固氮紅細(xì)菌對(duì)模擬水體中無機(jī)三態(tài)氮去除特性的研究.pdf

1、目前，海水養(yǎng)殖水體污染問題日益嚴(yán)重，其中氮污染是影響海水養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展的首要問題，因此消除養(yǎng)殖水體氮污染、恢復(fù)微生態(tài)平衡，是解決養(yǎng)殖水體污染問題的關(guān)鍵。不產(chǎn)氧光合細(xì)菌（Anoxygenic phototrophic bacteria，APB）已在去除水體中的無機(jī)三態(tài)氮，恢復(fù)水體微生態(tài)平衡及提高養(yǎng)殖動(dòng)物免疫力等方面顯示出重要作用。然而，APB處理的實(shí)際水體環(huán)境復(fù)雜，探求復(fù)雜水體環(huán)境中APB的除氮效果，具有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。目前，關(guān)于APB去

2、除亞硝氮的能力、以及對(duì)養(yǎng)殖水體中三氮的利用和轉(zhuǎn)化研究報(bào)道較少。APB的實(shí)際應(yīng)用中會(huì)受到水體中多種小分子有機(jī)氮源、碳源及鹽度等的影響。針對(duì)以上問題，本文以固氮紅細(xì)菌（Rhodobacter azotoformans）R7為材料，首先通過條件優(yōu)化提高生物量，為其應(yīng)用奠定基礎(chǔ)；在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步探究了該菌株對(duì)三種無機(jī)態(tài)氮的去除特性、對(duì)無機(jī)三態(tài)氮的利用與轉(zhuǎn)化能力以及無機(jī)三態(tài)氮對(duì)菌株生長和光合色素合成的影響；為了提高菌株的實(shí)際應(yīng)用效果，又探究了復(fù)

3、雜的水體環(huán)境因素，包括無機(jī)和有機(jī)氮化合物、有機(jī)碳化合物和鹽度對(duì)菌株生長以及除氮效果的影響。主要結(jié)果如下：
　　通過單因子輪換試驗(yàn)法（One-factor-at-a-time，OFAT）優(yōu)化獲得提高菌體生物量及Car產(chǎn)量的最適條件為：裝樣量為80％、3g/L酵母粉、5g/L蛋白胨、2.5g/L葡萄糖。在最適條件下，菌體生物量由3.34g/L提高到17.59g/L，提高了4.27倍；菌體類胡蘿卜素含量由優(yōu)化前2.43mg/L提高到30

4、.31mg/L，提高了11.47倍，主要積累球形烯、羥基球形烯及球形烯酮3種類胡蘿卜素。Car光穩(wěn)定性研究表明，含酮基的球形烯酮穩(wěn)定性較高，在0 lux、500lux及3000lux光照條件下其半衰期依次為：568.53h、405.56h及112.64h。
　　R7菌株對(duì)無機(jī)三態(tài)氮的去除與轉(zhuǎn)化結(jié)果顯示，R7菌株能利用氨氮、硝氮及亞硝態(tài)氮良好的生長，對(duì)硝氮和亞硝氮具有較強(qiáng)的耐受和去除能力。培養(yǎng)8天內(nèi)，R7菌株對(duì)氨氮、硝氮和亞硝氮最大

5、去除量分別為：6.10mmol/L、21.36mmol/L和16.86mmol/L，最大耐受濃度分別為43.47mmol/L、52.17mmol/L和34.78mmol/L；在4.54mmol/L氨氮、34.35mmol/L硝氮和34.64mmol/L亞硝氮共存的體系中，該菌株對(duì)氨氮、硝氮及亞硝氮的去除率分別為54.38%、31.48%和99.95%；對(duì)無機(jī)三態(tài)氮的利用和轉(zhuǎn)化的結(jié)果分析顯示，分別以氨氮、硝氮和亞硝氮為唯一氮源培養(yǎng)的過程中

6、，均出現(xiàn)了另外兩種無機(jī)氮的暫時(shí)性積累，隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長，逐漸被去除。上述結(jié)果表明，R7菌株存在多種氮代謝作用，具有反硝化作用、厭氧硝化作用和亞硝酸鹽厭氧氧化作用。
　　氨氮、硝氮及亞硝氮對(duì)菌株生長和菌體光合色素合成的影響，結(jié)果表明：水體中氨氮（≤43.48mmol/L）或硝氮（≤52.17mmol/L）對(duì)菌體生物量及Car含量影響不明顯，低濃度氨氮（≤8.70mmol/L）或硝氮（≤8.66mmol/L）對(duì)菌株生長具有促進(jìn)作用；

7、上述結(jié)果表明，水體中氨氮和硝氮對(duì)菌株色素含量的影響不明顯，水體中亞硝氮濃度越高，對(duì)R7菌體色素的合成抑制越明顯。
　　環(huán)境中可能存在的小分子碳（糖類、有機(jī)酸或醇）、有機(jī)氮（酵母浸出粉、蛋白胨或尿素）和鹽度影響菌株對(duì)無機(jī)三態(tài)氮的去除，結(jié)果表明：環(huán)境中的不同碳源對(duì) R7去除硝氮和氨氮的影響較大；丙酸鈉能夠提高菌株去除無機(jī)三態(tài)氮的能力，去除率均在87%以上；含丙酸鈉或乙酸鈉的環(huán)境中，利于菌株對(duì)氨氮和亞硝氮的去除，去除率分別在85%及98

8、%以上；含蔗糖、丙酸鈉或甘露醇的環(huán)境中，利于菌株對(duì)硝氮的去除，去除率均在80%以上；酵母粉（≤1.43mmol/L）的環(huán)境中，菌株對(duì)氨氮、硝氮和亞硝氮的最大去除率分別為97.61%、99.50%及99.08%；蛋白胨（≤3.21mmol/L）的環(huán)境中，菌株對(duì)氨氮、硝氮和亞硝氮的最大去除率分別為90.57%、94.36%及99.54%；尿素（≤0.71mmol/L）環(huán)境中，菌株對(duì)氨氮、硝氮和亞硝氮的最大去除率分別為98.26%、50.68

9、%及99.69%；不同鹽濃度（≤2g/L）環(huán)境中，氨氮、硝氮及亞硝氮的最大除率分別為55.03%、96.62%及83.53%以上。R7對(duì)實(shí)際養(yǎng)殖水體中三態(tài)氮的去除效果結(jié)果表明，微好氧條件下該菌株能夠有效地去除復(fù)雜的自然養(yǎng)殖水體中的三態(tài)氮。
　　綜上所述，經(jīng)過條件優(yōu)化，R7菌體生物量明顯增加，且積累抗氧化性強(qiáng)的含酮基的類胡蘿卜素，為該菌株在養(yǎng)殖水體中的實(shí)際應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。R7菌株對(duì)氨氮、硝氮及亞硝氮均具有較強(qiáng)的去除能力，對(duì)高濃度無機(jī)