低温降解（精选四篇）
低温降解 篇1
微生物处理技术具有费用低、不产生二次污染、适用范围广等优点,被认为是比物理和化学处理方法更具发展前途的高新技术[1,2,3]。目前关于柴油生物处理的报道主要侧重于环境温度为30℃左右条件下的研究。但是在东北地区年平均气温在10℃以下,并且地下水的温度较低,年变化小于0.1℃。因此,应用微生物低温降解柴油的前景广阔,不仅可用于寒冷地区土壤和地表水的生物修复,而且可用于温暖地区地下水及化工废水中有机污染物的降解[4,5,6,7]。微生物对柴油污染物的降解或转化从脱氢开始,可以利用脱氢酶的活性反映微生物降解柴油的活性[8,9,10],所以脱氢酶的活性在柴油的降解过程中至关重要。
本工作研究了在低温(10℃)下,反应时间、柴油初始质量浓度、混合菌液加入量等因素对柴油降解过程中脱氢酶活性的影响,为该混合菌群在实际生物修复中的应用提供理论依据。
1 实验部分
1.1 实验材料
实验用0#柴油取自长春市某中国石化加油站。
从石油污染土壤中富集、驯化得到含A菌、H菌、LD2菌、N1菌、N2菌、T2菌6种优势菌的混合菌群。其中A菌为酵母菌,革兰氏阳性;H菌为球菌,革兰氏阳性;LD2菌、N1菌、N2菌、T2菌为杆菌,革兰氏阴性。经rDNA基因序列分析及系统分类鉴定,A菌为耶氏酵母菌(Yarrowia sp.),H菌为红球菌(Rhodococcus sp.),LD2菌为不动杆菌(Acinetobbacter sp.),N1菌、N2菌为假单胞菌(Pseudomonas sp.),T2菌为新鞘氨醇杆菌(Novosphingobium sp.)。
无机盐液体培养基:P(K2HPO4) 1 550 mg/L,p(NaH2P04) 850 mg/L,p((NH4)2S04) 2 000 mg/L,P(MgCl2·6H2O) 100 mg/L,p(乙二胺四乙酸)10 mg/L,p(ZnSO4·7H2O) 2.0 mg/L,p(CaC12·2H2O) 1.0 mg/L,p(FeSO4·7H2O) 5.0 mg/L,p(NaMoO4·2H2O) 0.2 mg/L,p (CuSO4·5H2O)0.2 mg/L,p(CoCl2·6H2O) 0.4 mg/L,p(MnCl2·2H2O) 1.0 mg/L,pH 7.0。
混合菌在无机盐液体培养基中,以柴油为碳源(柴油质量浓度450 mg/L),低温下培养并保存。
1.2 试剂和仪器
正己烷:色谱纯;其他试剂均为分析纯。
HZQ-F160型振荡培养箱:哈尔滨市东联电子技术开发有限公司;BS4202S型Sartorius电子分析天平、PB-10型pH计:德国赛多利斯集团;CX21型Olympus电子显微镜:日本奥林巴斯公司;721型分光光度计:上海光学仪器五厂;Agilent 6890型气相色谱仪、Agilent MSD5973N型质谱检测器:美国Agilent公司。
1.3 实验方法
在恒温10℃的条件下,向150 mL一定初始质量浓度的模拟柴油废水(柴油废水)中加入一定量混合菌液(混合菌浓度为1×107个/mL),摇床转速120 r/min,反应一定时间后,取样测定柴油质量浓度和脱氢酶的活性。
1.4 分析方法
按照超声波萃取法及半挥发性有机物的气相色谱-质谱法,用正己烷对柴油废水进行液-液萃取(正己烷与废水体积比为1:5),萃取后有机相过无水硫酸钠柱后进行气相色谱-质谱联用分析[11],测定柴油质量浓度。
采用2,3,5-氯化三苯基四氮唑法[12,13,14,15]测定脱氢酶的活性。脱氢酶活性定义为单位体积反应液中混合菌于(37±1)℃、无光条件下,单位时间内将无色2、3、5-氯化三苯基四氮唑还原成红色三苯基甲的质量。
2 结果与讨论
2.1 柴油质量浓度和脱氢酶活性随反应时间的变化
在柴油初始质量浓度为450 mg/L、混合菌液加入量为10 mL的条件下,柴油质量浓度、脱氢酶活性随反应时间的变化见图1。为进一步确定柴油的降解效果以及微生物的活性,分别测定柴油废水pH和DO的变化。柴油废水pH、DO随反应时间的变化见图2。
●柴油质量浓度;■脱氢酶活性
●柴油废水pH;■DO
由图1可见:反应进行4天后,柴油质量浓度为29.8 mg/L,混合菌对柴油的降解率为93.4%;脱氢酶的活性先增大后减小,在第2天达到最大值,为35.6 mg/(L·h),由此可见在柴油降解的后期脱氢酶的活性可能受柴油质量浓度的影响而逐渐降低。
由图2可见,柴油废水pH和DO的变化趋势是一致的,均为先减小后增大。由此可以推断柴油在前2天的降解过程中生成大量的酸,导致pH降低;而柴油降解的后期由于柴油质量浓度的降低以及酸性物质的进一步降解,pH又出现了升高的趋势。DO的变化与脱氢酶活性的变化有着密切的联系,脱氢酶的活性越高,呼吸消耗的氧气也就越多,DO越小。
2.2 柴油初始质量浓度对柴油降解情况的影响
在混合菌液加入量为10 mL的条件下,柴油初始质量浓度对反应过程中柴油质量浓度和脱氢酶活性的影响分别见图3和图4。
柴油初始质量浓度/(mg·L-1):·100;■300;▲600;♦900
柴油初始质量浓度/(mg.L-1):●100;■300;▲600:♦900
由图3可见,当柴油初始质量浓度为100,300,600,900 mg/L时,反应4天后柴油质量浓度分别为3.3,12.6,37.2,67.8 mg/L,混合菌对柴油的降解率分别为%.7%,95.8%,93.8%,92.5%。进一步验证了该混合菌适用于不同初始质量浓度的柴油污染修复。
由图4可见:在不同柴油初始质量浓度条件下,脱氢酶活性的总体变化趋势均为先升高再降低;柴油初始质量浓度为100 mg/L时,反应1天后脱氢酶的活性达到最高值7.8 mg/(L·h),但远低于其他柴油初始质量浓度条件下的脱氢酶活性;反应第1天,柴油初始质量浓度分别为300,600,900 mg/L时,对应的脱氢酶活性分别为23.8,28.0,27.4 mg/(L·h),不同柴油初始质量浓度对应的脱氢酶活性相差不大;反应进行到第2天后,柴油初始质量浓度越高,对应的脱氢酶活性越高。
2.3 混合菌液加入量对柴油质量浓度和脱氢酶活性的影响
在柴油初始质量浓度为450 mg/L的条件下,混合菌液加入量对柴油质量浓度和脱氢酶活性的影响分别见图5和图6。
混合菌液加入量/mL:●1;■5;▲10;♦15;20
混合菌液加入量/mL:●1;■5:▲10:♦15:2
由图5和图6可见:当混合菌液加入量为5 mL时,反应2天后脱氢酶的活性达到最高值,为39.6mg/(L·h),反应4天后柴油质量浓度为25.1mg/L,混合菌对柴油的降解率为94.4%;当混合菌液加入量为1 mL时,柴油的降解速率明显降低,脱氢酶活性缓慢升高后降低;混合菌加入量由5 mL增至20 mL时,柴油的降解速率相差不大。这是因为接种量过小,会引起前期菌体生长缓慢[16],初期柴油降解速率较低,脱氢酶活性增加缓慢;接种量过大时使细菌很快处于贫营养状态,生长代谢受到一定程度的限制,同样不利于柴油降解速率的增加。
3 结论
a)低温下混合菌对柴油具有较强的降解能力,在柴油初始质量浓度为450 mg/L、混合菌液加入量为5 mL的条件下,混合菌以柴油为惟一碳源,反应2天后脱氢酶活性的最高值达39.6 mg/(L·h),反应4天后柴油质量浓度为25.1 mg/L,混合菌对柴油的降解率为94.4%。
b)在柴油降解过程中,柴油初始质量浓度对脱氢酶活性产生一定影响。在柴油初始质量浓度为100 mg/L时,脱氢酶的活性始终较低;在柴油初始质量浓度为300,600,900 mg/L时,反应第1天脱氢酶的活性相差不大,随反应时间的延长,柴油初始质量浓度越高,对应的脱氢酶活性越高。
摘要：研究了低温(10℃)下混合菌降解柴油过程中脱氢酶活性在不同反应时间、柴油初始质量浓度、混合菌液加入量等条件下的变化情况。实验结果表明:在柴油初始质量浓度为100 mg/L时,脱氢酶的活性始终较低;在柴油初始质量浓度为300,600,900 mg/L时,反应第1天脱氢酶的活性相差不大,随反应时间的延长,柴油初始质量浓度越高,对应的脱氢酶活性越高;在柴油初始质量浓度为450 mg/L、混合菌液加入量为5 mL的条件下,反应2天后脱氢酶的活性达最高值39.6 mg/(L·h),反应4天后柴油质量浓度为25.1 mg/L,混合菌对柴油的降解率为94.4%。
低温降解 篇2
低温等离子体技术降解含氮硫废气的研究进展
摘要：论述了采用低温等离子体技术处理含氮硫废气以及恶臭气体的反应机理和研究现状,重点介绍了低温等离子体技术与催化、吸附、光催化等技术的`联合技术,分析了低温等离子体联合技术存在的问题及发展方向.作 者：李振玉 孙亚兵 冯景伟 徐建华 王瑾瑜 王惠英 陈颖 缪虹 作者单位：南京大学国家污染控制与资源化研究重点实验室,江苏,南京,210093期 刊：电力科技与环保 Journal：ELECTRIC POWER ENVIRONMENTAL PROTECTION年，卷(期)：2010,26(1)分类号：X701关键词：低温等离子体 恶臭气体 联合技术
低温降解 篇3
关键词：琼脂 降解产物 应用 温度 溶解性
中图分类号： 文献标识码：A 文章编号：1672-5336（2015）06-0000-00
Abstract： Agar is a kind of natural polysaccharide extracted from red algae， with excellent gelation property and gel stability，so agar is widely used in food， medicine，bio- engineering，and so on. The application status of agar and its degradation products is reviewed in this article. Since agar needs higher temperature to dissolve，it have great significance to prepare agar with low-temperature solubility for practical output： not only saving energy needed to dissolve agar in industry production， but also making it possible to apply materials and microbe sensitive to temperature and agar at the same time. It is summarized that the progress of the preparation of agar with low-temperature solubility，aiming at promoting the further exploitation and application.
Keywords： agar；degradation products；application；temperature；solubility
琼脂（ Agar） 也称琼胶，又名洋菜、洋粉、燕菜精等，是从石花菜、江篱菜等红藻植物中提制的亲水性胶体[1]。琼脂主要是由中性的琼脂糖和离子性的琼脂胶两部分组成：琼脂糖由β-D-半乳糖和3，6-内醚-α-L-半乳糖的二糖单元交替组成，是形成凝胶的组分；而琼脂胶是琼脂糖的衍生物，半乳糖残基不同程度地被甲氧基、硫酸基、丙酮酸基等所取代，是非凝胶组分。琼脂中所含琼脂糖越多，其凝胶强度就越大，应用价值也越高[2]。
琼脂含有丰富的膳食性纤维和十多种矿物质元素，低热量，具有降血糖、降胆固醇、排毒养颜等保健效果，在人体中的吸收率极低[3]，是纯天然的保健食品原料[4]。
1 琼脂的物化性质
1.1 溶解性
常规琼脂在常温下不溶于水和无机、有机溶剂，干琼脂在冷水中会大量吸水溶胀，约能吸收本身体积20倍的水，加热到95-100℃后可溶于水形成胶体溶液。向琼脂溶液中加入10倍体积的丙酮、乙醇或异丙醇，可使琼脂从水溶液中絮凝析出。同样，高浓度的电解质溶液，如硫酸钠、硫酸镁、硫酸钙或硫酸铵，可使其盐析[5] 。在琼脂提取工艺中，可利用这一特性用于琼脂凝胶脱水。
1.2 凝胶性
琼脂具有良好的凝胶性，即使质量分数为0.004%的琼脂溶液，在常温下仍有凝胶作用。在相同浓度下，其凝胶强度比其它任何胶凝剂的凝胶强度都高。当琼脂溶胶的温度降低至40℃以下时，琼脂大分子间则会以双螺旋结构的状态逐渐聚集而形成具有空间网状结构的凝胶体，螺旋之间以及螺旋与水分子之间主要靠氢键的力来维持。琼脂的凝胶性能使得整个体系显现出固体的力学性质，如具有一定的弹性、强度、屈服值等[4]。
凝胶强度是评价琼脂品质的重要指标之一，凝胶强度越大，其应用价值就越高[2，6]。
1.3 凝胶温度滞后性
琼脂凝胶是热可逆性凝胶，凝胶加热时融化，冷却后便凝固，可以重复进行。琼脂溶胶的凝固点一般在32-43℃范围，而琼脂凝胶的融点一般在75-90℃范围。凝固点远低于融点是琼脂的特有现象，称为“滞后现象”。琼脂许多应用的优越性就取决于这种高滞后性。正是这一特性，才使琼胶在微生物培养上有着难以取代的地位。
1.4 泌水性
琼脂凝胶在放置较长时间后，其表面会分泌一些水珠，随着搁置时间的延长则水珠会连成片，这种现象称为“泌水”。实际生产过程中使用加压或冷却都会促使分泌性的增加，达到琼胶的提纯。
2 琼脂及其降解产物的应用现状
2.1 琼脂的应用现状
琼脂因其良好的凝胶性、稳定性、凝胶可逆性以及凝胶温度滞后性，在食品、医药、日用化工等领域应用广泛[7]。
2.1.1 在食品工业中的应用
在食品工业中，琼脂被用作胶凝剂、增量剂、增稠剂、乳化剂、稳定剂、赋形剂、助悬剂、水分保持剂，能明显改变食品的品质，提高食品的档次，成为一种重要的食品添加剂。例如：添加到罐头食品中，其胶凝性和增稠性可防止罐头中食品组织的破碎，改善其口感，并使其它的添加物均匀分散，避免了沉淀和分层；用在果汁饮料类产品中，使用浓度仅0.001% -0.005% 即可使果粒悬浮均匀，这是其它助悬剂无法代替的；此外，琼脂还应用在果冻、乳制品、冷饮食品、焙烤食品、酿造行业、糖果工业等中。2.1.2 在医药工业中的应用
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在医药行业中，琼脂可作为胶凝剂来制备菌体培养基，在病理鉴定、生化凝胶电泳和层析中用途很广。
琼胶可防止肠道对胆固醇的吸收，故可作高胆固醇、动脉硬化患者的直接药用剂；琼胶广泛地用作轻泻药预防和治疗便秘，无刺激性，对身体无害；在修补补牙科学中，将琼胶/藻酸盐双重印模法代替常规藻酸盐印模法，取得了质量较高的印模和模型[8]；外科治疗中可用作药膏药基，对伤处无刺激；还可用于片剂、胶囊、乳化剂等的辅料。
2.1.3 在日用化工中的应用
琼脂可以用于牙膏、洗面乳、洗发露、化妆品、固体清香剂等，作稳定剂或乳化剂。以琼胶为原料的胶囊，可用在化妆品领域以保持化妆品中不稳定的成分。
2.1.4 其它方面的应用
其他方面的应用如微生物培养基、实验基质、凝胶扩散基质；生产包装用的可食性薄膜；在原子反应堆中作为中子的瞬时吸收等。
2.2 琼脂降解产物的应用现状
琼脂黏度高、水溶性差、不易吸收，这使得琼脂的应用受到较大限制。为了拓宽琼脂的应用领域，可利用化学法、酶法将其降解，得到一定分子量和聚合度的琼胶寡糖[9]。琼胶寡糖聚合度不同，药理作用和生物活性也不相同，如抗氧化、抗炎症、抗病毒、抗肿瘤、增强免疫和保湿美白等，这使得琼胶寡糖在保健品、化妆品、海洋药物等行业具有潜在的应用价值[10]。
2.2.1 在食品中的应用
琼胶寡糖在食品生产应用中前景广阔，如可用于面包、饮料和一些低卡路里食品的生产。琼胶寡糖是一种新型的益生元[10]，可选择性的刺激乳酸杆菌与双歧杆菌在宿主肠道内的生长，从而增进宿主健康。琼胶寡糖不会被消化酶和肠道内的细菌分解、无热量，故可用作高甜味剂的充填剂和分散剂。
2.2.2 在化妆品行业的应用
日本添加琼胶寡糖后生产的化妆品对皮肤、头发有良好的保湿、调理效果[11]。陈海敏等[12]发现聚合度10-30的琼胶低聚糖可用于皮肤的吸湿、保湿和美白，可作为吸湿、保湿以及美白成分添加于化妆品中。
2.2.3 在医药工业的应用
陈海敏等[13]发现琼胶寡糖可明显抑制血管形成，该抑制作用主要是通过将细胞周期阻滞在S期、促进脐静脉内皮细胞凋亡产生的。聚合度在2～4的琼胶寡糖可以抑制肿瘤坏死因子（TNFα）和前列腺素E2（ PGE2） 的产生，从而抑制癌症发生[9]。赵雪等[14]认为琼胶寡糖A1（以二、四糖为主）、A2（以已糖、辛糖为主）对超氧阴离子、羟基自由基和DPPH自由基都有一定的清除作用，可用于预防和治疗与自由基氧化相关的疾病。一定聚合度的琼胶类硫酸多糖对腮腺炎、脑膜炎、B型流感等病毒有抑制作用。包磊[15]将琼脂糖改性并与明胶复合，可用来制备凝胶状皮肤敷料，在治疗皮肤烧伤和溃烂方面有着广泛的应用前景。
2.2.4 其它方面的应用
琼脂糖凝胶由于其良好的生物相容性，可作为分离介质用在琼脂糖凝胶电泳技术中，分离蛋白质、DNA、血红蛋白等；琼脂糖还可应用到色谱技术中；琼胶寡糖有较好抑菌作用，可作为防腐剂使用。
3 低温溶解琼脂的制备进展
多糖的生物活性与水溶性密切相关，常规琼脂其室温水溶性较差，只能在95℃下10-15分钟才完全溶解，而且溶液呈浑浊、不透明状。在加热溶解时需要较高的温度和较长的时间，并且高温敏感的微生物及食品活性物质都不耐受琼脂溶解时的温度，限制了琼脂的应用[16-17]。低温速溶琼脂的溶解性好，在实际应用中极大地方便了工业化流水线生产，为琼脂的应用开辟了新的市场和领域。
3.1 物理改性制备方法
丛松峰[18]在传统琼脂生产工艺的基础上，对琼脂进行物理改性，将琼脂粉和助溶剂在搅拌条件下分散于水中，煮沸溶解后冷却；低温冷冻至完全冻结，融解后用板框压滤机脱水；干燥过程中将分散剂喷淋到琼脂干燥物表面；粉碎过筛，即可得到速溶于80℃热水、90℃条件下瞬间即溶的速溶琼脂。但其溶解温度依然较高，其凝固温度、融化温度都没有明显的改善，并且添加的助溶剂和分散剂对于实际生产配方中其它成分的添加量及影响是未知的。
杨松涛[19]通过将助溶剂加入到海藻胶液中或将琼脂和助溶剂加水煮沸至溶解完全，经高压或超高压设备处理后，喷雾干燥得到低温速溶产品。该产品的溶解温度≤70℃，溶解时间小于8min；同时，琼脂的凝胶速度也可以通过调整助溶剂的配比，得到有效控制。
刘宁等[20]是将琼脂粉加入水中制成的悬浮液，高压均质进行改性，再加热使琼脂成为液体状态，最后进行喷雾干燥得到低温溶解琼脂粉。改性后琼脂的凝胶强度可达2280g/cm2，溶解温度为60-65℃。
徐博等[21]以国产的江蓠属琼脂粉为原料，不添加任何其他物质，仅采用双螺杆挤压加工技术予以改性，确保其成分的单一性及食用的安全性，产品在60℃下可以溶解。加工后的琼脂粉粉末流动性好，无异常气味，其低温溶解性也得到改善，但颜色偏黄，琼脂凝胶颜色为淡黄色，透明度稍差，凝胶强度较常规琼脂低。
3.2 化学改性制备方法
张小川[17]将琼脂原料溶解到强碱溶液中，加入脱甲氧基试剂进行反应；然后对反应后的溶液进行过滤、冷冻、脱水以及干燥处理，制得新型琼脂产品，在60-80℃即完全溶解，而且溶液透明度高。
钟旭东等[22]以石花菜和江蓠菜为原料，经特殊工艺提取、精制而得到低温速溶琼脂。产品比常规琼脂具有更高的耐热性，冷水中易分散，不会结团，55～60℃低温条件下5～7min即可完全溶解，并且溶液透明度高，使用方便。但其凝胶强度略低于常规琼脂。
曹明昭等[16]以琼脂为原料，氯乙酸为羧甲基化试剂，制得了羧甲基化琼脂（CMA）。与原琼脂相比，随羧甲基化程度的增加，所制备琼脂的溶解温度、凝胶温度、凝胶强度、凝胶再溶温度以及硬度、脆性、胶粘性都呈下降趋势，而且随着取代度的增加而降低，而其凝胶的弹性和内聚性呈上升趋势。该方法步骤繁琐，且反应过程中引入双氧水和硫化钠，其安全使用性不能保障。
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4 结语
琼胶本身含有80%的水溶性食物纤维，具有降血脂、降血糖、排毒养颜等保健功效，现已成为食品市场的宠儿。溶解琼脂所需温度较高，限制了琼脂的应用。虽然有些经过改性的琼脂溶解温度有所降低，但琼脂的凝胶强度减小很多，使得琼脂的最大优势不再明显。有些琼脂是通过添加其它物质的方法或化学方法来进行改性，增加了安全实用的风险，同时添加的物质对实际生产配方中其它成分的添加量及影响是未知的。琼脂的凝胶强度是评价其品质的重要指标之一，凝胶强度越大其应用价值就越高，因此在提高琼脂溶解性的同时要尽可能保证琼脂的凝胶强度。所以对于高凝胶强度低温溶解琼脂的研制是十分有意义的。
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作者简介：王丹（1990—），女，汉族，河南漯河人，郑州大学硕士在读，研究方向：绿色化工。
通讯作者：任保增（1962—），男，汉族，河南南阳人，博士，教授，现就职于郑州大学化工与能源学院，研究方向：绿色化工。
低温降解 篇4
1. 我国水体污染的研究现状
近几年来,我国水资源的污染形势越来越严峻。目前我国经济的快速发展与环保意识、举措以及产业的不平衡发展,使得难以计数的不达标的工业废渣、废水被排放如我们的自然水域,每年则可能产生3.2亿吨的垃圾,而这又会导致很多病菌的繁殖,会间接污染空气和地下水。
2. 低温对生物法净化水体的影响
在低温条件下,微生物必须调节脂类的组成,进而可以保证镶嵌在膜上的蛋白质发挥物质运输等功能。另一方面,温度的降低还会导致微生物细胞内某些酶活性的降低,酶活性的降低又会导致细胞内以酶作为催化剂的一系列生物反应速率下降,并严重影响微生物的生长和代谢速率,因而影响微生物对污水中污染物的同化作用。
二、低温驯化
1. 逐级驯化
逐级驯化就是对微生物的生长环境以适当的梯度分阶段的降低,等到驯化的微生物已适应当前温度时再按温度梯度降低温度,再进行下一步驯化。尚会来等采用逐步降低温度的驯化方法,成功地驯化了一株耐低温亚硝化细菌,并且其亚硝化率始终维持在较高水平。
2. 直接驯化
直接驯化就是反应系统被直接置于目标温度下进行驯化。K.Isaka等研究了在适当的低温(20-22℃)下,厌氧生物滤池通过直接将接种污泥置于20-22℃的条件下培养,在经过446天后,NLR达到8.1kg/(m3·d),实现了高效的脱氮,并且还在6℃检测到了微生物的厌氧氨氧化活性,其NLR由22℃时的2.8kg/(m3·d)降到6℃的0.36 kg/(m3·d)。
3. 物理诱变
常用的物理诱变剂如紫外线、X射线、γ射线、快中子等。王海波等对木醋杆菌进行紫外诱变处理,得到了1株在低温条件下能够正常生长,且其细菌纤维素的产量也比出发菌株提高了20%左右的优良驯化菌株。
4. 化学诱变
常见的化学诱变剂如碱基类似物、移码突变剂、烷化剂等。韩岚等利用盐酸羟胺对极大螺旋蓝细菌进行化学诱变,获得了两株在10℃、15℃和20℃低温条件下生长速率明显高于出发菌株,且生理性状稳定的耐低温诱变株。
5. 复合诱变
复合诱变,通过在8℃低温条件下对活性污泥进行低温驯化培养,经过分离筛选和紫外诱变,初筛得到了6株低温亚硝化细菌,其中NX3和NX4的初筛氨氮降解率分别为73.61%和72.05%。经过紫外诱变处理后,低温亚硝化菌的脱氮效率均高于诱变前,其中NX3和NX4经紫外诱变后氨氮降解率分别为81.05%和81.30%。采用物理、化学诱变以及低温驯化的复合诱变方法,筛选出一株能在低温下生长良好并且遗传性状稳定的菌株Q1-4-6,与出发菌株相比,诱变菌株在15℃、20℃条件下的生长、产酸和糖降解量均好于出发菌株。
三、测定水中总氮的方法概述
1. 国标法
水样中加入过硫酸钾碱性溶液,并将其置于121℃下消解30min,水样中的含氮化合物会被完全消解成硝酸根,待消解后的水样冷却到一定温度后吸取部分水样,用盐酸调节p H值在2-3之间,然后用紫外分光光度法分别在波长220nm和275nm处测其吸光度,并且按照公式A=A220-2A275计算出硝酸盐中氮的吸光度值,进而转换成总氮的含量。在采用国标方法测定总氮时对样品和仪器的要求较高,成本较高,稳定性也较差。
2. 高温氧化-化学发光检测法
通过载气将样品带入高温炉内进行氧化,当温度超过950℃时,样品可以被完全汽化并发生氧化裂解,样品中的含氮类化合物可以被定量地转化,并与臭氧发生器的O3与其发生反应,使其转化为激发态,激发态跃迁时会发射出光子,其光子强度与样品中的总氮含量成正比,所以可以通过测定化学发光的强度来测定样品中总氮的含量。
3. 过硫酸钾氧-离子色谱法
离子色谱法采用烘箱代替高压锅进行样品的消解(125℃)。首先将比色管置于大烧杯中,放入电热鼓风干燥箱(125℃,0.5h),然后冷却至室温。将消解后的样品通过微孔滤膜过滤接头进入进样管中之后,离子色谱仪器会按优化条件运行30min后进入稳定状态,进行自动分析。离子色谱法相比其他检测方法干扰较小,专属性较强。
四、研究的意义及目的
1. 低温驯化的目的和意义
目前,生物处理工艺针对的主要是水华爆发期水体的富营养化问题,而对于低温期富营养化水体生物修复的研究鲜有报道。在低温条件下,各种生物的代谢活动明显降低,加之大量的营养物质通过各种途径进入受纳水体中,会导致明显的积累效应,当温度转暖后,有水华大规模爆发的潜在性,将严重影响水产养殖。因此降低低温富营养化养殖水体的营养物质含量对预防水华具有积极作用。
光合细菌主要以二氧化碳或有机物为碳源,以光为能源,进行不产氧的光合作用,对自然界中氧、硫、碳循环起着重要作用,其中常用于富营养化水体处理的就是沼泽红假单胞菌。
目前,国内外对沼泽红假单胞菌在常温污水处理方面的应用较广,而在低温条件下修复污染水体的报道较少,且对菌株的选育大多采用自然分离的方法。本项目将采用温度驯化及菌种紫外诱变与化学诱变复合诱变的方法对其进行处理,以获得在低温条件下生长良好的优质沼泽红假单胞菌菌株。
最终,驯化后的沼泽红假单胞菌能用于低温富营养化养殖水体生物修复,抑制水华爆发,从而不对水产物的生长繁殖造成影响,且由于沼泽红假单胞菌有很高的饵料价值,能够提高水产产量。另外,对沼泽红假单胞菌的低温驯化对北方冬季或温度较低的富营养化水体中氮素的降解也具有积极作用。
2. 总氮降解实验的目的和意义
针对低温养殖水体富营养化现象,利用由天然水体中已分离纯化出的,经温度驯化或物理、化学诱变等方法,以获得可耐低温生长的沼泽红假单胞菌;找出一种在低温条件下修复富营养化养殖水体的方法,探索初步的低温水体净化工艺,具有积极意义。
四、讨论
1. 驯化方法的选择
驯化菌株在低温15℃对总氮的降解率高于出发菌株在15℃和30℃时的降解率。由此可以说明诱变菌株的遗传物质发生了改变。亚硝酸盐的诱变作用的原理主要是脱去碱基中的氮,在实验前期,在对出发菌株进行诱变涂平板后,经紫外诱变60s和亚硝酸盐处理5min的单菌落长势相当,然而在经紫外诱变后的平板上,一方面长出的杂菌较多,这可能是因为紫外诱变时是将菌液平铺在培养皿中,敞口放置,导致了杂菌的引入,另一方面挑取紫外诱变后平板上的单菌落用于活化后,其生长与出发菌株差异不大,可能是因为紫外诱变后的菌株发生了光复活,因此诱变菌株的优良性能不能够稳定遗传。由此,未采用紫外诱变后的优势菌株进行下一步的逐级驯化。
2. 总氮检测方法的差异性
在实验前期采用测定水中总氮国标法测定常温下沼泽红假单胞菌对水中总氮的降解,但该方法对仪器、试剂、操作等的要求较高,标准曲线的线性回归并不能达到0.99。因此改用改良过的国标法—麝香草酚分光光度法进行测定,这种方法的优点是测定精准度较高,但操作较为复杂,重现性一般,灵敏度不高。最后改用离子色谱法测定水中硝酸根的浓度,再转化为总氮浓度的方法进行测定,这种方法的精确度较高,灵敏度较高,操作简单,但因为用过硫酸钾消解样品后,过硫酸根被还原为硫酸根,过量的硫酸根会使硝酸根的吸收峰不明显,甚至导致图谱中出现平头峰,并对仪器造成潜在的损害,所以需提前计算好消解后样品的稀释度。
3. 低温对出发菌株生长和降解总氮的影响
出发菌株在30℃与15℃时的生长和总氮降解率有显著差异。出发菌株30℃时在70小时后进入稳定期,总氮降解率在培养的第二天达到最高,为43.3%,而15℃时在192小时后进入稳定期,总氮降解率在培养的第六天达到最高,为39.03%,生长周期明显延长,总氮降解率也有显著的下降。这可能是因为中温菌中产生的酶所需的反应温度一般要求较严格,而可以在低温下良好生长的微生物的细胞中的酶必须适应低温环境。另外,温度的降低还可能造成细胞膜流动性变弱,细胞质流动性变弱,从而影响微生物的代谢途径和物质传输。
在亚硝酸盐诱变与温度驯化处理后的驯化菌株与出发菌株在15℃时的生长和总氮降解率也有明显差异。在15℃条件下,驯化菌株很快进入对数期,且对数生长期较长,到第八天时依然处于对数生长期,而出发菌株在第七天就进入稳定期,且其总氮降解率比出发菌株高43.45%。
其机理可能是经复合诱变后,沼泽红假单胞菌的发生了遗传物质的改变。亚硝酸盐的诱变原理是亚硝酸盐参与代谢产生的亚硝基会结合到DNA上,影响其正常的复制与转录,使嘧啶或嘌呤脱氨,进而造成核酸结构和性质的改变,使DNA复制陷入紊乱状态,并且还能因造成DNA双链间的交联而引起遗传上的改变。
五、结论
1.在常温条件下,实验所用菌种沼泽红假单胞菌对水中总氮具有较强的降解能力,降解率约为43.3%。
2.将分离的纯菌株经过紫外诱变、亚硝酸盐诱变以及盐酸羟胺诱变,挑选经亚硝酸盐诱变处理5min后的平板上的优势菌落,再将其通过逐级驯化,最终筛选出一株在低温(15℃)下生长迅速,可高效降解水中总氮的菌株。
