Construction and application of the Synechocystis sp. PCC6803-ftnA in microbial contamination control in a coupled cultivation and wastewater treatment

Inspired by iron fertilization experiments in HNLC (high-nitrate, low-chlorophyll) sea areas, we proposed the use of iron-rich engineered microalgae for microbial contaminant control in iron-free culture media. Based on the genome sequence and natural transformation system of Synechocystis sp. PCC6803, ftnA (encoding ferritin) was selected as our target gene and was cloned into wild-type Synechocystis sp. PCC6803. Tests at the molecular level confirmed the successful construction of the engineered Synechocystis sp. PCC6803-ftnA. After Fe^3 +-EDTA pulsing, the intracellular iron content of Synechocystis sp. PCC6803-ftnA was significantly enhanced, and the algae was used in the microbial contamination control system. In the coupled Synechocystis sp. PCC6803-ftnA production and municipal wastewater (MW, including Scenedesmus obliquus and Bacillus) treatment, Synechocystis sp. PCC6803-ftnA accounted for all of the microbial activity and significantly increased from 70% of the microbial community to 95%. These results revealed that while the stored iron in the Synechocystis sp. PCC6803-ftnA cells was used for growth and reproduction of this microalga in the MW, the growth of other microbes was inhibited because of the iron limitation, and these results provide a new method for microbial contamination control during a coupling process.     

降解芘的分枝杆菌M11的分离鉴定和降解特性

从多环芳烃污染的土壤中分离到1株能高效降解四环芳烃芘的放线菌M11,经形态观察、生理生化和16S rDNA鉴定,属于分枝杆菌属(Mycobacterium sp.).菌株M11能以菲、蒽、荧蒽和芘为唯一碳源生长,在含芘50、100和200 mg/L的无机盐液体培养基中培养16 d降解率分别达到76.9%、91.8%和79.23%.菌株M11对芘的降解具有较广泛的pH范围,在芘浓度100 mg/L,pH为5～9的液体条件下,均可生长.根据已报道的芘降解菌的双加氧酶同源序列设计引物,PCR扩增出编码双加氧酶大亚基和小亚基的基因片段,序列分析表明与已知降解芘的分枝杆菌的双加氧酶基因具有高度同源性.     

理化因子对集胞藻PCC6803溶血素溶血活性的影响

研究了保存温度以及添加稳定剂、氧化剂、还原剂、螯合剂和金属离子对集胞藻(Synechocystis sp. PCC6803)野生型菌株产生的溶血素的溶血活性的影响.结果表明,该溶血素在提取初始仅具有较低的溶血活性,但在提取3～6 d后,溶血活性急剧升高,之后随保存时间延长逐渐降低.-20 ℃低温保存有利于该溶血素活性的维持.添加半胱氨酸盐酸盐、牛血清白蛋白和血红蛋白都能提高其溶血活性,可以作为该溶血素的稳定剂;氧化剂H₂O₂能显著提高其溶血活性,而还原剂β-巯基乙醇、二硫苏糖醇显著抑制其溶血活性,说明该溶血素为非巯基依赖型溶血素.金属离子Ca2+,Co2+,Fe3+,Ni2+,Cu2+,Mn2+和Mg2+均会抑制其溶血活性,仅Zn2+能增加其溶血活性,金属螯合剂EDTA也能增强其溶血活性.      

嗜麦芽窄食单胞菌J12对芘的降解特性

从前期实验中得到1株对芘具有降解能力的嗜麦芽窄食单胞菌,将其命名为J12。采用摇床振荡培养的方法,研究了不同实验条件(降解体系芘初始浓度、初始pH、投菌量)对J12降解芘的影响。结果表明:最佳降解条件为芘初始浓度20mg/L、投菌量2g/L、pH为7.0左右。在最佳降解条件下,研究了金属离子Fe3+、Mn2+、Mg2+对J12降解芘的影响,结果表明一定浓度Fe3+、Mn2+的投加对J12降解芘具有促进作用,而Mg2+则表现为轻微的抑制作用。向反应体系中添加鼠李糖脂,结果表明鼠李糖脂的添加对J12降解芘有一定的促进作用,其中在反应的后期促进作用较明显。对J12胞外酶和胞内酶粗酶液进行考察,结果表明在J12降解芘过程中起主要作用的为胞内酶,J12对芘的降解酶主要分布在胞内。     

芘高效降解菌的分离鉴定及其降解特性研究

采用富集培养的方法从多环芳烃污染的土壤中分离到3株能高效降解四环芳烃芘的细菌J1、J2、J3,经形态观察、生理生化和16SrDNA鉴定,J1属于铜绿假单胞菌属(Pseudomonas aeruginosa),J2属于黄杆菌属(Flavobacterium mizutaii),J3属于短短芽孢杆菌属(Brevibacillus parabrevis).3株细菌均能以芘作为碳源生长,在含芘50、100、200、500、1 000 mg/L的无机盐液体培养基中培养7 d后细菌总数达到最高,在含芘200 mg.L-1的无机盐液体培养基中7d的降解效率分别达到53.04%、65.03%、51.02%.3株细菌对培养基具有较广泛的pH适应范围,在芘浓度200 mg/L,pH为4～9的液体条件下,均可生长,且对芘有很好的降解.虽然可以采用芘的二氯甲烷溶液或者N,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶液向培养液中添加芘,但是以N,N-二甲基甲酰胺添加的方式芘在水溶液中起到很好的分散作用,更有利于3株细菌对芘的降解.     

两相分配生物反应器中苍白杆菌PW对芘的降解效果

为降低PAHs对微生物的毒性,促进PAHs的降解,采用TPPB技术(two-phase patitioning bioreactor,两相分配生物反应器)对芘进行降解,研究了不同有机相(硅油、十二烷、十一醇、癸烷、十六烷、十八烷)、ρ(芘)、φ(有机相)和扰动速率对芘降解的影响. 结果表明:当φ(有机相)为10.0%、ρ(芘)为100~1 000 mg/L时,T0(纯水相)及T1(水-硅油)、T2(水-癸烷)、T3(水-十二烷)、T4(水-十一醇)、T5(水-十六烷)和T6(水-十八烷)体系中芘的降解率分别为92.5%~13.9%、69.3%~20.1%、79.6%~23.3%、81.9%~26.9%、86.7%~28.1%、87.7%~34.1%、89.6%~27.4%. ρ(芘)较低时,TPPB抑制了芘的降解;ρ(芘)较高时,TPPB则能促进芘的降解. 6种有机相中,十六烷对芘降解的促进效果最优. 最优φ(有机相)的确定和ρ(芘)有关,ρ(芘)为200 mg/L时,最优φ(十八烷)、φ(十六烷)、φ(十一醇)分别为5.0%、2.5%和5.0%;ρ(芘)为1 000 mg/L时,其均为20.0%. 液体扰动速率的提高能促进芘的降解,液体扰动速率为50~200 r/min时,T6和T5体系中的芘的降解率分别为50.1%~75.6%和54.1%~79.1%. 研究显示,TPPB技术是一种潜在治理高浓度PAHs污染的有效途径,TPPB的优化是多种影响因素综合作用的结果.      

BDE-47对2种海洋微藻光合特性的影响

研究了不同浓度的2,2′,4,4′-四溴联苯醚(BDE-47)对2种海洋微藻的光合特性的影响. 结果表明, 在试验所设定的浓度范围内 (0.1~2.5μg/L),海水小球藻和赤潮异弯藻的PSII最大光能转化效率(Fv/Fm)、光化学淬灭系数(qP)未受到显著抑制,表明2种微藻PSII反应中心在试验过程中未受到损伤.当BDE-47浓度为2.5μg/L时,海水小球藻的PSII潜在活性(Fv/Fo)、PSII实际光能转化效率(φPSII)和光合电子传递效率(ETR)在96h受到显著抑制,而赤潮异湾藻的3个参数在暴露期间均未受到抑制,表明赤潮异湾藻对BDE-47的耐受性强于海水小球藻.各叶绿素荧光参数中, Fv/Fo、φPSII、ETR更适合作为指示海洋环境中BDE-47污染水平的生物标志物.     

N2O2与UV-C灭藻的协同效果研究及工程实验

研究了UV-C/N₂O₂催化氧化去除鱼腥藻PCC7120的效果,探讨了各种因素如c(N₂O₂),pH,辐照度及反应时间对灭藻率的影响.结果表明,N₂O₂对UV-C(紫外线C波段辐照)灭藻具有协同作用,UV-C/N₂O₂高级氧化体系对鱼腥藻PCC7120具有很强的氧化能力.在藻液中c(N₂O₂)为1 mmol/L,反应温度为25℃,pH为6.8,紫外线辐照度0.54 mW/cm2及反应20min的条件下,受试藻种的灭活率5 d后可以达到85%以上.将N₂O₂与浸没式UV-C流动除藻装置结合进行流动式的灭藻实验,灭藻效果显著,鱼腥藻PCC7120体内的SOD酶和POD酶的活性及C-PC藻蓝蛋白、叶绿素a的含量都有大幅度的下降,且灭活后的蓝藻不会重新生长.      

3株细菌对土壤中芘和苯并芘的降解及其动力学

研究了3株多环芳烃(PAHs)高效降解菌对土壤中芘和苯并芘(BaP)的降解动态,用Michaelis-Menton和Monod动力学模型对结果进行拟合.结果表明,3株细菌对芘和BaP的降解率有显著性差异.芽孢杆菌(Bacillus sp.SB02)42 d对芘和BaP的降解率均最高.当土壤中芘和BaP的初始浓度为50　mg/kg时,芽孢杆菌(Bacillus sp. SB02)、动胶杆菌(Zoogloea sp. SB09)、黄杆菌(Flavobacterium sp. SB10)42 d对芘的降解率分别为42.69%、32.88%、25.07%, 对BaP的降解率分别为33.04%、25.39％、22.02%.3株细菌对芘和BaP的降解速率也存在显著性差异.芽孢杆菌(Bacillus sp., SB02)最快,1周可降解20.88％芘和12.6%的BaP,动胶杆菌(Zoogloea sp.SB09)次之,黄杆菌(Flavobacterium sp.SB10)降解速率最慢.     

海洋多孔介质中微塑料和富勒烯的共迁移

采用海水和天然海砂，模拟构建了一维柱状的海洋多孔介质体系，研究了粒径1μm的聚苯乙烯微塑料（PS）与富勒烯（C₆₀）在海水饱和砂柱中的共迁移行为.结果发现：单体系下，15mg/L PS的穿透率（M_eff）和最大穿透浓度（MEC）可分别达到36.8%和0.42；而15mg/L的C₆₀团聚明显，其M_eff和MEC值仅分别为16.8%和0.22.当15mg/L PS与15mg/L C₆₀ 1：1共存时，PS能与部分C₆₀形成稳定共团聚体，促进C₆₀迁移；但反之C₆₀却抑制了PS迁移.如果将双体系下PS的浓度由15mg/L增至45mg/L，PS对C₆₀的迁移促进则转变为迁移抑制，这主要源于PS-C₆₀共团聚体体积的增大和数量的增加.