當今經濟和社會的迅速發(fā)展在大幅改善居民生活質量的同時,也加大了工農業(yè)和生活污水的排放量。污水中含有對人體健康有害的物質,對其進行有效處理迫在眉睫。低溫條件下,常規(guī)污水生物處理技術由于中溫微生物自身的機制導致其生長緩慢,影響污水排放的效率,很難達到排放標準。因此,尋找低溫條件下的高效反硝化細菌對污水的高效處理與合格排放有著非常重要的作用。利用反硝化篩選培養(yǎng)基對26個站位的北極海洋沉積物進行了反硝化細菌的富集、篩選與分離培養(yǎng),獲得了59株具有16S rRNA基因有效序列的菌株;基于16S rRNA基因序列的系統(tǒng)發(fā)育分析表明,分離到的菌株分屬于3個門、4個綱、8個目、13個科、16個屬、23個種,其中γ-變形菌綱(γ-Proteobacteria)的菌株數量所占的比例最大(57.63%);有1株菌(CC2-DN-5)與模式菌株Halocynthiibacter arcticus PAMC 20958的最高序列相似性為96.44%,可能為潛在的新種。理化性質分析結果表明,大部分分離到的菌株能利用阿拉伯糖和葡萄糖等多種碳源生長,并且能產硝酸鹽還原酶、α-葡萄糖苷酶和蛋白酶等多種胞外水解酶。代表性菌株的溫度和NaCl濃度生長范圍的研究結果表明,大部分菌株生長的溫度和NaCl濃度的范圍為0–30℃和0–6.0%,最適溫度為10℃或20℃,最適NaCl濃度為1.5%或4.5%。大多數代表性菌株既能在低溫下生長良好,又對NaCl濃度具有廣泛的適應能力,表明其對環(huán)境的適應性較強,具有良好的應用前景。從3株假單胞菌(Pseudomonas,P13-DN-7、E24-DN-52和C22-DN-54)和1株海桿菌(Marinobacter,P12-DN-1)中克隆到反硝化作用的關鍵酶亞硝酸還原酶基因(nirS),初步表明其為真正的反硝化細菌。綜合考慮菌株對溫度、NaCl濃度的耐受性以及反硝化篩選培養(yǎng)基中的生長情況,篩選出生長較好的6株菌(Pseudoalteromonas sp.CC2-DN-6、Paracoccus sp.E24-DN-51、Pseudomonas sp.C22-DN-54、Vibrio sp.CC05-DN-57、Psychrobacter sp.B09-DN-60和Pseudoalteromonas sp.B10-DN-64)研究其在硝化培養(yǎng)基和反硝化培養(yǎng)基中的脫氮性能。研究結果表明,菌株C22-DN-54具有良好的脫氮效果;在硝化試驗中,菌株C22-DN-54能在48 h內將NH_4~+-N(初始濃度60 mg/L)的含量降低70%以上;反硝化試驗中,該菌株在48 h內對NO_3~?-N(初始濃度40 mg/L)的去除效果幾乎為100%。菌株Marinobacter sp.Arc7-DN-1能將NH_4~+或NO_3~?作為唯一氮源在低溫條件下生長;可在較寬的溫度(0–30℃)和NaCl濃度(1.5–9.0%)范圍下生長。菌株Marinobacter sp.Arc7-DN-1的基因組為1條全長4300456 bp(G+C含量,57.64mol%)的環(huán)形染色體,包含3811個編碼基因、50個tRNA和3個rRNA操縱子(16S-23S-5S rRNA)。KEGG分析結果顯示,菌株Marinobacter sp.Arc7-DN-1編碼43種與氮代謝相關的蛋白質,包括一條完整的反硝化途徑(硝酸鹽還原酶、亞硝酸鹽還原酶(NO形成)、NO還原酶和N_2O還原酶)、一條硝酸鹽還原途徑(硝酸鹽還原酶和亞硝酸鹽氧化還原酶)以及其他氮代謝相關酶,如硝酸酯單氧酶、谷氨酰胺合成酶等。選取脫氮能力較強的菌株E24-DN-51(Paracoccus sp.)和C22-DN-54(Pseudomonas sp.)構建混合菌群,研究C/N、溫度和NaCl濃度對其去除效率的影響。研究結果表明,C/N為1–16時,混合菌群的脫氮性能隨著碳氮比的增高而增強。C/N為7–16時,去除效果較好,96 h內對NH_4~+-N和NO_3~?-N的去除率均達到100%,C/N=16時去除效果最好。在5–25℃時,菌群的去除效率隨著溫度的升高而逐步增大。在10–25℃時,96 h內菌群能完全去除氨氮和硝態(tài)氮,COD去除效率也接近100%。在NaCl濃度為0–4.5%時,菌群去除效果較好,NaCl濃度為1.5%時去除效果最好。本研究將為我國低溫污水的生物處理提供新的菌種資源,為實踐中污水的低溫生物處理打下一定的基礎。
【學位單位】：青島科技大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：X703;X172
【部分圖文】：

北極低溫反硝化細菌的多樣性與脫氮能力分析定菌株多樣性；選擇代表性菌株進行理化性質測定，以期為篩選出高效菌株應用于低溫污水處理提供菌種資源和基礎資料。2.2 材料與方法2.2.1 樣品來源與培養(yǎng)基本實驗所用的樣品是 2016 年 7–9 月由中國第七次科學考察隊采集的北極海洋沉積物，樣品采集站位分布圖如圖 2-1 所示，共有 26 個站位，置于 4 ℃保存。

、R11、R20 和 P23 這 7 個站位均只分離得到菌株 1 株。不同的站位分離硝化的數量有所差異，說明站位所在的經緯度和水的深度可能會對菌株況造成影響。不同站位的海洋沉積物樣品中微生物的數量因環(huán)境的不同異，說明了微生物具有多樣性。根據菌株的 16S rRNA 基因序列，在 NCBI 與相似性最高的模式菌株ST 比對分析（詳見附錄）。分析結果顯示，58 株菌株與模式菌株 16S 的序列最高相似性超過 97%，相似性低于 97%的菌株只有 1 株（CC2-DN為潛在的新種。根據 16S rRNA 分子鑒定結果得出，59 株菌分屬于變形roteobacteria）、放線菌門（Actinobacteria）、厚壁菌門（Firmicutes），；分屬于 -變形菌綱（ -Proteobacteria）、 -變形菌綱（ -Proteobacter菌綱（Actinobacteria_c）和芽孢桿菌綱（Bacilli），共 4 個綱；屬于 （ -Proteobacteria）的菌株的數量最多，為 34 株，占分離菌株總數的 57.6 -變形菌綱（ -Proteobacteria）、放線菌綱（Actinobacteria_c）的菌株 15 和 9，分別占菌株總數的 25.42%和 15.25%。僅有一株菌屬于芽孢桿acilli），占菌株總數的 1.7%（圖 2-2）。

16括號（）中數字代表歸屬于該種的菌株數The number in bracket represents the number of strains belonging to the species圖 2-3 北極海洋沉積物中反硝化細菌的系統(tǒng)發(fā)育樹Fig. 2-3 Neighbor–Joining tree showing the phylogenetic relationship of denitrifying bacteriaisolated from Arctic Ocean sediments2.3.3 理化性質分析（1）菌株的 API 20 NE 分析結果用非苛養(yǎng)非腸道革蘭氏陰性桿菌鑒定試劑盒API NE20對19株代表性種屬的菌株進行了生理生化指標測定（表 2-3 和圖 2-4）。結果表明，這些菌株具有利用各種碳源生長的能力，并且可以產各種胞外水解酶。對硝酸鹽具有還原作用的菌
【參考文獻】

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本文編號：2858126