本文關(guān)鍵詞：四氫呋喃（THF）降解菌株Rhodococcus sp.YYL的代謝組、定殖與Bacillus cereus HZX互作關(guān)系研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：四氫呋喃(THF)具有廣泛用途,同時也是一種持久性環(huán)境污染物。微生物降解是去除四氫呋喃污染的最有效手段之一。本論文圍繞四氫呋喃降解菌株Rhodococcus sp. YYL進行研究,評價了THF對菌株YYL基礎(chǔ)代謝的影響,開展了海藻糖對菌株YYL降解THF及生物強化定殖的影響研究,闡明了非THF降解菌株Bacillus cereus HZX和菌株YYL在降解THF時的互作關(guān)系,所獲結(jié)果分述如下：(1)利用核磁共振(NMR)代謝組學(xué)方法研究菌株YYL響應(yīng)THF時代謝組變化。結(jié)果顯示菌株YYL在利用酵母膏作為碳源時,THF脅迫對菌株YYL的代謝物幾乎沒有影響；THF降解過程中,菌株YYL生理代謝發(fā)生動態(tài)變化,主要是積累海藻糖、加快三羧酸循環(huán)(TCA)中從琥珀酸到蘋果酸的轉(zhuǎn)化速率和加速蛋白質(zhì)與核苷酸合成等生理代謝,為更好地發(fā)揮THF降解性能。菌株YYL胞內(nèi)海藻糖積累量與菌株YYL降解THF速率正相關(guān)。2 mM海藻糖添加到菌株YYL降解THF的培養(yǎng)基中后,結(jié)果表明在初始pH 7.0時,相對于菌株YYL在較適生長初始pH 8.26,菌體細胞需要外源海藻糖起保護劑的作用,體現(xiàn)在2 mM海藻糖能提高THF單加氧酶基因(thm)的轉(zhuǎn)錄表達、琥珀酸脫氫酶(SDH)活力、ATPase酶活力、丙酮酸激酶(PK)活力、總超氧化物歧化酶(T-SOD)活力及谷胱甘肽(GSH)含量。(2)海藻糖作為生物刺激物應(yīng)用于菌株YYL生物強化過程中,2 mM海藻糖能幫助菌株YYL更好地定殖于THF處理反應(yīng)器中,使THF降解效率更高,使高濃度THF對反應(yīng)器微生物菌群的脅迫影響降低,具體表現(xiàn)為：活性污泥菌群豐度提高,多樣性更加豐富,菌群活性增強,胞外多聚物(EPS)含量增多,活性污泥沉降性能改善�？扇苄詥舞F單加氧酶(SDIMOs)是一種重要的多組分酶,存在于許多菌株中,主要負責(zé)碳氫類化合物初始氧化步驟。細胞色素P450氧化酶(P450s)是一種通用性多功能酶,主要負責(zé)非活性碳氫化合物的氧化。通過PCR-DGGE.克隆文庫及qPCR技術(shù)研究上述兩個酶的編碼基因多樣性及豐度。結(jié)果表明THF廢水處理反應(yīng)器中,添加2 mM海藻糖能幫助基因SDIMO、CYP153保存更高的多樣性及豐度,推測適量海藻糖可以增強擁有上述兩個基因的菌株環(huán)境適應(yīng)性。生物修復(fù)時,有機物降解勢必會影響系統(tǒng)中的生物脫氮效率。2 mM海藻糖對于氮循環(huán)(硝化與反硝化)功能菌的影響呈現(xiàn)差異化：對于氨氧化細菌(AOB),添加2 mM海藻糖利于其維持更高多樣性,加快氨氮轉(zhuǎn)化；對于反硝化功能菌,添加2 mM海藻糖利于編碼Cu亞基的亞硝酸還原酶基因(nirK)保存更高多樣性和豐度,但降低了編碼細胞色素cdl亞基的亞硝酸還原酶基因(nirS)和一氧化二氮還原酶基因(nosZ)的多樣性和豐度。(3)THF降解菌株YYL與非降解菌株Bacillus cereus HZX的互作關(guān)系研究中,互作結(jié)果主要取決于菌株YYL所處環(huán)境pH,在菌株YYL降解THF最適pH 8.26時,菌株YYL能高效降解THF；不利pH 7.0條件下,菌株YYL與HZX以1：0.5混合時,菌株YYL降解基因thm轉(zhuǎn)錄表達活性增強,THF降解效率更高,培養(yǎng)基pH值下降更明顯,混合菌中的菌株HZX比例升高。菌株YYL和菌株HZX在按1：0.5比例混合時,使用轉(zhuǎn)錄組學(xué)方法分析菌株間互作機制。相對于初始pH 8.26,初始pH 7.0培養(yǎng)下菌株YYL更加需要菌株HZX的幫助。初始pH7.0時,菌株HZX通過利用從菌株YYL降解THF過程中代謝產(chǎn)物而存活,作為回報,菌株HZX通過增強某些基因表達幫助菌株YYL行使一些基礎(chǔ)代謝功能,例如合成氨基酸、進行糖轉(zhuǎn)化、合成2-氧代羧酸及合成不飽和脂肪酸亞油酸等�；プ魇咕闥YL發(fā)揮更高的THF降解效率。
【關(guān)鍵詞】：Rhodococcus sp.YYL 核磁共振 海藻糖 生物強化 生物刺激 SDIMOs P450s 硝化與反硝化細菌 Bacillus cereus HZX 互作關(guān)系
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：X172
【目錄】：

• 致謝7-8
• 縮寫注餐8-12
• 摘要12-14
• Abstract14-17
• 第一章 文獻綜述17-43
• 1. 四氫呋喃降解菌及降解途徑的研究17-23
• 1.1 四氫呋喃降解菌的分離與種類17-18
• 1.2 四氫呋喃降解途徑的研究進展18-22
• 1.3 四氫呋喃單加氧酶及其基因研究進展22-23
• 2. 基礎(chǔ)代謝組學(xué)在微生物研究中的運用23-30
• 2.1 代謝組學(xué)研究微生物響應(yīng)環(huán)境壓力25-27
• 2.2 代謝組學(xué)研究微生物基因功能27-29
• 2.3 代謝組學(xué)在發(fā)酵工藝的監(jiān)控和優(yōu)化中的運用29
• 2.4 代謝組學(xué)在環(huán)境微生物領(lǐng)域的運用29-30
• 2.5 展望30
• 3. 海藻糖在細胞應(yīng)對逆境脅迫響應(yīng)與適應(yīng)中的作用機制30-34
• 3.1 微生物細胞內(nèi)海藻糖的積累機制31-32
• 3.2 海藻糖保護微生物細胞的作用機制32-33
• 3.3 展望33-34
• 4. 生物強化中的微生物定殖研究34-36
• 4.1 與生物刺激法聯(lián)合34-35
• 4.2 利用生物載體將強化微生物固定化35
• 4.3 投加與降解菌產(chǎn)生共聚效應(yīng)的菌株35-36
• 5. 微生物在生物降解過程中的互作關(guān)系研究36-39
• 5.1 互作模式的類型36-39
• 5.2 展望39
• 6. 研究的目的、意義及主要內(nèi)容39-43
• 6.1 研究的目的和意義39-40
• 6.2 研究的主要內(nèi)容40-43
• 第二章 四氫呋喃下Rhodococcus sp.YYL的代謝組研究43-73
• 第一節(jié) Rhodococcus sp.YYL代謝網(wǎng)絡(luò)變化研究44-61
• 1. 材料與方法45-49
• 1.1 材料與試劑45
• 1.2 實驗方法45-49
• 2. 結(jié)果與分析49-57
• 2.1 紅球菌YYL代謝物的譜圖49-52
• 2.2 PCA法分析紅球菌YYL代謝組整體水平差異52-53
• 2.3 OPLS-DA驗證紅球菌YYL代謝物的變化53-55
• 2.4 菌株YYL在降解THF時基因表達的變化55-57
• 3. 小結(jié)與討論57-61
• 3.1 與能量代謝相關(guān)的糖酵解循環(huán)58-59
• 3.2 與THF降解相關(guān)的三羧酸循環(huán)(TCA)59
• 3.3 與滲透調(diào)節(jié)相關(guān)的代謝59-60
• 3.4 氨基酸及核苷酸代謝60-61
• 第二節(jié) 海藻糖對Rhodococcus sp.YYL降解THF性能的影響研究61-73
• 1. 材料與方法62-65
• 1.1 培養(yǎng)基62
• 1.2 樣品收集與蛋白、RNA的提取62-63
• 1.3 THF氣象色譜測定條件63
• 1.4 蛋白定量、酶活與反映抗氧化活性的物質(zhì)測定63-64
• 1.5 實時熒光定量PCR分析64-65
• 2. 結(jié)果與分析65-70
• 2.1 海藻糖對菌株YYL降解THF的影響65-67
• 2.2 海藻糖對菌株YYL降解THF時能量代謝影響67-68
• 2.3 海藻糖對菌株YYL降解THF時的抗氧化系統(tǒng)影響68-70
• 3. 小結(jié)與討論70-73
• 第三章 海藻糖在處理四氫呋喃廢水系統(tǒng)中的生態(tài)效應(yīng)73-110
• 第一節(jié) 細菌總?cè)郝浣Y(jié)構(gòu)變化研究及胞外多糖成分分析74-84
• 1. 材料與方法75-77
• 1.1 反應(yīng)器運行75-76
• 1.2 活性污泥總DNA提取76
• 1.3 454焦磷酸測序及數(shù)據(jù)分析76-77
• 1.4 活性污泥混合液懸浮固體(MLSS)測定77
• 1.5 EPS提取及測定77
• 2. 結(jié)果與分析77-83
• 2.1 序列質(zhì)量評估77-78
• 2.2 Beta多樣性分析78-79
• 2.3 物種豐度分析79-80
• 2.4 依據(jù)門類分類水平的微生物群落結(jié)構(gòu)分析80-82
• 2.5 污泥中胞外多聚物(EPS)含量變化82-83
• 3. 小結(jié)與討論83-84
• 第二節(jié) 可溶性單鐵單加氧酶基因(SDIMO)及細胞色素P450氧化酶基因(CYP153)多樣性分析84-97
• 1. 材料與方法85-88
• 1.1 反應(yīng)器運行85
• 1.2 活性污泥總DNA提取85-86
• 1.3 污泥降解THF搖瓶實驗86
• 1.4 基因SDIMO和CYP153的PCR擴增86
• 1.5 變性梯度凝膠電泳(DGGE)86-87
• 1.6 基因SDIMO和CYP153克隆文庫分析87
• 1.7 熒光定量PCR(qPCR)分析87-88
• 2. 結(jié)果與分析88-95
• 2.1 反應(yīng)器污泥THF降解效率88
• 2.2 基因SDIMO豐度及多樣性變化88-92
• 2.3 基因CYP153豐度及多樣性變化92-95
• 3. 小結(jié)與討論95-97
• 第三節(jié) 參與氮循環(huán)細菌菌群結(jié)構(gòu)變化研究97-110
• 1. 材料與方法97-99
• 1.1 反應(yīng)器運行97
• 1.2 活性污泥總DNA提取97-98
• 1.3 可溶性無機氮的測定98
• 1.4 氮循環(huán)相關(guān)功能基因的PCR擴增98
• 1.5 變性梯度凝膠電泳(DGGE)98-99
• 1.6 功能基因克隆文庫分析99
• 1.7 熒光定量PCR(qPCR)分析99
• 2. 結(jié)果與分析99-108
• 2.1 反應(yīng)器出水中可溶性無機氮含量變化99-100
• 2.2 氮循環(huán)相關(guān)功能基因DGGE結(jié)果100-104
• 2.3 氮循環(huán)相關(guān)功能基因克隆文庫分析104-107
• 2.4 氮循環(huán)相關(guān)功能基因qPCR分析107-108
• 3. 小結(jié)與討論108-110
• 第四章 THF降解菌Rhodococcus sp.YYL與非降解菌Bacillus cereus HZX的互作關(guān)系研究110-138
• 第一節(jié) THF降解菌Rhodococcus sp.YYL與非降解菌Bacillus cereus HZX共培養(yǎng)中的相互影響111-117
• 1. 材料與方法111-113
• 1.1 培養(yǎng)基及菌株接種量111-112
• 1.2 THF濃度及pH值測定112
• 1.3 菌株比例測定112
• 1.4 基因thm的表達水平檢測112-113
• 2. 結(jié)果與分析113-116
• 2.1 THF降解曲線113
• 2.2 培養(yǎng)基中pH值變化曲線113-114
• 2.3 THF單加氧酶基因表達水平變化(thm/Ru)114-115
• 2.4 菌株YYL與HZX的比例變化(thm/GEM)115-116
• 3. 小結(jié)與討論116-117
• 第二節(jié) 單獨培養(yǎng)與共培養(yǎng)中的宏轉(zhuǎn)錄組學(xué)比較分析117-138
• 1. 材料與方法117-122
• 1.1 樣品準備117
• 1.2 總RNA提取與質(zhì)檢117-118
• 1.3 轉(zhuǎn)錄組測序118-119
• 1.4 數(shù)據(jù)預(yù)處理119-120
• 1.5 序列組裝120
• 1.6 NR注釋120
• 1.7 基因組成分析120-121
• 1.8 基因定量121
• 1.9 基因功能注釋121-122
• 1.10 差異基因表達及其GO、KEGG顯著性富集分析122
• 2. 結(jié)果與分析122-136
• 2.1 樣品總RNA提取122-123
• 2.2 序列組裝123-124
• 2.3 基于對公共數(shù)據(jù)庫檢索的功能注釋124-128
• 2.4 基因表達差異分析128-129
• 2.5 差異基因GO顯著性富集分析129-132
• 2.6 差異基因KEGG顯著性富集分析132-135
• 2.7 THF降解相關(guān)基因表達分析135-136
• 3. 小結(jié)與討論136-138
• 第五章 論文總結(jié)138-140
• 1. 論文的主要研究結(jié)論138
• 2. 論文的創(chuàng)新之處138-139
• 3. 論文的不足與展望139-140
• 參考文獻140-160
• 攻讀博士學(xué)位期間研究成果與個人榮譽160

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 Donghui Wen;Jing Zhang;Ruilin Xiong;Rui Liu;Lujun Chen;;Bioaugmentation with a pyridine-degrading bacterium in a membrane bioreactor treating pharmaceutical wastewater[J];Journal of Environmental Sciences;2013年11期

  本文關(guān)鍵詞：四氫呋喃（THF）降解菌株Rhodococcus sp.YYL的代謝組、定殖與Bacillus cereus HZX互作關(guān)系研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

，

本文編號：438313