城市河流底泥污染物指示性微生物研究及生物传感器的构建

发布时间：2017-04-18 14:10

  本文关键词：城市河流底泥污染物指示性微生物研究及生物传感器的构建，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：以江苏省常州市城市河道之一的通济河为研究河道,对通济河底泥进行水生态模拟研究,以前期监测的通济河水质数据作为模拟上覆水的配制依据,分别模拟配制夏季、秋季、冬季、春季四个季度的水质指标,采用高通量测序的方法对各模拟阶段底泥微生物群落结构进行解析,确定底泥有机污染物与微生物群落结构的响应关系。从研究河道底泥中筛选出对有机污染物敏感的可培养菌株G1,研究其对生化耗氧量(BOD)的敏感度并依此构建适用于研究河道的基于无线传输的多参数水质监测生物传感器。研究得到如下结果:(1)对微生物总数与底泥理化性质进行相关性分析结果显示,细菌总数与OM呈显著正相关,与水体温度呈显著负相关。水体温度从32℃降至6℃时,细菌总数从1.23×104CFU/m L升高到3.43×104CFU/mL。该实验结果与前期对通济河的相关监测结果一致,分析出现该现象的原因为每年春季会对通济河进行换水,冬季采样时水体污染物已经过一年的沉积,水质中有机物含量较高,在一定变化范围内相对于水体温度,有机物含量成为细菌生长的限制因素。通济河水体pH值在各季度变化中无明显改变,对微生物群落结构组成暂未产生影响。(2)对各模拟阶段底泥微生物群落结构组成分析结果显示,门分类水平上的优势菌分别为变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、厚壁菌门(Firmicutes)、酸杆菌门(Acidobacteria)、蓝藻菌门(Cyanobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)、放线菌门(Actinobacteria),其中Proteobacteria占各模拟阶段底泥微生物总量的50%以上,为绝对优势菌门。对底泥微生物群落结构与底泥理化性质进行相关性分析结果表明,研究中的Proteobacteria与TP、OM呈显著正相关,与TN的相关系数也达到0.859,可用来作为通济河底泥受有机物污染程度的指示性微生物。(3)对有机物敏感的可培养微生物的筛选结果表明,菌株G1在水环境BOD50 mg/L时,菌落数量缓慢增长,增长速率为0.027;水体环境BOD50 mg/L时,菌落数量急剧增长,增长速率为0.044。G1对BOD浓度的变化具有一定的敏感度,因此可作为水质监测生物传感器生物敏感元件组分。(4)对相关生物传感器的构建研究表明,集成型水质监测生物传感器适用于研究河道,并且拥有自主研发的固定化微生物小球制备技术。以监测水质五日生化耗氧量(BOD5)为监测主体,集成温度(T)、酸碱度(pH)及溶解氧(DO)共计四项水质监测项目,达到基本水质监测要求。后端数据传输配有无线通讯模块,可实现通讯组网,并进行数据收发,真正意义上的实现了数据共享。
【关键词】：微生物群落结构 指示性微生物 高通量测序 生物传感器 生物敏感元件
【学位授予单位】：哈尔滨师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：Q93;TP212
【目录】：

• 摘要7-9
• ABSTRACT9-11
• 第1章 绪论11-16
• 1.1 研究背景11-12
• 1.2 国内外研究现状12-13
• 1.3 研究目的与意义13-14
• 1.4 技术路线14
• 1.5 研究内容14-16
• 第2章 水生态模拟实验室小试研究16-26
• 2.1 材料与方法16-20
• 2.1.1 样品来源16
• 2.1.2 实验设计16-17
• 2.1.3 主要实验试剂17-18
• 2.1.4 主要实验仪器18
• 2.1.5 主要实验方法18-20
• 2.2 结果与分析20-24
• 2.2.1 微生物总数与底泥理化性质的相关性分析20-21
• 2.2.2 各阶段底泥微生物群落结构组成分析21-24
• 2.2.3 底泥微生物群落结构与底泥理化性质响应关系研究24
• 2.3 本章小结24-26
• 第3章 底泥有机污染物敏感微生物的筛选与培养26-30
• 3.1 材料与方法26-27
• 3.1.1 主要实验试剂及培养基成分26
• 3.1.2 主要实验仪器26
• 3.1.3 主要实验方法26-27
• 3.2 结果与分析27-29
• 3.2.1 微生物筛选结果27-28
• 3.2.2 目标菌株对有机物敏感度的确定28-29
• 3.3 本章小结29-30
• 第4章 多参数集成型水质监测生物传感器的构建30-38
• 4.1 多参数集成型水质监测生物传感系统的设计30-32
• 4.1.1 结构设计30-31
• 4.1.2 预期技术性能指标31-32
• 4.2 电化学换能器工作原理32-33
• 4.3 微生物敏感元件的构建33-34
• 4.3.1 主要试剂及仪器33
• 4.3.2 实验方法33-34
• 4.4 微生物敏感元件性能测试34-35
• 4.4.1 标准曲线的测定34-35
• 4.4.2 重现性的测定35
• 4.5 数据处理模块35-36
• 4.6 数据无线传输模块36-37
• 4.6.1 无线传输接口36-37
• 4.6.2 数据安全37
• 4.7 本章小结37-38
• 第5章 讨论38-40
• 5.1 温度对底泥微生物总数的影响38
• 5.2 各模拟阶段底泥微生物群落结构组成差异性38-39
• 5.3 通济河底泥污染物指示性微生物的确定39
• 5.4 水质监测生物传感器敏感生物元件的构建39-40
• 结论40-42
• 参考文献42-45
• 攻读硕士学位期间所发表的学术论文45-48
• 致谢48

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本文编号：315063