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煤气化渣对厌氧发酵过程中抗生素抗性基因和微生物群落的影响

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煤气化渣对厌氧发酵过程中抗生素抗性基因和微生物群落的影响

作者：刘家瑶西北农林科技大学

学位级别：硕士

残留在养殖场中的抗生素会诱导抗生素抗性基因(ARGs)的产生,ARGs会通过水平基因转移在微生物间进行传播。厌氧发酵处理是固体废弃物资源化利用的主要方式,但其发酵产物中的ARGs会随有机肥料进入环境中,增加ARGs传播的风险。本实验选取... 详细信息

残留在养殖场中的抗生素会诱导抗生素抗性基因(ARGs)的产生,ARGs会通过水平基因转移在微生物间进行传播。厌氧发酵处理是固体废弃物资源化利用的主要方式,但其发酵产物中的ARGs会随有机肥料进入环境中,增加ARGs传播的风险。本实验选取具有丰富孔隙结构的固体废弃物煤气化渣作为添加剂,研究了三种不同浓度煤气化渣(0,5和10 g/L)对理化性质、ARGs、移动基因元件和微生物群落的影响,并分析了ARGs与环境因子、微生物群落之间的关系,揭示煤气化渣对厌氧发酵过程中ARGs的削减效果及潜在的去除机理。主要结果和结论如下:1.厌氧发酵过程中pH值呈现先下降后上升的趋势。厌氧发酵后NH-N的含量在10g/L煤气化渣处理中最低,且厌氧发酵结束后各处理NO-N含量都有所降低。10g/L煤气化渣的添加能够减少bio-Zn和bio-Cu的富集,同时对COD也有较好的去除效果。2.厌氧发酵结束后,添加煤气化渣处理更能有效地降低8/12ARGs绝对丰度。10g/L煤气化渣的添加更为有效地削减了dfrA7、sul2、tetW、ermF和ermQ的绝对丰度,去除率达到24.81%-90.48%。此外添加10g/L煤气化渣的处理更有效地降低了intI2和ISCR1的绝对丰度。因此,10g/L煤气化渣的添加能够降低ARGs传播的风险。3.厌氧发酵体系中的优势菌群为Firmicutes,Bacteroidetes,Proteobacteria和Actinobacteria。10g/L煤气化渣对厌氧发酵期间潜在的人类致病菌(Pseudomonas和Enterococcus)也有抑制作用。Network分析发现有多个ARGs与潜在宿主菌的丰度在厌氧发酵期间有相同的变化趋势,因此潜在宿主菌丰度的降低可能是ARGs丰度降低的原因。RDA分析表明移动基因元件是影响ARGs变化的重要因素。添加10 g/L煤气化渣的处理更能有效降低厌氧发酵产品中COD、bio-Zn和bio-Cu含量,削减了ARGs、MGEs和潜在人类致病菌的绝对丰度。环境因子主要是通过影响微生物间接影响ARGs的变化,潜在宿主菌丰度的降低是ARGs丰度降低的重要原因。MGEs是影响ARGs变化的主要驱动力。

关键词：厌氧发酵煤气化渣抗生素抗性基因微生物群落移动基因元件

生物炭对堆肥过程中微生物群落多样性及抗生素抗性基因的影响

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生物炭对堆肥过程中微生物群落多样性及抗生素抗性基因的影响

作者：李海超西北农林科技大学

学位级别：硕士

抗生素在规模化养殖业中的大量使用致使畜禽粪便成为重要的抗生素抗性基因(ARGs)贮存库,畜禽粪便会通过施肥方式进入到农田,ARGs会通过基因的水平转移在不同的微生物之间进行传播,这些ARGs对人类的健康构成了严重的威胁。因此,在施肥之... 详细信息

抗生素在规模化养殖业中的大量使用致使畜禽粪便成为重要的抗生素抗性基因(ARGs)贮存库,畜禽粪便会通过施肥方式进入到农田,ARGs会通过基因的水平转移在不同的微生物之间进行传播,这些ARGs对人类的健康构成了严重的威胁。因此,在施肥之前将ARGs去除对于降低ARGs对人类健康威胁有着重要的意义。本试验选取了一种比表面积较大的生物炭和使用抗生素频繁鸡的粪便作为研究对象,通过添加不同比例的生物炭与鸡粪、小麦秸秆混合堆肥。分析理化性质、酶活性,以及微生物群落多样性的影响,然后进一步研究生物炭对ARGs丰度影响,及其影响ARGs的环境因素,得到的主要研究结果和结论如下:(1)所有处理的堆体温度50℃以上均维持5天(或以上),满足无害化处理和腐熟标准。生物炭可增加高温期堆体温度,并有利于有机物的矿化。生物炭在高温期显著增加了NH4+-N,并在堆肥结束时增加NO3–-N 16.79.0%。堆肥结束后,与对照处理相比,添加生物炭的处理有效铜和有效锌分别降低2.3%3.0%,10.6%4.2%。生物炭在堆肥的前期对纤维素酶和脲酶活性均有促进作用,在堆肥结束时,这种作用有所减弱。(2)通过Biolog方法分析表明,在堆肥高温期,添加生物炭的处理能显著增加高温期微生物活性,且随着添加比例的增加,微生物活性越高;在降温期生物炭比例过高(20%)时,对提高微生物活性不利;在腐熟期各处理间无显著差异。添加高比例的生物炭(BC10和BC20)降低了高温期的微生物多样性。主成分分析表明,添加生物炭改变了堆肥过程中微生物群落结构,BC10处理作用更为显著,起分异作用的碳源主要为糖类、氨基酸类及羧酸类。(3)堆肥结束后,大多数的ARGs丰度显著下降。CK、BC5、BC10和BC20抗性基因(sul1除外)的分别下降了0.85、1.05、1.08和1.15数量级。在所有影响抗性基因的环境因子中,温度是最重要的环境因子。生物炭降低了8/12 tetC、tetG、tetW、tetX、sul2、drfA1、drfA7、ermB相对丰度,不同比例的生物炭对tetG、tetW、tetX、sul2、drfA1、ermB无显著影响,10%的生物炭对tetC和drfA7去除最有效。因此,比例为10%生物炭可能是去除鸡粪中抗性基因比较合适的比例。

关键词：生物炭堆肥抗生素抗性基因微生物多样性酶活性

含四环素的有机肥对土壤微生物及小白菜生长的影响

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含四环素的有机肥对土壤微生物及小白菜生长的影响

作者：张友旺西北农林科技大学

学位级别：硕士

目前，四环素作为抗生素的代表被广泛应用于畜禽业的生产中。大部分的四环素未被吸收利用，而是以其原形或代谢物的形式随着畜禽粪便排泄出来，导致堆肥产品中含有不同程度的残余四环素。四环素是一种广谱抗生素，含四环素的有机肥施入... 详细信息

目前，四环素作为抗生素的代表被广泛应用于畜禽业的生产中。大部分的四环素未被吸收利用，而是以其原形或代谢物的形式随着畜禽粪便排泄出来，导致堆肥产品中含有不同程度的残余四环素。四环素是一种广谱抗生素，含四环素的有机肥施入土壤后对生态环境的危害是含四环素的有机肥在农业上安全应用的一个重要问题。本文通过土壤培养试验和小白菜盆栽试验，研究了含四环素的有机肥对土壤微生物群落、土壤酶活性、土壤养分以及小白菜生长的影响，取得的主要试验结果如下： 1.含四环素的有机肥对土壤微生物群落的影响： (1)含四环素的猪粪与小麦秸秆经堆肥而得的有机肥增强了土壤微生物的活性，促进了微生物群落多样性的增加。含四环素的有机肥对土壤微生物影响的大小与四环素浓度水平有关。在毒物兴奋效应的作用下，含2.5.0mg/kg四环素的有机肥能显著地提高土壤微生物对糖类、氨基酸类、羧酸类和多聚物类等四类碳源的利用能力(P<0.05)，而含1.0mg/kg四环素的有机肥的效应不明显。 (2)含四环素的有机肥施入土壤，会改变土壤微生物的生长环境条件，那些能够有效利用有机肥所提供的养料(如β-甲基-D-葡萄糖等)，以及被四环素所激活的微生物种群将以较高活性生长，表现出碳源利用能力的差异。 2.含四环素的有机肥对土壤酶活性及土壤养分的影响 (1)含85mg/kg四环素的有机肥对土壤蔗糖酶活性产生了抑制作用。在小白菜发芽期，含四环素的有机肥能提高土壤碱性磷酸酶的活性，但随着施肥时间的延长，四环素的促进作用下降。含05mg/kg四环素的有机肥会提高脲酶活性，抑制过氧化氢酶活性，而其中四环素的效应不明显。 (2)含05mg/kg四环素的有机肥能显著提高土壤速效养分(P＜0.05)。施肥7天后，有机肥中的四环素降低了土壤速效磷含量，而随着时间的延长，不同处理的速效磷含量的差异变小。在小白菜苗期和莲座期，含四环素的有机肥能显著提高土壤速效钾的含量。此外，含四环素的有机肥提高了土壤铵态氮含量。 3.含四环素的有机肥对小白菜生长的影响有机肥中的四环素会降低小白菜的叶绿素含量，抑制小白菜的根系活力。含四环素的有机肥对小白菜生长的影响与有机肥中的四环素浓度水平有关。四环素含量≤45mg/kg的有机肥能促进小白菜的生长(提高生物量、株高和根重);但是，与不含四环素的有机肥相比，含85mg/kg四环素的有机肥则会显著的抑制小白菜的生长。

关键词：四环素微生物群落土壤酶活性土壤养分小白菜

中药渣和猪粪共资源化利用过程中抗生素抗性基因变化机理研究

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中药渣和猪粪共资源化利用过程中抗生素抗性基因变化机理研究

作者：张丽西北农林科技大学

学位级别：硕士

随着中药产业发展而产生大量中药渣废弃物,其富含丰度营养物质和生物活性成分。目前中药渣资源化利用率低,不仅造成资源浪费而且污染环境。中药渣的合理处置是环境领域亟待解决的问题。抗生素因具有防治疾病和促进畜禽生长作用而在规模... 详细信息

随着中药产业发展而产生大量中药渣废弃物,其富含丰度营养物质和生物活性成分。目前中药渣资源化利用率低,不仅造成资源浪费而且污染环境。中药渣的合理处置是环境领域亟待解决的问题。抗生素因具有防治疾病和促进畜禽生长作用而在规模化养殖业中被广泛应用,大部分抗生素以其原体或代谢物形式随尿液和粪便排出,由于抗生素选择性压力可能产生抗生素抗性基因(antibiotic resistance genes,ARGs)。ARGs可通过水平基因转移(Horizontal gene transfer,HGT)和垂直转移使人类致病菌获得抗性,从而削弱抗生素药效,甚至可能产生超级细菌,威胁人类健康。好氧堆肥和厌氧发酵是固体废弃物资源化利用的常用技术手段,资源化利用后产物的农业利用是ARGs进入环境的重要途径。本文研究了中药渣和畜禽粪便共资源化利用过程和产物中ARGs的变化,分析了ARGs、基因遗传元件(MGEs)和微生物群落的关系,以期揭示中药渣和猪粪共资源化利用过程中ARGs变化的微生物学机理。取得的主要结果和结论如下:(1)中药渣能有效的降低除tetC之外的大多数目标ARGs(0.18 logs–2.82 logs)和MGEs(0.47 logs–3.34 logs),而且对好氧堆肥产品中Turicibacter、Terrisporobacter、Clostridiumensutricto、Lactobacillus和Romboutsia具有抑制作用。Network分析和RDA分析表明,微生物群落结构变化是引起中药渣好氧堆肥过程中ARGs丰度变化的主要机制;相关性分析表明,中药渣可通过降低基因遗传元件丰度抑制HGT从而削弱ARGs的传播。(2)中药渣厌氧发酵使猪粪中14种ARGs的丰度显著降低,其降幅为36.7%–96.5%。由环境因子引起的细菌群落演替是中药渣和猪粪共厌氧发酵过程中ARGs变化的主要驱动因素;中药渣不仅能减少ARGs的潜在宿主菌(其中包括部分人类致病菌)的多样性和相对丰度,而且能抑制HGT。ARGs潜在宿主菌主要属于Firmicutes和Proteobacteria。综上所述,中药渣和猪粪共好氧堆肥和厌氧发酵均能有效削减畜禽粪便中ARGs和MGEs,而且好氧堆肥削减效果优于厌氧发酵;微生物群落结构变化是引起中药渣和猪粪共资源化利用过程中ARGs丰度变化的主要机制;中药渣不仅能减少ARGs的潜在宿主菌而且能抑制HGT。因此,好氧堆肥和厌氧发酵是行之有效处理中药渣和畜禽粪便循环利用的生物方法。

关键词：中药渣抗生素抗性基因好氧堆肥厌氧发酵微生物群落

土霉素对堆肥过程中固氮菌和氨氧化菌群落结构及基因丰度的影响

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土霉素对堆肥过程中固氮菌和氨氧化菌群落结构及基因丰度的影响

作者：孙家骏西北农林科技大学

学位级别：硕士

抗生素由于可作为促进动物生长、预防和治疗疾病等的药物在畜禽养殖业中被广泛应用,但抗生素无法完全被生物体吸收利用,因此大部分的抗生素会随畜禽粪便的排出而引起各种各样的环境问题。高温好氧堆肥是无害化处理和资源化利用畜禽粪便... 详细信息

抗生素由于可作为促进动物生长、预防和治疗疾病等的药物在畜禽养殖业中被广泛应用,但抗生素无法完全被生物体吸收利用,因此大部分的抗生素会随畜禽粪便的排出而引起各种各样的环境问题。高温好氧堆肥是无害化处理和资源化利用畜禽粪便的重要途径之一,但畜禽粪便中残留的抗生素会对高温好氧堆肥过程的物理化学性质、微生物分泌的酶活性以及微生物群落结构与组成等产生一定的影响。本试验选取四环素类抗生素土霉素(OTC)为研究对象,以牛粪和小麦秸秆为堆肥原料,通过酶活性分析法、PCR-DGGE和实时定量PCR等技术,研究了不同浓度的土霉素对高温好氧堆肥过程中的理化性质、酶活性、固氮菌和氨氧化菌群落结构及基因丰度的影响。取得的主要结果表明:1.土霉素对堆肥过程中的理化性质及氮循环相关酶活性的影响各处理的堆体温度均在第2 d达到最高值,但中浓度(60 mg·kg-1)和高浓度(200mg·kg-1)土霉素处理未达到我国农业废弃物无害化处理温度要求,且土霉素处理加速了堆肥后期堆体温度的下降。土霉素在堆肥前期对固氮酶活性有浓度抑制效应,随着堆肥的进行,抑制作用逐渐减弱。土霉素在堆肥前期对脲酶活性有一定的促进作用,在堆肥后期则表现为抑制作用,但对脲酶活性的影响总体较小。2.土霉素对堆肥过程中固氮菌群落结构及基因丰度的影响PCR-DGGE结果表明,土霉素对固氮菌群落的条带数目和强度产生一定的影响,且高浓度(200 mg·kg-1)土霉素在堆肥后期对固氮菌的群落结构影响更明显。主成分分析和聚类分析结果均表明添加土霉素处理使固氮菌群落结构产生差异,且在堆肥后期高浓度土霉素处理与CK处理的固氮菌群落结构差异最大。土霉素处理降低了固氮菌群落的物种丰富度和优势度。nifH基因测序结果表明,堆肥过程中获得的优势固氮菌均属于Clusters I和III类群。实时定量PCR结果表明,在堆肥第1 d,添加土霉素处理对固氮菌nifH基因丰度没有显著的影响,而在堆肥后期,添加土霉素处理对固氮菌nifH基因丰度表现出不同程度的抑制作用。3.土霉素对堆肥过程中氨氧化菌群落结构及基因丰度的影响PCR-DGGE结果表明,土霉素处理对堆肥过程中氨氧化细菌和氨氧化古菌群落的生长产生一定的影响。主成分分析和聚类分析的结果表明,添加土霉素处理改变了堆肥过程中氨氧化细菌和氨氧化古菌群落的结构及其分布,在堆肥后期,高浓度(200mg·kg-1)土霉素处理对氨氧化细菌和氨氧化古菌群落的影响最明显。土霉素处理在堆肥前期对氨氧化细菌群落的多样性有抑制作用,而在堆肥后期则提高了氨氧化细菌群落的多样性,土霉素处理对氨氧化古菌群落多样性的抑制作用主要表现在堆肥前期,而高浓度(200 mg·kg-1)土霉素处理则在堆肥过程中始终抑制氨氧化古菌群落的多样性。amoA基因测序结果表明,本研究中获得的氨氧化细菌主要属于亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas),氨氧化古菌主要属于泉古菌(Crenarchaeote),这两种氨氧化菌群在堆肥过程的氨氧化环节起重要作用。实时定量PCR结果表明,土霉素处理在堆肥后期显著提高氨氧化细菌的amoA基因丰度,而对氨氧化古菌的amoA基因丰度影响不显著。

关键词：土霉素堆肥固氮菌氨氧化菌功能基因

煤气化渣对农业废弃物堆肥过程中抗生素抗性基因的影响

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煤气化渣对农业废弃物堆肥过程中抗生素抗性基因的影响

作者：路春亚西北农林科技大学

学位级别：硕士

畜禽养殖中抗生素的滥用使得畜禽粪便中高浓度抗生素残留,诱导环境中抗生素抗性基因(Antibiotic resistance genes,ARGs)的产生。ARGs可以通过移动基因元件(Mobile genetic elements,MGEs)在环境中扩散富集,使抗生素疗效降低,威胁人类... 详细信息

畜禽养殖中抗生素的滥用使得畜禽粪便中高浓度抗生素残留,诱导环境中抗生素抗性基因(Antibiotic resistance genes,ARGs)的产生。ARGs可以通过移动基因元件(Mobile genetic elements,MGEs)在环境中扩散富集,使抗生素疗效降低,威胁人类生命健康。好氧堆肥是畜禽粪便无害化处理和资源化利用的主要手段。然而,堆肥产品的农业利用已成为ARGs进入土壤的重要途径。煤气化渣(Coal gasification slag,CGS)是煤气化过程中不可避免的副产物,具有多孔结构、较大比表面积和较好的吸附性能。因此,本文以不同比例的CGS(0%、5%和10%)作为添加剂,研究了CGS对猪粪好氧堆肥过程中堆料的化学性质、ARGs和MGEs基因丰度及微生物群落的影响,明确了ARGs与MGEs、微生物群落及环境因子间的相关性,揭示了CGS对堆肥中ARGs的影响机理。取得的主要结果和结论如下:(1)CK、L和H三个处理在高温期持续了4d、5d和6d。堆肥结束后,所有处理C/N低于20,GI指数大于80%,达到完全腐熟;添加CGS可以加速堆肥体系的启动,延长堆肥的高温期,增强其腐熟程度。CGS的添加降低了堆肥产物中bio-Cu和bio-Zn的含量,特别是10%CGS。(2)好氧堆肥使猪粪中dfrA7、tetW、ermX、qnrS、aac(6?)-ib-crs、intI2、ISCR1和Tn916/1545的丰度降低,降幅为0.24–1.49 logs。在一定范围内,随着CGS添加比例的增加,堆肥中ARGs和MGEs的去除效果增强。与CK相比,10%CGS有效地阻止了堆肥产品中部分ARGs和intI1的富集。(3)Firmicutes、Proteobacteria和Actinobacteria是堆肥过程中的主要门类。堆肥时间主导了微生物群落结构的变化。RDA分析表明细菌群落和MGEs是引起堆肥中ARGs丰度变化的主要原因。Network分析发现了14种ARGs的潜在宿主菌。CGS可以通过削减MGEs丰度减少水平基因转移的发生,以及减少ARGs的潜在宿主细菌,提高ARGs去除效果,降低堆肥产品中ARGs存在风险。综上所述,CGS可以加快堆肥进程,促进堆肥腐熟,降低堆肥产物中生物有效态Cu和Zn的含量。10%CGS对堆肥中ARGs和MGEs的削减效果最好。细菌群落和MGEs是引起堆肥中ARGs丰度变化的主要原因。研究结论为CGS在堆肥中的应用提供了理论依据。

关键词：好氧堆肥煤气化渣抗生素抗性基因细菌群落移动基因元件

氧化还原类酶活性在作物秸秆静态高温堆腐过程中的变化

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氧化还原类酶活性在作物秸秆静态高温堆腐过程中的变化

作者：孙利宁西北农林科技大学

学位级别：硕士

我国是个农业大国,每年有大量的农作物秸秆产生。农作物秸秆是一种储量丰富,可以再生的绿色资源,但长期以来没有得到良好的利用,并且由于大多采用焚烧的处理方式,不仅造成了资源的浪费,还导致严重的空气污染。因此,秸秆的有效利用对中... 详细信息

我国是个农业大国,每年有大量的农作物秸秆产生。农作物秸秆是一种储量丰富,可以再生的绿色资源,但长期以来没有得到良好的利用,并且由于大多采用焚烧的处理方式,不仅造成了资源的浪费,还导致严重的空气污染。因此,秸秆的有效利用对中国乃至世界经济的健康发展具有重大的意义。近年来,秸秆的堆肥化处理受到了学术界的广泛关注,并已成为国内外研究的热点。氧化还原酶是参与堆腐过程生物化学反应的一类重要酶,了解它的变化规律,可以准确把握堆腐过程的腐殖质化进程和强度,为优化堆肥工艺和条件、加快堆肥化进程提供理论依据。本文以小麦秸秆、玉米秸秆为研究对象,采用尿素调节C/N,研究了静态高温堆肥过程中过氧化氢酶、多酚氧化酶、脱氢酶、过氧化物酶及其他理化指标的变化规律,取得了以下主要结论: 以小麦秸秆为原料进行堆肥试验,分别进行添加葡萄糖活化菌剂（G+J）、添加菌剂（J）、不添加菌剂（CK）三种处理,实验结果表明: 1.过氧化氢酶活性变化:堆肥前期三种处理过氧化氢酶活性迅速降低,堆肥第4d开始G+J、J活性开始升高,CK处理过氧化氢酶活性堆肥第6d开始升高,堆肥第19d到堆肥结束过氧化氢酶活性G+J、J＞CK。 2.多酚氧化酶活性变化:三种处理的多酚氧化酶活性变化趋势相同,酶活性达到第一个高峰值时G+J、J＞CK,第二个高峰值时J＞CK,说明添加菌剂处理可促进物质的氧化。 3.脱氢酶活性变化:堆肥初期三种处理的脱氢酶活性迅速降低,高温期过后脱氢酶活性开始升高,堆肥第19dG+J脱氢酶活性达到高峰,J、CK脱氢酶活性堆肥第23d达到高峰值,脱氢酶活性从堆肥第12d到堆肥结束J＞G+J、CK。 4.过氧化物酶活性变化:三种处理过氧化氢酶活性均在堆肥中期达到高峰,堆肥第4d开始到堆肥结束过氧化物酶活性J＞G+J、CK。以玉米秸秆为原料进行堆肥试验,分添加微生物腐解菌剂处理（J）、不添加菌剂处理（CK）两种,结果表明: 1.过氧化氢酶活性变化:堆肥初期过氧化氢酶活性开始缓慢下降,随着温度的降低酶活性开始升高,堆肥第9d开始过氧化氢酶活性J＞CK,堆肥第12d到堆肥结束两种处理的过氧化氢酶活性保持稳定,表明添加微生物菌剂可加速物质的氧化。 2.多酚氧化酶活性变化:两种处理多酚氧化酶活性变化趋势不同,添加菌剂处理多酚氧化酶活性在堆肥第19d达到高峰值,堆肥第23d堆肥结束保持稳定,CK处理从堆肥第2d开始一直保持增值趋势。 3.脱氢酶活性变化:添加菌剂处理和CK的脱氢酶活性变化趋势相同,同时在堆肥中期达到高峰,堆肥第4d到堆肥结束脱氢酶活性J＞CK。 4.过氧化物酶活性变化:添加菌剂处理的和CK的过氧化物酶活性变化趋势相同,堆肥第6d开始到堆肥结束过氧化物酶活性J＞CK,堆肥处理后的过氧化物酶活性较堆制前有所提高。

关键词：秸秆静态高温堆肥过氧化氢酶多酚氧化酶脱氢酶过氧化物酶

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苯酚降解菌的固定化及其修复作用研究

苯酚降解菌的固定化及其修复作用研究

作者：胡婷西北农林科技大学

学位级别：硕士

苯酚属高毒性物质，主要来自各种工业废水。含酚废水不经处理直接排放，污染水源，危害农作物，并对人类健康造成严重威胁。从自然界分离出能够降解苯酚的高效微生物，添加到污染物处理系统中，能快速提供大量微生物，在高毒性苯酚污染... 详细信息

苯酚属高毒性物质，主要来自各种工业废水。含酚废水不经处理直接排放，污染水源，危害农作物，并对人类健康造成严重威胁。从自然界分离出能够降解苯酚的高效微生物，添加到污染物处理系统中，能快速提供大量微生物，在高毒性苯酚污染物治理中有巨大的应用潜能。但游离微生物对污染环境的适应性差，采用固定化方法有利于提高微生物的活性和密度，缩短处理时间，增强污染物的降解效果。本研究对筛选出的高效苯酚降解菌进行鉴定，探索最佳降解苯酚的条件，对其进行竹炭吸附固定化，并将固定化菌应用于模拟苯酚污染土壤和水体的修复，研究了修复过程中固定化菌的重复利用性及土壤苯酚浓度、酶活性和微生物群落的变化。取得以下主要研究成果： 1.苯酚降解菌的鉴定及其生长特性的研究以苯酚为唯一碳源，采用富集培养方法，从陕北靖边石油污染土壤中分离获得一株高效苯酚降解菌（ad049），对菌株进行形态观察、生理生化检验及16S rDNA序列分析，确定其为红球菌（Rhodococcus）。通过摇瓶培养，在接种量5％，苯酚浓度1000mg/L，pH8，温度35℃的培养条件下，反应24h，可使苯酚降解率达99％以上，且整个降解过程符合零级动力学方程，速率常数k0=41.51，相关系数R2=0.96。通过测定邻苯二酚双加氧酶活性，推测出该菌株降解苯酚的途径可能是以邻苯二酚1，2双加氧酶为主要途径进行邻位开环，辅以邻苯二酚2，3双加氧酶进行间位开环。 2.苯酚降解菌的竹炭吸附固定化研究用竹炭对红球菌ad049进行吸附固定化，选择竹炭量、接种菌量和吸附时间为因素，以固定化菌对苯酚的降解率为目标函数，采用正交试验确定了竹炭固定化菌的最佳固定化条件为：竹炭量：接种菌量（m：v）=1:2，吸附时间24h。固定化菌降解苯酚的最适条件为：温度35℃、pH8、初始苯酚浓度1500mg/L，由于载体竹炭减少了外界环境因素对菌的影响，当温度在20~45℃、pH在5~13以及初始苯酚浓度在1000~1500mg/L范围内变化时，固定化菌的苯酚降解率始终高于游离菌。苯酚浓度为1000mg/L，固定化菌完全降解苯酚所需的时间由游离菌的28h降低到20h。苯酚浓度为1500mg/L，重复使用竹炭固定化菌20次以后，苯酚降解率仍然保持在98%以上，说明竹炭固定化菌有极好的重复利用性。此外，固定化菌对苯酚的降解也符合零级动力学模型。 3.固定化菌修复苯酚污染土壤过程的研究采用土壤培养实验，四个处理培养20d后，添加固定化菌处理的土壤的苯酚降解率最高为90.25%，比不加菌和加游离菌处理分别高49.71%和28.37%。与未污染土壤相比，三个添加苯酚的处理在修复过程中表现出促进脱氢酶活性，抑制脲酶活性，对多酚氧化酶活性先抑制后促进的趋势。Biolog分析表明，添加苯酚的三个处理培养96h的AWCD值比未污染土壤分别降低了34.62%、19.98%和11.01%。未污染土壤的Shannon指数、McIntosh指数和McIntosh均匀度显著高于其他三个处理（P＜0.05），Simpson指数低于其他三个处理，其中不加菌处理的Simpson指数最大。与未污染土壤相比，其他三个处理对氨基酸类、多酚化合物类和多胺类的利用增大，对糖类和羧酸类的利用减小。主成分分析表明，不加菌和加游离菌处理明显改变了土壤微生物对碳源的代谢特征。相关性分析显示，土壤修复20d后，添加固定化菌处理的多酚氧化酶、脲酶活性、微生物活性和群落多样性均与对照处理没有显著性差异（P＞0.05），表明利用固定化菌修复后土壤的微生物活性和群落多样性基本可以恢复到未污染土壤状态。

关键词：苯酚红球菌竹炭固定化菌酶活性微生物群落