氮饥饿胁迫下细菌对微藻收获的影响及胞间通讯作用

发布时间：2017-10-22 10:32

  本文关键词：氮饥饿胁迫下细菌对微藻收获的影响及胞间通讯作用

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【摘要】：目前,全球经济发展受到能源紧缺的制约。为实现经济可持续发展,微藻生物质能源作为可再生能源受到广泛关注。然而,微藻培养过程中所需的营养物质(C、N、P)占据其培养总费用很大比重,增加培养成本。因此,污水处理与微藻培养耦合技术引得到研究者的重视。但是耦合技术中,自养微藻易被生长速率较高的异养细菌淘汰。随着微藻异养生长特性被发现,微藻与细菌共培养成为耦合技术的研究重点。目前研究主要集中在共生体污水处理能力,与处理效果上。微藻是否能在共生体系保持优势生长地位并没有得到足够关注,并且关于共生体中微藻絮凝和油脂积累的研究还鲜为报道。研究通过设置C、N、P比例实现Chlorophyta sp.与细菌的氮饥饿胁迫培养,两种氮饥饿胁迫培养基C/N/P分别为14/1.4/1(MB2.5),44/1.4/1(MB4.0)。研究结果表明:氮饥饿培养条件下,共生菌的存在是微藻实现颗粒化的关键因素。共生菌存在的条件下,Chlorophyta sp.逐渐形成颗粒,尺寸约为500-600μm;然而纯化后培养的Chlorophyta sp.并没有实现颗粒化,藻细胞悬浮在介质中。胞外聚合物(EPS)分析表明,多糖组分占据主导地位,而蛋白质含量较少,主要分布在外层。变性梯度凝胶电泳(DGGE)结果显示sphingobacteriales细菌和Sphingobacterium sp.在促进Chlorophyta sp.絮凝方面发挥着至关重要的作用。同时硝化细菌(Stenotrophomonas maltophilia)可和异养细菌、微藻共存于颗粒内部。EPS和DGGE结果进一步证明了细菌在微藻颗粒化中扮演了重要的角色。培养过程中由于氮的匮乏,Chlorophyta sp.始终占主导地位而共生菌的生长受到了限制。氮饥饿策略同样有助于增强脂质积累,氮更为匮乏的MB4.0培养基中(培养3天),油脂产率最大达到0.057 g/(L·d)。碳和氮的去除效率分别达到了92%、96%。综上所述,在高C/N的环境下共培养微藻和细菌可同时实现促进微藻聚集、限制细菌生长,增强脂质积累以及废水净化的目的。在证实细菌的存在可强化微藻絮凝后,研究从实际应用角度出发,通过氮饥饿胁迫培养活性污泥并提取其信号分子(AHLs),探求细菌AHLs对微藻生长絮凝的作用机制。在不同的氮饥饿条件下培养3种活性污泥(AS I、AS II、AS III),培养时间为3天。氮饥饿程度分为4类,C/N分别为0.0/100(Medium I)、4.5/100(Medium II)、12.3/100(Medium III)、18.5/100(Medium IV)。研究结果表明氮饥饿胁迫可有效限制活性污泥生长,活性污泥生物量随着氮浓度的增加而增加。而活性污泥AHLs对Chlorophyta sp.生长无明显促进作用,同时只有ASI的AHLs促进Chlorophyta sp.絮凝,其中Medium I与III培养条件下的AHLs促进效果最好,絮凝效率约为0.4 g/g。投加AHLs后微藻EPS依然以多糖为主,蛋白质浓度较少。结合三维荧光光谱(EEM)与凝胶色谱(GPC)分析可知,投加AHLs后Chlorophyta sp.芳香烃类蛋白和色氨酸类蛋白增加,强化Chlorophyta sp.悬浮细胞絮凝从而形成絮体。研究结果证明细菌AHLs可刺激微藻分泌大分子物质(芳香族蛋白质)从而促进微藻絮凝。
【关键词】：氮饥饿胁迫 细菌信号分子 微藻生长 微藻絮凝 油脂累积
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：Q949.2;X703
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 微藻特性及培养方式10-11
• 1.1.1 微藻组成及生物特性10
• 1.1.2 微藻培养方式10-11
• 1.2 微藻生物质能源与水处理耦合技术11-14
• 1.2.1 能源枯竭及微藻生物能源11-12
• 1.2.2 污水作为微藻培养基质的特点与限制性12
• 1.2.3 微藻生物质能源与污水处理耦合技术的发展趋势12-14
• 1.3 耦合技术中藻菌关系及调控手段14-16
• 1.3.1 耦合技术中藻-菌关系14
• 1.3.2 藻-菌胞间通讯对藻菌关系的调控14-15
• 1.3.3 氮源对藻-菌关系的调控15-16
• 1.4 研究目的与内容16-18
• 1.4.1 科学问题的提出16
• 1.4.2 研究内容与目的16-18
• 第2章 材料与分析方法18-25
• 2.1 实验材料18-19
• 2.1.1 生物种18
• 2.1.2 生物种培养18-19
• 2.2 主要分析方法19-25
• 2.2.1 光谱分析法19-21
• 2.2.2 生物分析法21-23
• 2.2.3 化学分析法23-24
• 2.2.4 其他分析方法24-25
• 第3章 氮饥饿胁迫下共生菌存在对微藻生长絮凝的影响25-36
• 3.1 氮饥饿胁迫下共生菌与微藻生长关系25-27
• 3.2 氮饥饿胁迫下共生菌对Chlorophyta sp.絮凝贡献27-30
• 3.2.1 藻菌颗粒化过程27-28
• 3.2.2 藻菌胞外聚合物（EPS）分泌特性28-30
• 3.3 氮饥饿胁迫下共生菌与Chlorophyta sp.相互作用机制30-32
• 3.4 氮饥饿胁迫下共生菌对Chlorophyta sp.油脂累积的影响32-35
• 3.5 小结35-36
• 第4章 细菌信号分子（AHLs）对微藻生长絮凝贡献的研究36-52
• 4.1 三种活性污泥（AS I、AS II、AS III）菌群特征36-38
• 4.2 氮饥饿胁迫下细菌生长情况38-40
• 4.3 不同种源细菌AHLs对Chlorophyta sp.生长的影响40-42
• 4.4 不同种源细菌AHLs对微藻絮凝的影响42-50
• 4.4.1 微藻絮凝过程42-44
• 4.4.2 不同种源AHLs对Chlorophyta sp.分泌胞外物聚合物的影响44-50
• 4.5 小结50-52
• 第5章 结论52-53
• 参考文献53-63
• 在校发表论文63-64
• 致谢64

【参考文献】

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本文编号：1078021