高效阿特拉津降解菌的固定化方法筛选与优化

论文摘要

随着世界人口数量的增加,人类对粮食的需要日益扩大,大量的农药和除草剂等有毒有害物质被用于农业生产中。这些农药和和除草剂半衰期很长,大都具有很强的生物毒性,能够长期滞留在环境中,破坏生态环境,尤其是对动,植物以及人类的健康都会造成严重的危害。因此对于这些污染物如何能够建立起一种高效、安全、经济的处理手段已经成为了当前世界范围内的一个研究的热点。本文以在我国东北地区大量使用的除草剂阿特拉津作为研究对象。通过分析高效阿特拉津降解菌对其进行降解的条件和固定化技术对其降解和处理的影响。希望能够找出一种高效、可行的处理土壤中残留阿特拉津的方法。主要内容如下：1)建立了一套准确、高效提取与分析液体和土壤中阿特拉津的方法。利用装有内涂OV-1701的大口径毛细管柱的GC-14C气象色谱仪作为检测工具,检测阿特拉津的含量。以CHC13作为萃取剂来萃取液体中的阿特拉津。其回收率在99.45%-99.84%之间。对于土壤中的阿特拉津,以甲醇：水（9：1）溶液作为萃取剂,经过浸泡,振荡,抽滤,蒸馏,萃取几个步骤来进行提取。其回收率91.89%-97.68%之间。这两项结果说明,本文中所采取的阿特拉津提取手段合乎农药分析的要求。2)研究了本实验室分离驯化的两株高效阿特拉津降解菌J2和J6对阿特拉津的降解特性及不同外界环境条件对这两株高效阿特拉津降解菌的降解活性的影响。结果表明：J2和J6的最适降解温度为30℃,最适pH为7。3)研究了不同固定化材料与方法对于两株高效阿特拉津降解菌J2和J6降解能力的影响。本文研究了海藻酸钠、聚乙烯醇、蛭石三种材料自身的物理特性和其对两株高效阿特拉津降解菌固定化效果的影响。最终选择了海藻酸钠包埋法作为固定化阿特拉津菌的固定化方法,两株固定化菌株的最佳固定化条件均为海藻酸钠浓度为2%,氯化钙浓度为4%,固定化颗粒的粒径为2.13mm。但从方差分析和F检验结果来看海藻酸钠的浓度在1%-3%范围内、CaCl2浓度在2%-4%范围内以及粒径在1.70mm-2.13mm范围内对阿特拉津降解菌的降解效果影响的显著性并不是很高。对菌株的降解效果影响不大。4)对于经过固定化处理的两株高效阿特拉津降解菌J2和J6的降解特性进行了研究。对于在不同外界环境下,两株固定化阿特拉津降解菌的降解活性进行了分析。经过固定化处理的两株阿特拉津降解菌的最适降解温度均为30℃。J2的最适pH值为7,而J6在pH值为6-10的范围内的降解率都达到了一个很高的水平,超过了90%。对比未固定化的两株高效阿特拉津降解菌,两株固定化的高效阿特拉津降解菌对于外界环境中的过高和过低的温度以及酸碱度都有了一定的抗性。说明固定化手段可以提高高效阿特拉津降解菌对不良环境的耐受性。5)初步研究了固定化菌株对污染土壤的修复作用。两株经过固定化处理的高效阿特拉津降解菌J2和J6在土壤中也表现出了良好的降解效果。在九天之内,两株固定化阿特拉津降解菌对于阿特拉津的降解率都达到了98%以上。结果表明,经过固定化处理的菌株可以对土壤中的阿特拉津进行快速有效的降解。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 引言
• 1.1 阿特拉津的使用现状和对环境的危害
• 1.1.1 阿特拉津的使用现状
• 1.1.2 阿特拉津对环境的危害
• 1.2 阿特拉津的理化性质和生物毒性
• 1.2.1 阿特拉津的理化性质
• 1.2.2 阿特拉津的生物毒性
• 1.3 阿特拉津污染的治理方法
• 1.3.1 阿特拉津在环境中的分解代谢行为
• 1.3.2 阿特拉津非生物方法治理
• 1.3.3 阿特拉津生物方法治理
• 1.4 微生物的固定化技术
• 1.4.1 固定化方法分类
• 1.4.2 微生物固定化的材料
• 1.5 阿特拉津污染防治的研究进展
• 1.6 本文的主要研究内容
• 1.6.1 本文的主要研究内容及意义
• 1.6.2 本文所采取的技术路线
• 2 材料与方法
• 2.1 试验材料与仪器
• 2.1.1 高效阿特拉津降解菌株
• 2.1.2 土壤样品
• 2.1.3 药品与试剂
• 2.1.4 试验仪器
• 2.2 试验中所采用的培养基
• 2.3 阿特拉津的提取方法
• 2.3.1 溶液中阿特拉津的提取方法
• 2.3.2 土壤中阿特拉津的提取方法
• 2.4 阿特拉津的测定方法
• 2.4.1 阿特拉津的气相色谱测定条件
• 2.4.2 溶液中阿特拉津浓度的计算
• 2.4.3 土壤中阿特拉津浓度的计算
• 2.5 阿特拉津的提取方法的可靠性分析
• 2.5.1 阿特拉津回收率的测定
• 2.5.2 高压蒸汽灭菌对溶液中阿特拉津稳定性的影响
• 2.6 阿特拉津降解菌的生长及降解特性的特性研究
• 2.6.1 阿特拉津降解菌的生长曲线测定
• 2.6.2 阿特拉津降解菌的降解曲线
• 2.6.3 不同条件对阿特拉津降解菌生长及降解效果的影响
• 2.7 固定化阿特拉津降解菌的制备
• 2.7.1 菌悬液的制备
• 2.7.2 以海藻酸钠作为固定化材料的方法
• 2.7.3 以聚乙烯醇作为固定化材料的方法
• 2.7.4 以蛭石作为固定化材料的吸附法
• 2.8 固定化细胞的物理性能
• 2.8.1 固定化细胞的机械强度测试
• 2.8.2 固定化细胞的传质能力测试
• 2.9 固定化阿特拉津降解菌降解特性研究
• 2.9.1 不同包埋材料对阿特拉津降解菌降解效果的分析
• 2.9.2 包埋条件的优化选择
• 2.9.3 不同培养条件对固定化阿特拉津降解菌降解效果的影响
• 2.10 固定化阿特拉津降解菌降解土壤中阿特拉津效果初探
• 2.10.1 阿特拉津污染母土的配制
• 2.10.2 试验用阿特拉津污染土壤的配制
• 2.10.3 固定化阿特拉津降解菌的接入
• 2.10.4 固定化阿特拉津降解菌修复土壤效果评价
• 3 结果与分析
• 3.1 阿特拉津检测方法可行性分析
• 3.1.1 阿特拉津的气相色谱测定的可行性分析
• 3.1.2 溶液中阿特拉津回收率测定及提取方法可行性分析
• 3.1.3 土壤阿特拉津回收率测定及提取方法可行性分析
• 3.1.4 高压蒸汽灭菌对溶液中阿特拉津稳定性的影响
• 3.2 阿特拉津降解菌生长及降解特性研究
• 3.2.1 阿特拉津降解菌的生长曲线
• 3.2.2 阿特拉津降解菌的降解曲线
• 3.2.3 温度对阿特拉津降解菌生长和降解能力的影响
• 3.2.4 pH值对阿特拉津降解菌生长和降解能力的影响
• 3.3 固定化细胞的物理性能
• 3.3.1 固定化细胞的机械强度
• 3.3.2 固定化细胞的传质性能
• 3.4 最佳固定化材料的筛选
• 3.4.1 以海藻酸钠作为固定化材料的方法
• 3.4.2 以聚乙烯醇作为固定化材料的方法
• 3.4.3 以蛭石作为固定化材料的方法
• 3.5 最佳固定化材料的优化
• 3.5.1 海藻酸钠浓度对于固定化材料的影响
• 3.5.2 氯化钙浓度对于固定化材料的影响
• 3.5.3 海藻酸钠包埋最佳条件的确定
• 3.6 培养温度及pH对固定化阿特拉津降解菌降解效果的影响
• 3.6.1 培养温度对固定化阿特拉津降解菌生长能力和降解能力的影响
• 3.6.2 pH值对固定化阿特拉津降解菌生长能力和降解能力的影响
• 3.7 固定化阿特拉津降解菌修复土壤效果评价
• 4 讨论
• 4.1 环境因素对固定化阿特拉津降解菌的影响
• 4.2 固定化前后菌株降解特性的对比
• 4.3 固定化材料和方法对于阿特拉津降解菌的影响
• 4.4 固定化菌株对污染土壤的修复
• 4.5 未来的工作展望
• 5 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文