原酶和亚硝酸盐还原酶的活性,提高了菌株的好氧反硝化脱氮能力,为水产养殖废水脱氮处理提供了理论依据,具有一定的应用价值。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-12
第1章引言  12-26
  1.1 好氧反硝化细菌的分离思路及方法  12-13
  1.2 好氧反硝化菌氮循环代谢途径  13-16
    1.2.1 好氧反硝化细菌的氨化作用及氮同化途径  14
    1.2.2 好氧反硝化细菌的异养硝化作用及好氧反硝化作用  14-16
  1.3 好氧反硝化菌主要氮循环酶  16-19
    1.3.1 氨单加氧酶(AMO)  16
    1.3.2 羟胺氧化酶(Hydroxylamine oxidase,HAO)  16-17
    1.3.3 硝酸还原酶(Periplasmic nitrate reductases,NAP)  17
    1.3.4 亚硝酸还原酶(Nitrite reductase,NIR)  17-18
    1.3.5 一氧化氮还原酶(Nitric oxide reductase,NOR)  18
    1.3.6 一氧化二氮还原酶(Nitrous oxide reductase,NOS、N_2OR)  18-19
  1.4 好氧反硝化的影响因素  19-23
    1.4.1 氧浓度的影响  20-21
    1.4.2 碳源及COD/N(碳氮比)  21
    1.4.3 氮化物  21-22
    1.4.4 温度  22
    1.4.5 pH  22-23
  1.5 好氧反硝化细菌的应用现状  23-24
  1.6 问题及展望  24-26
第2章高效好氧反硝化菌的紫外诱变育种研究  26-34
  2.1 材料  26-28
    2.1.1 实验菌株与培养基  26-27
    2.1.2 主要实验仪器  27
    2.1.3 主要试剂  27-28
  2.2 实验方法  28-29
    2.2.1 菌悬液的制备  28
    2.2.2 紫外光致死效应测定  28
    2.2.3 紫外诱变及优势菌株的筛选  28
    2.2.4 好氧反硝化脱氮特性实验  28
    2.2.5 分析方法  28-29
  2.3 结果与分析  29-32
    2.3.1 诱变条件的确定  29
    2.3.2 优势菌株的筛选  29-30
    2.3.3 好氧反硝化性能测定  30-32
  2.4 讨论  32-34
第3章好氧反硝化细菌亚硝酸盐还原活性的研究  34-40
  3.1 材料  34-35
    3.1.1 菌株  34
    3.1.2 主要实验仪器  34-35
    3.1.3 主要试剂  35
  3.2 实验方法  35-36
    3.2.1 微生物的富集培养  35-36
    3.2.2 亚硝酸盐还原活性实验  36
    3.2.3 分析方法  36
  3.3 结果与分析  36-38
    3.3.1 初始 NaNO_2浓度对菌体生长的影响  36-37
    3.3.2 初始 NaNO_2浓度下对NH_4~+-N 曲线测定结果  37
    3.3.3 初始 NaNO_2浓度下对NO_2--N、TN 曲线测定结果  37-38
  3.4 讨论  38-40
第4章理化因子对好氧反硝化影响的研究  40-56
  4.1 材料  40-41
    4.1.1 试验材料  40
    4.1.2 主要实验仪器  40-41
    4.1.3 主要试剂  41
  4.2 实验方法  41-43
    4.2.1 菌悬液的制备  41-42
    4.2.2 不同碳源实验  42
    4.2.3 不同初始C/N(质量比)实验  42
    4.2.4 不同溶氧下的反硝化特性  42
    4.2.5 不同初始pH 下的反硝化特性  42
    4.2.6 不同温度条件下的反硝化特性  42
    4.2.7 不同盐度条件下的反硝化特性  42-43
    4.2.8 分析方法  43
  4.3 结果与分析  43-53
    4.3.1 碳源对好氧反硝化菌株A762 及B25 的生长和反硝化能力的影响  43-45
    4.3.2 不同C/N 对好氧反硝化菌株A762 及B25 的反硝化能力的影响  45-46
    4.3.3 不同溶氧对好氧反硝化菌株A762 及B25 的生长和反硝化能力的影响  46-48
    4.3.4 不同初始pH 对好氧反硝化菌株A762 及B25 的生长和反硝化能力的影响  48-50
    4.3.5 不同温度对好氧反硝化菌株A762 及B25 的生长和反硝化能力的影响  50-52
    4.3.6 不同盐度对好氧反硝化菌株A762 及B25 的生长和反硝化能力的影响  52-53
  4.4 讨论  53-56
第5章高效好氧反硝化菌应用于养殖水体的研究  56-63
  5.1 材料  56-57
    5.1.1 试验材料  56
    5.1.2 主要实验仪器  56
    5.1.3 主要试剂  56-57
  5.2 实验方法  57-58
    5.2.1 菌悬液的制备  57
    5.2.2 正交试验  57-58
    5.2.3 两菌株在天然养殖水体中的反硝化特性  58
    5.2.4 分析方法  58
  5.3 结果与分析  58-61
    5.3.1 运用正交试验设计对菌株 A762 及 B25 反硝化能力的测定及方差分析  58-60
    5.3.2 菌株 A762 及 B25 在天然养殖水体中的反硝化特性  60-61
  5.4 讨论  61-63
第6章小结与展望  63-65
  6.1 小结  63-64
  6.2 展望  64-65
致谢  65-66
参考文献  66-74
在学期间发表的学术论文  74

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