修复多环芳烃复合污染水体的高效菌群构建及降解特性

论文摘要

以多环芳烃萘为唯一碳源和能源,从某焦化厂活性污泥中筛选出菌株ZJ1H和ZJ2H,经鉴定,确定其为蒂莫内马赛菌（Massilia timonae）和解甘露醇罗尔斯顿菌（Ralstonia mannitolilytica）。考察了初始底物浓度、投菌量、pH值、温度、盐浓度和转速等因素对菌株降解效率的影响,对降解条件进行了优化。结果表明,菌株ZJ1H的最佳降解条件为:初始底物浓度20mg/L、投菌量15%、温度30～35℃、初始pH7.0、盐浓度3%以内、转速120～200rpm;ZJ2H的最佳降解条件为:初始底物浓度40 mg/L、投菌量10%～25%、温度30～35℃、初始pH7.0、盐浓度3%以内、转速120～160rpm。菌株的广谱性实验显示菌株ZJ1H和ZJ2H具有较宽的降解谱。ZJ1H能以、芴、芘和萘这4种PAH为唯一碳源和能源生长,而不能有效利用蒽和菲。ZJ2H则可将除菲以外的蒽、、芴、芘、萘这5种PAH作为代谢基质。又以另一种常见多环芳烃为唯一碳源和能源,分离出一株的高效降解菌CT,通过形态学观察、生理生化试验和16S rDNA基因序列分析,初步推测菌株CT为嗜氨副球菌（Paracoccus aminovorans）。在投菌量为10%,初始浓度40 mg/L,培养液pH 7.0,温度35℃,振荡速率120 rpm的条件下,历时8 d,的降解效率可达85.2%。为确定降解基因的位置,采用碱裂解法对菌株进行质粒抽提,得到一个大于15kb的质粒。将该质粒转化E. coli DH10B感受态细胞,发现转化子获得了一定的降能力,8 d内可将30 mg/L的降解43%;而经SDS-高温消除质粒的突变菌株则丧失了利用的能力。结果表明,菌株CT的质粒携带了降解基因。以从天然污染环境分离、筛选得到的9株PAHs降解菌为基本菌种构建了高效修复PAHs复合污染体系的菌群,结果表明,无论对单一PAH还是混合PAHs,菌群D均表现出较高降解效率。通过摇瓶实验考察了PAHs初始质量浓度对菌群D降解效率的影响,结果表明,80 mg/L为菌群D的最佳底物浓度水平。当表面活性剂Tween-80的最佳投加量为150 mg/L时,菌群D对PAHs的生物降解效率可达92%。论文还考察了在外加碳源、氮源存在的条件下,菌群D对PAHs的降解效果。结果表明,葡萄糖和酵母粉分别为理想的碳源和氮源,在它们分别作用下,菌群D对PAHs的降解效率可达96.4%和100%。采用菌群D对PAHs复合污染水体进行了模拟修复,在外加碳源、氮源和表面活性剂作用下,菌群D和长江水中的土著微生物能很好的融合于同一环境,菌群D可有效地对水体中的PAHs进行生物修复。经过6 d的修复期,菌群D对、芘、芴的降解效率分别为86.4%、79.5%和84.8%,对蒽、菲、萘的降解效率则趋近于100%。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 多环芳烃的理化性质
• 1.2 多环芳烃的危害、作用机理及来源
• 1.2.1 多环芳烃的危害及作用机理
• 1.2.2 PAHs 的来源
• 1.2.3 PAHs 在环境中的迁移和转化
• 1.3 多环芳烃污染环境的微生物修复
• 1.3.1 降解多环芳烃的微生物
• 1.3.2 微生物降解多环芳烃的方式和机理
• 1.3.3 微生物在PAHs 污染水体修复中的应用
• 1.4 16S rRNA 基因技术在微生物修复领域的作用
• 1.5 高效菌群构建
• 1.6 多环芳烃的降解基因定位研究
• 1.7 本论文的研究目的、意义及研究内容
• 第2章 萘降解菌的分离筛选及降解特性
• 2.1 试验材料
• 2.1.1 菌种来源
• 2.1.2 主要试剂
• 2.1.3 主要仪器
• 2.1.4 主要培养基
• 2.2 试验方法
• 2.2.1 菌株的分离与纯化
• 2.2.2 菌落、菌体形态
• 2.2.3 生理生化试验
• 2.2.4 系统发育分析
• 2.2.5 降解条件优化
• 2.2.6 降解广谱性试验
• 2.2.7 各PAH 的测定
• 2.3 结果与分析
• 2.3.1 萘降解菌的分离筛选
• 2.3.2 降解菌的生理生化特征
• 2.3.3 基于16S rDNA 基因序列的系统发育分析
• 2.3.4 萘降解菌的降解条件优化
• 2.3.5 萘降解菌的降解广谱性研究
• 2.4 讨论
• 第3章 降解菌的筛选鉴定及降解基因定位研究
• 3.1 试验材料
• 3.1.1 菌株来源
• 3.1.2 主要试剂
• 3.1.3 主要仪器
• 3.1.4 培养基
• 3.2 试验方法
• 3.2.1 菌株的筛选及鉴定
• 3.2.2 生长曲线和降解曲线测定
• 3.2.3 质粒提取
• 3.2.4 质粒消除
• 3.2.5 质粒转化
• 3.2.6 降解基因位置的确定
• 3.3 结果与分析
• 3.3.1 降解菌的筛选及鉴定
• 3.3.2 菌株CT 的生长曲线和降解曲线
• 3.3.3 碱裂解法提取菌株CT 的质粒
• 3.3.4 菌株CT 质粒的消除
• 3.3.5 菌株CT 质粒的转化
• 3.3.6 菌株CT 降解基因位置的确定
• 3.4 讨论
• 第4章 高效修复PAHs 复合污染体系功能菌群的构建及降解性能研究
• 4.1 试验材料
• 4.1.1 供试菌株
• 4.1.2 主要试剂
• 4.1.3 培养基
• 4.2 试验方法
• 4.2.1 构建菌群所用菌株的底物利用范围
• 4.2.2 构建菌群所用菌株相互间的拮抗性
• 4.2.3 混合菌的制备
• 4.2.4 菌群的动态降解过程
• 4.2.5 菌群对PAHs 的降解
• 4.3 结果与分析
• 4.3.1 构建菌群所用菌株的降解谱
• 4.3.2 构建菌群所用菌株相互间的拮抗性
• 4.3.3 优势降解菌群的构建
• 4.3.4 菌群D 的动态降解过程中各菌的数量变化
• 4.3.5 菌群D 的降解性能
• 4.4 讨论
• 第5章 菌群D 降解PAHs 的影响因素研究
• 5.1 试验材料
• 5.1.1 供试菌群
• 5.1.2 主要试剂
• 5.1.3 培养基
• 5.2 试验方法
• 5.2.1 底物浓度对菌群D 降解PAHs 的影响试验
• 5.2.2 表面活性剂对菌群D 降解PAHs 的影响试验
• 5.2.3 外加碳源对菌群D 降解PAHs 的影响试验
• 5.2.4 外加氮源对菌群D 降解PAHs 的影响试验
• 5.3 结果与分析
• 5.3.1 底物浓度对菌群D 降解PAHs 的影响
• 5.3.2 表面活性剂对菌群D 降解PAHs 的影响
• 5.3.3 葡萄糖对菌群D 降解PAHs 的影响
• 5.3.4 邻苯二甲酸对菌群D 降解PAHs 的影响
• 5.3.5 水杨酸对菌群D 降解PAHs 的影响
• 5.3.6 蛋白胨对菌群D 降解PAHs 效率的影响
• 5.3.7 酵母粉对菌群D 降解PAHs 效率的影响
• 5.4 讨论
• 第6章 PAHs 复合污染水体的模拟修复实验
• 6.1 试验材料
• 6.1.1 供试菌群
• 6.1.2 实验用水
• 6.1.3 主要试剂
• 6.1.4 主要仪器
• 6.1.5 污染水体
• 6.2 试验方法
• 6.2.1 菌群对长江水的修复
• 6.3 结果与分析
• 6.3.1 外加碳源、氮源及表面活性剂对菌群D 降解PAHs 的联合作用
• 6.3.2 菌群D 对长江水的模拟修复
• 6.4 讨论
• 结论
• 参考文献
• 附录：各菌株的16S rDNA 序列（或ITS 序列）
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢
• 详细摘要