好氧反硝化菌种DF2的分离鉴定及生理生化特性分析

分离了新型的高效反硝化细菌并研究其生物脱氮效率。通过观察形态学、生理生化鉴定和16SrRNA基因同源分析来鉴定菌种,致力于研究微生物污水脱氮处理的实际效果和克服反硝化过程中有害中间产物的积累。利用BTB培养基从水平潜流人工湿地基质中初步筛选出了9株平板阳性菌,革兰阴阳性均有。经试验研究发现该9种菌株在好氧条件下均具有一定的脱氮能力,其中以DF2和DF3 2种菌株脱氮能力最为显著,在3 d时间内NOX--N去除率达到了95%以上,NO2--N仅有微量积累;而其它7种菌株对NO3--N的去除率可以达到98%以上,但是NO2--N积累比较严重,积累量达到了NO3--N去除的50%~70%左右。经测序分析鉴定DF2和DF3分别属于德克斯氏菌属(Derxia)和假单胞菌属(Pseudomonadaceae)。德克斯氏菌属作为除氮的反硝化菌属在以往的研究中鲜有报道,该菌在好氧条件下可以合成周质NAR的亚基基因(napA)。     

好氧反硝化菌种DF2的分离鉴定及生理生化特性分析

分离了新型的高效反硝化细菌并研究其生物脱氮效率。通过观察形态学、生理生化鉴定和16SrRNA基因同源分析来鉴定菌种,致力于研究微生物污水脱氮处理的实际效果和克服反硝化过程中有害中间产物的积累。利用BTB培养基从水平潜流人工湿地基质中初步筛选出了9株平板阳性菌,革兰阴阳性均有。经试验研究发现该9种菌株在好氧条件下均具有一定的脱氮能力,其中以DF2和DF3 2种菌株脱氮能力最为显著,在3 d时间内NOX--N去除率达到了95%以上,NO2--N仅有微量积累;而其它7种菌株对NO3--N的去除率可以达到98%以上,但是NO2--N积累比较严重,积累量达到了NO3--N去除的50%~70%左右。经测序分析鉴定DF2和DF3分别属于德克斯氏菌属（Derxia）和假单胞菌属（Pseudomonadaceae）。德克斯氏菌属作为除氮的反硝化菌属在以往的研究中鲜有报道,该菌在好氧条件下可以合成周质NAR的亚基基因（napA）。     

一种新的好氧反硝化菌筛选方法的建立及新菌株的发现

利用间歇曝气富集,氰化钾(KCN)选择培养基筛选好氧反硝化的细菌,通过形态学特征、生理生化反应及16SrDNA同源性比较对筛得菌株进行鉴定,并对其好氧反硝化相关基因napA进行扩增并测序比较.筛选到一株可以柠檬酸钠为碳源,硝酸钾为氮源,进行好氧反硝化的细菌.在溶解氧(DO)为(9.0±0.5)mg/L的培养基中,该菌株5 d内将硝态氮由282.0 mg L-1降解至149.2 mg L-1,其硝态氮去除率为46.47 ng mg-1min-1,同时亚硝态氮仅有少量的积累.经鉴定,初步判定它为假单胞菌属,命名为Pseudomonas sp.Y2-1-1.从其基因组中扩增出与好氧反硝化相关的周质硝酸盐还原酶(NAR)的亚基napA基因,并与已报道的napA基因进行Blast比较,发现具有较大差别.利用间歇曝气富集,氰化钾(KCN)选择培养基筛选好氧反硝化的细菌是非常有效的.初步认为Pseudomonas sp.Y2-1-1是一株新的好氧反硝化菌.图6表3参12     

一株贫营养异养硝化-好氧反硝化菌的筛选及脱氮特性

为了探究并优化菌剂应用于微污染水源水体修复的机制和条件,主要针对水库沉积物内筛选出的贫营养好氧反硝化菌进行了菌种鉴定及脱氮特性研究,考察菌株在不同环境条件下的脱氮效果,明确了该菌株的最适宜生长条件,并基于水库水体中贫营养条件对菌株进行水源水库原水的驯化培养试验研究,以期实现该菌株对微污染水源水库原水中氮源污染物的脱除,为原位投菌技术实际工程应用提供理论依据。从微污染水源水库沉积物中驯化筛分出一株高效异养硝化-好氧反硝化菌A14,通过扫描电镜观察、生理生化特征、16S rRNA基因测序和Biolog GenⅢ鉴定,确定该菌株为革兰氏阴性短杆菌,鉴定为皮特不动杆菌（Acinetobacter pittii）。在好氧条件下,菌株细胞内表达反硝化功能基因napA,以NO3-为唯一氮源进行反硝化作用时,36 h时NO3-去除率为78.89%。以NH4+为唯一氮源时,48 h NH4+去除率为95.25%,TN去除率达80.42%,TOC去除率达98.30%,表明该菌株具有异养硝化-好氧反硝化特性。在改变环境条件过程中,该菌株在以乙酸钠为碳源,温度为30℃,C/N为12,pH为7,接种量为10%时,NO3-去除率最高为86.62%,并且在10℃下脱氮率达到40.18%。在水源水库原水脱氮实验中,接种处理TN去除率为50.95%,NO3-去除率为80.25%。结果表明,菌株A14在微污染水源水体菌剂脱氮修复中具有良好的应用潜力。     

固定化反硝化菌在低污染水处理中脱氮性能研究

在面源低污染水的原位修复领域,人工湿地生物脱氮过程受温度、p H波动影响以及NO2--N积累抑制反硝化脱氮效果等问题,因此强化系统脱氮性能在实际工程应用中具有重要意义。固定化微生物技术具有环境变化适应能力以及耐毒害能力强等优点。该研究通过分离筛选高效反硝化菌,对其进行DNA序列分析鉴定及其种属和系统发育地位分析,并以包埋法加以固定,考察固定化反硝化菌在不同温度、p H、DO和C/N下的反硝化性能,分析各因素变化对固定化反硝化菌脱氮效果的影响,探究各影响因素对固定化反硝化菌脱氮性能的作用机理,以期为固定化反硝化菌强化人工湿地脱氮性能提供参考。经反硝化能力测定,筛选得到的高效反硝化菌株对NO3--N、TN的去除率分别为98.83%、98.36%,NO2--N积累量仅为0.28mg·L~(-1),24 h内脱氮效率为8.59 mg·L~(-1)·h~(-1),经16S r RNA测序结果表明该菌株与Pseudomonas stutzeri A1501的最大相似度为99.7%。采用PVA、SA为材料包埋固定该菌株,固定化反硝化菌的生物量为15.67 g·L~(-1),颗粒密度为0.93 g·m L~(-1)。通过对固定化反硝化菌处理低污染水的性能研究得知,p H、T、DO的波动对固定化反硝化菌的脱氮效果影响均小于游离反硝化菌,固定化反硝化菌在p H为7,θ为30℃,DO为0.87~1.54 mg·L~(-1),C/N为5时的脱氮效果最好。     

亚硝酸细菌amoA基因的克隆、测序与表达

采用PCR技术对亚硝酸细菌的特异性amoA基因进行克隆、测序 ,以确定其准确性 ;然后采用基因重组技术构建亚硝酸细菌的基因工程菌 ,并进行鉴定与功能初步评价 .结果表明 ,克隆得到的 4种亚硝酸细菌的amoA基因 ,与标准菌株Nitrosomonassp.GH2 2的amoA基因同源性达到 98%～ 99% ;构建了一种含有特异性amoA基因的大肠杆菌基因工程菌株 ,并采用直接比色法对重组细菌的氨氧化活性进行测定 ,发现基因工程菌的氧化氨氮速率明显高于分离的野生菌株 .研究表明 ,利用基因重组技术对亚硝酸细菌等自养菌进行改造 ,构建高效基因工程菌在水污染治理领域具有可行性 .图 6表 1参 12     

水库贫营养异养硝化-好氧反硝化菌Sxf14的脱氮特性

为利用生物强化法降低微污染源水中的氮素,从水库沉积物中筛选到一株好氧反硝化细菌Sx f14.通过扫描电镜和16S r RNA序列分析,鉴定其为不动杆菌属(Acinetobacter sp.),命名为Acinetobacter sp.Sxf14.同时,对该菌株脱氮特性进行研究,并将其接种到C/N(总有机碳与总氮的比值)为1.2的微污染水库源水中,以探究其对实际源水总氮的去除效果.结果显示:Sxf14能以硝酸盐和亚硝酸盐为唯一氮源进行好氧反硝化.反应48 h后,NO3--N和NO2--N的去除率分别达74.84(±0.86)%和40.52(±1.49)%,TN去除率最高达到65.07(±1.56)%和41.33(±0.98)%;在以NH4Cl为氮源的异养硝化系统内,该菌在48 h内使NH4+-N浓度由3.73(±0.08)mg/L降到1.28(±0.20)mg/L,氨氮去除率达到65.63(±1.39)%.72 h内,微污染水库源水的TN浓度由2.46(±0.02)mg/L降到1.68(±0.01)mg/L,去除率达到31.7(±0.14)%.因此,菌株Acinetobacter sp.Sxf14具有反硝化能力,能承受较低的碳氮比,降低微污染源水中的氮素,本研究可为微污染水体的菌剂修复技术提供科学依据.     

一些硝化细菌的分离与鉴定

采用硝化细菌选择培养基从土壤、污水中筛选获得了 10株细菌 (X0 1～X10 ) ,经革兰氏染色及生理生化鉴定均为革兰氏阴性菌 ,呈杆状或球状 ,均能够利用亚硝酸盐 .电镜观察发现 ,这 10株细菌均具有比较复杂的细胞膜结构 ,与报道的硝化细菌所特有的膜结构相同 .对硝化细菌的特征性基因norB进行检测结果表明 ,所有菌株均可扩增出该基因 .初步判断所筛选的细菌为硝化细菌 ,依据《伯杰细菌鉴定手册》进行分类 ,主要为硝化杆菌、硝化球菌和硝化刺菌属等 .图 3表 4参 15     

COD对颗粒污泥厌氧氨氧化反应性能的影响

研究了COD对颗粒污泥厌氧氨氧化反应的影响,并对颗粒污泥的厌氧氨氧化脱氮性能进行了分析.厌氧颗粒污泥取自实验室长期运行的EGSB生物脱氮反应器,实验用水为人工配水,以葡萄糖为有机碳源;主要考察了COD对NH4 -N、NO2--N、NO3--N和TN去除的影响.结果表明:当进水不含COD时,反应器对NH4 -N、NO2--N和NO3--N和TN的去除率分别为12.5%、29.1%、16.1%和16.3%;当COD浓度分别为200mg/L、350mg/L和550mg/L时,反应器对NH4 -N的去除率分别为14.2%、14.2%和23.7%,对NO2--N的去除率均接近100%,对NO3--N的去除率分别为94.5%、86.6%和84.2%,对TN的去除率分别为50.7%、46.9%和50.4%,COD去除率分别为85%、66%和60%.分析发现,在反应初期,氨氮的去除主要通过厌氧氨氧化过程实现,随着反应的进行,反硝化菌活性逐渐提高,传统的反硝化过程占优势.同时还观察到,在反应初期COD对氨氮去除的抑制作用非常明显.图2参21     

1株贫营养好氧反硝化菌的分离鉴定及其脱氮特性

从水库底泥样品中,以硝酸盐为唯一氮源进行驯化、分离筛选出1株能在贫营养及好氧条件下进行高效反硝化的菌株PY8,经过电镜形态学观察、生理生化和16S rDNA序列分析,并基于16SrDNA序列结果,构建了该菌株的系统发育树,最终确定菌株PY8为根瘤菌Rhizobiumsp.。考察了初始pH值、温度、C/N、初始硝酸钠质量浓度、投菌量对菌株PY8硝酸盐还原活性的影响,以及该菌株的异养硝化性能。结果表明,在pH6.0～10.0,温度25～30℃,C/N1.0～9.0,初始硝酸钠质量浓度0.01～0.50g·L-1,投菌量1%～15%时,菌株PY8培养72h后的硝氮去除率可达到95%以上。另外,该菌株具有同时硝化-反硝化作用,在培养过程中氨氮去除率可达到58%左右。实验结果表明,菌株PY8在微污染水体生物脱氮领域中具有很大的应用潜力。     

低温贫营养好氧反硝化细菌SY13的反硝化特性

从底泥中分离出1株低温贫营养好氧反硝化细菌SY13,经常规生理生化鉴定和16SrDNA测序,鉴定出细菌SY13属于Acinetobactersp．。考察了温度、pH、C／N比及接种量对菌株SY13硝酸盐还原活性的影响,初始硝酸盐浓度为15mg／L左右,温度为15℃时低温贫营养好氧反硝化细菌SY13的硝酸盐去除率为49．26％,在中性环境适应性较强,pH值为7．0时72h的硝氮去除率达到58．08％,随着C／N比不断增加,菌株SY13硝酸盐的去除效果逐渐增强,接种量为10％时,菌株SY13培养72h后的硝氮去除率可达到59．62％。     

Nitrification and denitrification in biological activated carbon filter for treating high ammonia source water

Since the ammonia in the effluent of the traditional water purification process could not meet the supply demand, the advanced treatment of a high concentration of NH₄ ⁺-N micro-polluted source water by biological activated carbon filter (BACF) was tested. The filter was operated in the downflow manner and the results showed that the removing rate of NH₄ ⁺-N was related to the influent concentration of NH₄ ⁺-N. Its removing rate could be higher than 95% when influent concentration was under 1.0 mg/L. It could also decrease with the increasing influent concentration when the NH₄ ⁺-N concentration was in the range from 1.5 to 4.9 mg/L and the dissolved oxygen (DO) in the influent was under 10 mg/L, and the minimum removing rate could be 30%. The key factor of restricting nitrification in BACF was the influent DO. When the influent NH₄ ⁺-N concentration was high, the DO in water was almost depleted entirely by the nitrifying and hetetrophic bacteria in the depth of 0.4 m filter and the filter layer was divided into aerobic and anoxic zones. The nitrification and degradation of organic matters existed in the aerobic zone, while the denitrification occurred in the anoxic zone. Due to the limited carbon source, the denitrification could not be carried out properly, which led to the accumulation of the denitrification intermediates such as NO₂ ^?. In addition to the denitrification bacteria, the nitrification and the heterotrophic bacteria existed in the anoxic zone.     

Toxic effect of sodium perfluorononyloxy-benzenesulfonate on Pseudomonas stutzeri in aerobic denitrification,cell structure and gene expression

• OBS inhibited the growth of P. stutzeri and destroyed its structure. • OBS was toxic to the aerobic denitrification process of P. stutzeri. • OBS induced the production of ROS in P. stutzeri. • OBS affected the expression of key genes involved in denitrification and SOD. The toxicities of sodium perfluorononyloxy-benzenesulfonate (OBS) to animals and plants are similar to those of perfluorooctane sulfonate. However, the mechanism of its toxicity to aerobic denitrifying bacteria is still unclear. In the present study, the ecotoxicity of OBS on an aerobic denitrifying strain, Pseudomonas stutzeri, was evaluated. The results showed that a dosage of OBS clearly affected the growth and aerobic denitrification of P. stutzeri. When compared with an unamended control, the degradation efficiency of the total nitrogen decreased by 30.13% during exposure to 200 mg/L of OBS, and the complete degradation time of nitrate-nitrogen was delayed by 4 h. The lactate dehydrogenase and superoxide dismutase produced by the bacteria increased with the concentration of OBS, and reactive oxygen species were also detected by confocal laser scanning microscope imaging. Transmission electron microscope imaging revealed chromosome deformation of the cells and damage to cell content; moreover, outer membrane vesicles were secreted from the bacteria, which was the important detoxification mechanism of P. stutzeri to OBS. Expression of the genes involved in aerobic nitrification and oxidative stress were also changed under OBS stress, which further confirmed the toxicity of OBS to P. stutzeri. This study reveals the environmental exposure risk of OBS from the perspective of microorganisms.     

粒状铁与甲醇支持的生物-化学联用法去除富氧地下水中硝酸盐

针对富氧地下水中硝酸盐,采用粒状铁和甲醇支持的生物-化学联用法开展了批实验研究,优化了脱氮反应参数,初步探讨了脱氧脱氮的能力及途径。结果表明,该法的优化参数是粒状铁种类为GI-北京,m（粒状铁）∶m（水）为3∶800,粒状铁粒径为0.425~1.0 mm,反应时间为5 d,甲醇用量为210.59 mg.L-1。生物-化学法、粒状铁和好氧异养菌完全脱氧所需的时间分别是174、206和2 746 min。生物-化学法脱氧依赖于粒状铁化学还原和好氧异养菌有氧呼吸,并且前者起着关键作用。随着反应时间的增加,异养脱氮、自养脱氮和化学还原各自引起的NO3-去除率亦增加。当反应时间≤5 d时,自养脱氮和化学还原的去除率均〈10%,而当反应时间为5 d时,生物-化学法的NO3-去除率达到近100%。生物-化学法内存在异养脱氮、自养脱氮和化学还原3种脱氮途径,其中异养脱氮是最主要的途径,且三者存在共生、协同和促进作用。生物-化学法脱氮期间硝酸盐还原速率≥亚硝酸盐还原速率。生物-化学法去除地下水中硝酸盐是有效可行的。     

硝化作用微生物的分子生物学研究进展

回顾了硝化作用微生物的分子生物学研究进展 ,主要介绍了硝化作用微生物的种类 ,包括氨氧化菌、亚硝酸氧化菌、异养氨氧化菌和厌氧氨氧化菌 .这些微生物的系统发育分析表明亚硝化菌的系统发育相对简单 ,而硝化细菌则要复杂许多 .还介绍了在硝化作用微生物生态学研究中应用的分子生物学技术 ,如PCR、变性梯度胶电泳 (DGGE)、原位荧光杂交 (FISH)等 ,以及不同类群细菌中与硝化作用相关的酶类及其基因 .文章的最后还提出了一些研究展望 .图 3参 35     

一株菲降解菌的特性及相关降解基因的克隆

从石油污染土壤中分离到一株菲降解菌2F5-2.根据该菌株生理生化特征和16S rDNA序列相似性分析,将其初步鉴定为鞘氨醇杆菌属(Sphingobium sp.).该菌株在10 h内对100 mg/L的菲的降解率为100%.降解菲的最适温度为30℃,最适pH为7.对降解途径的初步研究显示,该菌株通过水杨酸途径降解菲.克隆了编码芳香烃双加氧酶α亚基的基因phdA,它与菌株Sphingomonas sp.P2、Sphingobium yanoikuyae B1、Sphingomonas sp.ZP1中phdA的同源性分别为97.9%、98%和100%,表明该基因具有保守性.图6参16     

一株好氧反硝化细菌的鉴定及其在废水处理中的应用

从武汉市郊稻田土壤中分离得到一株好氧反硝化细菌HS-03,对其反硝化能力进行了研究.结果表明:细菌HS-03在好氧条件下能有效去除人工废水中的NO3-(10mmol/L),去除率达90%以上,并且在反应过程中没有NO2-的积累.菌株HS-03与Pseudomonasstutzeri的16SrDNA序列具有99.1%的相似性.对该菌株的16SrDNA序列以及生理生化特征分析表明,细菌HS-03是P.stutzeri的一个新分离种.实验采用ClastalW和PHYLIP程序对该菌株与报道菌进行了系统发育进化分析.图5表2参14     

好氧反硝化菌及其在生物处理与修复中的应用研究进展

好氧反硝化菌因其生长特性与同步异养硝化好氧反硝化功能,为环境生物脱氮提供了崭新的技术思路.综述了已分离获得的好氧反硝化菌类群及其生长特性,重点阐述了好氧反硝化菌生物脱氮性能、影响因素与好氧反硝化机理,探讨了好氧反硝化在环境生物修复领域的应用.已有研究表明,好氧反硝化菌在环境生物脱氮方面具有明显的技术优势,但有关好氧反硝化反应机理、影响因素等仍待解析,以期为好氧反硝化菌固定化、活性持留以及受污染环境水体修复等研究提供理论依据.