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XP1菌株的脱氮特性及其强化人工湿地脱氮

作　者: 侯庆杰
导　师: 裴海燕
学　校: 山东大学
专　业: 环境工程
关键词: 反硝化细菌脱氮特性类芽孢杆菌强化脱氮 PCR-DGGE
分类号: X172
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

氮是重要的污染物,目前,氮的污染已受到人们的广泛关注。水体中过量的氮会造成富营养化状态,使水质恶化,影响水生生物的生长与繁殖；土壤中过量氮的富集,会使土壤的土质变坏,不利于植物生长。随着氮污染的日益严重,去除水中氮素污染已经成为当今水污染防治领域的一个热点问题。人工湿地技术由于其具有易于建立、易于管理、造价低、能耗低、有利于生态恢复等优点,在污水处理中得到广泛应用。采用经典的稀释土壤悬液-涂布平板法,从南四湖人工湿地植物香蒲根际土壤中分离得到一株高效反硝化细菌XP1,对其生态影响因子、反硝化能力、生长曲线进行了研究。实验结果表明XP1菌株反硝化作用的最佳碳源为柠檬酸钠；在pH为7.0-9.0范围内有良好的脱氮效果,最佳pH为8.0；最佳碳源与氮源比为7；最佳初始氮浓度为30mg/L。XP1菌株8小时后进入指数增长期,最终总氮去除率可达90%以上。通过形态观察,XP1菌株为短杆状革兰氏阴性菌,大小约(0.25-0.3)×(0.6-0.8)μm；经16S rDNA测序、系统发育树分析,确定了XP1菌株的分类学地位(GenBank登录号为GQ981313):XP1菌株为类芽孢杆菌(Paenibacillus sp.)。在实验室条件下利用反硝化细菌XP1,分别接种于湿地植物芦竹、芦苇、香蒲的根际土壤,考察XP1菌株对三种植物的强化脱氮作用,并利用PCR-变性梯度凝胶电泳(Denaturing Gradient Gel Electrophoresis)考察强化脱氮过程中XP1菌株在三种植物根际土壤微生物中的变化。模拟湿地在未强化脱氮时,三种植物湿地相同条件下脱氮能力大小顺序为芦竹>芦苇>香蒲；三种植物的根际土壤所含微生物种类基本相同,所含微生物总量顺序为芦竹>芦苇>香蒲,其中土著XP1菌株在芦竹、芦苇、香蒲根际土壤微生物中的含量比值约为1.5：1.3：1。加入XP1菌株强化脱氮后,香蒲、芦苇、芦竹三种植物湿地总氮去除率分别由14%,56%,56%提高至98%以上；强化脱氮作用明显；含氮废水总氮降至《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅲ类水质要求时三种植物根际土壤中的微生物种群数及微生物总量都有所下降,其中XP1菌株在三种植物根际土壤中的含量分别下降了40%、53%、67%,但根际细菌菌群结构未发生较大变化。

全文目录

摘要  9-11
ABSTRACT  11-13
第一章绪论  13-26
  1.1 研究背景  13-14
  1.2 水体中氮的来源及危害  14-16
    1.2.1 水体中氮素的来源  14-15
    1.2.2 水体中氮素污染的危害  15-16
  1.3 微生物脱氮原理及脱氮影响因子  16-19
    1.3.1 反硝化微生物的脱氮原理  16-17
    1.3.2 反硝化微生物脱氮的影响因子  17-19
  1.4 人工湿地脱氮作用及生物强化脱氮工艺  19-22
    1.4.1 人工湿地脱氮作用  19-21
    1.4.2 生物强化脱氮工艺  21-22
  1.5 变性梯度凝胶电泳技术及其应用  22-24
    1.5.1 研究土壤微生物的传统方法  22
    1.5.2 变性梯度凝胶电泳  22-24
  1.6 研究意义及内容  24-26
    1.6.1 研究意义  24
    1.6.2 研究内容  24-26
第二章高效脱氮菌株的筛选  26-32
  2.1 材料与方法  26-29
    2.1.1 材料与仪器  26-27
    2.1.2 实验方法  27-29
  2.2 结果与分析  29-31
    2.2.1 脱氮菌株筛选结果  29-30
    2.2.2 脱氮菌株脱氮能力测定  30-31
  2.3 本章小结  31-32
第三章高效脱氮菌株脱氮特性考察  32-39
  3.1 材料与方法  32-33
    3.1.1 材料  32
    3.1.2 方法  32-33
  3.2 结果与分析  33-38
    3.2.1 XP1菌株脱氮特性  33-37
    3.2.2 最佳生态影响因子条件下菌株生长及脱氮情况  37-38
  3.3 本章小结  38-39
第四章高效脱氮菌株的鉴定  39-47
  4.1 材料与方法  39-41
    4.1.1 材料与仪器  39-40
    4.1.2 高效脱氮菌株形态学分析  40
    4.1.3 16S rDNA的PCR扩增  40-41
    4.1.4 16S rDNA测序及系统发育分析  41
  4.2 结果与分析  41-45
    4.2.1 XP1菌株形态学特征  41-43
    4.2.2 XP1菌株的系统发育分析  43-45
  4.3 本章小结  45-47
第五章高效脱氮菌株强化人工湿地脱氮效果  47-54
  5.1 材料与方法  47-48
    5.1.1 材料  47
    5.1.2 方法  47-48
  5.2 结果与分析  48-53
    5.2.1 植物湿地脱氮能力比较  48-49
    5.2.2 XP1菌株强化脱氮能力比较  49-50
    5.2.3 强化脱氮过程中NO_3~-及NO_2~-的浓度变化  50-53
  5.3 本章小结  53-54
第六章强化脱氮工艺根际微生物菌群结构分析  54-63
  6.1 材料与方法  54-56
    6.1.1 材料  54
    6.1.2 方法  54-56
  6.2 结果与分析  56-61
    6.2.1 根际土壤微生物DNA的PCR扩增  56
    6.2.2 根际土壤微生物菌群结构分析  56-61
  6.3 本章小结  61-63
第七章结论与展望  63-65
  7.1 结论  63-64
  7.2 存在问题与展望  64-65
参考文献  65-72
致谢  72-73
攻读学位期间发表论文情况  73
攻读学位期间参与的科研项目及获奖情况  73-74
学位论文评阅及答辩情况表  74

XP1菌株的脱氮特性及其强化人工湿地脱氮

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