高氮污染河流颗粒附着氨氧化菌的富集培养及影响因素研究

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平原河网地区普遍存在严重的氮污染,其中河流的氨氮污染问题尤为突出,如何控制及去除河流中的氮是一个亟待解决的问题。氮代谢菌(包括古菌等)在氨氧化等氮代谢过程中起着至关重要的作用。然而,过去由于研究手段的限制,对不同氮代谢菌的许多作用机制并没有清晰的认识。随着现代分子学生物学技术、培养方法等的不断发展,为相应功能菌群的研究提供了新的手段。因此,对高氮污染河流中氮代谢功能菌进行研究,不仅必要,也是可行的,而其相应的研究结果可为平原河网地区水体氮污染的控制、修复及管理提供技术支撑。本文对野外高氮污染河流枯水季和丰水季颗粒附着态氨氧化细菌(AOA)和氨氧化古菌(AOB)的氨氧化速率进行了系统的研究;探究了最适宜颗粒附着态氨氧化微生物富集的培养基,并通过分子生物学分析的方法获得所培养的颗粒附着态氨氧化细菌和氨氧化古菌的相对丰度;通过设计不同的氨氧化古菌和细菌的保存方式并对其复苏,探究适宜颗粒附着态氨氧化细菌和古菌的保存方法;通过富集培养的颗粒附着氨氧化细菌在不同条件下(NH4+、溶解氧、蛋白胨、葡萄糖、pH)下氨氧化率的变化,探究不同环境因子对氨氧化菌富集培养物氨氧化作用的影响。  本研究主要内容包括:⑴在高氮污染水体中,丰水季氨氧化速率要显著高于枯水季氨氧化速率,并且颗粒态氨氧化潜力比浮游态氨氧化潜力高。⑵探明了适宜颗粒附着态氨氧化微生物富集的培养基,并通过分子生物学分析方法获得所培养的颗粒附着态氨氧化菌培养物的相对丰度。⑶设计了三个不同氨氧化微生物的培养基,通过连续检测铵态氮的浓度变化来判断各培养基的富集效果以及培养基中氨氧化微生物的活性,通过三个月的培养,对比不同培养基对氨氮的消耗速率,发现国内氨氮实际浓度培养基更适合氨氧化细菌和古菌的培养,后期所进行的复苏实验以及影响因子实验采用的也是国内氨氮实际浓度培养基,为了进一步了解所培养的氨氧化古菌和氨氧化细菌的相对丰度,采用分子生物学分析的方法,从结果可以看出,已知的AOA和AOB所占的百分比并不是很高,但是其中未分类的均占有较高的比例,从培养中氨氧化微生物的较高的氨氮消耗率来看,很有可能未分类的中含有未分类的氨氧化古菌和细菌。⑷探明了颗粒附着态氨氧化细菌和氨氧化古菌在-20℃加甘油的条件下保存下复苏效果最佳。⑸通过连续检测氨氮的浓度,对于氨氧化古菌,在低氨氮浓度下,氨氧化古菌的活性与氨氧化效率都较高。AOB相比AOA对氨氮更大的适宜范围,氨氧化古菌对高浓度的氨氮浓度更为敏感。通过研究氨氧化细菌对溶解氧浓度的响应发现,在饱和溶解氧的处理下,氨氧化率最高,其次是好氧试验组,缺氧试验组,而厌氧试验组的氨氧化率均最低,可能因为氨氧化细菌对特定水平的溶解氧存在偏好型而迅速生长,而在厌氧水平下生长受到限制。通过研究氨氧化细菌对葡萄糖浓度的响应可知,高浓度的葡萄糖含量有利于氨氧化细菌的活性,在葡萄糖浓度为100 mg/L时,氨氧化率要高于其他组,表明在一定范围内,氨氧化细菌的活性与葡萄糖浓度呈正比关系。设置不同的pH值,研究pH值对氨氧化细菌的影响,通过图可知,pH值为8时氨氧化率最高,氨氧化细菌活性最高,而pH值为6时,氨氧化率最低,氨氧化细菌活性最低,此外,当pH值为9时,氨氧化率也较低。
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