生物膜法养殖污水处理中群体感应现象的初步研究

【摘要】：养殖水质的好坏关系着养殖产品的产量和质量。我国面临水资源短缺、环境污染严重的难题，运用科学有效的方法和手段，对养殖污水进行净化和循环使用，不仅可以减少污水排放对环境的危害，还可减少对水资源的需求量，实现水产养殖科学、高效和可持续发展。而群体感应系统的研究作为近几年的一个新兴领域对提高养殖污水的处理效果，增加污水的利用率和用途有着巨大的潜力。 生物膜法养殖污水处理技术是循环水养殖的重要组成部分，在封闭式循环水养殖中已得到广泛应用。生物膜法养殖污水处理技术可有效降低水体中氨氮和有机物的含量，净化水质。其作用原理是利用生物膜上微生物的新陈代谢作用消耗水体中的有害物质。本文以生物膜法养殖污水处理技术为研究对象，通过对实验数据进行EXCEL和SPSS分析，并结合有关群体感应的理论，得出AHLs类群体感应信号分子对生物膜法养殖污水效果确实产生影响： （1）添加C6-HSL和N-3-oxo-C8-HSL两种AHL类信号分子可明显增加生物膜上的生物量。尤其是加入了N-3-oxo-C8-HSL的实验组，附着基上的生物量显著高于其他组，其中添加了N-3-oxo-C8-HSL组的生物量增加最为显著，约为对照组的6倍。 （2）水体中氨氮、亚硝酸盐和无机磷浓度的变化受到了C6-HSL和N-3-oxo-C8-HSL的影响。 （3）对数据进行因子分析表明添加了C6-HSL和N-3-oxo-C8-HSL的两组对实验期间养殖水体的内环境有提高作用，其中添加了N-3-oxo-C8-HSL实验组水体内环境最好，而添加乙醇组的内环境相较其他三组最差。 （4）硝化细菌是一种生长周期比较长的细菌，一般要在5天到达稳定期。而通过向硝化菌和亚硝化菌培养基中添加不同浓度的C6-HSL和N-3-oxo-C8-HSL，可以使细菌的稳定期提前到大概3天左右，并且实验表明，高浓度的C6-HSL和N-3-oxo-C8-HSL并没有对硝化细菌的生长起到促进作用，这与有关群体感应研究的相关报道也十分符合。高浓度的AHLs可以使细菌产生相应的生理调节行为，抑制或关闭群体感应系统。 （5）用平行划条法和TLC法对硝化菌和亚硝化菌的AHLs信号分子进行了检测，但可能由于检测菌株A136的活性不强或实验过程中操作的失误导致最终的结果并不理想。 虽然实验表明添加了C6-HSL和N-3-oxo-C8-HSL两种AHLs类信号分子后水体的内环境发生了变化，但AHLs信号分子种类繁多，不同细菌所含的信号分子种类也不尽相同，但具体的调控机制以及群体感应如何对养殖污水生物膜法处理中的细菌产生影响，以及如何更高效地提高处理效率等方面的问题，还需要更全面更深入的研究。 有关群体感应在水产养殖污水处理中的研究还有许多方面有待解决和完善。本实验只是初步的检验和判定，对于养殖污水中的群体感应现象还需要更全面更深入的研究与剖析。搞清生物膜法养殖污水处理中关键菌种的群体感应系统、作用机制及对污水处理效果的影响，对养殖污水的综合利用和零污染排放，对提高养殖动物的质量与产量，对减少环境污染有着巨大发展潜力和积极的推动作用。 【关键词】：生物膜法 群体感应 AHLs 去除效果 硝化细菌
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：X714
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 综述12-30
• 1 循环水养殖系统12-14
• 1.1 循环水养殖系统简介12-13
• 1.2 循环水养殖系统的应用13-14
• 2 养殖污水的处理方法14-20
• 2.1 物理方法15-16
• 2.2 化学方法16-17
• 2.3 生物方法17-20
• 3 细菌的群体感应20-26
• 3.1 群体感应的定义20
• 3.2 群体感应的类型20-22
• 3.2.1 革兰氏阴性菌的群体感应系统20-21
• 3.2.2 革兰氏阳性菌的群体感应系统21
• 3.2.3 其他 QS 系统21-22
• 3.3 革兰氏阴性菌群体感应信号分子（AHL）的干扰22-24
• 3.3.1 抑制 AHLs 的生物合成22
• 3.3.2 AHLs 的生物灭活和降解22-23
• 3.3.3 AHLs 的化学失活23
• 3.3.4 AHLs 的拮抗剂23-24
• 3.4 群体感应系统信号分子（AHLs）的检测24-26
• 3.4.1 理化方法24-25
• 3.4.2 生物学方法25-26
• 3.4.3 TLC 法26
• 4 群体感应现象的应用26-30
• 4.1 群体感应在医药领域的应用26-27
• 4.2 群体感应在水处理领域的应用27
• 4.3 群体感应在食品领域的应用27
• 4.4 群体感应在养殖污水处理中的应用前景27-30
• 第二章 AHL 类物质对养殖水体内环境的影响研究30-44
• 2.1 实验用品30-31
• 2.1.1 实验仪器30
• 2.1.2 实验药品30-31
• 2.2 实验方法31
• 2.2.1 实验条件31
• 2.2.2 采样31
• 2.2.3 水质测定31
• 2.3 实验结果31-41
• 2.3.1 氨氮浓度的变化31-32
• 2.3.2 亚硝酸盐浓度的变化32-33
• 2.3.3 无机磷浓度的变化33-34
• 2.3.4 附着基上的生物量34-35
• 2.3.5 水质情况分析35-38
• 2.3.6 添加有机物对养殖水体内环境的影响38-41
• 2.4 讨论41-43
• 2.5 小结43-44
• 第三章 AHLs 对硝化细菌生长的影响及群体感应的检测44-57
• 3.1 实验用品44-45
• 3.1.1 菌种44
• 3.1.2 实验仪器44-45
• 3.1.3 药品与试剂45
• 3.2 培养基和常用试剂配方45-46
• 3.3 实验方法46-50
• 3.3.1 细菌的接种和培养46
• 3.3.2 硝化细菌和亚硝化细菌的分离纯化46
• 3.3.3 分装灭菌46
• 3.3.4 格利斯试剂检测法46
• 3.3.5 16S rRNA 法46-49
• 3.3.6 OD 值法测定硝化细菌和亚硝化细菌的生长曲线49-50
• 3.3.7 平行划条法50
• 3.3.8 TLC 法50
• 3.4 实验结果50-55
• 3.4.1 格利斯试剂检测法50-51
• 3.4.2 16sRNA 检测结果51-52
• 3.4.3 生长曲线的测定52-54
• 3.4.4 TLC 薄层层析54-55
• 3.5 讨论55-56
• 3.6 小结56-57
• 第四章 结语与展望57-59
• 参考文献59-67
• 致谢67-68
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果68-69
• 附图69

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