从不同反应器筛选、鉴别好氧反硝化菌

采用2个序批式反应器A和B,以硝态氮为唯一氮源,采用间歇曝气,以驯化、富集耐氧脱氮污泥.反应器A,其pH约为6.3,ρ(DO)为2.2～6.1 mg/L,碳氮比(ρ(C)/ρ(N),ρ(C)以ρ(COD_Cr)计)约为9;反应器B,其pH约为6.8～7.8,ρ(DO)为 2.2～3.0 mg/L,ρ(C)/ρ(N)约为15.2个反应器的ρ(NO₃－-N)均保持为80 mg/L.当2个反应器的总氮去除率达到60%以上,则认为完成好氧反硝化菌的富集.从2个反应器中共筛选得到20株BTB阳性菌,其中8株菌株的DNA样品经PCR成功扩增,进行16S rRNA测序.测序结果提交GenBank进行Blast同源性检索,并分析比对鉴别,判断8株菌株分属于假单胞菌(Pseudomonas),戴尔福特菌(Delftia),草螺菌(Herbaspirillum)和丛毛单胞菌(Comamonas)菌属.反硝化性能测定证实8株菌株均为好氧反硝化菌.      

活性污泥中好氧反硝化菌的富集筛选及鉴别

采用SBR反应器,以硝基氮为底物,通过间歇曝气方式,DO保持5mg/L以上,对活性污泥进行强化驯化,实现好氧反硝化细菌的富集培养。利用琥珀酸钠作为碳源,溴百里酚蓝(BTB)作为pH指示剂,共筛选得到20株BTB琼脂平板阳性菌。通过反硝化性能测定,复筛得到4株好氧反硝化细菌。实验结果表明,琥珀酸盐为碳源、硝酸盐为惟一氮源、C/N<10的条件下,4株菌在4d内的TIN去除率均达到60%以上。通过16SrRNA序列同源性比较成功鉴定出3株菌,初步判断2株属于Pseudomonas菌属、1株属于Delftia菌属。     

现代非培养技术在反硝化微生物种群结构和功能研究中的应用

反硝化过程对于废水生物脱氮工艺的运行、土壤肥分的流失以及N2O的排放均具有重要意义,但参与反硝化过程的微生物种类繁多且多数不可培养,导致对自然环境中反硝化微生物的种群结构及功能的研究具有很大难度.现代非培养分子技术的发展使得对反硝化微生物进行原位、准确、全面的研究成为可能.对反硝化功能基因进行指纹图谱分析、定量PCR或者利用FISH等技术可以有效确定反硝化菌的组成和数量,通过检测反硝化酶和mRNA可将反硝化菌的种群鉴定与代谢活性联系起来,最近新出现的同位素底物标记技术甚至可直接确定反硝化菌的碳源利用情况.重点介绍了上述各种现代非培养技术对反硝化细菌种群结构和功能的研究现状,以期为深入了解反硝化微生物的多样性和功能特性提供参考.     

蓝藻水华形成过程对氮磷转化功能细菌群的影响

为探寻蓝藻水华形成过程中细菌群落结构和氮、磷转化功能菌群的动态变化,利用细菌16S rRNA基因的高通量测序和功能基因的荧光定量PCR(qPCR)方法,分析了在蓝藻水华过程中水体细菌群落组成及功能菌群的变化情况.高通量测序结果证明了蓝藻水华形成过程中细菌群落的多样性降低,细菌群落在水华期和非水华期具有不同的结构.随着水华过程中蓝藻密度的增加,水体中Actinobacteria和Bacteroidetes相对丰度减少,而Firmicutes相对丰度增加;蓝藻水华对聚磷菌(PAOs)具有富集作用,对硝化细菌具有抑制作用,而反硝化细菌的数量在中度水华条件下显著增加. qPCR结果显示,随着蓝藻水华的持续发展,硝化和反硝化功能基因丰度下降甚至消失,表明水体中氮转化过程可能受到抑制,此过程也有利于水华过程中微囊藻快速增殖对氮的需求,对水华蓝藻的生长具有正反馈作用.     

自养反硝化菌对硝酸盐氮去除动力学及影响因素研究

为更经济有效地去除污水中的硝酸盐,从兼性污泥中分离获得6株能氧化单质硫和还原硝酸盐的自养反硝化菌。根据各菌株的降解曲线筛选出优势菌种N-I,并研究影响菌株N-I降解性能的环境因素,如pH、温度、碳源及硝酸盐的降解动力学。实验表明,菌株N-I对硝酸盐的降解符合一级反应动力学方程,反应的半衰期t_1/2为1.42 h,反应速率常数为0.488 h^-1。最佳反应pH=7,最佳反应温度为30℃,最佳NaHCO₃浓度为大于或等于2.5 g/L。     

长期施用有机和无机肥对黑土nirS型反硝化菌种群结构和丰度的影响

利用末端限制性片段长度多态性(T-RFLP)和实时荧光定量PCR(real-time quantitative PCR,Q-PCR)技术,结合反硝化潜势(DEA)和土壤理化性质的测定,探索了长期施用有机和无机肥对公主岭黑土nirS型反硝化细菌的群落结构和丰度的影响.试验设不施肥(CK)、单施有机肥(OM)、单施无机肥(NPK)以及有机肥和无机肥混施(MNPK)等4个处理.结果表明,长期施用有机肥显著增加了土壤的DEA,其中OM、NPK和MNPK处理分别为CK处理的5.92、1.81和6.03倍,而NPK和CK间无差异.有机肥处理增加了黑土nirS型反硝化细菌的丰度,OM、NPK和MNPK处理中nirS基因的拷贝数分别为CK的2.73、1.30和3.98倍;NPK处理对nirS基因的拷贝数影响不显著.T-RFLP图谱显示施用有机肥改变了nirS反硝化细菌的群落结构;相比于非有机肥处理,有机肥处理中增加了一类79 bp的片段类型,显著降低了84 bp的片段类型,并完全抑制了一类99 bp的片段类型,而有机肥处理间和非有机肥处理间的nirS群落结构分别相似.系统发育分析表明:黑土中nirS型反硝化菌主要由α、β和γ-变形菌纲及一些尚未培养的微生物组成,79 bp的片段类型与γ-变形菌纲的假单胞菌科(Pseudomonadaceae)和β-变形菌纲的伯克氏菌目(Burkholderiales)相似,84 bp片段类型与Burkholderiales和红环菌目(Rhodocyclales)相似.相关性分析表明,pH、全磷(TP)、全氮(TN)、总有机碳(TOC)、硝态氮(NO3--N)和铵态氮(NH4+-N)依次与nirS型反硝化细菌的种群丰度(r为0.724～0.922,P<0.05)和DEA(r为0.453～0.938,P<0.01)显著相关,DEA与nirS型反硝化细菌的种群丰度显著线性正相关(r=0.85,P<0.01);冗余度分析表明,除含水量外,TN、TP、pH、TOC、NH4+-N和NO3--N(r为0.440～0.862,P<0.01)依次与nirS型反硝化细菌群落结构的变化显著相关,DEA的变化和nirS型反硝化细菌群落结构的变化亦显著相关(r=0.863,P<0.01).本研究表明相比于无机肥处理,公主岭黑土中nirS型反硝化菌的群落结构与丰度对有机肥处理有更显著的响应,且其群落结构的改变与种群丰度的增加与DEA的提高显著相关.     

原位投菌技术修复微污染水源水的中试研究

针对水源水库的氮源污染和有机物污染问题,研究了原位投菌技术对微污染水源水的修复效果。实验在中试反应器中进行,所投加菌剂为贫营养好氧反硝化细菌。实验结果表明,在菌剂投加量为0.1 mg/L,溶解氧质量浓度为5～8 mg/L,水温为16～25℃的条件下,系统对水中主要污染物NO3--N、TN和CODMn均有较好的去除效果,质量浓度分别从1.68、2.25、5.50 mg/L降至最低值0.75、0.95、3.03 mg/L,最大去除率分别可达到57.5%、57.7%和44.9%。系统对水中氮源污染和有机物的去除效果均能够满足《地表水环境质量标准》中的Ⅲ类标准,实验结果表明,将原位投菌技术应用于微污染水源水体的水质改善是可行的。同时还探讨了贫营养好氧反硝化细菌的作用机理。     

北运河沉积物中主要脱氮功能微生物的群落特征

应用分子生物学技术研究北运河沉积物中主要脱氮功能微生物,反硝化细菌和厌氧氨氧化细菌(Anammox)的群落特征,探讨了微生物群落的季节变化及其与环境因子的响应关系.结果表明,沉积物中反硝化细菌和Anammox的丰度和群落组成随季节变化差异显著.从夏季到冬季,反硝化细菌丰度逐渐增加,Anammox的丰度却逐渐降低;反硝化细菌的多样性均显著的高于Anammox的多样性,反硝化细菌是北运河沉积物中主要的脱氮微生物.从夏季到冬季,沉积物中氮和TOC含量均逐渐升高,温度是决定脱氮微生物群落特征季节变化的关键因子,TN与反硝化细菌的群落丰度显著正相关,C/N与Anammox的丰度显著正相关;反硝化细菌的群落结构主要受到硝氮和pH的影响,pH也是影响Anammox物种时空分布的主要因子.系统发育分析表明,两种脱氮微生物的主要类群均具有较高的耐污性和良好的脱氮效率,反硝化细菌主要从属于Pseudomonas和Halomonas, Anammox物种发育多样性较低,主要为浮霉菌门的Candidatus Brocadia.     

好氧反硝化菌的化学-物理法诱变育种研究

以实验室SBR反应器分离出的好氧反硝化菌(WXZ-17)为原始菌株,以硫酸二乙酯(DES)为诱变剂进行化学诱变。通过反硝化性能测定筛选较好的正突变体1号,其NO3--N还原率比原始菌株WXZ-17高20.33%,做为物理诱变的出发菌株以紫外线为诱变剂进行物理诱变,优选出的1～6号的NO3--N还原率达到56.11%,比原始菌株WXZ-17号的NO3--N还原率高24.4%,且NO2--N基本没有积累。通过化学—物理相结合的复合诱变法,成功有效地改良了WXZ-17号菌株。     

好氧反硝化细菌的筛选鉴定及处理硝酸盐废水的研究

采用污泥驯化手段富集好氧反硝化细菌,将得到的驯化污泥分离纯化,共得到5株好氧反硝化细菌.f1、f2、f3、f5和f7的TN去除率为90.4%、 91.2%、94.6%、95.6%和97%,表现出较好地去除总氮的能力.经过生理生化鉴定和16S rDNA测序, 建立了系统发育树,可基本确定分离的菌株f1、f3和f5为Pseudomonas sp., 分离菌f2和f4为Paracoccus sp..采用筛选的5株好氧反硝化细菌建立连续流反应器.在反应器进入稳定运行阶段时,可以观察到系统对于硝酸盐的去除率稳定在98.16%左右.表现出较好的硝酸盐去除效果,出水亚硝酸盐含量一直维持在较低的水平,其最大值不超过3.56　mg/L.COD的平均去除率为87.24％,基本实现了同一反应器中有机物和硝酸盐的共同去除.