傳統(tǒng)反硝化作用對溶解氧濃度條件的嚴格要求正在不斷限制其應用發(fā)展。由于硝化作用和反硝化作用之間對環(huán)境條件需求的沖突,導致生物脫氮過程始終無法實現(xiàn)時間或空間上的統(tǒng)一。好氧反硝化作為新興的生物脫氮技術,憑借其對溶解氧具有廣泛的耐受性,為硝化和反硝化作用的統(tǒng)一提供了潛在可能。盡管好氧反硝化技術在經(jīng)歷了30多年的研究發(fā)展,但目前仍存在諸多黑箱問題從而減慢了該技術的孵化速度,例如:缺失分子生物學層面的機制解析、影響效能發(fā)揮的因素復雜且無具體調(diào)控方法、對混合氮源(氨氮、硝氮、亞硝氮)的去除途徑不清晰且沒有掌握微生物代謝途徑轉換的可控節(jié)點等。通過對好氧反硝化菌Pseudomonas stutzeri T13的前期研究發(fā)現(xiàn),菌株的氮代謝途徑(氨氮代謝、硝氮代謝)仍然尚不清晰,且在菌株進行好氧反硝化過程中會出現(xiàn)嚴重的亞硝酸鹽積累問題。本文針對該問題繼續(xù)展開了深入的研究。從機理研究入手,解析了菌株T13進行好氧反硝化作用的分子生物學機制,揭示了菌株對不同氮素(氨氮、硝氮)的多種代謝途徑�；诖�,提出了控制代謝過程中亞硝酸鹽積累的控制方法。開展了好氧反硝化作用的分子生物學機制研究。對菌株T13的全基因組進行測...

【文章頁數(shù)】：138 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 生物脫氮技術概述
    1.2 好氧反硝化作用的發(fā)現(xiàn)
    1.3 好氧反硝化作用的研究進展
        1.3.1 好氧反硝化菌株的篩選及系統(tǒng)進化分布
        1.3.2 好氧反硝化作用的影響因素及產(chǎn)物積累
        1.3.3 好氧反硝化與異養(yǎng)硝化的耦合作用
        1.3.4 好氧反硝化作用的相關功能酶及其編碼基因
        1.3.5 好氧反硝化作用的動力學模型
        1.3.6 好氧反硝化作用的電子傳遞過程及作用機制
        1.3.7 好氧反硝化技術的應用
    1.4 課題來源、研究意義和研究內(nèi)容
        1.4.1 課題來源
        1.4.2 課題研究意義
        1.4.3 主要研究內(nèi)容和技術路線
第2章 材料與方法
    2.1 菌株來源及培養(yǎng)方法
        2.1.1 菌株來源
        2.1.2 培養(yǎng)基
        2.1.3 菌株培養(yǎng)方法
    2.2 全基因組測序及分析
        2.2.1 DNA提取方法
        2.2.2 全基因組測序
        2.2.3 代謝通路分析方法
    2.3 RT-qPCR試驗
        2.3.1 菌株培養(yǎng)條件
        2.3.2 RNA提取方法
        2.3.3 反轉錄方法
        2.3.4 Real-time PCR方法
    2.4 菌株T13 的氮代謝途徑研究的試驗方法
        2.4.1 氨氮代謝途徑的研究方法
        2.4.2 初始氨氮濃度對氨氮同化作用的影響試驗條件
        2.4.3 碳氮比對氨氮同化作用的影響試驗條件
        2.4.4 溶解氧對氮代謝作用的影響試驗條件
        2.4.5 硝酸鹽代謝途徑的研究方法
        2.4.6 混合氮源代謝途徑的研究方法
        2.4.7 氮平衡計算方法
        2.4.8 氮素的同化率和反硝化率(異化率)的計算方法
    2.5 亞硝酸鹽積累控制試驗方法
        2.5.1 溶解氧控制方法及試驗條件
        2.5.2 固定化方法及試驗條件
        2.5.3 進水硝酸鹽濃度控制方法及試驗條件
        2.5.4 進水氨氮濃度控制方法及試驗條件
    2.6 檢測指標及測定方法
第3章 PSEUDOMONAS STUTZERI T13 的氮代謝功能基因
    3.1 引言
    3.2 菌株T13 的脫氮功能基因和氮代謝途徑解析
        3.2.1 菌株T13 的氮代謝相關基因
        3.2.2 菌株T13 的氮代謝通路總述
    3.3 菌株T13 的碳代謝途徑解析
        3.3.1 糖酵解途徑
        3.3.2 三羧酸循環(huán)途徑
        3.3.3 芳香族化合物降解途徑
    3.4 菌株T13 的氮代謝功能基因的轉錄機制
        3.4.1 不同氮源條件下菌株T13 對氮化合物的生物轉化
        3.4.2 異化硝酸鹽還原酶編碼基因的轉錄
        3.4.3 異化亞硝酸鹽還原酶編碼基因的轉錄
        3.4.4 一氧化氮還原酶編碼基因的轉錄
        3.4.5 一氧化二氮還原酶編碼基因的轉錄
        3.4.6 同化硝酸鹽還原酶編碼基因的轉錄
        3.4.7 同化亞硝酸鹽還原酶編碼基因的轉錄
        3.4.8 氮代謝基因之間的轉錄情況對比
    3.5 本章小結
第4章 PSEUDOMONAS STUTZERI T13 的氮轉化途徑
    4.1 引言
    4.2 菌株T13 對氨氮的代謝途徑
        4.2.1 菌株生長與碳源消耗
        4.2.2 氨氮的生物轉化與歸趨
        4.2.3 氮平衡計算
    4.3 氨氮同化作用的影響因素
        4.3.1 初始氨氮濃度對氨氮同化效能的影響
        4.3.2 碳氮比對氨氮同化效能的影響
        4.3.3 菌株T13 在好氧和厭氧條件下的氨氮同化效能
    4.4 菌株T13 對硝酸鹽的代謝途徑
        4.4.1 菌株的生長情況
        4.4.2 硝酸鹽的生物轉化與歸趨
        4.4.3 氮平衡計算
        4.4.4 有氧呼吸作用對硝酸鹽代謝的影響
        4.4.5 菌株T13 對硝酸鹽的同化和異化協(xié)同代謝
    4.5 菌株T13 對混合氮素的代謝途徑
        4.5.1 菌株的生長情況
        4.5.2 氮素的生物轉化與歸趨
        4.5.3 氮平衡計算
        4.5.4 有氧呼吸對混合氮源的代謝途徑的影響
        4.5.5 菌株T13 對混合氮素的同化和異化協(xié)同代謝
    4.6 本章小結
第5章 PSEUDOMONAS STUTZERI T13 代謝過程中亞硝酸鹽積累的控制方法
    5.1 引言
    5.2 調(diào)節(jié)溶解氧對亞硝酸鹽積累的控制
        5.2.1 溶解氧對硝酸鹽還原效能的影響
        5.2.2 溶解氧對亞硝酸鹽還原效能的影響
        5.2.3 亞硝酸鹽積累的低氧控制
        5.2.4 亞硝酸鹽積累的變氧控制
        5.2.5 溶解氧對亞硝酸鹽積累的影響機制
    5.3 利用固定化作用對亞硝酸鹽積累的控制
        5.3.1 固定化作用對亞硝酸鹽還原效能的促進作用
        5.3.2 固定化作用對好氧反硝化脫氮效能的促進作用
        5.3.3 固定化細胞脫氮效能的穩(wěn)定性
        5.3.4 固定化作用對亞硝酸積累的影響機制
    5.4 調(diào)節(jié)進水硝酸鹽濃度對亞硝酸鹽的積累的控制
        5.4.1 硝酸鹽濃度對菌株生長的影響
        5.4.2 硝酸鹽濃度對硝酸鹽還原效能的影響
        5.4.3 硝酸鹽濃度對亞硝酸鹽積累量的影響
        5.4.4 硝酸鹽濃度對好氧反硝化效能的影響
        5.4.5 硝酸鹽濃度對亞硝酸鹽積累的影響機制
    5.5 調(diào)節(jié)進水氨氮濃度對亞硝酸鹽積累的控制
        5.5.1 氨氮濃度對氨氮同化效能的影響
        5.5.2 氨氮濃度對菌株生長的影響
        5.5.3 氨氮濃度對亞硝酸鹽積累的影響
        5.5.4 氨氮濃度對亞硝酸鹽積累的影響機制
    5.6 本章小結
結論
創(chuàng)新點
參考文獻
攻讀學位期間發(fā)表的學術論文及其它成果
致謝
個人簡歷



本文編號：3761998