聚磷真菌的无机磷转化特性研究

发布时间：2020-11-01 10:25

　　 磷是植物生长发育的必须营养元素之一,同时也是水体富营养化的关键性限制元素。因此,磷的生物转化过程不仅是植物生产类专业研究的重点,同时也是环境保护污(废)水生物除磷及污(废)水中磷的回收利用和农业面源污染防控的研究重点。聚磷菌(Phosphorus Accumulating Organisms,缩写PAOs)是指在好氧条件下能够“过量”吸收磷,在厌氧条件下又能释放磷的一类“特殊”微生物的统称,在生物分类学上分别隶属于细菌、放线菌和真菌。该类微生物不仅广泛地分布在人工生态系统,如:不同地区、不同污水生物除磷处理工艺的污水处理系统中,而且也广泛地分布在水体、土壤等天然生态系统和植物的根际。根据聚磷菌的定义及其生态分布,我们可以推测聚磷菌在不同生态系统磷的生物转化,尤其是厌氧与好氧的交替过程中,对环境中磷的溶解性和生物有效性会产生重要影响。因此,探明聚磷菌在液相体系中对不同无机形态磷的利用能力和在固相体系(土壤)中磷的吸收、释放机制,对在理论上丰富和完善磷素生物地球化学循环过程,实践上不断提高污水处理系统生物除磷的稳定性和农田土壤磷的生物有效性都具有重要意义。本研究以吉林农业大学微生物实验室分离获得的高效聚磷真菌Penicillium sp.18(缩写为Psp.18菌株)为供试菌株,对其在固、液两相体系中在钙磷、铝磷等无机磷的转化及其影响因素进行了初步研究,以期为深入了解和调控污水处理系统以及农田生态系统土壤中磷的溶解性和生物有效性提供理论和数据参考。在液相体系的研究结果表明:1、聚磷真菌Psp.18在分别以磷酸钙(Ca_3(PO_4)_2)、磷酸铝(AlPO_4)、磷酸铁(FePO_4)及磷矿粉四种无机磷为唯一磷源,在NBRIP液体培养基振荡培养7天,菌株Psp.18的菌丝鲜重随着培养时间的延长而增加,且随着培养时间的增加NBRIP培养基中有效磷含量呈增加趋势,pH值逐渐降低。说明该菌株可以上述4种无机磷作为唯一磷源而生长。研究结果也表明:该聚磷真菌不仅能够通过过量吸收和释放磷改变溶液磷的浓度,而且还能通过改变难溶磷的溶解性影响液相体系的磷浓度;其对无机磷利用能力为Ca_3(PO_4)_2FePO_4AlPO_4磷矿粉。2、在人工模拟配水培养基(20mg·L~-11 P)中振荡培养,测定菌株Psp.18菌体干重和摄磷量,通过对菌体内异染颗粒进行染色和电镜扫描聚磷真菌聚磷结构表面形貌及组成元素分析,进一步研究菌株聚磷特性。实验结果表明,聚磷真菌摄磷量为16.89 mg·L~(-1),除磷率高达84%,菌丝体内异染颗粒明显,在污水生物除磷中有着较好的应用价值。3、聚磷真菌Psp.18最佳生长及摄磷条件的研究结果表明:菌株Psp.18最适生长温度为25℃,最佳摄磷温度为28℃;溶氧量为50mL时,菌株Psp.18生长及摄磷能力达到最佳。以葡萄糖为碳源菌株Psp.18长势最好,有机酸较差,在摄磷能力方面,有机酸优于糖类,以乙酸钠为碳源菌株摄磷能力最强。菌株对不同氮源利用差异较大,以铵盐最好,有机氮和硝酸盐较差,当以硫酸铵为氮源时,菌株生长及摄磷能力均达到最佳。在固相体系(土壤)的研究结果表明:4、在以黑土为供试土壤的培养试验中:聚磷真菌Psp.18菌株具有使黑土中有效磷、Ca_2-P、Ca_8-P含量增加、Ca_(10)-P含量降低的作用,黑土中其他形态无机磷无显著变化。说明聚磷真菌Psp.18能够促进黑土中难溶态的Ca_(10)-P转化和提高土壤有效磷含量的作用;但Ca_2-P、缓效态Ca_8-P转化较复杂,导致其数量增加的磷源有待进一步研究。5、土壤不同充水孔隙培养条件下,菌株Psp.18对土壤磷素转化结果表明:在充水孔隙达到40%和60%菌株能够正常生长繁殖,在充水孔隙达到80%时,黑土中微生物生长繁殖能力较弱,此时土壤有效磷增加,当充水孔隙达到100%及120%,黑土壤微生物处于厌氧环境中,不再继续生长繁殖,此时有效磷显著增加,其他无机形态磷含量基本不发生变化,说明聚磷菌在土壤中,厌氧条件下同样具有释放磷的机制。
【学位单位】：吉林农业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：X703
【部分图文】：

4、磷矿粉）的利用情况。如图3.1所示以Ca3(PO4)2为液体NBRIP培养基中唯一磷源条件下摇床培养7天，菌株 Psp.18 对培养基中有效磷含量及 pH 的影响。研究结果发现菌丝鲜重随着培养时间的延长而增加，并且培养基上清液中有效磷含量呈现先升高到达峰值后有所下降的趋势，在培养第 5 天，溶液中有效磷含量达到最高，为 392.27mg·L-1，随后溶液中有效磷含量逐渐下降，在培养结束时溶液中有效磷含量为 324.32mg·L-1。培养基上清液pH 成逐渐下降趋势，在整个培养过程中当溶液中有效磷含量达到最高值时出现最低pH

图 3.2 菌株 Psp.18 培养过程中无机磷质量变化Fig.3.2 Quality change of inorganic phosphorus duringthe culture of strain Psp.18图 3.3 菌株 Psp.18 培养过程中磷含量变化对比Fig.3.3 Comparison of phosphorus content changes

13图 3.3 菌株 Psp.18 培养过程中磷含量变化对比Fig.3.3 Comparison of phosphorus content changesduring the culture of strain Psp.18真菌 Psp.18 聚磷动力学研究真菌 Psp.18 的聚磷能力研究条件下，通过将污废水中的磷“过量吸收”进入菌体细胞，（偏）磷酸盐的形式贮存在细胞内，在厌氧条件下，多聚磷酸是聚磷菌的共同特性。为确定菌株 Psp.18 最大摄磷量及了菌株在模拟人工污水培养基中（20mg·L-1P）生长摄磷动模拟污水中随着培养时间的延长，菌体生物量和摄磷量均呈天时菌体生长及摄磷能力最佳，随后菌株 Psp.18 进入稳定期分别为 1.65g 和 16.89 mg·L-1，此时菌体除磷率达到 84%。
【参考文献】

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本文编号：2865407