纤维素降解菌对生物反硝化固体碳源的影响研究

发布时间：2017-10-09 15:25

  本文关键词：纤维素降解菌对生物反硝化固体碳源的影响研究

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【摘要】：随着经济与社会发展,我国水污染问题越来越严峻。对于低碳氮比城市污水的处理,为了取得较好的脱氮效果,需要对系统补充碳源,因此,碳源的选择非常重要。纤维素类固体碳源具有成本低、来源广泛、可重复利用等优点,为了强化其释碳能力,本实验筛选2株纤维素降解菌对以玉米芯为代表的固体碳源进行释碳能力的影响研究。以常年堆积枯枝腐叶的河边泥土以及菜园腐质土为样品,通过富集培养、刚果红培养基鉴定、滤纸降解率测定、摇瓶复筛以及测定初始酶活(CMCase)筛选出两株高效降解纤维素细菌N2、M8,并进行了分子生物学鉴定:N2为芽胞杆菌属(Lysinibacillus fusiformis),M8为葡萄球菌属(Staphylococcus sciuri)。纤维素降解菌一般通过产生纤维素酶与纤维素发生酶促反应进行降解作用。本文在筛菌后对影响L.fusiformis、S.sciuri产酶条件的因素进行研究。结果表明,在培养基碳源为麸皮的情况下,两株菌种产酶活性较高;当培养基氮源分别为蛋白胨和酵母粉时,对L.fusiformis和S.sciuri的产生的酶活有良好的提升作用;L.fusiformis和S.sciuri产酶的最适温度分别为20℃和25℃,且二者产酶适应温度范围较广;培养基初始pH为7.5时,L.fusiformis的产酶活力值高于其他情况,对于S.sciuri来说,培养基最适初始pH为6.5,通常调节培养基pH在6~8范围内都有益于酶促反应的发生。金属离子对菌种产酶活动的影响说明,不同的金属离子对两种菌株的产酶影响存在差异性,在浓度适当的情况下,对L.fusiformis来说,Zn2+和Fe2+都对其酶促反应有激活作用,Ca2+几乎不会影响其产酶活动,Mg2+对酶促反应有抑制作用;对S.sciuri来说,Fe2+和Zn2+都可以作为酶促反应激活剂且作用明显,而Mg2+和Ca2+均对酶促反应无太大影响。实验选择玉米芯与L.fusiformis稀释菌液进行静态释碳实验,对反应前后玉米芯进行扫描电镜观察,同时对浸出液进行三维荧光光谱分析,确认纤维素降解菌对玉米芯的释碳能力、释碳速率和释碳时间的影响。结果表明:一定浓度的纤维素降解菌对玉米芯碳源的缓释释碳作用有增强效果,同时可根据浓度调控玉米芯释碳速率,延长释碳时间。通过设计CASS工艺小试系统,研究了纤维素降解菌在反应器中对固体碳源释碳性能的提升以及对反应器出水的影响,结果表明反应器出水质量得到提升,证明纤维素降解菌具有应用于生物反硝化技术工程中的潜力。
【关键词】：固体碳源 纤维素降解菌 玉米芯 水处理
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X172
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-9
• 1 引言9-23
• 1.1 课题研究背景9-10
• 1.1.1 我国水资源及水污染现状9
• 1.1.2 低碳氮比污水处理现状9-10
• 1.2 固体碳源与生物反硝化技术10-15
• 1.2.1 生物脱氮基本原理10-12
• 1.2.2 生物反硝化外加碳源的提出12-13
• 1.2.3 固体碳源的种类13-14
• 1.2.4 纤维素固体碳源发展14-15
• 1.3 纤维素降解菌的国内外发展状况15-21
• 1.3.1 纤维素的结构15
• 1.3.2 纤维素处理技术现状15-17
• 1.3.3 近年来发现的分解纤维素的微生物17-19
• 1.3.4 纤维素降解菌的选育19
• 1.3.5 纤维素酶的种类和作用机理19-21
• 1.4 课题研究目的和意义21-23
• 1.4.1 研究意义21
• 1.4.2 研究目的21
• 1.4.3 研究内容21-22
• 1.4.4 技术路线22-23
• 2 纤维素降解菌的分离与鉴定23-35
• 2.1 材料与方法23-28
• 2.1.1 样品采集23
• 2.1.2 培养基及试剂23-24
• 2.1.3 仪器设备24-25
• 2.1.4 菌株的分离与筛选25
• 2.1.5 纤维素酶活性的测定25-27
• 2.1.6 菌株的鉴定27-28
• 2.2 结果与讨论28-33
• 2.2.1 纤维素降解菌的分离28
• 2.2.2 菌株的形态学观察28-30
• 2.2.3 菌株的 16S rDNA基因的序列分析30-31
• 2.2.4 菌株的酶活测定31-33
• 2.3 本章小结33-35
• 3 纤维素降解菌的生长特性和产酶条件研究35-53
• 3.1 材料与方法35-37
• 3.1.1 实验材料及设备35-36
• 3.1.2 实验方法36-37
• 3.2 结果与讨论37-52
• 3.2.1 菌株生长以及产酶曲线37-40
• 3.2.2 菌株产纤维素酶最适碳源40-41
• 3.2.3 菌株产纤维素酶最适氮源41-43
• 3.2.4 菌株产纤维素酶最适温度43-44
• 3.2.5 培养基初始pH对菌株产酶的影响分析44-45
• 3.2.6 金属离子对菌株产酶效果的影响45-52
• 3.3 本章小结52-53
• 4 纤维素降解菌对固态碳源释碳效果的影响53-69
• 4.1 材料与方法53-57
• 4.1.1 实验材料53
• 4.1.2 仪器设备和测定方法53-54
• 4.1.3 纤维素降解菌浓度对玉米芯释碳速率影响54-55
• 4.1.4 纤维素降解菌对玉米芯释碳效果影响试验55
• 4.1.5 纤维素降解菌在CASS工艺系统中的应用研究55-57
• 4.2 结果与讨论57-66
• 4.2.0 纤维素降解菌的浓度对玉米芯释碳速率变化影响57
• 4.2.1 玉米芯浸出液COD变化分析57-59
• 4.2.2 玉米芯释碳类型59-61
• 4.2.3 复合菌群和纤维素降解菌对玉米芯释碳作用影响对比61-62
• 4.2.4 玉米芯表面结构变化62-64
• 4.2.5 纤维素降解菌在CASS工艺中对碳源的影响64-66
• 4.3 本章小结66-69
• 5 结论与建议69-71
• 5.1 结论69-70
• 5.2 建议与展望70-71
• 致谢71-73
• 参考文献73-77
• 附录77-78
• A. 菌株测序结果77-78

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本文编号：1000947