利用光合细菌Z08处理大豆蛋白废水效能研究

发布时间：2017-04-07 15:12

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【摘要】：光合细菌污水处理技术具有废水处理的同时回收菌体资源再利用的优势。但是,在污水处理过程光合细菌菌体产量不高,限制了光合细菌污水处理过程中菌体资源化再利用的发展。因此,本研究以前期分离纯化的一株光合细菌Rubrivivax gelatinosus Z08为试验菌种,以大豆蛋白废水为降解基质,通过优化控制条件(培养条件,植物激素,微量元素)提高废水处理中光合细菌Z08菌体产量,同时从代谢途径及其关键酶角度探讨控制条件调节光合细菌Z08处理大豆蛋白废水的生物合成机制与能量代谢机制。光照供给对废水处理中光合细菌Z08的菌体产量有促进作用。0-8000lux条件下,最优光照强度为5000-7000lux,菌体产量为2300mg/L,COD和蛋白质去除率都达到80%左右。不同光照强度对光合细菌Z08生长的影响被分为三类:光限制(0-4000lux);光满足(5000-7000lux);光抑制(8000lux以上)。光照通过提高光合作用产能代谢途径中关键电子传递体菌绿素、类胡萝卜素、细胞色素b6、细胞色素f的含量以及ATP产量,以及增加C3和脂类物质合成途径中1,5-二磷酸核酮糖羧化酶和乙酰Co A羧化酶的活性促进光合细菌Z08的生长和有机物去除。光照能够诱导并启动光合基因的表达来控制菌绿素、类胡萝卜素、细胞色素b6、细胞色素f的含量来提高光合作用中ATP的产量。溶解氧浓度对废水处理中光合细菌Z08菌体产量有显著影响。在无氧、微氧、好氧条件中,最优溶解氧条件为微氧(0.3-0.9mg/L),菌体产量为2200mg/L,COD和蛋白质去除率都达到81%左右。实验结果和机理分析表明,溶解氧通过调控呼吸产能代谢途径中关键酶琥珀酸脱氢酶、NADH脱氢酶、细胞色素氧化酶活性与光合产能代谢途径中关键电子传递体菌绿素、类胡萝卜素、细胞色素b6、细胞色素f的含量提高ATP产量促进光合细菌Z08的生长和有机物去除。无氧和微氧条件下,光合基因表达没有受到影响,但好氧条件下,过量的溶解氧抑制了光合基因的表达,进而降低了菌绿素、类胡萝卜素、细胞色素b6、细胞色素f的含量。植物激素的投加促进废水处理中光合细菌Z08菌体产量和有机物去除率。琥珀酸、三十烷醇、赤霉素最优投加剂量分别为600mg/L、1mg/L和1.5mg/L。机理分析和实验结果表明,琥珀酸通过调控呼吸产能代谢途径中关键酶琥珀酸脱氢酶的活性提高ATP产量进而促进光合细菌Z08的生长和有机物的去除;三十烷醇通过提高光合产能代谢途径中关键电子传递体菌绿素、类胡萝卜素以及ATP产量来促进光合细菌Z08的生长和有机物的去除;赤霉素通过提高光合作用产能代谢途径中关键电子传递体菌绿素、类胡萝卜素以及ATP产量来促进光合细菌Z08的生长和有机物的去除。微量元素的投加促进废水处理中光合细菌Z08菌体产量和有机物去除率。最优镁离子、钴离子、铁离子的投加剂量分别为10mg/L、5 mg/L和20mg/L。光合细菌Z08适应的胞内镁、钴、铁离子范围分别在3.6mg/g、1.8mg/g和5.3mg/g左右。机理分析和实验结果表明,镁离子通过提高光合产能代谢途径中关键电子传递体菌绿素、类胡萝卜素的含量进而提高ATP产量,同时增加C3和脂类物质合成途径中关键酶果糖-1,6-双磷酸酯酶和乙酰Co A羧化酶的活性促进了光合细菌Z08的生长和有机物的去除;钴离子通过提高维生素B12含量来增加ATP产量进而促进光合细菌Z08的生长和有机物的去除;铁离子通过提高光合途径中关键电子传递体菌绿素、细胞色素b6、细胞色素f的含量和呼吸产能代谢途径中关键酶琥珀酸脱氢酶、NADH脱氢酶、细胞色素氧化酶活性来促进了ATP的生产,进而提高了光合细菌Z08的生长和有机物去除。本文探讨了铁离子作为诱导物启动铁硫簇组装操纵子,合成铁硫簇组装蛋白,利用铁和硫合成铁硫簇,构成细胞色素b6、细胞色素f、琥珀酸脱氢酶、NADH脱氢酶活性中心,提高ATP产量。
【关键词】：光合细菌 Rubrivivax gelatinosus 废水处理 合成代谢 产能代谢 资源化
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-15
• 第1章 绪论15-33
• 1.1 课题背景15-17
• 1.2 大豆蛋白废水处理与资源回收技术研究现状17-21
• 1.2.1 技术研究进展17-18
• 1.2.2 废水中资源回收技术研究现状18-20
• 1.2.3 废水资源化综合处理技术存在的问题20-21
• 1.3 光合细菌处理废水技术的发展与现状21-30
• 1.3.1 光合细菌处理废水的原理21-25
• 1.3.2 光合细菌处理废水的技术研究进展25-30
• 1.4 课题的研究意义及主要研究内容30-33
• 1.4.1 课题来源30
• 1.4.2 课题的研究意义30-31
• 1.4.3 课题的主要研究内容31-33
• 第2章 试验材料和方法33-41
• 2.1 试验材料33-35
• 2.1.1 试验菌种33-34
• 2.1.2 试验用废水34-35
• 2.2 试验装置及仪器35-36
• 2.2.1 试验装置35
• 2.2.2 试验仪器35-36
• 2.3 试验条件设置36-37
• 2.3.1 投加浓度的设置36-37
• 2.3.2 菌种的投加37
• 2.4 分析项目及检测分析方法37-41
• 第3章 有机物去除效能与菌体产量的条件优化41-70
• 3.1 引言41
• 3.2 光照条件的优化41-45
• 3.2.1 光照与黑暗条件下有机物去除和菌体产量的比较41-42
• 3.2.2 光照强度的优化42-45
• 3.3 溶解氧条件的优化45-48
• 3.3.1 溶解氧浓度对有机物去除的影响45-47
• 3.3.2 溶解氧浓度对废水中菌体产量的影响47-48
• 3.4 植物激素的促进作用与剂量优化48-55
• 3.4.1 琥珀酸剂量优化48-50
• 3.4.2 三十烷醇剂量优化50-53
• 3.4.3 赤霉素剂量优化53-55
• 3.5 微量元素的促进作用和剂量优化55-69
• 3.5.1 镁离子剂量优化55-60
• 3.5.2 钴离子剂量优化60-64
• 3.5.3 铁离子剂量优化64-69
• 3.6 本章小结69-70
• 第4章 光合细菌Z08 处理大豆蛋白废水的生物合成机制70-94
• 4.1 引言70
• 4.2 卡尔文循环关键酶的响应机制70-81
• 4.2.1 关键酶的确定70
• 4.2.2 对光照的响应70-72
• 4.2.3 对溶解氧的响应72-73
• 4.2.4 对植物激素的响应73-77
• 4.2.5 对微量元素的响应77-81
• 4.3 蛋白质和脂类合成途径关键酶对控制条件的响应机制81-92
• 4.3.1 关键酶的确定81
• 4.3.2 对光照的响应81-83
• 4.3.3 对溶解氧的响应83-84
• 4.3.4 对植物激素的响应84-88
• 4.3.5 对微量元素的响应88-92
• 4.4 本章小结92-94
• 第5章 光合细菌Z08 处理大豆蛋白废水的产能代谢机制94-129
• 5.1 引言94
• 5.2 产能代谢关键酶的确定94-96
• 5.3 产能代谢关键酶对光照条件的响应96-100
• 5.3.1 呼吸产能代谢关键酶96-97
• 5.3.2 光合产能代谢关键酶对光照的响应97-100
• 5.4 产能代谢关键酶对溶解氧改变的响应100-105
• 5.4.1 呼吸产能代谢关键酶100-102
• 5.4.2 光合产能代谢关键酶102-105
• 5.5 产能代谢关键酶对植物激素剂量的响应105-114
• 5.5.1 对琥珀酸剂量的响应105-108
• 5.5.2 三十烷醇的响应108-111
• 5.5.3 对赤霉素剂量的响应111-114
• 5.6 产能代谢关键酶对微量元素及其剂量的响应114-127
• 5.6.1 对镁离子剂量的响应114-117
• 5.6.2 对钴离子剂量的响应117-120
• 5.6.3 对铁离子剂量的响应120-126
• 5.6.4 产能对菌体累积和有机物去除的影响126-127
• 5.7 本章小结127-129
• 结论129-131
• 参考文献131-145
• 攻读博士学位期间发表的论文及其它成果145-147
• 致谢147-148
• 个人简历148

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本文编号：290712