污水处理系统中氨氧化古细菌富集筛选及氨氧化特性研究

【摘要】：氨氧化步骤是污水生物脱氮的关键步骤和限速步骤。长期以来的研究一直认为参与这一过程的主要微生物为氨氧化细菌(AOB)，但是近几年研究发现一种古菌也具有氨氧化功能，被称作氨氧化古细菌(AOA)。然而目前对AOA的研究主要集中在种群分布规律上，对AOA的富集分离特别是对污水处理系统中AOA富集分离的研究非常缺乏。为了了解污水处理系统中AOA的生长及氨氧化特性，本课题对污水处理系统中的AOA进行富集筛选，并考察各影响因子对AOA生长及氨氧化性能的影响。 本课题对污水处理系统中的AOA进行富集培养，主要通过培养基的选择，抗生素的筛选及针头式过滤器过滤的方法获得了AOA数量达到3.27×107copies/mL，AOA含量大于90%的高纯度富集培养液。对所获得的高纯度富集菌液克隆测序，结果显示样品中AOA为单一菌群，在古菌amoA基因系统发育树上隶属于GroupI.1b，与东江沉积物中获取的序列HZNAOA7同源性在99%以上，该菌的amoA基因型和已分离的海洋亚硝化短小杆菌和维也纳亚硝化球菌的同源性都低于95%。 对高纯度富集菌液中的AOA进行纯种分离的探索实验，选取的分离方法有平板分离，稀释分离和显微操作分离，并未分离出纯种的AOA。本课题分析了AOA难分离的原因，可能原因有AOA的世代时间长，还有可能是培养基成分不适于纯种AOA的生长，也可能AOA和某些菌种存在共生关系，导致自己不能单独生长。 对高纯度富集菌液中的AOA的生长及氨氧化特性的影响因素进行优化，选取单因素试验和正交试验及其对比试验确定AOA的最佳生长条件条件为起始氨氮浓度为1mM，温度为30℃，pH值为7.5，溶解氧为2.65mg/L；AOA的最佳氨氧化条件为起始氨氮浓度为1mM，温度为37℃，pH值为8，溶解氧为2.03mg/L。COD对AOA的生长和氨氧化性能无显著影响。 AOA在最佳氨氧化条件下的单位菌体的氨氧化速率为2.53×10-10mg/d，远远小于AOB。可能的原因是游离氨对AOA的抑制作用，AOA的代谢类型不同于AOB，AOA存在兼性异养的营养类型。 【关键词】：AOA 富集培养 氨氧化
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-21
• 1.1 课题背景10-11
• 1.2 氨氧化古细菌的研究现状11-16
• 1.2.1 自然环境中 AOA 研究现状11-12
• 1.2.2 污水处理系统中 AOA 的研究现状12-13
• 1.2.3 AOA 种群分布的影响因子13-15
• 1.2.4 AOA 的富集培养及分离纯化15-16
• 1.3 研究 AOA 的分子生物学技术16-17
• 1.3.1 荧光定量 PCR 技术16
• 1.3.2 克隆文库技术16-17
• 1.3.3 梯度凝胶电泳技术17
• 1.4 微生物培养分离技术17-19
• 1.4.1 平板分离技术17-18
• 1.4.2 稀释法分离技术18
• 1.4.3 显微分离技术18-19
• 1.5 课题研究目的及内容19-21
• 1.5.1 课题来源及研究目的19
• 1.5.2 本课题的技术路线19
• 1.5.3 本课题的研究内容19-21
• 第2章 实验材料与方法21-32
• 2.1 实验材料21-26
• 2.1.1 样品的采集21-22
• 2.1.2 培养基22-25
• 2.1.3 实验仪器及设备25-26
• 2.1.4 主要分子生物学试剂26
• 2.2 实验方法26-32
• 2.2.1 水质指标分析方法26-27
• 2.2.2 AOA 富集培养与分离纯化27-28
• 2.2.3 菌体数量和种类的测定方法28-32
• 第3章 污水处理系统中 AOA 的富集培养32-41
• 3.1 初始样品的制备32
• 3.2 添加抗生素的培养基的 AOA 富集培养32-36
• 3.3 使用滤膜过滤接种液的 AOA 富集培养36-38
• 3.4 AOA 数量变化和氨氧化性能研究38-40
• 3.5 本章小结40-41
• 第4章 AOA 的分离纯化探索实验41-47
• 4.1 平板分离41-42
• 4.2 稀释法分离42-43
• 4.3 显微操作分离43-44
• 4.4 AOA 难分离原因分析44-46
• 4.4.1 传统技术的限制44-45
• 4.4.2 不同种菌间的相互作用45
• 4.4.3 世代时间长45-46
• 4.5 AOA 分离方法创新46
• 4.6 本章小结46-47
• 第5章 AOA 影响因素的研究47-63
• 5.1 起始氨氮浓度对 AOA 的影响47-48
• 5.2 温度对 AOA 的影响48-50
• 5.3 pH 值对 AOA 的影响50-51
• 5.4 溶解氧对 AOA 的影响51-53
• 5.5 COD 对 AOA 的影响53-54
• 5.6 AOA 最优条件的确定54-58
• 5.6.1 正交表的设计54-55
• 5.6.2 正交实验结果分析55-57
• 5.6.3 对比验证试验57-58
• 5.7 AOA 氨氧化性能较弱的原因分析58-60
• 5.7.1 游离氨的抑制作用58-59
• 5.7.2 代谢类型59
• 5.7.3 营养类型59-60
• 5.8 氨氧化能力的开发60-61
• 5.9 本章小结61-63
• 结论63-64
• 参考文献64-71
• 致谢71

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