甲烷氧化菌在填埋场覆盖层的工程应用 (Ⅰ):分离与筛选

选取了湖泊底泥、矿化垃圾、覆盖土和好氧污泥4种填埋场周边易得基质为分离源,采用驯化、传代培养、甲烷氧化能力及适应性等方法进行了适合于填埋场覆盖层应用的甲烷氧化菌的筛选研究.结果表明,从好氧污泥中分离得到的甲烷氧化菌较其它分离源得到的甲烷氧化菌具有更高的甲烷氧化活性(2461.29μg·h-1·g-1,以每g干污泥每小时氧化的CH4量(μg)计,下同)和甲烷氧化速率增幅(1045.56μg·h-1·g-1,以每g干污泥每小时氧化的CH4量(μg)计,下同),接种后能显著提高覆盖材料的甲烷氧化能力(p0.05),且不受CH4浓度的抑制.源自好氧污泥的甲烷氧化菌具有生长迟滞期短、生长速率高等特点,对填埋场的甲烷削减更具适应性,有利于工程扩大应用.     

高效耐盐柴油降解菌的筛选、鉴定及降解基因

在辽河口湿地油田石油污染土壤中分离到一株耐盐柴油高效降解菌株L7,经过形态学观察、16S r RNA基因序列分析鉴定菌株L7属于不动杆菌属(Acinetobacter).该菌株能够以柴油、十五烷、十六烷、十七烷、十八烷、十九烷、二十烷和二十二烷为唯一碳源和能源生长.在柴油无机盐培养基中,菌株的最适生长温度为30°C,最适pH值为7.0,菌株L7在pH 6.0~9.0,盐度范围为3%以内都可以生长.与其他的菌株相比较,菌株L7在柴油中生长更加迅速,在最适培养条件下培养4d后菌株的OD600nm就可以达到4.0,通过紫外分光光度法测定培养5d后,柴油的降解效率为61.5%.通过对菌株L7的全基因组测序和分析,在基因组上找到一个烷烃羟化酶基因alk B,将基因克隆到p ME6032质粒上,并电转至不依赖柴油生长的恶臭假单胞菌KT2440中,含有该质粒的KT2440菌株能够在柴油无机盐培养基中生长.GC-MS检测确定了菌株L7及其alk B基因对饱和烷烃的降解能力.推测菌株L7中烷烃降解途径为末端氧化途径,是由烷烃羟化酶催化反应生成相应的醇,最终通过β-氧化反应实现完全矿化.     

矿化垃圾床反应器厌氧甲烷氧化协同生物脱氮的研究

垃圾卫生填埋过程中逸散的甲烷与渗滤液处理过程中反硝化段不够彻底产生的硝酸盐对周围环境具有严重的威胁,反硝化厌氧甲烷氧化技术可实现甲烷与硝酸盐的同步去除,极具应用前景.本研究通过模拟垃圾填埋过程,以矿化垃圾作为垃圾填埋的覆土层与反硝化厌氧甲烷氧化微生物的接种源,建立了矿化垃圾床系统.结果表明,反应系统在140 d的运行期间内,硝态氮平均去除速率为34.81 mg·L^-1·d^-1,并且表现出较强的抗冲击能力.反应系统中硝酸盐的去除与甲烷的添加具有直接关系,化学计量学结果表明系统中主要发生的是反硝化厌氧甲烷氧化反应.矿化垃圾上、中、下3层微生物具有明显的空间分异特性,反硝化厌氧甲烷氧化活性呈现上层低、中下层高的趋势,中层与下层的最大反应速率分别是上层的2.33与1.84倍.qPCR结果显示,矿化垃圾床系统中反硝化厌氧甲烷氧化功能基因pmo A和mcr A在中层的拷贝数分别为（7.65×10⁵±2.62×10⁵）和（9.10×10⁴±1.72×10⁴）copies...     

餐厨垃圾废水制备液态解磷菌剂研究

本研究探讨了餐厨垃圾废水用作发酵基质生产液态解磷巨大芽孢杆菌菌肥的可行性.结果表明,餐厨垃圾废水培养的巨大芽孢杆菌经过3~4d的调整期即进入对数生长期,第6~7d活菌数达到最大,而经过湿热预处理得到的II类废水较I类废水更适宜用作巨大芽孢杆菌的培养基质,其菌液活菌数是I类废水培养的活菌数的5倍（4.8×10¹⁵CFU/mL）.废水中的盐分对巨大芽孢杆菌的生长代谢影响显著：活菌数随着NaCl含量的增加先升高后快速降低,最利于菌种培养的NaCl浓度为10g/L.pH值和温度极显著影响巨大芽孢杆菌的生长,而摇床转速和接种量对菌株培养影响不显著,正交试验确定的较优培养条件为pH=8、T=35℃、转速80r/min、接种量2%（V/V）.餐厨垃圾废水制备的解磷菌肥可实现土壤中固化磷的有效磷化：施用0.025‰~2.5‰质量比例解磷菌剂的土壤生长的黄豆苗干重可达到按照5‰质量比例施加无机复合肥生长的黄豆苗的70.7%~84.5%,其中微生物菌肥的最佳施用量为0.25‰.     

矿化垃圾中的甲烷氧化-反硝化耦合特性研究

设计全因素实验研究了填埋龄10～12年的矿化垃圾中的甲烷氧化反硝化耦合特性.结果表明,每g矿化垃圾中甲烷氧化菌、反硝化细菌可达109个数量级,适合作为甲烷氧化-反硝化耦合反应介质.CH4、O2和NO3--N浓度对CH4去除有明显影响(p＜0.01),其大小顺序为CH4＞O2＞ NO3-N,且3种因素具有显著的交互作用(P＜0.01).NO3--N对甲烷氧化的抑制或者促进作用主要与环境中的O2浓度和C/O比有关.相对较低的CH4初始浓度和较低的C/O、C/N比有利于甲烷氧化和反硝化作用耦合,而且反应产物中N2O含量较低.当CH4、O2浓度分别为10％,20％时,甲烷去除率能达到97.7％,产生的N2含量为11.5％以上,且N2O的产生量低于0.2％.     

渗滤液作基质培养甲烷氧化菌的工艺优化

甲烷氧化菌菌液可用来制备高甲烷氧化率的填埋场覆盖材料。分析了渗滤液预处理对甲烷氧化菌培养的影响,优化了渗滤液作基质培养甲烷氧化菌的工艺。结果表明:补充N、P能改善培养效果,使培养液的最高甲烷氧化率提高30%以上,稀释效果不明显。甲烷氧化会降低渗滤液中金属元素的浓度,Mn、Fe和Cu等元素含量过低可能成为老龄渗滤液甲烷氧化菌培养的限制因素。     

甲烷胁迫下不同填埋场覆盖土的氧化活性及其菌群结构

对比研究了常规填埋场覆盖材料(粘土)和甲烷胁迫下垃圾生物处理后的材料(垃圾土)的甲烷氧化活性及其菌群结构.结果表明,粘土由于持水能力弱,其含水量较低,随着环境温度、降水等条件的变化,极易结块,从而影响其中甲烷氧化菌的生长;而垃圾土富含有机物,持水力强,空隙率高,有利于甲烷氧化菌的生长和繁殖.暴露于甲烷气流120 d后,垃圾土柱中下层土壤的甲烷氧化潜力达到了11.25～13.48 μmol/(g·h),是相应粘土层甲烷氧化潜力的10.4～24.5倍.土柱上层土壤由于水分蒸发、变干,抑制了其甲烷氧化活性.试验结束时,垃圾土柱甲烷氧化去除率达到了48.3%,是粘土柱的5～6倍.甲烷氧化菌TypeⅠ和TypeⅡ的生物标记物 PLFAs 16：1ω8c和18：1ω8c分析表明,土样的PLFA18：1ω8c含量与其甲烷氧化潜力具有很好的线性相关性.     

微氧条件下以甲烷为碳源的反硝化实验研究

为探清微氧条件下以甲烷为碳源的反硝化是甲烷好氧氧化偶联反硝化(AME-D),还是甲烷厌氧氧化偶联反硝化(ANME-D),本研究以污水处理厂厌氧污泥为接种物,在微氧条件下以甲烷为碳源进行硝酸盐和亚硝酸盐反硝化的富集培养,考察硝酸盐和亚硝酸盐的反硝化速率,并对富集培养物的微生物群落和甲烷单加氧酶功能基因进行分析.结果表明:微氧条件下硝氮/亚硝氮的还原主要以AME-D过程为主,稳定阶段硝氮和亚硝氮的平均去除速率分别为3.69 mg·L~(-1)·d~(-1)(以N计)和18.04 mg·L~(-1)·d~(-1)(以N计),富集培养物中的优势微生物为甲基球菌科(Methylococcaceae)中的甲基单胞菌属(Methylomonas),相对含量为21.86%.     

甲烷氧化菌在填埋场覆盖层中的工程应用(Ⅱ):基质选择性及长效性

针对已筛选获得的甲烷氧化混合菌,选取填埋场覆盖土(LCS)、矿化垃圾(AR)和塘渣(TZ)3种填埋场周边易得的材料为供试生存基质,从基质选择性及长效性角度进行了甲烷减排应用条件的探究及使用效能评估.结果表明,在TZ、LCS、AR、TZ-AR和LCS-AR这5种生存基质中,TZ-AR最适合甲烷氧化混合菌的生长,且TZ与AR的复配比例以5∶5为最佳.甲烷氧化混合菌在TZ-AR的粒径≤4 mm和含水率为20%时具有最高甲烷氧化能力.一次性接种甲烷氧化混合菌在静态体系中的最佳使用有效期为31 d.其在接种量为0.08、0.16、0.20 m L·g-1和0.25m L·g-1时甲烷氧化速率无明显差异,从工程应用角度而言,8%的接种量为最佳.     

嗜热硫酸盐还原菌的分离及生长影响因素研究

从油田污水中分离得到一株嗜热硫酸盐还原菌,并研究了该菌株的形态生理特性,探讨了碳源、还原剂、pH和温度对该菌株的生长和硫酸盐还原能力影响。结果表明:该菌株为革兰氏阳性杆菌,最适合碳源为柠檬酸钠,在加入了硫代硫酸钠作为还原剂的培养基中生长较好,最适合生长pH为中性,最适生长温度为60℃。在最适条件下培养,2d后培养基变黑,菌株的生长在3d后达到最大值,硫化氢的生成在4d后达到最大值。     

1株海洋异养硝化-好氧反硝化菌的分离鉴定及其脱氮特性

以海水为基质,采用传统的微生物分离纯化方法,从海底沉积物中分离筛选得到1株耐盐异养硝化-好氧反硝化细菌y5,经形态、生理生化特性以及16S rRNA基因序列分析,鉴定该菌为克雷伯氏菌(Klebsiella sp.).对其脱氮特性及影响因素进行了研究,结果表明,菌株y5的最佳碳源为柠檬酸三钠,最适p H值为7.0,最适C/N为17.菌株均能以NH4Cl、Na NO2和KNO3为唯一氮源进行反应,36 h的去除率分别为77.07%、64.14%和100%.3种氮源共存时,36 h的去除率达到100%.表明菌株y5在高盐废水中具有独立高效的异养硝化和好氧反硝化作用.     

Biodegradation of indole by a newly isolated Cupriavidus sp. SHE

Indole, a typical nitrogen heterocyclic aromatic pollutant, is extensively spread in industrial wastewater. Microbial degradation has been proven to be a feasible approach to remove indole, whereas the microbial resources are fairly limited. A bacterial strain designated as SHE was isolated and found to be an efficient indole degrader. It was identified as Cupriavidus sp. according to 16S rRNA gene analysis. Strain SHE could utilize indole as the sole carbon source and almost completely degrade 100 mg/L of indole within 24 hr. It still harbored relatively high indole degradation capacity within pH 4–9 and temperature 25°C–35°C. Experiments also showed that some heavy metals such as Mn^2 +, Pb^2 + and Co^2 + did not pose severe inhibition on indole degradation. Based on high performance liquid chromatography–mass spectrum analysis, isatin was identified as a minor intermediate during the process of indole biodegradation. A major yellow product with m/z 265.0605 (C₁₅H₈N₂O₃) was generated and accumulated, suggesting a novel indole conversion pathway existed. Genome analysis of strain SHE indicated that there existed a rich set of oxidoreductases, which might be the key reason for the efficient degradation of indole. The robust degradation ability of strain SHE makes it a promising candidate for the treatment of indole containing wastewater.     

长江口盐沼带湿地生态演替过程中甲烷排放研究

甲烷(CH4)作为河口湿地碳循环的重要中间产物,是大气中仅次于二氧化碳(CO2)的第二大温室气体,其排放清单对于全球气候变暖趋势的预测具有重要意义.因此,本研究采用静态箱-气相色谱技术,针对长江口盐沼带湿地CH4的排放通量展开了为期2年、每月1次的现场观测.研究结果表明,长江口盐沼带湿地持续表现为大气CH4的净排放源,其中,2011年在海三棱藨草覆盖情况下,全年CH4平均排放通量达到了1.00 mg·m-2·h-1,2012年互花米草大规模入侵后,海三棱藨草生物量显著减小,全年CH4排放通量减小为0.55 mg·m-2·h-1.Pearson相关性分析表明,沉积物有机碳含量、光合有效辐射及含水率等均不是影响长江口盐沼带湿地CH4排放的重要环境因子.在2011年,海三棱藨草生物量(p=0.001,r=0.928)、气温(p0.01,r=0.432)均与CH4排放通量呈现显著正相关,全年CH4最大排放通量出现在生物量最大的夏季8月份;2012年随着互花米草的入侵,CH4排放通量在5月份达到了最大值,自5月份之后逐渐减小,互花米草的入侵使长江口中潮滩盐沼带湿地CH4排放通量整体呈现出了下降的趋势.     

Pseudomonas sp. QJX-1的锰氧化特性研究

从锰矿土壤样品中分离、纯化出1株高效锰氧化细菌(QJX-1),经16S rDNA序列鉴定为Pseudomonas sp.QJX-1.研究表明,Pseudomonas sp.QJX-1含有锰氧化的必需成分多铜氧化酶基因CumA,当初始Mn2+为5.05 mg·L-1,菌密度D600为0.020时,该菌可在48 h内将Mn2+转化,且转化率高达99.4%.在寡营养条件下该菌锰氧化速率较富营养条件下有显著提高;添加石英砂滤料促使生物膜的快速形成,进而促进Mn2+的生物转化.根据研究结果推测地下水处理过程中生物锰氧化速率较快.     

菌株 Arthrobacter sp. CN2降解对硝基苯酚的特性与动力学

为研究对硝基苯酚降解菌Arthrobacter sp.CN2在实际生产中的应用潜力,本文分别分析了p H、盐浓度和额外添加碳源对降解效率的影响,同时对降解的动力学方程进行拟合分析.菌株CN2在p H 7.0~8.0,Na Cl浓度60 g·L-1之间能够高效降解对硝基苯酚,72 h内对50 mg·L-1对硝基苯酚的降解率均大于90%.同时发现适量添加葡萄糖(0.5%)可显著促进CN2降解对硝基苯酚,与不添加葡萄糖条件下相比,达到90%降解率所需时间缩短了16 h.当对硝基苯酚浓度低于300 mg·L-1时,菌株CN2对对硝基苯酚的降解符合一级动力学方程,降解速率常数在0.021 7~0.025 0之间.在生物反应器中应用菌株CN2模拟处理工业废水,3 L含对硝基苯酚废水(100 mg·L-1)在72h的降解率大于90%.研究表明,菌株Arthrobacter sp.CN2能够高效地降解对硝基苯酚,对于环境有良好适应能力,具有良好的应用前景.     

乙草胺降解菌A-3的筛选及其降解特性

采用富集培养的方法从农药厂污泥和长期受乙草胺污染的土壤中分离到1株能以乙草胺为氮源生长的细菌命名为A-3,经16S rRNA鉴定,菌株A-3属于粘着剑菌属(Ensifer adhaerens).研究结果表明,菌株A-3能以乙草胺作为唯一氮源生长并高效降解乙草胺.在含10 mg/L乙草胺的无机盐培养基中培养10 d后,菌...     

Biodegradation of N,N-dimethylacetamide by Rhodococcus sp. strain B83 isolated from the rhizosphere of pagoda tree

The biodegradation characteristic and potential metabolic pathway for removal of environmental N,N-dimethylacetamide (DMAC) by Rhodococcus sp. strain B83 was studied. Rhodococcus sp. strain B83 was isolated from the rhizosphere of a pagoda tree and proved capable of utilizing DMAC as sole source of carbon and nitrogen. Batch culture studies showed that strain B83 could tolerate up to 25 g/L DMAC and showed distinct growth on possible catabolic intermediates except for acetate. The nitrogen balance analysis revealed that approximately 71% of the initial nitrogen was converted to organic nitrogen. DMAC degradation has led to accumulation of acetate and organic nitrogen, meanwhile traces of nitrate and ammonia was build-up but without nitrite. The growth of strain B83 could be inhibited by adding exogenous acetate. By means of the assay of enzymatic degradation of DMAC, several catabolic intermediates at different intervals were observed and identified. Based on the results obtained from culture solution and enzymatic degradation assay, a detailed pathway is proposed for DMAC biodegradation.     

酵母提取物对葡萄糖发酵生产生物破乳菌Alcaligenes sp. S-XJ-1的影响

以从石油污染的土壤中筛选出1株生物破乳菌Alcaligenes sp.S-XJ-1为对象,考察了以葡萄糖为碳源时添加酵母提取物对生物破乳菌菌体性质、破乳性能以及菌体元素组成的影响.结果表明,酵母提取物的投加能够有效提高生物破乳菌产量,在酵母提取物浓度为5 g.L-1时,生物破乳菌产量达到3.0 g.L-1,此时葡萄糖利用率亦达到最大的58%.随着酵母提取物的投加浓度的增大,培养得到的菌体破乳性能提高,在投加浓度为10 g.L-1时,破乳率达到76%;而培养得到的菌体C/N有所降低,对其菌体表面蛋白进行提取测定发现菌体总蛋白含量升高,这与FTIR分析破乳菌菌体表面蛋白质类物质提高的结论一致.推测该生物破乳菌菌体蛋白含量的提高增强了菌体的破乳性能,菌体蛋白类物质是影响其破乳性能的关键组分之一.     

鼠李糖脂对铜绿假单胞菌NY3表面特性及其烃降解效率的影响

研究了鼠李糖脂对NY3菌表面特性及其降解烃类物质的影响作用.结果表明,与未加鼠李糖脂相比,原油含量为1000 mg·L-1,鼠李糖脂100 mg·L-1时,生长24和48 h,NY3菌细胞净生长量分别提高8.60和6.68倍,且产酸明显,原油中正二十六烷至正三十三烷降解效率可提高约60%.分别以LB培养基和十六烷为唯一碳源的无机盐培养基生长的NY3菌体(OD400nm=1.68±0.08),与100 mg·L-1的鼠李糖脂作用1.5h,菌体表面疏水性分别增加32%、6%;且以LB培养基生长的NY3菌细胞,在鼠李糖脂和十六烷存在下作用90 min,菌细胞所积聚的正十六烷量比未加鼠李糖脂时增加了1.10 nmol·mg-1干菌,说明鼠李糖脂能加快疏水性有机物的传质速度.红外光谱分析结果表明,与未加鼠李糖脂相比,鼠李糖脂使菌体细胞中疏水性脂肪链的相对含量明显增加.因此,鼠李糖脂能增加菌体的表面疏水性,加快烃类的传质速率,从而促进NY3菌对烃的降解.     

利用DGGE-菌落原位杂交法分离土壤中精喹禾灵降解菌

从自然环境中分离到的可降解农药的土著微生物,因其对环境的友好性及原位修复的可行性,受到了高度关注.为从土壤中筛选精喹禾灵降解菌株,首先利用PCR-DGGE技术分析了除草剂精喹禾灵胁迫下土壤细菌群落结构及多样性的变化.结果表明,添加精喹禾灵后,土壤细菌群落结构发生了明显的改变.精喹禾灵使细菌多样性呈现出增加-减少-增加的变化趋势,其中第9 d变化最大,后期趋于稳定.根据DGGE图谱条带的测序结果推断,Pseudomonas、Massilia、Burkholderia等属中的细菌对精喹禾灵具有耐受性或降解潜力,这些微生物类群可作为减少农药残留的土著微生物资源进行分离筛选.根据条带的测序结果,合成了地高辛(Digoxigenin)标记的探针,并进行了菌落原位杂交,筛选到了3株具有降解潜力的菌株,其中L1可以利用精喹禾灵作为唯一碳源生长,经16S rRNA基因鉴定该菌株属于假单胞菌属(Pseudomonas sp.).利用高效液相色谱法测定了菌株L1在无机盐培养基中降解精喹禾灵的效果.结果表明,培养7 d后,精喹禾灵的含量减少了近50%,且随着精喹禾灵含量的降低,L1菌体数量增加,证实了菌株L1具有降解精喹禾灵的能力.这一结果为今后研究菌株L1降解精喹禾灵的机制、功能基因等奠定了基础.