【摘要】： 本論文旨在研究基因工程菌Escherichia coli JM109(pGEX-AZR)的生長(zhǎng)特性及其對(duì)偶氮染料的脫色性能。為了降低基因工程菌應(yīng)用可能帶來(lái)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，將E．coli JM109(pGEX-AZR)與膜生物反應(yīng)器結(jié)合，將微生物有效的截留在反應(yīng)器之內(nèi)，以防止其向環(huán)境中釋放。另外將E．coli JM109(pGEX-AZR)作為高效菌制劑投加到活性污泥體系中進(jìn)行強(qiáng)化脫色研究，借助現(xiàn)代分子生物技術(shù)，研究了其在污泥體系中的生長(zhǎng)特性及對(duì)污泥群落結(jié)構(gòu)的影響。本研究為基因工程菌在廢水處理中的應(yīng)用提供了一定的理論及技術(shù)支持。 在以葡萄糖為限制性基質(zhì)的分批培養(yǎng)中，E．coli JM109(pGEX-AZR)的最佳培養(yǎng)條件為：5g·L~(-1)葡萄糖，0.3 g·L~(-1) NH_4Cl：無(wú)機(jī)鹽培養(yǎng)基(組成為：KH_2PO_4 2.0 g·L~(-1)，Na_2HPO_4 1.3 g·L~(-1)，MgSO_4 2.0 g·L~(-1)，CaCl_2 0.0364 g·L~(-1)，F(xiàn)eCl_3 0.00025 g·L~(-1))；初始pH=7.5；接種量10 mL·L~(-1)；培養(yǎng)溫度35℃。IPTG誘導(dǎo)偶氮還原酶表達(dá)的最佳條件為：IPTG的投加時(shí)機(jī)為E．coli JM109(pGEX-AZR)的對(duì)數(shù)生長(zhǎng)后期，即OD_(660)為1.7～1.8，最大IPTG的添加濃度以1 mmol L~(-1)，誘導(dǎo)的持續(xù)時(shí)間為8 h�？衫萌樘谴鍵PTG作為偶氮還原酶表達(dá)的誘導(dǎo)劑，乳糖的最佳投加濃度為40 mmol·L~(-1)，乳糖誘導(dǎo)的蛋白含量和偶氮還原酶活性為IPTG誘導(dǎo)時(shí)的93.6％和85.7％。 E．coli JM109(pGEX-AZR)對(duì)酸性大紅GR的共代謝脫色動(dòng)力學(xué)包括生長(zhǎng)基質(zhì)的利用動(dòng)力學(xué)、染料的脫色動(dòng)力學(xué)、生物的生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)。E．coli JM109(pGEX-AZR)對(duì)生長(zhǎng)基質(zhì)-葡萄糖的利用符合Monod方程，其中μ_(max g)為0.07657 g·g~(-1)·h~(-1)，K_g為0.3324 g·L~(-1)；當(dāng)有酸性大紅GR存在時(shí)，對(duì)葡萄糖的降解存在非競(jìng)爭(zhēng)性抑制，抑制系數(shù)K_(ig)為0.213g·L~(-1)。酸性大紅GR的脫色動(dòng)力學(xué)符合底物抑制模型Andrews，當(dāng)存在生長(zhǎng)基質(zhì)時(shí)，μ_(max c)為42.45 mg·g~(-1)·h~(-1)，K_c為584.93 mg·L~(-1)，K_(ic)為556.89 mg·L~(-1)。E．coli JM109(pGEX-AZR)的產(chǎn)率系數(shù)Y_m為0.1 g·g~(-1)；生物轉(zhuǎn)化能力T_m為121.2 mg·g~(-1)；內(nèi)源衰減系數(shù)b為0.0378d~(-1)。 E．coli JM109(pGEX-AZR)對(duì)多種偶氮染料有較好的脫色效果。供氧條件對(duì)偶氮染料脫色的影響很大，厭氧條件有利于酸性大紅GR的脫色：脫色最佳的pH值為中性或弱堿性；在25～40℃范圍內(nèi)，隨著溫度的提高，脫色速率有所提高。當(dāng)廢水中存在濃度為1～5％的NaCl、NaSO_4時(shí)，E．coli JM109(pGEX-AZR)對(duì)酸性大紅GR保持較高的脫色性能，而NaNO_3的存在對(duì)酸性大紅GR的脫色具有很大影響，隨著NaNO_3濃度的增加，脫色率明顯降低。 用海藻酸鈉及聚亞胺酯大孔泡沫對(duì)E．coli JM109(pGEX-AZR)進(jìn)行固定化，固定化細(xì)胞對(duì)酸性大紅GR的脫色都符合底物抑制模型Andrews。比較不同存在形態(tài)的E．coliJM109(pGEX-AZR)對(duì)酸性大紅GR的脫色動(dòng)力學(xué)可知，海藻酸鈉固定的E．coli JM109(pGEX-AZR)的最大比脫色速率及半飽和系數(shù)都比游離態(tài)有所降低，說(shuō)明由于海藻酸鈉固定，底物的傳遞受到影響，使速率下降；而抑制系數(shù)有所增加，說(shuō)明固定后對(duì)細(xì)菌有所保護(hù)，菌體耐受環(huán)境變化的能力提高。而聚亞胺酯大孔泡沫固定菌體的動(dòng)力學(xué)參數(shù)全部比游離態(tài)的有所提高，說(shuō)明聚亞胺酯大孔泡沫適合用來(lái)固定該菌，實(shí)現(xiàn)對(duì)酸性大紅GR的脫色。 將E．coli JM109(pGEX-AZR)投加到浸沒(méi)式厭氧膜生物反應(yīng)器(SAnMBR)中，在SAnMBR連續(xù)運(yùn)行過(guò)程中，對(duì)酸性大紅GR具有88％～93％的脫色率。通過(guò)膜過(guò)濾作用后，，出水酸性大紅GR的脫色率可以維持在96％左右。膜生物反應(yīng)器對(duì)COD_(Cr)，的去除率范圍為56％～72％。在反應(yīng)過(guò)程中，菌體濃度由初始濃度1.97 g·L~(-1)升高到2.12 g·L~(-1)，后逐漸降低，最終維持在1.60 g·L~(-1)～1.80 g·L~(-1)之間。 將各種不同存在形態(tài)的E．coli JM109(pGEX-AZR)投加到厭氧序批式生物反應(yīng)器(AnSBR)中，考察其對(duì)生物脫色過(guò)程的強(qiáng)化作用，投加游離態(tài)和大孔泡沫固定菌體的系統(tǒng)表現(xiàn)出類(lèi)似的強(qiáng)化性能，脫色能力及抗?jié)舛蓉?fù)荷沖擊的能力都高于投加海藻酸鈉包埋菌體的強(qiáng)化系統(tǒng)和對(duì)照系統(tǒng)。在運(yùn)行過(guò)程中取污泥總DNA進(jìn)行指紋分析的結(jié)果表明，E．coli JM109(pGEX-AZR)能夠在強(qiáng)化系統(tǒng)維持較高的豐度，不同形式E．coli JM109(pGEX-AZR)的投加豐富了污泥群落的多樣性。
【圖文】：

圖1.2質(zhì)粒pGEX一AZR的克隆路線及其限制性酶切圖F19，1.2StrategyofcloningandrestrietionmaPofreeonstruetedPIasmidPGEX一AZR

純化的偶氮還原酶垂直電泳圖
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2007
【分類(lèi)號(hào)】：X703;X172

【引證文獻(xiàn)】

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2 張慕明;余志晟;張洪勛;張玲;;東方伊薩酵母YP-1對(duì)染料活性艷紅K-2BP的脫色[J];中國(guó)環(huán)境科學(xué);2009年12期

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本文編號(hào)：2653687