在運(yùn)用傳統(tǒng)的間歇曝氣富集和選擇性培養(yǎng)基法篩選好氧反硝化菌的基礎(chǔ)上,首次引入超聲波預(yù)處理沉積物-水懸液,從西安市黑河金盆水庫、興慶公園和長樂公園沉積物中分離篩選出高效好氧反硝化菌群,好氧反硝化細(xì)菌和好氧反硝化真菌。并對好氧反硝化菌群脫氮特性及種群結(jié)構(gòu),好氧反硝化細(xì)菌在好/厭氧狀態(tài)下的脫氮特性以及narG、nirS和nosZ功能基因的表達(dá)水平和好氧反硝化真菌的脫氮特性進(jìn)行研究。進(jìn)一步,選取西安市區(qū)6個典型城市湖泊景觀水體作為研究對象,在分析水體水質(zhì)指標(biāo)的基礎(chǔ)上,運(yùn)用Illumina高通量測序技術(shù)對湖水中的nirS型反硝化細(xì)菌種群結(jié)構(gòu)和多樣性進(jìn)行診斷,以期探明城市湖泊景觀水體水質(zhì)與反硝化細(xì)菌種群結(jié)構(gòu)多樣性的偶聯(lián)機(jī)制。本研究主要成果結(jié)論如下:(1)成功篩選出3組高效好氧反硝化菌群H-30,X-10和C-30,并對其好氧反硝化能力進(jìn)行研究。結(jié)果表明,該3組混合好氧反硝化菌群具有高效的脫氮能力,24h后,混合菌群H-30,X-10和C-30總氮(TN)去除率分別達(dá)到83.04%,83.40%和82.68%,僅有少量亞硝氮(NO_2~--N)積累。由Illumina Miseq高通量DNA測序可知,3組nirS型好氧反硝化優(yōu)勢混合菌群種群結(jié)構(gòu)差異顯著。其中,混合菌群H-30,X-10和C-30的優(yōu)勢菌種分別為枯草芽孢桿菌(Bacillus subtilis),Paracoccus pantotrophus和斯氏假單胞菌(Pseudomonas stutzeri)。其中,斯氏假單胞菌(P.stutzeri)在3組混合菌群中均存在,在H-30、X-10菌群中占比水平相當(dāng),而P.xiamenensis僅存在于混合菌種H-30。(2)KK99菌株在好/厭氧條件下,均能進(jìn)行反硝化作用,且在兩種不同的條件下均具有高效的脫氮效率。narG基因的表達(dá)量比較低,因此在基因表達(dá)水平上,該酶起的作用比較小;而nirS基因和nosZ基因的表達(dá)量比較高,但是在好/厭氧條件下的差異比較顯著。在厭氧條件下,nirS基因起主要的作用;在好氧條件下,nosZ基因起主要的作用;功能基因的檢測解釋了菌株在厭氧、好氧條件下均能進(jìn)行反硝化的原因。同時該菌株還具有同步硝化反硝化能力,在好氧條件下,能同時去除硝酸鹽氮和氨氮,24h時,TN去除率為76%。(3)真菌KPL108能夠同步進(jìn)行硝化反硝化反應(yīng)。在以硝酸鹽氮為唯一氮源的反硝化系統(tǒng)中,25h時,硝氮去除率能達(dá)到97%,沒有亞硝氮積累。反硝化過程的氮平衡分析表明大約92%的初始氮以氣體的形式去除。響應(yīng)曲面實驗揭示了脫氮的最優(yōu)條件是:C/N為6.42,轉(zhuǎn)速為109.68r/min,溫度為28.48℃和初始pH值為8.15。對總氮去除率影響最為顯著的自變量為初始pH值和溫度。結(jié)果表明真菌KPL108能夠用于微污染水源水庫的微生物修復(fù)。(4)6個城市湖泊景觀水體中,永陽公園水體符合Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn),而曲江池、木塔寺生態(tài)遺址公園、新紀(jì)元公園水體符合V類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),豐慶公園和勞動公園水體屬于劣V類水。高通量測序結(jié)果表明,6個城市湖泊景觀水體nirS型反硝化細(xì)菌種群結(jié)構(gòu)差異顯著。其中,豐慶公園和勞動公園水體的最優(yōu)勢反硝化菌屬為副球菌屬(Paracoccus sp.);曲江池和永陽公園水體的最優(yōu)勢反硝化菌屬為假單胞菌屬(Pseudomonas sp.);木塔寺生態(tài)遺址公園和新紀(jì)元公園水體的最優(yōu)勢反硝化菌屬為紅長命菌屬(Rubrivivax sp.)。通過主成分分析(PCA)可知,城市湖泊景觀水體水質(zhì)指標(biāo)中的NH_4~+-N和高錳酸鹽指數(shù)含量是影響新紀(jì)元公園和木塔寺公園水體nirS型反硝化細(xì)菌種群結(jié)構(gòu)的顯著因素;而NO_3~--N、NO_2~--N、TN、TP和DO是影響勞動公園和豐慶公園水體nirS型反硝化細(xì)菌的種群結(jié)構(gòu)的顯著因素(蒙特卡洛檢驗,P0.05);水體pH顯著影響永陽公園水體nirS型反硝化細(xì)菌的種群結(jié)構(gòu)(蒙特卡洛檢驗,P0.05)。結(jié)果表明,西安市典型城市湖泊景觀水體nirS型反硝化細(xì)菌的種群結(jié)構(gòu)受不同水質(zhì)指標(biāo)的綜合調(diào)控。
【學(xué)位單位】：西安建筑科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：X172;X524
【部分圖文】：

本研究技術(shù)路線

器中（KQ-500DE，溫度設(shè)定為 20℃；超聲功率設(shè)定為 40％，其額定功率為 500W）處理，處理時間分別為 0、10、20、30、40 和 50s。2.2.2 好氧反硝化菌的初篩在無菌操作臺，采用滅菌玻璃棒將菌液攪拌均勻，從用超聲波處理過的沉積物-水混合液（菌懸液）中，取 1mL 放置到 9mL 滅菌水的試管中，使其混合均勻，便得到 10-1梯度菌懸液，采用同樣的方法，從 10-1梯度菌懸液中吸取 1mL 到含有9mL 無菌水的試管中，得到 10-2梯度的菌懸液，順序得到 10-3、10-4、10-5、10-6梯度的菌懸液；分別取 0.1mL 的 10-3、10-4、10-5和 10-6菌懸液涂布到 DM 固體平板上，將其置于恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)（倒置，30℃）。樣品做 3 個重復(fù)。固體平板長出菌落后，從 10-5和 10-6梯度平板上選取顏色、形狀和大小不同的單菌落在滅菌固體平板上劃線分離，接著放入恒溫培養(yǎng)箱中，等到在平板上長出新的菌落后，繼續(xù)劃線分離，重復(fù) 3 次就可以到純菌落(圖 2.1)。

圖 3.3 好氧反硝化菌群 C-30 (a)氮素去除，(b)生長曲線及總有機(jī)碳去除菌群結(jié)構(gòu)組成解析混合菌群是通過將運(yùn)用稀釋涂布平板技術(shù)分離純化得到的優(yōu)勢式形成的。在這個配對過程中不可避免地存在人為因素，而不混合菌群。本研究設(shè)計出的混合菌種篩分方法不需要得到單一氮效果來確定優(yōu)勢菌種。該過程省時省力，所得混合菌群是在形成的，具有穩(wěn)定性和高效性。由不同種屬的好氧反硝化細(xì)菌水體氮污染去除效果更穩(wěn)定、更高效。好氧反硝化混合菌群中硝化細(xì)菌形成了共生關(guān)系，相互之間產(chǎn)生協(xié)同作用、菌株之間有利于水體中氮的去除和有機(jī)物的降解。的 3 組優(yōu)勢好氧反硝化菌群結(jié)構(gòu)組成通過高通量 DNA 測序測，優(yōu)勢好氧反硝化混合菌群 H-30 的類別包括：Paracoccus pant
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2846026