好氧反硝化菌Pseudomonas stutzeri T13的氮代谢机制及亚硝酸盐积累调控研究
发布时间：2023-03-12 21:44
传统反硝化作用对溶解氧浓度条件的严格要求正在不断限制其应用发展。由于硝化作用和反硝化作用之间对环境条件需求的冲突,导致生物脱氮过程始终无法实现时间或空间上的统一。好氧反硝化作为新兴的生物脱氮技术,凭借其对溶解氧具有广泛的耐受性,为硝化和反硝化作用的统一提供了潜在可能。尽管好氧反硝化技术在经历了30多年的研究发展,但目前仍存在诸多黑箱问题从而减慢了该技术的孵化速度,例如:缺失分子生物学层面的机制解析、影响效能发挥的因素复杂且无具体调控方法、对混合氮源(氨氮、硝氮、亚硝氮)的去除途径不清晰且没有掌握微生物代谢途径转换的可控节点等。通过对好氧反硝化菌Pseudomonas stutzeri T13的前期研究发现,菌株的氮代谢途径(氨氮代谢、硝氮代谢)仍然尚不清晰,且在菌株进行好氧反硝化过程中会出现严重的亚硝酸盐积累问题。本文针对该问题继续展开了深入的研究。从机理研究入手,解析了菌株T13进行好氧反硝化作用的分子生物学机制,揭示了菌株对不同氮素(氨氮、硝氮)的多种代谢途径。基于此,提出了控制代谢过程中亚硝酸盐积累的控制方法。开展了好氧反硝化作用的分子生物学机制研究。对菌株T13的全基因组进行测...
【文章页数】：138 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 生物脱氮技术概述
1.2 好氧反硝化作用的发现
1.3 好氧反硝化作用的研究进展
1.3.1 好氧反硝化菌株的筛选及系统进化分布
1.3.2 好氧反硝化作用的影响因素及产物积累
1.3.3 好氧反硝化与异养硝化的耦合作用
1.3.4 好氧反硝化作用的相关功能酶及其编码基因
1.3.5 好氧反硝化作用的动力学模型
1.3.6 好氧反硝化作用的电子传递过程及作用机制
1.3.7 好氧反硝化技术的应用
1.4 课题来源、研究意义和研究内容
1.4.1 课题来源
1.4.2 课题研究意义
1.4.3 主要研究内容和技术路线
第2章 材料与方法
2.1 菌株来源及培养方法
2.1.1 菌株来源
2.1.2 培养基
2.1.3 菌株培养方法
2.2 全基因组测序及分析
2.2.1 DNA提取方法
2.2.2 全基因组测序
2.2.3 代谢通路分析方法
2.3 RT-qPCR试验
2.3.1 菌株培养条件
2.3.2 RNA提取方法
2.3.3 反转录方法
2.3.4 Real-time PCR方法
2.4 菌株T13 的氮代谢途径研究的试验方法
2.4.1 氨氮代谢途径的研究方法
2.4.2 初始氨氮浓度对氨氮同化作用的影响试验条件
2.4.3 碳氮比对氨氮同化作用的影响试验条件
2.4.4 溶解氧对氮代谢作用的影响试验条件
2.4.5 硝酸盐代谢途径的研究方法
2.4.6 混合氮源代谢途径的研究方法
2.4.7 氮平衡计算方法
2.4.8 氮素的同化率和反硝化率(异化率)的计算方法
2.5 亚硝酸盐积累控制试验方法
2.5.1 溶解氧控制方法及试验条件
2.5.2 固定化方法及试验条件
2.5.3 进水硝酸盐浓度控制方法及试验条件
2.5.4 进水氨氮浓度控制方法及试验条件
2.6 检测指标及测定方法
第3章 PSEUDOMONAS STUTZERI T13 的氮代谢功能基因
3.1 引言
3.2 菌株T13 的脱氮功能基因和氮代谢途径解析
3.2.1 菌株T13 的氮代谢相关基因
3.2.2 菌株T13 的氮代谢通路总述
3.3 菌株T13 的碳代谢途径解析
3.3.1 糖酵解途径
3.3.2 三羧酸循环途径
3.3.3 芳香族化合物降解途径
3.4 菌株T13 的氮代谢功能基因的转录机制
3.4.1 不同氮源条件下菌株T13 对氮化合物的生物转化
3.4.2 异化硝酸盐还原酶编码基因的转录
3.4.3 异化亚硝酸盐还原酶编码基因的转录
3.4.4 一氧化氮还原酶编码基因的转录
3.4.5 一氧化二氮还原酶编码基因的转录
3.4.6 同化硝酸盐还原酶编码基因的转录
3.4.7 同化亚硝酸盐还原酶编码基因的转录
3.4.8 氮代谢基因之间的转录情况对比
3.5 本章小结
第4章 PSEUDOMONAS STUTZERI T13 的氮转化途径
4.1 引言
4.2 菌株T13 对氨氮的代谢途径
4.2.1 菌株生长与碳源消耗
4.2.2 氨氮的生物转化与归趋
4.2.3 氮平衡计算
4.3 氨氮同化作用的影响因素
4.3.1 初始氨氮浓度对氨氮同化效能的影响
4.3.2 碳氮比对氨氮同化效能的影响
4.3.3 菌株T13 在好氧和厌氧条件下的氨氮同化效能
4.4 菌株T13 对硝酸盐的代谢途径
4.4.1 菌株的生长情况
4.4.2 硝酸盐的生物转化与归趋
4.4.3 氮平衡计算
4.4.4 有氧呼吸作用对硝酸盐代谢的影响
4.4.5 菌株T13 对硝酸盐的同化和异化协同代谢
4.5 菌株T13 对混合氮素的代谢途径
4.5.1 菌株的生长情况
4.5.2 氮素的生物转化与归趋
4.5.3 氮平衡计算
4.5.4 有氧呼吸对混合氮源的代谢途径的影响
4.5.5 菌株T13 对混合氮素的同化和异化协同代谢
4.6 本章小结
第5章 PSEUDOMONAS STUTZERI T13 代谢过程中亚硝酸盐积累的控制方法
5.1 引言
5.2 调节溶解氧对亚硝酸盐积累的控制
5.2.1 溶解氧对硝酸盐还原效能的影响
5.2.2 溶解氧对亚硝酸盐还原效能的影响
5.2.3 亚硝酸盐积累的低氧控制
5.2.4 亚硝酸盐积累的变氧控制
5.2.5 溶解氧对亚硝酸盐积累的影响机制
5.3 利用固定化作用对亚硝酸盐积累的控制
5.3.1 固定化作用对亚硝酸盐还原效能的促进作用
5.3.2 固定化作用对好氧反硝化脱氮效能的促进作用
5.3.3 固定化细胞脱氮效能的稳定性
5.3.4 固定化作用对亚硝酸积累的影响机制
5.4 调节进水硝酸盐浓度对亚硝酸盐的积累的控制
5.4.1 硝酸盐浓度对菌株生长的影响
5.4.2 硝酸盐浓度对硝酸盐还原效能的影响
5.4.3 硝酸盐浓度对亚硝酸盐积累量的影响
5.4.4 硝酸盐浓度对好氧反硝化效能的影响
5.4.5 硝酸盐浓度对亚硝酸盐积累的影响机制
5.5 调节进水氨氮浓度对亚硝酸盐积累的控制
5.5.1 氨氮浓度对氨氮同化效能的影响
5.5.2 氨氮浓度对菌株生长的影响
5.5.3 氨氮浓度对亚硝酸盐积累的影响
5.5.4 氨氮浓度对亚硝酸盐积累的影响机制
5.6 本章小结
结论
创新点
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文及其它成果
致谢
个人简历
本文编号：3761998
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【学位级别】：博士
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摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 生物脱氮技术概述
1.2 好氧反硝化作用的发现
1.3 好氧反硝化作用的研究进展
1.3.1 好氧反硝化菌株的筛选及系统进化分布
1.3.2 好氧反硝化作用的影响因素及产物积累
1.3.3 好氧反硝化与异养硝化的耦合作用
1.3.4 好氧反硝化作用的相关功能酶及其编码基因
1.3.5 好氧反硝化作用的动力学模型
1.3.6 好氧反硝化作用的电子传递过程及作用机制
1.3.7 好氧反硝化技术的应用
1.4 课题来源、研究意义和研究内容
1.4.1 课题来源
1.4.2 课题研究意义
1.4.3 主要研究内容和技术路线
第2章 材料与方法
2.1 菌株来源及培养方法
2.1.1 菌株来源
2.1.2 培养基
2.1.3 菌株培养方法
2.2 全基因组测序及分析
2.2.1 DNA提取方法
2.2.2 全基因组测序
2.2.3 代谢通路分析方法
2.3 RT-qPCR试验
2.3.1 菌株培养条件
2.3.2 RNA提取方法
2.3.3 反转录方法
2.3.4 Real-time PCR方法
2.4 菌株T13 的氮代谢途径研究的试验方法
2.4.1 氨氮代谢途径的研究方法
2.4.2 初始氨氮浓度对氨氮同化作用的影响试验条件
2.4.3 碳氮比对氨氮同化作用的影响试验条件
2.4.4 溶解氧对氮代谢作用的影响试验条件
2.4.5 硝酸盐代谢途径的研究方法
2.4.6 混合氮源代谢途径的研究方法
2.4.7 氮平衡计算方法
2.4.8 氮素的同化率和反硝化率(异化率)的计算方法
2.5 亚硝酸盐积累控制试验方法
2.5.1 溶解氧控制方法及试验条件
2.5.2 固定化方法及试验条件
2.5.3 进水硝酸盐浓度控制方法及试验条件
2.5.4 进水氨氮浓度控制方法及试验条件
2.6 检测指标及测定方法
第3章 PSEUDOMONAS STUTZERI T13 的氮代谢功能基因
3.1 引言
3.2 菌株T13 的脱氮功能基因和氮代谢途径解析
3.2.1 菌株T13 的氮代谢相关基因
3.2.2 菌株T13 的氮代谢通路总述
3.3 菌株T13 的碳代谢途径解析
3.3.1 糖酵解途径
3.3.2 三羧酸循环途径
3.3.3 芳香族化合物降解途径
3.4 菌株T13 的氮代谢功能基因的转录机制
3.4.1 不同氮源条件下菌株T13 对氮化合物的生物转化
3.4.2 异化硝酸盐还原酶编码基因的转录
3.4.3 异化亚硝酸盐还原酶编码基因的转录
3.4.4 一氧化氮还原酶编码基因的转录
3.4.5 一氧化二氮还原酶编码基因的转录
3.4.6 同化硝酸盐还原酶编码基因的转录
3.4.7 同化亚硝酸盐还原酶编码基因的转录
3.4.8 氮代谢基因之间的转录情况对比
3.5 本章小结
第4章 PSEUDOMONAS STUTZERI T13 的氮转化途径
4.1 引言
4.2 菌株T13 对氨氮的代谢途径
4.2.1 菌株生长与碳源消耗
4.2.2 氨氮的生物转化与归趋
4.2.3 氮平衡计算
4.3 氨氮同化作用的影响因素
4.3.1 初始氨氮浓度对氨氮同化效能的影响
4.3.2 碳氮比对氨氮同化效能的影响
4.3.3 菌株T13 在好氧和厌氧条件下的氨氮同化效能
4.4 菌株T13 对硝酸盐的代谢途径
4.4.1 菌株的生长情况
4.4.2 硝酸盐的生物转化与归趋
4.4.3 氮平衡计算
4.4.4 有氧呼吸作用对硝酸盐代谢的影响
4.4.5 菌株T13 对硝酸盐的同化和异化协同代谢
4.5 菌株T13 对混合氮素的代谢途径
4.5.1 菌株的生长情况
4.5.2 氮素的生物转化与归趋
4.5.3 氮平衡计算
4.5.4 有氧呼吸对混合氮源的代谢途径的影响
4.5.5 菌株T13 对混合氮素的同化和异化协同代谢
4.6 本章小结
第5章 PSEUDOMONAS STUTZERI T13 代谢过程中亚硝酸盐积累的控制方法
5.1 引言
5.2 调节溶解氧对亚硝酸盐积累的控制
5.2.1 溶解氧对硝酸盐还原效能的影响
5.2.2 溶解氧对亚硝酸盐还原效能的影响
5.2.3 亚硝酸盐积累的低氧控制
5.2.4 亚硝酸盐积累的变氧控制
5.2.5 溶解氧对亚硝酸盐积累的影响机制
5.3 利用固定化作用对亚硝酸盐积累的控制
5.3.1 固定化作用对亚硝酸盐还原效能的促进作用
5.3.2 固定化作用对好氧反硝化脱氮效能的促进作用
5.3.3 固定化细胞脱氮效能的稳定性
5.3.4 固定化作用对亚硝酸积累的影响机制
5.4 调节进水硝酸盐浓度对亚硝酸盐的积累的控制
5.4.1 硝酸盐浓度对菌株生长的影响
5.4.2 硝酸盐浓度对硝酸盐还原效能的影响
5.4.3 硝酸盐浓度对亚硝酸盐积累量的影响
5.4.4 硝酸盐浓度对好氧反硝化效能的影响
5.4.5 硝酸盐浓度对亚硝酸盐积累的影响机制
5.5 调节进水氨氮浓度对亚硝酸盐积累的控制
5.5.1 氨氮浓度对氨氮同化效能的影响
5.5.2 氨氮浓度对菌株生长的影响
5.5.3 氨氮浓度对亚硝酸盐积累的影响
5.5.4 氨氮浓度对亚硝酸盐积累的影响机制
5.6 本章小结
结论
创新点
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文及其它成果
致谢
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本文编号：3761998
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