耐盐好氧反硝化菌筛选及其反硝化特性的研究

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第34卷第6期

2011年6月

EnvironmentalScience&Technology

杯诧尉鹳敢求

V01.34No.6

Jim.2011

李静,王文文。梁磊,等.耐盐好氧反硝化菌筛选及其反硝化特性的研究阿.环境科学与技术,2011,34(6):48_52.LiJing,WangWen—wen,LiangLei,eta1.ScreeningofaerobicdenltrifyingbacteriawitlIsalttoleranceandcharacteristicsofaerobicdenitrification[J].EnvironmentalScience&Technology,2011,34(6):镐-52.

耐盐好氧反硝化菌筛选及其反硝化特性的研究

李静1,

王文文t,

梁磊2,

冯文清3

(1.广东轻工职业技术学院,广东广州510300;2.广州甘蔗糖业研究所,广东广州510316;

3.广州奥桑味精食品有限公司,广东广州510280)

摘要:为了筛选耐盐好氧反硝化菌,对活性污泥进行耐盐与好氧反硝化驯化后,分离得到具有很强反硝化能力的菌株GQ—42。经菌落形态特征观察、生理生化测定及16SrDNA测序及同源性比较等过程,鉴定为蜡状芽孢杆菌。通过对菌株6Q-42进行反硝化特性的研究,确定适宜的反硝化条件为:碳氮比t>6,温度26-38oC,pH6.0-8.0,溶解氧浓度5.4--8.5mg/L,盐度≤150擘儿。在此条件范围内,NOf-N去除率均可达到90%以上,最高的NOf-N去除率为93.77%。

关键词:好氧反硝化;筛选;耐盐;蜡状芽孢杆菌中图分类号:X172

文献标志码:A

doi:10.3969/j.issn.1003-6504.2011.06.011

文章编号:10{k3-6504(2011)06--4}048--05

ScreeningofAerobicDenitrifyingBacteriawithSaltTolerance

andCharacteris廿CSofAerobicDenitrification

LI

Jin91,WANGWen-wenl,LIANG

(1.Guangdong

Lei2,FENG

Wen_qiIl93

LightIndustryTechnicalCollege,Guangzhous10300,China;

2.GuangzhouSugarcaneandCanesugarResearch

3.GuangzhouAosang

Institute,Guangzhou510316,Cllilla;

MonosodiumGlutamateFoodLimitedCompany,Guangzhou510280,China)

Abstract:Inorderto

SCT∞naerobicdeaitrifyingbacteriawithsalttolerance,sU'ainGQ--42wasisolatedfromactivated

sludgebec:auseofthebestdenitrifyingsequenceanalysis,thestrain

capability.Based

on

morphology

andphysiologyofcolony

as

well

as

16SrDNA

wascharacterizedasBacilluscereus.Thefavorableconditionofaerobicdenitrificationforstrain

26-38℃,pH6.0 ̄8.0,dissolvedoxygenconcentration5.4—8.5mg/L

rate

(投q2

Was

determined

as

C/Nmorethan6,temperature

andsalinityless

rate

than150g几.Onthecondition,allofremoval

ofNOf-NweremOlDthan9(PA,withthebestremoval

ofNOf-Nas93.77%.

Keywords:aerobicdenitrification;screening;salt-tolerant;Bacilluscereus

当前,水体的富营养化问题日益严重,氮素污染是引起水体富营养化的主要原因之一,污水的脱氮处理对于维持水体清洁具有重要意义【lJ。生物脱氮是废水除去氮素污染的有效技术之一,包括硝化与反硝化

程应用特性。由于一些工业废水具有含氮高与盐度高的特点,对反硝化菌要求较高,针对这类问题,本试验人员对味精工厂的活性污泥进行耐盐好氧反硝化菌的筛选,并对筛选所得菌株的反硝化特性进行了初步研究。

1材料与方法1.1材料

活性污泥:广州奥桑味精食品有限公司提供。1.2培养基

反硝化培养基(DM培养基)参照文献【9】:琥珀酸钠9.4g/L,KN031.0g/L,KH2P041.5g/L,Na2HPO, 7H20

两个过程lZ-毒l,传统理论认为细菌的反硝化是一个严格

的厌氧过程,然而,随着研究的不断深入,好氧反硝化菌的发现及其具有好氧脱氮的独特优势,使好氧反硝

化技术成为生物脱氮领域研究的热点闻。目前,已发

现许多菌属都存在好氧反硝化现象,如红球菌属(Rhodococcus)、副球菌属(Paracoccus)、假单胞菌属(Pseudomonas)、产碱菌属(Alcaligences)、蜡状芽孢菌属(Bacilluscereus)等[6-81,这些好氧反硝化菌各有工

<环境科学与技术>编辑部:(网址)htlp堋ks.chi腿j㈣a1.n晓∞(电话)027—87643502(电子信箱)hjkxyjs@126.com

作者简介:李静(1974-),女,工程师.主要从事环境科学与工程的研究,(手机)13撇89l(电子信箱)eeslec2005@163.com。

收稿日期:2011-01—18;修回2011--02-25

第6期李静,等耐盐好氧反硝化茵筛选及其反硝化特性的研究

49

7.9

g/L,MgSO, 7H20

pH7.o;121

g/L,微量元素溶液2

oC灭菌20min,备用。

1.0

mL,

引物1斗L,TaqDNA聚合酶O.5肛L,超纯水34.5¨L。PCR反应条件为:94℃预变性5min,94oC变性30s,55.4℃退火30s,72℃延伸90s,进行30个循环,最后72℃延伸10

min。

,反硝化培养基的微量元素溶液:EDTA

ZnSO,2.2

g/t,,CaCl2

50.0g/L,

5.5妒。,MnCl2’4H20

5.06g/t,,

FeSO, 7H205.0

g/L,(NH4)6M0702。411201.1g/L,PCR产物经琼脂糖凝胶电泳纯化,然后进行测序,所得碱基序列与GenBank核酸数据库进行比对分析,在数据库中找出具有很高同源性的菌株。1.7碳氮比对好氧反硝化的影响

以琥珀酸钠为碳源,通过调节琥珀酸钠浓度来改变反硝化培养基的碳氮摩尔比,使其分别为9:l、8:1、7:1、6:l、5:1、4:l、3:l、2:l、l:1,将不同碳氮比的反硝化培养基装入三角瓶中,每瓶装液量为100mL,各瓶接入斜面菌种,置于30较菌株在不同碳氮比下的反硝化性能。1.8温度对好氧反硝化的影响

在1.7节试验基础上,选择最适碳氮比的反硝化培养基,调节pH7.0,接入斜面菌种,分别置于22℃、26℃、30℃、34℃、38℃、42℃下进行200r/min振荡培养,直至N0铲-N浓度无变化,比较菌株在不同温度下的反硝化性能。

1.9

oC、200r/min

CuSO 5H201.57g/L.CoCl2。5H201.61g/Lo

耐盐驯化培养基:用NaCl将DM培养基的盐度调节为20%;121oC灭菌20min,备用。

BTB分离培养基参照文献【lo】:L一天冬酰胺酸

1.00.05

e,m,KN03

1.0

g/L,KH2P041.0e,m,FeCl2。6H20

1.0

g/L,CaCl2 2H200.2g/L,MgSO,。7H20g/t,,

BTB1.0

g/t,,琼脂20

g/t,,pH7.0-7.2;121

oC灭菌20

min,备用。

1.3活性污泥的驯化

将log活性污泥加入装有100mL耐盐驯化培养基的500mL三角瓶中,置于30培养24h,然后对培养液进行6

oC、200

的条件下进行振荡培养,直至N0。—廿i浓度无变化,比

r/min振荡

000

r/min离心分离,

称取lOg沉淀物,再加入新鲜的耐盐驯化培养基继续进行振荡培养,如此重复15次,使活性污泥中微生物得到耐盐与好氧反硝化的驯化。1.4驯化培养液的平板分离

最后驯化所得的培养液经梯度稀释,涂布于BTB分离培养基上,置于30℃培养48h,挑取蓝色和具有蓝色晕圈的菌落接种于斜面培养基,培养后备用。1.5好氧反硝化茵的摇瓶筛选

将从BTB分离培养基上挑取的菌种接入装有

100

pH对好氧反硝化的影响

在1.7节和1.8节的试验基础上,选择最适碳氮

比的反硝化培养基,分别调节pH4.0、pH5.0、pH6.0、pH7.0、pH8.0、pH9.0,置于最适温度和200r/rain的条件下进行振荡培养,直至NO。-一IN浓度无变化,比较菌株在不同pH的反硝化性能。

1.10溶解氧对好氧反硝化的影响

在1.7节、1.8节和1.9节的试验基础上,选择最适碳氮比的反硝化培养基,调节最适pri,置于最适温度下,分别调节转速为100

r/min和300

r/rain、150r/min、200r/min、250

mL反硝化培养基的500mL三角瓶中,置于30r/min振荡培养,每隔24小时,取样检测培养

oC、200

液中的No卜N的质量浓度p,直至io不再变化。根据

NO。--N的去除率分析各菌株的好氧反硝化能力,从而选择好氧反硝化能力最高的菌株。1.6菌种的鉴定

1.6.1菌落的形态特征观察及生理生化鉴定

对菌株进行菌落形态、染色显微镜观察叫,并采用微量生化反应管进行细菌生理生化反应,其结果参照《伯杰氏细菌鉴定手册》吲和《常见细菌系统鉴定手

r/min,进行振荡培养,直至N03—州浓度

无变化,比较菌株在不同溶解氧下的反硝化性能。1.1l盐度对好氧反硝化的影响

在上述试验基础上,选择最适碳氮比的反硝化培养基,用NaCl调节盐度,使其分别为50

100g/t,、125

g/t,、75g/t,、

册》Ⅱ3链行菌株鉴定。

1.6.2

97L、150班、175叽、200grL、225班、250

16S

rDNA测序

参照文献[14一15】的方法提取菌株的DNA,作为

g化,调节最适pH,置于最适温度和最适转速下进行振荡培养,直至N03--N浓度无变化,比较菌株在不同盐度下的反硝化性能。1.12测定方法

参照文献【17】,采用酚二磺酸紫外分光光度法测定NO。--N,采用YSl5000型DO测定仪测定溶解氧。2结果与分析

物[161,正向引物为27F:5’一AGAG唧ATCc础T

16S

rDNA扩增模板。PCR反应的引物为一对通用引

CAG-3’;反向引物为1492R:5’-GGTrACCTrGTI'A

CGACTr-3’。PCR反应体系(50此)的组成:IOxPCR反应缓冲液5止,dNTP混合物2止,25mmol/L的MgCl24Id-,,DNA模板2此,正向引物l此,反向

弘砣尉鹳教求

第34卷

2.1好氧反硝化菌的筛选

活性污泥经耐盐与好氧反硝化驯化、BTB培养基分离以及好氧反硝化摇瓶筛选,其中具有较强反硝化能力的10株菌株摇瓶试验结果如图l所示。结果表明,菌株GQ--42的好氧反硝化能力最强,其对NOf-N的去除率达93.77%。

萋萎}_二I____-__

GQ-llGQ一17GQ-23GQ-25GQ-42GQ-56GQ-61C,Q-77GQ79GQ-95

菌株

图1较强反硝化能力的10株菌株摇瓶试验结果

Fig.1

Result

ofshakingflaskexperimentfor10strains

withbettercapacityofaerobicdenitrification

2.2菌种鉴定

菌株GQ-42的菌落为圆型,微凸起,有光泽,黄色。革兰氏染色呈阳性,菌体呈直杆状。芽孢染色观察到芽孢呈椭圆形,次端生,孢囊无明显膨大。其生理生化特征如表l所示。

表1菌株GQ一42的生理生化特征

Table1

MorphologyandphysiologycharacteristicsofStrainGQ一42

生理牛化实验

结果

淀粉蔗糖葡萄糖麦芽糖果糖乳糖木糖硝酸盐柠檬酸盐乙酰胺

V.P.

甲基红吲哚过氧化氢酶氧化酶

H2s

菌株GQ-42经DNA提取、PCR扩增、16S

rDNA

测序后,再进行BLAST检索。如表2所示,菌株GQ一42与多株Bacilluscereus的同源性大于99%,其中,

菌株GQq2与Bacillus

cereus

G9842之间同源性为

100%。

根据分子鉴定结果,结合形态观察和生理生化特征,可判断菌株C硷_42为蜡状芽孢杆菌属(Bacilluscereus)。2.3碳氮比对菌株GO一42好氧反硝化的影响

在不同碳氮比的反硝化培养基中进行好氧反硝化试验,结果如图2所示。碳源足构建菌体碳素骨架

表2与菌株GQ一42具有高度同源性的菌株

Table2

Highisogenous

bacterium

withstrain

6Q-42

的来源,也提供菌体生命活动的能源,碳源不足对菌体生长和代谢活性有很大影响,从而影响菌体反硝化效率。可以看出,当C/N为1.0时,NOf-N的去除率只

有6.87%;随着C/N的增大,No。堋的去除率快速增

大,当C/N为7时,N03一-N的去除率达到93.75%,且趋于稳定,继续增大碳氮比对N03--N的去除率并没有明显影响。因此,菌株GQ一42在本试验中,满足好氧反硝化的基本碳氮比是7。由于反硝化效率与菌体生长量有关,可以推断,硝化作用所需的碳氮比会随接种量变化而变化,这些需在反硝化工艺研究时进一步摸索。

C,N

图2碳氮比对NO,。一N去除率的影响

Fig.2EffectofC/Nratio

on

removalrate

ofN03’-N

2.4温度对菌株GQ-42好氧反硝化的影响

不同温度对好氧反硝化的影响如图3所示。各种微生物都有其最适生长温度和代谢温度,不利于菌株GQ一42生长和代谢的温度,都会影响其反硝化效率。结果表明,菌株GQ--42在26~38℃的范围内能够保持较高的反硝化活性,NO。__N的去除率均可达到90%以上,30℃时的N03--N的去除率为最高。

t/*C

图3温度对NO,-_N太除率的影响

Fig.3Effectoftemperature

on

removalrate

ofN03"-N

2.5

pH对菌株GQ--42好氧反硝化的影响

第6期

李静,等耐盐好氧反硝化菌筛选及其反硝化特性的研究

51

不同pH对好氧反硝化的影响如图4所示。可以看出,在pH6.0-8.0的范围内,菌株GQ-42好氧反硝化效率较高,均达90%以上;其中pH7.0时的NO产_N去除率为最高。当pH过低时,不利于菌株GQ42的生长,从而影响反硝化效率;由于反硝化作用是一个产碱的过程,当pH超过8.0时,溶液pH会随着反硝化的进行而趋于更高水平,使NOf-N去除率呈急剧下降趋势。

pH

图4pH对N03-DN去除率的影响

Fig.4Effect

ofpH

on

removal

rateofN03‘--N

2.6溶解氧对菌株GQ-42好氧反硝化的影响

在不同转速下,摇瓶溶液含有不同的溶解氧,对菌株GQ-42的生长和代谢产生影响,从而影响了反硝化效率,其结果如图5所示。可以看出,随着转速增大,溶解氧浓度不断升高,当转速为200r/min时,溶解氧浓度为5.4mg/L,N03-_N去除率达到最高;继续升高溶解氧浓度,NO。--N去除率呈下降趋势,当溶解氧浓度高于8.5mg/L时,下降幅度开始增大。

。J

曲go凸

图5溶解氧对N03一--N去除率的影响

Fig.5

Effect

ofdissolvedoxygen

on

rem9val

rate

ofN03"-N

2.7盐度对茵株GQ42好氧反硝化的影响

在不同盐度下,菌株OQ42的好氧反硝化结果如图6所示。可以看出,菌株GQ42具有一定耐盐性,

盐度/g L.1

图6盐度对N03--N去除率的影响Fig.6

EffectofsalinityonremovalrateofN03-N在盐度为50-100g/L的范围内,其反硝化活性较高,NOF-N去除率保持在90%1.2_E;当盐度超过150g/L时,随着盐度的增大,NO卜N去除率下降得较为明显。3结论

对潘|生污泥进行耐盐与好氧反硝化驯化后,从中筛

选出一株好氧反硝化活性高的菌株GQ_42。经形态观察、生理生化测定、16SrDNA测序及同源性比较,菌株GQ42被鉴定为蜡状芽孢杆菌(Bacilluscereus)。在较高盐度条件下,该菌株具有较强的反硝化性能,其反硝化的适宜条件范围较广,分别为:碳氮比/>6,温度26—38℃,pH6.0~8.0,溶解氧浓度5.4~8.5mg/L,

盐度。<150

g/t,。在此条件范围内,NQ州去除率均

可达到90%以上,最高的NO:I-_N去除率为93.77%。

因此,该菌株具有进一步研究及应用的价值。

【参考文献】

【1】KennishMJ.Environmentalthreatsandenvironmentalfu—

ture

of

estuaries[J].EnvironConserv,2002,29(7):78-107.

【2】李沛霖,李大平,何晓红,等.生物膜处理无机氨氮废水及

其好氧反硝化现象[J】.水处理技术,2007,33(2):42_45.

LiPei-lin,LiDa-ping,HeXiao-hong,et

a1.Treatmentof

inorganicanmaonianitrogenwastewaterbybiofilmanditsaerobic

denitrification[J].TechnologyofWaterTreatment,

2007,33(2):42—45.(inChinese)

【3】刘志华,陈建中.溶解氧对膜生物反应器硝化反硝化的影响

【J】.水处理技术,2007,32(2):21-23.

LiuZhi-hua,Chen

Jian-zhong.EffectofDO

on

thesimul—taneousnitrification

anddenitrification

in

the

membrane

bioreactor[J].TechnologyofWaterTreatment,2007,32(2):

21-23.(inChinese)

【4】杨希,刘德立,邓灵福,等.蜡状芽孢杆菌好氧反硝化特性

研究【J】.环境科学研究,2008,21(3):155-159.

YangXi,LinDe-li,DengLing-fu,eta1.Study

on

aerobic

denitrificationcharacteristicsofBacillus

cereus[J].Research

ofEnvironmentalScience,2008,21(3):155-159.(inChinese)

【5】汪苹,项慕飞,翟茜.从不同反应器筛选、鉴别好氧反硝化

菌[J】.环境科学研究,2007,20(4):120-124.

WangPing,XiangMu-fei,ZhaiQian.Selectionandiden-tifieationofaerobicdenitrifiersfromdifferentreactors【J】.

ResearchofEnvironmentalScience,2007,20(4):120-124.

(inChinese)

【6】张光亚,方柏山,闵航,等.一株好氧反硝化菌的特征及系统

进化分析【J】.华侨大学学报,2004,25(1):75.78.

ZhangGuang-ya,Fang

Bai—shan,MinHang,eta1.Char-

acteristicsandphylogenetic

analysisof

strainofaerobic

denitrifier【J】.JournalofHuaqiaoUniversity,2004,25(1):75—78.(inChinese)

【7】王有乐,雷兴龙,王亚变,等.好氧反硝化菌筛选方法的研

52

弥诧尉鹳敢求

第34卷

究进展【J】.安徽农业科学,2010,38(10):5294r-5296.Wang

You-le,Lei

Xin-long,WangYa-bian,eta1.Re—searchprogressofscreeningmethodsforaerobicdenitrifiers

田.JournalofAnhuiAgriculturalScience,2010,38(10):5294—5296.(inChinese)【8】李平,张山,刘德立.细菌好氧反硝化研究进展叨.微生物

学杂志,2005(1):60-64.

LiPing,ZhangShah,LiuDe-li.Studyprogressofbacteri—

alaerobic

denitrification[J].JournalofMicrobiology,2005

(1):6m币4.(inChinese)

[9】李慧颖,黄少斌,范利荣.一株好氧硝化菌的反硝化性能研

究【J】.环境科学与技术,2009,32(8):9—12.

LiHui-ying,HuangShao-bin,FanLi-rong.Dertitrifica-tion

characteristics

of

anaerobic

denitrifying

bacteriumPseudomonaspufidastrainA1闭.EnvironmentalScience&Technology,2009,32(8):9一12.(inChinese)

【10】NaokiT,MariaAbcs,YasushiS,eta1.Appheddenitrify—

ingbacteriathatproducelowlevelofhi仃ousoxide[J】.Appl

Environ

Microbiol,2003,69(6):3152-3157.

【11】沈萍,范秀容,李广武.微生物学实验[MI.北京:高等教育

出版社,2003.

ShenPing,FanXiu-mng,Li

Guang-wu.Fundamentalsof

Microbiology[M].Beijing:HigherEducationPress,2003.(inChinese)

【121PalleroniNJ,KriegNR,HoltJG.Bergey’smanualofsys-

tematic

bacteriology[J].Bergey’sManualofSystemaiticBac—teriology,1984,5(2).

【131东秀珠,蔡妙英.常见细菌系统鉴定手册[KI.北京:科学出

版社,2001.

DongXiu-zhu,Cai

Miao-ying.ManualofSystematicIden-

lificafionabouttheCommon

Bacteria[K].Beijing:Science‘

Press,2001.(inChinese)

【14】别小妹,陆兆新,房耀维,等.利用16SrDNA序列分析鉴定

一株产抗菌物质的微生物菌株叨.食品科学,2006,27(11):

466-470.

BieXiao-mei,LuZhao劬,Fang

Yao-wei.IdentificatiOil

of

microorganismstrainproducingtheanthnicrobialsub-

stance

with16SrDNAsequence

analysis【J】.FoodScience,

2006,27(11):466--470.(inChinese)

【15】唐俊妮,龙飞,史贤明,等.金黄色葡萄球菌基因DNA提取方

法的比较研究阴.中国卫生检验杂志,2008,28(8):1467-1469.

TangJun-ni,LongFei,ShiXian-ming.Evaluations

on

DNA

extraction

methodsofStaphylococcus

aureus【J】.Chinese

JournalofHealthLaboratory

Technology,2008,28(8):

1467—1469.(inChinese)

【16]胡朝松,李春强,刘志昕,等.海洋沉淀物中反硝化细菌鉴定

及反硝化性能研究叨.环境科学研究,2009,22(1):114-118.

HuChao-song,LiChun--qiang,LiuZhi-xin,eta1.Identi-fication

anddenitrificationanalysisofdenilrifyingbacteria

in

sea

sedimentI:J].ResearchofEnvironmentalScience,2009,

22(1):114--118.(inChinese)

【17】国家环境保护总局.水和废水监测分析方法IM].北京:中

国环境科学出版社,2002.

StateEnvironmentalProtection

Administration.Water

and

WastewaterMonitoringand

Analysis

Methods[M].Beoing:

ChinaEnvironmental

Science

Press,2002.(inChinese)

本文来源:https://www.bwwdw.com/article/woun.html

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