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废水处理系统中脱氮菌株的分离、筛选与鉴别研究

作　者: 刘健楠
导　师: 汪苹
学　校: 北京工商大学
专　业: 环境工程
关键词: 废水处理系统细菌分离筛选鉴定
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

本论文利用选择性培养基结合平板分离的方法,简单高效地从实验室SBR反应器和运行良好的味精废水处理厂的活性污泥中筛选出25株好氧反硝化菌,20株硝化细菌和8株生化菌。对筛选出的菌株进行性能测试:15株好氧反硝化菌的NO₃^--N与TIN去除率达到60%以上,其中10株菌具有硝化能力,对NH₄⁺-N去除率在50%以上。20株硝化细菌去除率均低于50%,8株生化细菌对COD_cr去除率高于88%。15株NO₃^--N和TIN去除率均高于60%的高效好氧反硝化菌中13株为革兰氏阳性菌,有芽孢,3株为革兰氏阴性菌,无芽孢,且革兰氏阳性菌细胞体明显大于革兰氏阴性菌。15株菌的多项生化特征相同:具有氧化酶,能液化明胶,在有氧或无氧环境中都能分解葡萄糖,能分解蛋白质中的色氨酸而产生吲哚。碳源利用实验发现,WYLW1-2、WYLW1-3、WYLW1-4、WYLW1-6、WYLW1-9、WYLW1-10、WYLW2-4、LH2-1、LH2-3九株异养硝化-好氧反硝化菌可以较好的利用氨基酸类碳源,表明其具有利用氨基酸分子,直至完成硝化和反硝化的氮素转化全过程的能力。通过表观分类鉴定、Biolog微生物鉴定及16S rDNA序列分析,将15株高效好氧反硝化菌全部鉴定到属的水平,其中13株菌进一步鉴定到种的水平。通过同源性分析,确定了15株高效好氧反硝化菌之间的分类学地位,揭示各菌株之间的同源性程度。研究发现,尽管某些菌株属于同一属,甚至是同一种,但其生物学特征和脱氮性能仍然存在差异,说明污泥驯化条件的不同,会导致菌株的各种酶的不同。即使在同一外界条件下,由于污泥体系的复杂构成,各菌株的各种酶的活性也可能存在较大的差异。作为菌株的鉴定手段,将表观分类鉴定、Biolog微生物鉴定及16S rDNA测序分析相结合可以获得可靠的鉴定结果。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-9
第一章绪论  9-25
  1.1 氮素对水体的危害  9-10
    1.1.1 水体中氮素的来源  9
    1.1.2 氮素在水体中的危害  9-10
  1.2 传统生物脱氮  10
  1.3 好氧反硝化研究进展  10-15
    1.3.1 好氧反硝化菌的发现  10-13
    1.3.2 好氧反硝化作用机制  13
    1.3.3 好氧反硝化酶系统  13-14
      1.3.3.1 硝酸盐还原酶  13-14
      1.3.3.2 亚硝酸盐还原酶  14
      1.3.3.3 一氧化氮还原酶  14
      1.3.3.4 一氧化二氮还原酶  14
    1.3.4 好氧反硝化的机理探讨  14-15
      1.3.4.1 生物学角度  14-15
      1.3.4.2 生物化学角度  15
      1.3.4.3 微环境理论  15
  1.4 异养硝化-好氧反硝化研究进展  15-17
    1.4.1 异养硝化的发现  15-16
    1.4.2 异养硝化-好氧反硝化菌的研究  16-17
    1.4.3 异养硝化-好氧反硝化菌在废水脱氮中的应用  17
  1.5 细菌分类学研究  17-21
    1.5.1 传统表观分类鉴定  17-18
    1.5.2 化学分类鉴定  18
    1.5.3 数值分类鉴定  18-19
    1.5.4 分子遗传学鉴定  19-21
      1.5.4.1 细菌染色体DNA G+C mol%含量测定  19
      1.5.4.2 核酸杂交技术  19
      1.5.4.3 PCR 技术  19-20
      1.5.4.4 16SrRNA 序列分析法  20-21
  1.6 本实验室前期相关研究  21-23
  1.7 本论文研究的目的及意义  23
  1.8 本论文研究的主要内容  23-25
第二章实验材料与方法  25-41
  2.1 实验材料  25-30
    2.1.1 实验药品  25-27
    2.1.2 实验仪器  27
    2.1.3 实验所用试剂和培养基  27-30
      2.1.3.1 菌株筛选所用试剂和培养基  27-28
      2.1.3.2 生理生化试验所用试剂和培养基  28-29
      2.1.3.3 Biolog 微生物鉴定所用试剂及培养基  29-30
      2.1.3.4 PCR 扩增所用试剂  30
  2.2 实验方法  30-41
    2.2.1 菌株的分离与筛选  30-34
      2.2.1.1 菌株的分离  30-33
      2.2.1.2 菌株的性能测试  33-34
    2.2.2 菌株特性研究及鉴定  34-39
      2.2.2.1 菌株的形态观察  34-35
      2.2.2.2 菌株的生理生化特征测定  35-37
      2.2.2.3 Biolog 微生物鉴定  37
      2.2.2.4 16SrDNA 序列测定及同源性分析  37-39
    2.2.3 实验分析项目及方法  39-41
第三章菌株的分离筛选及性能测试  41-48
  3.1 污泥的来源  41-43
  3.2 菌株的分离与纯化  43
  3.3 菌株的性能测试  43-47
    3.3.1 好氧反硝化菌的性能测试  43-44
    3.3.2 好氧反硝化菌异养硝化性能测试  44-45
    3.3.3 硝化细菌的性能测试  45-46
      3.3.3.1 亚硝酸菌的性能测试  45-46
      3.3.3.2 硝酸菌的性能测试  46
    3.3.4 生化菌的性能测定  46-47
  3.4 小结  47-48
第四章菌株的生物学特征研究  48-62
  4.1 形态观察实验  48-51
    4.1.1 菌落形态观察  48-49
    4.1.2 菌株形态观察  49-50
    4.1.3 菌株运动性观察  50-51
  4.2 生理特性实验  51-58
    4.2.1 温度对生长的影响  51-52
    4.2.2 PH 值对生长的影响  52-53
    4.2.3 盐度对生长的影响  53-54
    4.2.4 碳源利用实验  54-58
  4.3 生化特征试验  58-60
  4.4 小结  60-62
第五章菌株的鉴别研究  62-75
  5.1 菌株的表观分类鉴定  62
  5.2 Biolog 微生物鉴定  62-66
    5.2.1 Biolog 微生物鉴定结果与分析  62-65
    5.2.2 鉴定可产生芽孢细菌的注意事项  65-66
  5.3 16SrDNA 序列测定及同源性分析  66-72
    5.3.1 DNA 提取及PCR 产物检测  66-67
    5.3.2 菌株的PCR 产物分析  67-69
    5.3.3 菌株的BLAST 检索  69-70
    5.3.4 系统发育树的构建  70-72
  5.4 鉴定结果分析  72-75
第六章结论与建议  75-77
  6.1 结论  75-76
  6.2 建议  76-77
参考文献  77-81
附录  81-106
  附录A 符号、缩略语对照表  81
  附录B 菌株的DNA 序列  81-95
  附录C 菌株的菌落特征图片  95-97
  附录D 菌株的细胞形态图  97-102
  附录E 菌株的Biolog 碳源指纹代谢图谱  102-104
  附录F Biolog 鉴定板碳源分布  104-106
攻读硕士期间发表的论文及科研成果  106-107
致谢  107

废水处理系统中脱氮菌株的分离、筛选与鉴别研究

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