Pseudomonas alcaliphila AD-28的脱氮性能及其关键酶活性

【背景】异养硝化-好氧反硝化菌由于能够同时实现硝化反硝化作用而备受关注,但由于菌的种类不同,其脱氮途径不尽相同,研究菌株脱氮关键酶的种类及其活性可以推测菌株的脱氮途径,从而为菌株在生产上的应用提供技术支撑。【目的】研究Pseudomonas alcaliphila AD-28的脱氮性能及其关键酶的活性,为菌株脱氮分子机理研究奠定基础。【方法】以柠檬酸钠为碳源,以硫酸铵、亚硝酸钠、硝酸钾为氮源,研究菌株AD-28的脱氮性能并检测其关键酶氨单加氧酶(AMO)、羟胺氧化还原酶(HAO)、亚硝酸盐还原酶(NIR)、硝酸盐还原酶(NAR)的酶活性。【结果】菌株AD-28培养24h的菌密度(OD600)可达1.971,对初始浓度为18.85mg/L的氨氮、26.13mg/L的硝酸盐氮、19.47mg/L的亚硝酸盐氮、66.11 mg/L的总氮去除率均达到96%以上;关键酶AMO、HAO、NIR和NAR的比活力分别为0.028、0.003、0.011、0.027 U/mg。【结论】Pseudomonas alcaliphila AD-28能同时进行异养硝化-好养反硝化作用,该菌在AMO作用下将NH4+-N氧化为羟胺,然后由HAO氧化为NO2--N,NO2--N和NO3--N在NIR、NAR等酶的催化作用下脱氮。     

Acinetobacter sp. Y1的氨氮去除性能及其关键酶活性

【目的】研究Acinetobacter sp.Y1的氨氮(NH_4~+-N)去除性能及其关键酶的提取与酶活性。【方法】以柠檬酸钠为碳源,硫酸铵为氮源,研究菌株Y1的NH_4~+-N去除性能;采用正交实验优化超声波破碎法提取粗酶的条件,SDS-PAGE分析比较渗透压休克法和超声波破碎法获得的粗酶;检测关键酶——羟胺氧化还原酶(HAO)、亚硝酸盐还原酶(NIR)、硝酸盐还原酶(NAR)的酶活性。【结果】24 h内菌株Y1的菌密度(OD600)可达1.280,对NH_4~+-N、总氮(TN)和COD的降解率分别达到98%、94%和92%,硝化过程中羟胺、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮不积累,反硝化产生N2;超声波破碎法提取粗酶的最佳工作条件为:破碎功率50 W,工作与间歇时间分别为4 s和7 s,OD600为1.250,总工作时间20 min,关键酶HAO、NIR和NAR的比活力分别为0.011、0.002和0.018 U/mg;渗透压休克法得到的HAO比活力是0.067 U/mg。【结论】Acinetobacter sp.Y1能同时高效去除NH_4~+-N、TN和COD。优化超声波破碎法提取粗酶的条件,检测到HAO、NIR和NAR的酶活性,且渗透压休克法比超声波破碎法更适合用来提取HAO。     

过表达亚硝酸盐还原酶的重组大肠杆菌辅助污水短程硝化

【目的】为了体现并突出亚硝酸盐还原酶在污水脱氮以及短程硝化中的重要性,对过表达亚硝酸盐还原酶的大肠杆菌进行了污水脱氮的研究。【方法】通过转化带有亚硝酸盐还原酶基因的重组质粒,将亚硝酸盐还原酶在大肠杆菌中过表达,通过分析重组大肠杆菌的产物研究了该酶的表达及还原亚硝酸盐的情况,通过将该重组菌与已报道的硝化-反硝化细菌或生活污水进行混合培养,研究重组菌用于辅助氨氮去除的短程硝化能力。【结果】重组大肠杆菌能正确表达亚硝酸盐还原酶,OD600=2.0的菌悬液在2 h内还原约1 mmol/L的亚硝酸盐,并产生几乎等量的一氧化氮;重组大肠杆菌与Acinetobacter sp.YF14菌株等比例混合时,12 h能够提高氨氮脱氮效率约(36.0±7.4)%,且在4 h时,最大亚硝酸盐的积累量减少37%;重组大肠杆菌(OD600=1.0)12 h内能够提高污水厂活性污泥的脱氮效率约(31.0±5.7)%,且未检测到亚硝酸盐和硝酸盐的积累;溶氧水平对于亚硝酸盐还原酶重组菌辅助脱氮具有明显的影响,中等溶氧量[(6.4?0.7)mg/L]时脱氮效果最好。【结论】过表达亚硝酸盐还原酶的大肠杆菌可以提高污水脱氮的短程硝化能力。     

一个氨氧化菌群的筛选及除氮特性

摘要:【目的】筛选耐受低C/N比、高氨氮环境的高效氨氧化菌群,为开发新型氨氮去除菌剂奠定基础。【方法】采用多点取样、低C/N比、高浓度氨氮废水强行驯化、驯化液连续梯度稀释等步骤,筛选具有高效去除铵氮能力的氨氧化菌群,并考察不同C/N比、摇床转速和铵氮浓度下目的菌群去除铵氮的特性;分离培养目的菌群中的优势菌株,经形态学观察、生理生化特性测定和16S rRNA序列分析对菌株进行鉴定。【结果】筛选到了3个具有较强去除铵氮能力的氨氧化菌群,其中以JQ8活性最好,对初始NH4+ -N 17.86 mmol/L、C/N比为4的合成废水处理6 d后,NH4+-N去除率达到97.01%;在C/N≥4、NH4+-N≤28.57 mmol/L环境下,菌群JQ8对溶液中NH4+-N的6 d去除率均可达95%,净除氮率接近80%。实验室模拟好氧活性污泥处理系统处理线路板工业废水,用菌群JQ8对系统强化处理7 d后NH4+-N和TN去除率分别达到87.8%和67.9%。分析菌群JQ8组成发现,Defluvibacter sp.、Paracoccus sp．和Aquamicrobium sp．细菌为其主要优势菌株。【结论】从垃圾渗滤液中筛选到一个具有较强铵氮去除能力的氨氧化菌群JQ8,可耐受较低C/N比和高氨氮环境,在强化污水处理系统对工业废水氨氮处理中,表现出良好的效果。     

一株好氧反硝化菌的分离鉴定及其除氮特性

【目的】生物除氮中反硝化菌具有重要的作用,需氧反硝化菌研究较少,有着很好的应用潜力,本研究主要从环境样品中分离具有高效去除铵氮和亚硝酸盐氮活性的好氧反硝化菌,并对其分类及除氮特性进行研究。【方法】以高效去除铵氮、除亚硝酸盐氮和好氧反硝化能力为主要指标,从富营养化的池塘淤泥水和工厂污泥样品中进行菌株分离筛选。通过生理生化特点以及16S rRNA序列分析对活性最好的菌株进行初步鉴定。在好氧条件下,分别以NO-3-N、NH+4-N和NO-2-N作为唯一氮源,考察菌株的好氧反硝化特性、去除铵氮和亚硝酸盐氮特性,以及不同初始pH值、温度、碳源、摇床转速对该菌去除铵氮和亚硝酸盐氮特性的影响。【结果】得到的细菌中,以菌株C-4的活性最好,其16S rRNA序列与不动杆菌的同源性达99%,结合生理生化特点,初步确定菌株C-4属于不动杆菌属(Acinetobacter sp.)。以柠檬酸钠作为碳源,30℃、120 r/min振荡培养,种龄为18 h,用初始pH为8.5的200 mg/L NH +4-N培养基和初始pH为7.5的100 mg/L NO -2-N培养基进行测定,分别培养15 h与12 h,净除氮率分别达到65.8%和47.8%。【结论】从鱼塘水样中分离到一株好氧反硝化菌C-4,初步鉴定为不动杆菌属的一个种(Acinetobacter sp.),具有较高的反硝化特性和高效去除铵氮与亚硝酸盐氮的能力,在处理实际池塘污水时中,净除氮率可达73.04%以上。     

厌氧氨氧化菌富集培养物对羟胺的转化研究

【目的】羟胺是厌氧氨氧化的重要中间产物,本研究旨在探明厌氧氨氧化菌对羟胺的转化特性。【方法】采用厌氧氨氧化菌富集培养物,以羟胺和亚硝酸盐为基质进行分批培养试验,检测反应液中基质和产物的消涨情况。【结果】不接种厌氧氨氧化富集培养物时,羟胺和亚硝酸盐具有化学稳定性,彼此不发生化学反应;接种厌氧氨氧化富集培养物后,羟胺和亚硝酸盐发生化学反应;反应过程中有中间产物氨的产生和转化,最大氨氮积累浓度为0.338mmol/L;液相中总氮浓度从起始的4.694mmol/L降至结束时的0.812mmol/L,转化率为82.7%。羟胺和亚硝氮浓度均为2.5mmol/L时,羟胺最大比污泥转化速率为0.535mmol/(gVSS.h),是厌氧氨氧化反应体系中氨氮最大比污泥转化速率的1.81倍。将羟胺浓度提高至5.0mmol/L时,羟胺和亚硝氮转化速率分别提高26.7%和120.7%,最大氨氮积累浓度为0.795mmol/L;将亚硝氮浓度提高至5.0mmol/L时,羟胺和亚硝氮转化速率分别提高6.9%和9.0%,最大氨氮积累浓度为1.810mmol/L。【结论】厌氧氨氧化富集培养物能够转化羟胺,其对羟胺的转化速率高于对氨的转化速率。羟胺相对过量可显著加快羟胺和亚硝酸盐的转化速率,亚硝酸盐相对过量对羟胺和亚硝氮转化速率影响不大,提高羟胺或亚硝氮浓度均会增大中间产物氨氮的积累。实验现象可用van de Graaf模型解释,对于进一步开发厌氧氨氧化工艺具有重要的理论意义。     

高选择性不对称还原N,N-二甲基-3-酮-3-(2-噻吩)-1-丙胺的重组氧化还原酶催化性质及其酶促转化

【目的】通过表达多种重组立体选择性氧化还原酶,分析其催化不对称还原N,N-二甲基-3-酮-3-(2-噻吩)-1-丙胺(DKTP)的性质,从而构建酶促合成(S)-N,N-二甲基-3-羟基-3-(2-噻吩)-1-丙胺(DHTP)的反应体系。【方法】基于已有立体选择性氧化还原酶重组大肠杆菌,通过Ni离子亲和层析法纯化得到重组氧化还原酶,以DKTP为底物,考察不同重组氧化还原酶对DKTP的催化活性和选择性,进一步对高选择性酶促合成(S)-DHTP的重组酶CR2进行性质分析,并考察其在最适条件下不对称还原DKTP的过程。【结果】筛选获得产物构型为(S)-型的催化活性最高的酶为CR2,该酶米氏常数Km为0.135 mmol/L,kcat/Km为3.689 L/(mmol·s),最适p H 8.4(0.1 mol/L三乙醇胺缓冲液),最适反应温度为35°C,在10-45°C条件下和p H 7.5-8.5较为稳定,Zn2+离子对酶活有促进作用。CR2催化DKTP不对称还原反应6 h后,DHTP的产率达92.1%、光学纯度达99.9%。【结论】基于活性和选择性分析,获得不对称还原DKTP的目标酶CR2,其催化特性有利于高立体选择性还原DKTP生成度洛西汀中间体(S)-DHTP,从而为进一步提高酶促不对称还原DKTP的转化效率提供研究基础。     

细菌荧光素酶体外发光体系的建立及应用于NADH定量检测

摘要：【目的】本研究旨在建立鳆发光杆菌（Photobacterium leiognathi）YL 荧光素酶：FMN-NADH氧化还原酶体外发光双酶体系,并对荧光素酶：FMN-NADH氧化还原酶体外发光双酶体系应用于NADH的定量检测进行初步探索。【方法】利用从鳆发光杆菌提取并经部分纯化的荧光素酶和FMN-NADH氧化还原酶,通过优化体系中各底物的添加量,实现荧光素酶的体外发光。【结果】荧光素酶：FMN-NADH氧化还原酶体外发光双酶体系为：1 mL酶液中添加100 μL十二烷醛（27 mmol/L）、0.5 μL FMN-Na（10 mmol/L）、300 μL NADH（0.14 mmol/L）。NADH与荧光素酶：FMN-NADH氧化还原酶体系的发光强度呈良好的线性关系,其线性范围为1.0×10-10 ～1.0×10-8 mol/L。【结论】荧光素酶：FMN-NADH氧化还原酶体外发光双酶体系可以简便、灵敏、快速的定量检测NADH,为其进一步应用于环境检测、食品卫生与安全等领域活细菌数量的检测奠定了基础。     

间歇曝气对微污染源水生物接触氧化修复系统脱氮性能的影响

针对寡营养生境下生物脱氮过程碳源不足等问题,开展不同间歇曝气方式对微污染源水生物接触氧化修复系统脱氮性能的影响研究,探究修复系统短程硝化反硝化的可行性与过程机理.结果表明:在停曝-曝气时间为8 h-16 h的间歇曝气方式(Ⅰ)下启动的生物接触氧化修复系统,其铵态氮(NH+4-N)、高锰酸盐指数(CODMn)、总氮(TN)的平均去除率分别稳定在93.0%、78.1%、19.4%;而在停曝-曝气时间为16 h-8 h的间歇曝气方式(Ⅱ)下运行修复系统,其NH+4-N、CODMn平均去除率仍能分别维持在81.2%、76.4%,体系内NO-2-N发生积累,TN去除率增至50%以上.对工况Ⅱ下修复系统周期内氮素转化特性分析发现,在确保出水NH+4-N、溶解氧(DO)浓度达标的前提下,缩短曝气时间可将体系DO长时间控制在0.5～1.5 mg·L-1,亚硝酸氧化菌(NOB)生长及其活性受到抑制,NO-2-N明显累积,最终实现了微污染源水生物接触氧化修复系统的短程生物脱氮.     

Hg2+、Pd2+、Cd2+和Cu2+对沼泽红假单胞菌生长及净化氮、磷能力的影响

研究了在培养基中分别添加不同浓度的重金属离子Hg2+、Pd2+、Cd2+和Cu2+作为人工配制的污水对光合细菌沼泽红假单胞菌生长与净化PO4-P和NH4-N能力的影响.实验结果表明当培养基中Hg2+的浓度达到2×10-6mol@L-1,该菌生长趋势开始减慢;当增至4×10-6mol@L-1时,生长完全被抑制.Cu2+的浓度达到1×10-6mol@L-1,该菌生长趋势也开始减慢;当增至8×10-6mol@L-1时生长完全被抑制.Cd2+的浓度达4×10-5mol@L-1时,其延缓期大大延长;增至16×10-5mol@L-4时生长完全被抑制.培养基中Pd2+的浓度达到8×10-4mol@L-1时,对该菌生长并未产生影响.当培养基中重金属离子浓度未达到完全抑制其生长时,对其净化PO4-P和NH4-N能力的影响不显著.     

乙酸驱动条件下粪产碱杆菌Y5的碳氮共脱除特性

【目的】研究微生物的碳氮共脱除特性及其关键影响因素。【方法】以乙酸为唯一碳源分离获得的碳氮共脱除菌株Y5为模式菌株,分析菌株Y5的16S r RNA基因序列、碳源和氮源去除动力学,以及碳源种类、碳氮比(C/N)、溶解氧浓度(DO)、温度和p H等影响效果。【结果】菌株Y5归属于粪产碱杆菌。与葡萄糖及多种有机酸相比,菌株Y5在以乙酸为唯一碳源的条件下具有较高的TOC和NH4+-N去除速率。在好氧条件下,当起始TOC浓度为1 000 mg/L,氨氮浓度为110 mg/L时,菌株Y5的NH4+-N、TOC和总氮(TN)去除率分别达99.54%、92.95%和86.55%,最大NH4+-N、TOC和TN去除速率分别为903.58、505.81和406.03 mg/(L·d)。【结论】粪产碱杆菌Y5在以乙酸为唯一碳源的条件下具有较强的碳氮共脱除能力,其最佳反应条件为:C/N=10,p H 7.0-8.0,溶氧6.20 mg/L,反应温度为30°C。     

降氨除臭芽孢杆菌的筛选鉴定及其氮素迁移过程

【目的】分离和鉴定一株高效降氨除臭芽孢杆菌,并研究其氮素迁移过程。【方法】采用自行设计的筛选平台,根据菌落形态、生理生化特征及16S rRNA基因序列的系统进化树分析进行菌株鉴定;在好氧和厌氧条件下,以NH4+-N为唯一氮源,通过检测NH4+-N、NO2?-N、NO3?-N和产生的气体浓度,明确菌株在降氨过程中氮素的迁移过程及特点。【结果】筛选出一株高效降氨除臭芽孢杆菌,经生化与分子鉴定为凝结芽孢杆菌;其在好氧条件下将NH4+-N降解为NO3?-N,降解率为98%;同时少量NO3?-N经好氧反硝化作用还原为N2;在厌氧条件下进行了硝化作用,但NH4+-N降解率仅为23.7%,且反硝化过程不明显。【结论】筛选得到的高效降氨除臭凝结芽孢杆菌在好氧和厌氧条件下皆具有异养硝化作用,但厌氧条件下反硝化作用不显著,好氧反硝化作用产生的含氮气体为氮气,其在农业和环保领域具有巨大的产业化潜力。     

一株海水异养硝化-好氧反硝化菌系统发育及脱氮特性

【目的】确定一株分离自海水的异养硝化-好氧反硝化菌的系统发育地位并探索其脱氮特性和机理,以期为解释异养硝化-好氧反硝化机理以及改进海水养殖及废水的生物脱氮工艺提供理论依据。【方法】通过形态观察、生理生化实验和16S rRNA基因序列分析,鉴定该菌株;通过测定菌株在不同无机氮源降解测试液中的生长和脱氮效率,分析其异养硝化和好氧反硝化性能。【结果】经鉴定该菌株属于盐单胞菌属(Halomonas);最适生长条件为盐度3%、pH 8.5、温度28℃、碳氮比10:1,在盐度为15%的培养液中仍能生长;可以同时去除氨氮、亚硝酸氮和硝酸氮,24 h时对NH4+-N、NO2--N、和NO3--N的去除率可分别达到98.29%、99.07%、96.48%,3种形态无机氮同时存在时,会优先利用NH4+-N,且总无机氮去除率较单一存在时更高,说明该菌株可实现同步硝化反硝化。【结论】该分离自海水的异养硝化-好氧反硝化菌属于盐单胞菌属(Halomonas),在高盐环境中仍能生长,同时具有高效的异养硝化和好氧反硝化能力,能够独立完成脱氮的全部过程。     

金属离子对嗜热菌BF80生长及苯酚降解的影响研究

探测了17种金属离子对嗜热菌BF80菌生长和降解苯酚的影响.结果表明:与对照相比,0.01%的Cu2 、Zn2 、CO2 、Ba2 、Hg2 、Ni2 、Al 0和Al3 对嗜热菌BF80有强抑制作用;Cr2 对嗜热菌BF80的苯酚降解特性有强抑制作用,而其生长量只受到一定的抑制作用;Sn2 、Fe2 、Fe3 和Pn2 对嗜热菌BF80的生长和苯酚降解有一定抑制作用,该作用随金属粒子浓度的增加而增大;低浓度Mn2 和Mo2 可以使其生长量增大且促进苯酚降解,但超过0.1%的浓度则抑制其生长;Ca2 和Mg2 可以加速嗜热菌BF80的生长和降解苯酚的速率,但对苯酚的最大降解率却几乎没有影响;Mo2 和Mn2 的复合作用使嗜热菌BF80的生长量更大,但是苯酚降解率却比分别单独添加Mo2 和Mn2 时低.     

金属离子对嗜热菌BF80生长及苯酚降解的影响研究

探测了17种金属离子对嗜热菌BF80菌生长和降解苯酚的影响。结果表明：与对照相比, 0.01%的Cu2+、Zn2+、Co2+、Ba2+、Hg2+、Ni2+、Ag+ 和Al3+对嗜热菌BF80有强抑制作用; Cr2+对嗜热菌BF80的苯酚降解特性有强抑制作用, 而其生长量只受到一定的抑制作用; Sn2+、Fe2+、Fe3+和Pn2+ 对嗜热菌BF80的生长和苯酚降解有一定抑制作用, 该作用随金属粒子浓度的增加而增大; 低浓度Mn2+ 和Mo2+可以使其生长量增大且促进苯酚降解, 但超过0.1%的浓度则抑制其生长; Ca2+ 和Mg2+可以加速嗜热菌BF80的生长和降解苯酚的速率, 但对苯酚的最大降解率却几乎没有影响; Mo2+ 和Mn2+的复合作用使嗜热菌BF80的生长量更大, 但是苯酚降解率却比分别单独添加Mo2+ 和Mn2+时低。     

Effect of organic and metal ion concentration on the simultaneous biological removal of NH4+ and NO3- under anaerobic condition

A bacterial strain of Pseudomonas aeruginosa AE-1-3, isolated from soil was used to remove NH4+ and NO3- simultaneously in an anaerobic environment containing 0.1% NH4NO3 and 3% glucose in the medium. After preliminary screening, eight isolates were obtained, which were evaluated for their potential to decompose NH4+ and NO3-. Each experimental investigation was carried out for 15 days under controlled laboratory conditions by varying the concentrations of glucose (0-3%). The bacterial strain, AE-1-3 showed 100% removal of both NH4+ and NO3-. The effect of metal ions in combinations of Cu2+, Zn2+, Sn2+ were also studied to ascertain the performance. The results revealed that NO3- could be removed completely in 9 days at 3 microM concentrations of the three metal ions, while 33% of NH4+ remained in 0.1% NH4NO3 medium with 0.5% glucose in the absence of these three ions.     

气提式内循环硝化反应器运行性能的研究

气提式内循环反应器具有很好的生物硝化性能,能承受高进水氨浓度（78.49mmol/L）,具有高容积转化效率（163.18 mmol/L·d）,运行性能稳定（氨去除率保持在94.42%以上）。在气提式内循环反应器的运行过程中,可产生硝化颗粒污泥。颗粒污泥开始出现的时间约为45d,颗粒污泥的粒径平均值0.83 mm,沉降速度55.53m/h,氨氧化活性0.95mmol (NH⁺₄-N)/g(VS)·d。硝化颗粒污泥也具有厌氧氨氧化活性,氨氧化速率0.23mmol (NH⁺₄-N)/g(VS)·d,亚硝酸还原速率0.24mmol (NO^-₂-N)/g(VS)·d。     

基于好氧反硝化及反硝化聚磷菌强化的低温低碳氮比生活污水生物处理中试研究

【背景】低碳氮比生活污水很难达标处理,多级A/O工艺、生物强化技术及生物膜技术的有机结合可有效解决这一问题。【目的】开发出一种泥膜共生多级A/O工艺并进行中试研究,驯化出高效脱氮除磷菌剂并对系统进行生物强化。【方法】通过测定中试设备出水及污水处理厂出水化学需氧量(Chemical oxygen demand,COD)、氨氮(NH_4~+-N)、硝氮(NO_3~--N)、总氮(Total nitrogen,TN)、总磷(Total phosphorus,TP)对比分析两种工艺的污染物去除效能,利用高通量测序技术对比生物强化技术对系统微生物群落结构的影响。【结果】中试设备对COD、NH_4~+-N、NO_3~--N、TN、TP的去除效果均优于污水处理厂的处理工艺;驯化的低温好氧反硝化菌TN去除率最大值可达84.21%,驯化的低温反硝化聚磷菌群对磷的去除率最高可达85.75%;利用驯化菌群对中试设备进行生物强化后较好地改善了系统NH_4~+-N、NO_3~--N、TN、TP的去除效果;经生物强化后,具有好氧反硝化和反硝化聚磷功能的Pseudomonas菌群明显增多。【结论】泥膜共生多级A/O工艺对于低碳氮比生活污水的处理具有很好的效果,利用生物强化技术可有效提高低温条件下系统污染物去除效能。